崛起的电动汽车产业对电网产生的影响分析

发布时间: 2020-05-28 10:12:18   来源:DNVGL能源  作者:

  Energy Post前首席编辑和创始人KarelBeckman采访了DNV GL的三位专家,分别是电动汽车业务全球负责人Jeremy Parkers,北欧和波罗的海能源咨询主管Erik Dugstad,以及西北欧、中东非能源市场主管Martijn Duvoort。他们将为大家分享电动汽车发展与电网运营之间的关系,主要包括智能充电的潜在收益、电动汽车集成的好处、利用大数据寻求平衡和公共交通的作用这几个关键问题。

  未来电动汽车何去何从?Parkes引用了DNV GL的《能源转型前景展望》报告中的数据:到2032年,全球乘用交通工具有一半为电动的,现在这一比例仅占2.5%。这些都将对电网运营带来很大的挑战。因此,在他看来,我们已经处于交通运输业变革的起点,未来电动汽车将急剧增长,对电网运营产生深远的影响。

  智能充电的发展趋势

  电动化革命已经发生,而挪威正在引领这一革命。这是Dugstad所持的观点。他举例:“现在,挪威新出售的汽车中有一半是电动的,路上行驶的汽车大约10%是电动的,Oslo甚至达到了16%,Bergen则接近20%。”

  那么,挪威的电网是如何应对这一情况的呢?Dugstad说:”我们是幸运的,因为我们有相对强大的配电网。这是由于挪威几乎所有的供暖都是用电。对于电网运营商来说,做好准备至关重要,监管者鼓励正确的行为也是如此。“这并不意味着电网就需要加强或扩展。实际上,我们更希望智能充电发挥作用。他进一步表示,在荷兰、英国和德国这些配电网络相对弱一点的国家,由于供暖主要来自天然气,智能充电带来的潜在收益更高。

图:全球不同类型和动力系统的路面交通工具数量统计(单位:百万辆)

  注:燃油型汽车包括内燃机汽车(ICEVs)和插电式混合动力汽车(PHEVs)。

  电动汽车包括纯电动汽车(BEVs)和燃料电池电动汽车(FCEVs)。

  历史数据来源:OICA (2016),IEA GEVO (2018)

  对现状的改变

  电动汽车对现有的电网运营带来了怎样的改变?Duvoort认为:“传统的电网运营模式将来自集中式发电基地(包括大型太阳能或风电场)的电力输送给终端用户。这种模式将彻底改变。随着屋顶太阳能等分布式可再生能源的兴起,电动汽车也随之发展,本地区域层面的供需必须同时平衡。电网运营将变得更加复杂。”

  Duvoort回忆,在2010年加入DNV GL后,他的第一项工作就是帮助日产在全球实现其第一款100%电动汽车日产聆风的量产。“当时,如何处理充电问题还存在很多不确定性。配电运营商担心电动汽车充电对电网的影响。汽车制造商担心在家充电会导致安全风险,从而对电动汽车的形象产生负面影响。”现在,电动汽车已经做好了扩大规模的准备。与此同时,加热/冷却技术(如热泵)的电气化和分布式太阳能光伏发电趋势不可阻挡。这意味着电网运营将会受到冲击。“在电网协同工作上,具备不同特性的不同技术将被引入。”

  Duvoort说,所有这一切意味着旧的、相对简单的系统将朝着更加“基于风险运作”的方向转变,这对电网运营商和市场参与者提出了更多的要求,包括他们的IT能力和人际技能。

  “当大量车辆同时开始充电时,电动汽车可能是问题的一部分,也可能是临时电网拥堵解决方案的一部分。”电网运营的本质是要有足够的远见,可以提供适当的激励政策,以智能的方式利用现有的灵活性。”

  虽然这对一些人来说听起来有些耸人听闻,但他表示,这么多进展同时发生是有好处的。“能源转型带来了许多变化。屋顶光伏随处可见;在荷兰,供暖正从燃气供暖转向电力供暖。因此,电动汽车也只是电网运营商需要改变工作机制的原因之一。”

  电动汽车与电网融合的好处

  对电网运营商来说,电动汽车实际上可能会帮助他们应对系统中日益增长的灵活性需求。电动汽车电池可以作为一个分布式储能单元,它们是可再生能源的最佳CP。

  Duvoort表示,DNV GL进行了一项研究,假如电动汽车在晚上6点到早上6点之间可以停在家里,而且能在这期间充电并充满电,从而让电动汽车电池提供电力系统的灵活性,看是否可以利用V2G技术获利。结果发现,电动汽车配合电网调度的潜在收益大约为每年每辆车1000欧元。不过也存在一个问题:这些收益分散在不同供电者之中。

  因此,负责调度的各方可以通过降低他们的调度成本,特别是频率控制储能的成本,从V2G技术中节省资金。另一方面,电力供应商可以通过投资组合优化来节省资金,例如根据当日市场价格变动优化电动汽车的充放电周期。现在的问题是,谁将带头开发新的商业模式,以获取这些潜在的利益?目前,已经有一些商业模式在探索之中。

 

  运用大数据寻找平衡

  如果实现不了V2G所预期的效果呢?Parkes认为,电网运营商将不得不寻找其他方式,将接入系统中的波动性可再生能源发电比例整合并提升。“例如,在电网中增加储能容量。这是完全可行的,尽管在一定程度上可能减缓能源转型。”对Dugstad来说,利用智能充电和需求响应技术开发本地灵活市场是一种途径,最好是电动汽车,但如果没有电动汽车,就不用了。在他看来,必须确保开发灵活的市场,或者最重要的是定义电网市场的各个参与者的角色,看他们如何合作。

  未来,当引入主动系统管理(ASM)时,配电系统运营商将负责保持电网的平衡。因此,预测电动汽车市场的发展趋势对他们来说非常重要。晚上在家充电什么时候会成为常态?白天时段的办公室充电规模会变多大?路边快充系统怎么样?

  对此,DNV GL在荷兰开发了一个名为NEMO的模型框架,通过一系列工具来预测电动汽车和其他“现代”的负荷和发电设备对电网的影响。这些模型正是由“大数据”支撑,让DNV GL能够支持输配电运营者有效规划电动汽车的使用。“在NEMO的帮助下,运营商可以确定哪里需要接入新的连接点,哪里可能需要额外充电,系统可能出现哪些限制,等等。”Parkes如此评价。使用NEMO后发现,由于电动汽车和分布式发电的出现,并没有解决电网拥堵问题的灵丹妙药。而是需要结合各种解决方案,具体问题具体分析。

  公共交通的角色

  如果说预期中的电动乘用车数量激增应该引起电网运营商的注意,那还不够。实际上,将对电网运营产生更大影响的是公共汽车和其他重型交通工具(如渡轮)的电气化。

  Dugstad认为,公共汽车和渡轮的电气化进程比大多数人想象中要快得多。他曾经举过挪威的几个例子:Oslo的公共交通运营商Ruter正在购买200辆电动公交车,作为“去化石燃料战略”的一部分;未来几年,大约70艘电动渡轮将在挪威海湾投入使用。而且,电动公交已经具备了匹敌燃油车的成本竞争力,这就意味着公共交通运营商不需要太多刺激政策就会选择电动车。荷兰的发展情况也类似。Duvoort表示,对电网运营的影响可能比预期更具破坏性,这是因为公共交通运营商都选择自己的系统,几乎不做咨询。

  Dugstad和Duvoort都敦促电网运营商与公共交通公司和市政当局接触,讨论公共交通系统的电气化问题。在挪威部分地区,DNV GL已经与当地的交通运营商合作,为预期的电动交通发展做规划。

  电动汽车革命是否将延续下去

  电动汽车是否会像大多数专家认为的那样取得成功?答案是肯定的。虽然大众媒体也有一些反对电动车的声音,譬如有人认为它们并不比汽油车或柴油车更环保,还有人担心电池的安全性和对环境的影响。

  Dugstad承认,关于电池材料的来源,有人权和环境方面的考虑。然而,他认为这些问题最终是可以解决的。他建议,电池制造商可以利用DNV GL的产品MyStory。这一工具给他们提供追踪产品的社会、环境、道德等方面影响的途径,关于这些产品经验证的实证都存储在区块链平台上。

  Duvoort也指出,电动汽车肯定和燃油车一样安全,不过他也补充道,电动汽车的风险是不同的。公共安全部门还不熟悉电动汽车。他们必须学会如何处理突发事件。

  “最新型的电池安全性和耐用性比预期还好。”Parkes也如此评价,“如今,电池无法维持车辆寿命的风险几乎不存在。”

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      关键词: 电动汽车,电网
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