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麦肯锡：汽车智能充电可平衡电力负荷
发布时间：2018-08-21 ， 发布人：华恒智信分析员
电动汽车会很快面临另一种僵局吗?随着移动电气化的加速，能源生产商和分销商需要了解电动汽车对电力需求的潜在影响(表1)。好消息是:麦肯锡分析表明电动汽车的预计增长不会推动近期到中期的总电网电力需求大幅增加，因此限制了在此期间对新发电容量的需求。
以德国的数据为例，到2030年电动汽车增长不太可能导致电力需求大幅增长;相反，它可能会使总发电量增加约1%，并需要大约额外5千兆瓦的发电容量。到2050年，这一数字可能会增长到4%左右，需要增加约20千兆瓦的装机容量。几乎所有这些新增容量都可能涉及包括风能和太阳能以及一些天然气发电在内的可再生能源。
重塑电力负荷曲线
虽然电动汽车销量的增长不大可能导致总电力需求大幅增长，但它可能会重塑电力负荷曲线。最明显的影响将是夜间高峰负荷的增加，当人们下班回家或完成一天的杂务后，他们会给电动汽车充电。但是，在系统级别上，这种影响最多只占相对较小的百分比。同样，以德国为例，我们预计到2030年峰值负荷将增加约1%，到2050年将增加约5%，这是系统可能承受的增幅。
然而，负荷曲线的变化将在地方层面上带来挑战，因为电动汽车的区域性传播很可能会发生变化——在某些情况下，会有显著的变化。麦肯锡对邮政编码级电动汽车普及率的地理空间分析预测显示，郊区很可能成为电动汽车早期采用的热点地区。因此，即使在全国电动汽车普及率仍然较低的情况下，拥有大量电动汽车人口的地区也可能出现(表2)。
这些住宅集群和电动汽车充电的其他集中点，如公共电动汽车快速充电站和商用车库，将显著增加当地的高峰负荷。为了预测住宅区负荷曲线的变化，麦肯锡进行了蒙特卡洛分析。对于一个典型的150户住宅的供电线路，在25%的本地电动汽车渗透率下，分析表明本地峰值负载将增加大约30%(图3)。
尽管增加了约30%，但是住宅地区的峰值负荷增长并不像一些人想象的那样剧烈。这是因为，尽管一辆电动汽车可以很容易地将个人家庭层面的峰值消耗量翻倍，但许多家庭(包括有电动汽车和没有电动汽车的家庭)的汇总减少了变电站峰值负荷的相对增加，即使考虑到高峰值的影响。图3展示了典型住宅变电站所经历的最大和平均电动汽车峰值电力需求，假设没有延迟或“智能”(即集中管理)充电。
除了高峰负荷的增加，公共快速充电站的高波动性和顶峰负荷也需要额外的系统平衡。我们对一个快速充电站的负荷剖面进行了模拟，从而更详细地研究这种情况(图4)。在这种情况下，单个快速充电站可以很快超过常规供电线路变压器的峰值负荷能力。
（Mckensey&Company）
由电动汽车充电需求引起的变电站峰值负荷的增加最终将使当地的变压器超出其容量，需要进行升级。将麦肯锡地理空间分析得出的每一个邮政编码的电动汽车渗透率分布数据与目前使用的变压器数据相结合，可以发现，作为国家级电动汽车渗透率函数，可以发现资本支出需求与国家级电动汽车渗透率呈S曲线函数关系。换句话说，虽然在电动汽车较低渗透率时，基本不需要进行投资升级，但随着电动汽车数量的增加，它们会迅速攀升，最终在高渗透率水平时再次趋于平稳。如果不采取纠正措施，我们估计累积的电网投资需求可能会超过每辆电动汽车几百欧元的水平。
探索可能的解决方案
能源参与者有几种方法来解决这种情况。这些解决方案可以影响充电行为：例如，按时间段收取电费可以激励电动汽车车主在午夜后充电，而非选择在傍晚进行。分析表明，这将使峰值负载的增长减半(图5)。这种方法易于实施且已经在试验中得到证明，但是按充电时间段进行收费需要进行监管，因为它们可能导致“计时器峰值”，即当许多人无意中设置充电器开始同时充电时发生的情况。
或者，能源公司可以制定更多的本地解决方案，比如将一个能源储存单元与变压器结合起来，在需求低时为储存充电。然后存储单元在需求高峰期放电，从而减少峰值负载。另一种可能的选择是使用小型热电联合发电厂，如果产生的热量在当地有使用，这可能是一个有吸引力的解决方案。
随着电池成本持续快速下降，使用能量存储来平缓负载曲线将变得越来越有吸引力。其他应用还包括公共快速充电器、电动巴士和卡车的车库充电器，以及更多电动汽车车主将屋顶太阳能电池板和家庭存储设备结合在一起的住宅装置。几个因素可以驱动安装能源存储的业务案例。这包括削减高峰负荷以减少需求费用(基于高峰负荷的额外费用)，避免电网升级，以及在特定时段利用较低的电价(在能源价格较低时给电池充电)。
尽管在电网升级或替代解决方案方面的一些投资将不可避免，但企业可以通过解决其根源问题来大大减少投资。一个例子是通过转移电动汽车充电负载来避免峰值负载的增加。对电动汽车车主的充电行为、驾驶和停车模式的早期观察表明，在电动汽车与电网连接的大部分时间里，他们并没有主动充电。
智能引导充电行为可以创造价值
电动汽车充电行为的集中协调、智能引导可以通过多种方式创造价值。首先，它可以更有效地削减峰值，从而大大减少电网投资。其次，它可以使负荷曲线在削峰之后发生变化，从而优化发电成本(将需求从峰值转移到基本负荷发电)。此外，在太阳能和风能发电过剩时加快充电，或在可再生能源产量较低时降低充电速度，都有助于整合更大比例的可再生能源发电。最后，通过提供需求响应服务，智能充电可以提供有价值的系统平衡(频率响应)服务。
这种方法的下一步改进涉及到车辆到电网的计划，这不仅改变了电动汽车的电力需求，而且使电动汽车在特定条件下向电网输送能量成为可能。试点研究表明，电动汽车车主愿意参与协调智能充电。根据当地的具体情况，每年每辆电动汽车创造的总价值可能高达数百欧元。
为了实现这些利益，能源公司必须对智能充电基础设施进行一些预先投资，并努力与其他利益相关者实现有效合作。但一旦这些目标确立，从能源系统的角度来看，电动汽车将不再引起人们的担忧。相反，它们将通过使系统更具有成本效益、更有弹性和更环保而成为收益的源泉。
道路上电动汽车的预计增长将给电力公司带来了挑战。虽然电动汽车到2030年不会导致电力需求大幅增加，但它们将重塑负荷曲线，从而给电网带来新的压力。这里提供的建议可以帮助能源公司克服这一挑战，有效地整合路上越来越多的电动汽车，从而为能源系统创造巨大的利益。
来源：前瞻网
作者：olivia chan