能源互聯(lián)網(wǎng)共享充電模式探索
趙東元
（清華大學(xué)能源互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新研究院）
一、新基建中充電設(shè)施行業(yè)的機(jī)遇及風(fēng)險(xiǎn)
電動(dòng)汽車充電設(shè)施是新基建的重要內(nèi)容之一。新基建以及刺激新消費(fèi)系列政策的出臺(tái)，表明國(guó)家對(duì)新能源汽車以及充換電基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域的政策推動(dòng)力越來(lái)越強(qiáng)。作為支撐性的基礎(chǔ)設(shè)施，充換電是電動(dòng)汽車行業(yè)的必要但非充分條件，圍繞更便利、更安全、更友好的出行，電動(dòng)汽車充換電涉及電力供應(yīng)和市政停車等資源，需要跨行業(yè)、開拓性地來(lái)思考系統(tǒng)解決方案。
在交通出行領(lǐng)域，發(fā)展新能源汽車是解決我國(guó)能源危機(jī)，應(yīng)對(duì)氣候變化的重要決策。據(jù)公安部統(tǒng)計(jì)，截至2019年底，全國(guó)新能源汽車保有量達(dá)381萬(wàn)輛，占汽車總量的1.46%。其中，純電動(dòng)汽車保有量310萬(wàn)輛，占新能源汽車總量的81.19%。新能源汽車增量連續(xù)兩年超過(guò)100萬(wàn)輛，呈快速增長(zhǎng)趨勢(shì)。但充電設(shè)施仍是制約電動(dòng)汽車發(fā)展的瓶頸1。
我國(guó)電動(dòng)汽車保有量從2015年42萬(wàn)輛增加到2019年381萬(wàn)輛。同一時(shí)期，充電樁保有量從6.6萬(wàn)臺(tái)增加到121.9萬(wàn)臺(tái)。從車樁比來(lái)看，從2015年6.4:1到2019年3.1:1。距離2015年《電動(dòng)汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展指南（2015~2020年）》設(shè)定的充電樁480萬(wàn)（450萬(wàn)私人樁和30萬(wàn)公共樁），車樁比1:1還有很大的距離。
根據(jù)中國(guó)電動(dòng)汽車百人會(huì)2019年發(fā)布的《中國(guó)充電服務(wù)市場(chǎng)如何健康發(fā)展》，私人用戶購(gòu)買電動(dòng)汽車需要建充電樁時(shí)，隨車配建的充電樁約占充電樁總量的67%，還有33%的用戶沒(méi)有建設(shè)充電樁。分析其阻力，除去集團(tuán)用戶自行建樁外，居住地物業(yè)不配合、居住地沒(méi)有固定停車位是主要因素。物業(yè)不配合的主要理由是配電容量不夠和存在安全風(fēng)險(xiǎn)。
總結(jié)過(guò)去傳統(tǒng)基建模式下的充電行業(yè)發(fā)展經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，停車場(chǎng)地獲取困難、電力容量限制、充電設(shè)施結(jié)構(gòu)和布局不合理，是客觀存在的主要問(wèn)題，盈利水平低是充換電行業(yè)發(fā)展停滯的主要原因，市政停車資源與電力資源之間的壁壘是更深層次的原因。
作為新基建的重要內(nèi)容，充換電掀起新一輪投資熱潮。國(guó)家電網(wǎng)宣布，2020年計(jì)劃安排充電樁建設(shè)投資27億元，新增充電樁7.8萬(wàn)個(gè)，新增規(guī)模約為去年的10倍；南方電網(wǎng)也表示，計(jì)劃全年投資12億元建設(shè)充電基礎(chǔ)設(shè)施，未來(lái)4年投資規(guī)模累計(jì)251億元，建成大規(guī)模集中充電站150座，充電樁38萬(wàn)個(gè)，為現(xiàn)有數(shù)量的10倍以上。但發(fā)展機(jī)遇也蘊(yùn)藏著市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)。
根據(jù)《中國(guó)充電服務(wù)市場(chǎng)如何健康發(fā)展》報(bào)告顯示，2018年全國(guó)公共充電設(shè)施利用率不足10%，盈利難是目前幾乎所有充電基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)營(yíng)商面臨的最大難題。另一方面，2019年出臺(tái)的《輸配電定價(jià)成本監(jiān)審辦法》明確了充換電服務(wù)業(yè)務(wù)不能納入輸配電定價(jià)成本。對(duì)于電網(wǎng)企業(yè)來(lái)說(shuō)，電動(dòng)汽車大規(guī)模無(wú)序充電將對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，包括電能質(zhì)量問(wèn)題和運(yùn)行安全等2。而且越來(lái)越大的用電負(fù)荷峰谷差，將顯著降低配電網(wǎng)設(shè)備利用率，加劇電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。
二、能源互聯(lián)網(wǎng)共享充電模式
結(jié)合車聯(lián)網(wǎng)和智能電網(wǎng)，我國(guó)正在開展電動(dòng)汽車“車網(wǎng)協(xié)調(diào)”技術(shù)的探索。利用能源互聯(lián)網(wǎng)共享模式能夠充分挖掘配電網(wǎng)資源和停車位資源3，4。
圖1 能源互聯(lián)網(wǎng)共享模式的充電解決方案
圖2 分時(shí)共享有序充電與無(wú)序充電的對(duì)比
能源互聯(lián)網(wǎng)共享充電模式通過(guò)對(duì)配電資源裕度、停車位資源、“車—樁”地理信息等多源信息的整合和處理，可將“配變閑置容量”轉(zhuǎn)化為充電樁，結(jié)合用戶充電需求，提供智慧充電引導(dǎo)、匹配、互動(dòng)、控制等服務(wù)。其技術(shù)特征如下：
智能引導(dǎo)：基于配電大數(shù)據(jù)、停車位大數(shù)據(jù)、用戶大數(shù)據(jù)和交通路況，采用智能引導(dǎo)優(yōu)化調(diào)度策略，實(shí)現(xiàn)基于“車—樁—網(wǎng)”協(xié)同的資源匹配；為用戶提供充電套餐選擇和行車路徑導(dǎo)航。
有序充電：智能配電終端采用配電臺(tái)區(qū)分時(shí)共享有序充電的運(yùn)行控制策略，在保證臺(tái)區(qū)充電功率不越限以及三相平衡（保障電能質(zhì)量）的前提下，利用用電低谷和碎片化時(shí)間進(jìn)行頻繁調(diào)配充電樁的接入退出控制，實(shí)現(xiàn)有序充電。
安全充電：智能充電樁通過(guò)智能開關(guān)接入配電網(wǎng)，智能開關(guān)可以實(shí)現(xiàn)快速無(wú)弧切換操作，切換時(shí)間小于5毫秒，具有10萬(wàn)次的機(jī)電操作壽命，確保安全充電操作。
此技術(shù)先進(jìn)性及效果，首先體現(xiàn)在能夠?qū)崿F(xiàn)有序充電。大工業(yè)用戶有序用電，是我國(guó)電力部門進(jìn)行用電管理的常規(guī)手段，而面對(duì)分散于電網(wǎng)末端、容量雖小但數(shù)量龐大的充電樁，目前還缺少先進(jìn)的有序用電措施。本方案可以對(duì)充電樁進(jìn)行分時(shí)充電控制并靈活定價(jià)，在保證現(xiàn)有配電臺(tái)區(qū)容量不變的前提下，數(shù)十倍地提升配電網(wǎng)對(duì)充電樁的接納管控能力。
其次，基于“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧充電社區(qū)服務(wù)平臺(tái)，可解除小區(qū)充電樁的配電容量限制，打造充電運(yùn)營(yíng)商、電網(wǎng)企業(yè)、物業(yè)管理電動(dòng)汽車車主多方共贏的商業(yè)模式。
目前，此方案通過(guò)江蘇南通某小區(qū)的預(yù)應(yīng)用分析，可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)社區(qū)充電樁安裝數(shù)量從原來(lái)的280個(gè)增加到760個(gè)，臺(tái)區(qū)日均增加售電收入675元，一輛電動(dòng)汽車每次充電費(fèi)用平均下降5.17元，減少電網(wǎng)投資改造費(fèi)用21萬(wàn)元。
三、發(fā)展建議
在新一輪政策刺激下，我國(guó)電動(dòng)汽車和充換電行業(yè)將進(jìn)入真正大規(guī)模普及的市場(chǎng)化階段。需要注意的是，新一輪行業(yè)發(fā)展既需要繼承上一輪基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要內(nèi)容，更要看到新基建的數(shù)字互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)充換電行業(yè)的新賦能。
首先，需要打破行業(yè)壁壘。由于充電功率及電池技術(shù)的限制，未來(lái)較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)，電動(dòng)汽車的充電問(wèn)題必然與停車位捆綁在一起。當(dāng)前，我國(guó)充換電行業(yè)的主要矛盾還是資源有限和行業(yè)壁壘。既有電力供應(yīng)資源問(wèn)題，還有路政社區(qū)停車位資源有限等問(wèn)題。只有打破行業(yè)壁壘，實(shí)現(xiàn)電力與市政等行業(yè)之間的互聯(lián)互通、相互融合，通過(guò)提高配電設(shè)備和充電樁的利用率，同時(shí)解決停車難和充電難的問(wèn)題，破解電動(dòng)汽車充電行業(yè)發(fā)展瓶頸。
其次，需要重視運(yùn)營(yíng)水平。吸收上一輪充電樁建設(shè)的經(jīng)驗(yàn)，因地制宜，合理規(guī)劃充電樁布局和公共樁與私人樁配比，重視充電樁利用率，避免投資浪費(fèi)。
最后，需要采用創(chuàng)新技術(shù)。在人工智能、大數(shù)據(jù)、傳感網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、5G等新一代信息技術(shù)推動(dòng)下，智慧停車與智能電網(wǎng)技術(shù)同步都在蓬勃發(fā)展。對(duì)于充電行業(yè)，還急需實(shí)現(xiàn)兩個(gè)領(lǐng)域的數(shù)據(jù)融通與技術(shù)整合，打造電動(dòng)汽車出行的智慧充停一體系統(tǒng)。例如：兼具車位管理與充電功能的智能充電樁、基于大數(shù)據(jù)與人工智能的智能運(yùn)營(yíng)平臺(tái)；大功率快速充電技術(shù)；V2G技術(shù)等。
參考文獻(xiàn)：
[1]苗圩.中國(guó)電動(dòng)汽車百人會(huì)高層論壇(2019)講話.
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[3]趙東元, 蘭越前, 訾振寧. 一種應(yīng)用于電動(dòng)汽車的充電用分時(shí)共享電源及其監(jiān)控系統(tǒng).中國(guó) CN201810726322.2 [2018-7-5].
[4]清華大學(xué)能源互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新研究院微信公眾號(hào).分時(shí)共享用電,2019年9月.
原文首發(fā)于《電力決策與輿情參考》2020年5月22日第20期
（本文來(lái)源于能源研究俱樂(lè)部，作者趙東元）
