電動車數量大漲會造成嚴重缺電嗎?研究稱:不會

2019年05月20日
本文轉載自創業家



麥肯錫諮詢公司撰文探討電動汽車對全球能源系統的潛在影響。文章稱,電動汽車不太可能造成電力需求危機,但會重塑負荷曲線。能源公司們該如何有效利用負荷曲線的變化呢?
 
電動汽車會很快面臨另類的交通堵塞嗎?隨著汽車加快電動化進程,能源生產商和分銷商需要瞭解電動汽車對電力需求的潛在影響。好消息是:麥肯錫的研究分析顯示,電動汽車的預期增長將不會在中短期大幅增加總電網電力需求,因此限制了創造新的發電容量的需要。
 
以來自德國的資訊為例,到2030年電動汽車增長不太可能會導致電力需求大幅增長;相反,它可能會使得總電力需求增加大約1%,需要增加大約5千兆瓦的發電能力。到2050年,這一數字可能會增長到4%左右,需要增加約20千兆瓦的發電容量。幾乎所有的這些新增發電容量都可能會涉及到可再生能源,包括風能、太陽能以及天然氣發電。
 
重塑電力負荷曲線
 
雖然電動汽車銷量的增長不大可能導致總電力需求大幅增長,但它可能會重塑電力負荷曲線。最明顯的影響將會是夜間高峰負荷的增加,當人們下班回家或完成一天的差事後,他們會讓他們的電動汽車插上電源充電。但是,在系統級層面,這種影響相對較小。同樣,以德國為例,我們預計到2030年峰值負荷將增加大約1%,到2050年將增加大約5%——電力系統大概率能夠承受的增幅。
 
然而,負荷曲線的變化將在地方層面上帶來挑戰,因為電動汽車的區域性分佈很可能會因地而異——有些地方可能有很大的差異。麥肯錫對各地電動汽車普及率的地理空間分析預測顯示,郊區很可能會成為電動汽車早期普及的熱點地區。因此,即便從全國範圍來看電動汽車普及率仍然偏低,還是可能會出現擁有大量電動汽車的地區。
 
熱門住宅區和電動汽車充電的其他集中地點,比如公共電動汽車快速充電站和商用車庫,將顯著增加當地的高峰負荷。為了預測住宅區負荷曲線的變化,麥肯錫對其進行了蒙特卡洛研究分析。分析顯示,就一個常見的150戶住宅的住宅區饋電線路而言,按當地的電動汽車滲透率達到25%來算,當地峰值負荷將增加大約30%。
 
雖然該數位並不低,但住宅地區的峰值負荷增長並不像一些人想像的那樣急劇。這是因為,儘管一輛電動汽車可以很輕易地讓單戶家庭的峰值用電翻一番,但許多家庭(包括有電動汽車的家庭和沒有電動汽車的家庭)的集聚,會減少變電站峰值負荷的相對增幅,即使是在峰值負荷異常的時候。
 
除了高峰負荷的增加,公共快速充電站的高波動性負荷分佈也需要額外的系統來進行平衡。我們對一個快速充電站的負荷曲線進行了類比,以便更詳細地研究這種情況。在這裡,單個快速充電站能夠很快超過典型饋電線路變壓器的峰值負荷能力。
 
由電動汽車充電需求引起的變電站峰值負荷的增加,如果不加以管理的話,最終將使得當地的變壓器超出其容量,需要進行升級。結合麥肯錫地理空間分析得出的各地區電動汽車滲透率分佈資料和目前在使用的變壓器資料來看,可以發現,與國家範圍的電動汽車滲透率相對應的資本支出需求呈現S曲線形狀。換句話說,雖然在電動汽車滲透率低的時候,與設施升級相關的投資需求很少,但隨著電動汽車數量的增加,這種需求會迅速增加,最終在電動汽車達到高滲透率水準時再次趨於平穩。我們估計,如果不採取糾正措施,累積的電網投資需求可能會每輛電動汽車多出幾百歐元。
 
探索潛在的解決方案
 
能源企業有幾種途徑來解決這種情況。它們可以對充電行為實施影響:例如,電力的分時定價能夠激勵電動汽車車主在午夜後充電,而不是在傍晚的時候。分析表明,這可能會使得峰值負荷的增長減半。分時定價制易於實施,且經過驗證。它也需要進行監督,因為它可導致“計時器峰值”,即許多人無意中給他們的充電器設置了同一個開始充電的時間。
 
另外,能源公司可以部署更多的本地解決方案,比如將一個儲能單元與在用電需求低峰時段給該單元充電的變壓器放在一起。然後,儲能單元在需求高峰期放電,從而減少峰值負荷。另一種選擇可以是使用小型熱電廠,如果該工廠產生的熱量在本地能夠派上用場,這可能會是一個很有吸引力的解決方案。
 
隨著電池成本持續快速下降,使用儲能技術來平滑負荷曲線將變得越來越有吸引力。該技術其他的應用包括公共快速充電站,電動巴士和卡車的停車場充電樁,以及部署於住宅,即更多的電動汽車車主結合使用屋頂太陽能電池板和家庭儲能設備。幾個因素可以驅動安裝能源存儲的業務案例。這包括削減高峰負荷以減少需求費用(基於高峰負荷的額外費用),避免電網升級,以及在特定時段利用較低的電價(在能源價格較低時給電池充電)。能源使用者也可能因為提供靈活的服務而尋求補償。
 
在電網升級或替代解決方案方面的一些投資將不可避免,不過企業可以通過解決根本性的問題來大大減少這種投資。一個例子是,通過轉移電動汽車充電負荷來避免峰值負荷的增加。對電動汽車車主的充電行為、駕駛和停車模式的早期觀察顯示,在電動汽車與電網連接的大部分時間裡,它們並沒有主動充電。在基於住宅的私人充電中,這一比例超過80%,在公共充電站中則只有25%左右。這種情況產生了轉移充電負荷的潛力,通過從系統層面來優化充電時間和速度,可使得充電過程智慧化。
 
通過智慧引導充電行為來創造價值
 
集中協調和智慧引導人們的電動汽車充電行為,可以在多個層面創造價值。首先,它可以使得峰值負荷調節變得更加有效,從而大大減少上述的電網投資。其次,它可以重新改變峰值負荷調節以外的負荷曲線,從而優化發電成本(將需求從峰值發電轉到基本負荷發電)。此外,在太陽能和風能發電過剩時加快充電,或在可再生能源發電量較低時降低充電速度,都會有助於整合出更高比例的可再生能源發電。最後,通過提供回應需求的服務,智慧充電可以提供有價值的系統平衡(頻率回應)服務。
 
這種方法的下一步改進涉及到車輛到電網(V2G)的計畫,這不僅會改變電動汽車的電力需求,還會讓電動汽車在特定條件下向電網輸送能量成為可能。試點研究表明,電動汽車車主非常願意參與協調智慧充電計畫。該計畫可創造的總價值可高達每年每輛電動汽車數百歐元,具體視乎各地的情況而定。
 
為了實現這些效益,能源公司必須要對智慧充電基礎設施進行一些預先投資,並努力與其他的利益相關者共同實現有效的合作。但這些目標一旦確立,電動汽車將不會再在能源系統方面引起人們的擔憂。相反,它們將使得能源系統變得更具有成本效益,更有彈性,更加環保,造就各種效益。
 
路上的電動汽車預計會增加,這會給電力公司帶來挑戰。雖然電動汽車到2030年不會導致電力需求大幅增加,但它們將重塑負荷曲線,從而給電網帶來新的壓力。此文提供的建議可以幫助能源公司克服這一挑戰,有效地整合路上越來越多的電動汽車,進而為能源系統創造巨大的效益。