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熬夜四小时充电一小时,限电之下的“充电难”

  • 2022-09-02 17:35:09

作者丨电动汽车三电工程师 朱玉龙

【编者按】最近,“限电缺电”再次成为社会关注点。部分省市受到的影响十分严重。电力短缺问题究竟何时才能缓解?从长远来看,国内的电力基建是否能支持交通电气化?有哪些核心矛盾问题需要解决?本文将重点从国内充电基建情况角度解读这些问题。

缺电限电约束下的新能源车
最近,“限电缺电”问题让部分省受到的影响十分严重。比如四川省,虽然目前已经迎来了降温降雨,电力供应恢复正常,但限电政策仍未完全解除,四川等地新能源汽车的补给也受到一定程度影响。在前几周,特斯拉、小鹏、蔚来等电动车企陆续更新了部分地区暂缓、限电充电服务的信息,成都很多的充电站显示“部分终端限电”。根据相关报道,在成都市的公共充电站很多早已排满等候充电的网约车和出租车,不少车主通宵排队充电。
近年来,我国传统化石能源发电装机比重持续下降、新能源装机比重明显上升。2020年,火电装机比重较2011年下降了15.7个百分点,风电、太阳能发电装机比重上升了近20个百分点,发电装机结构进一步优化。水电、风电、光伏、在建核电装机规模等多项指标保持全球第一。未来对于电力需求的支持是与日俱增的,尤其随着新能源汽车产业的发展,国家需要投入更大的电力支持满足供应。
从全国系统电力装机的结构来看,主要以火电为主。而此次受到影响比较大的四川省,主要为水力发电。根据相关数据:2020年,四川全省电力装机10295 万千瓦、发电量 4140 亿千瓦时,分别比2015 年增长 21.6% 、34.3% ,其中水电装机 8082 万千瓦,水电发电量 3514 亿千瓦时(约为全国的26%), 均居全国第一位。因此,一旦遇到类似干旱的天气灾害,影响凸显。
极端气候对电力系统的负面影响是十分巨大的。去年冬天,美国得克萨斯州发生极端严寒天气,当地气温一度降到零下19摄氏度,而支撑全州约25%电力供应的风力发电系统,在极端严寒天气面前大面积停止工作,加剧了其电力供应的不平衡。
以这次四川省的缺电限电为例,我们可以看到两个核心矛盾点:第一,四川省以水力发电为主,夏季及以上调节能力的水库电站装机不足,占水电总装机的 40% , 导致调节能力不足, 丰枯矛盾突出。第二,大规模新能源集中并网,在遇到极端天气、自然灾害情况下的电力应急备用和调峰能力不足等问题, 这些对电网的平稳安全运行提出了新的挑战。
在这一背景下,电力的供应变得格外重要。不管是在发电端(风能、太阳能产业等)还是在消费使用端(锂电电动汽车、氢燃料电池汽车等),电力都正成为推动新能源整体发展的核心关键。

充电桩基建不完善、矛盾凸显
此次高温限电,再次引发了对新能源汽车充电的焦虑。从目前中国新能源充电基建情况来看,我国新能源汽车有良好的发展前景,但充电桩依旧有巨大的缺口
2022年6月底,全国机动车保有量达4.06亿辆,其中汽车3.10亿辆,新能源汽车1001万辆。随着千万的新能源汽车保有量到来,制约中国新能源汽车发展的问题,还是基础设施(主要分为交流装和直流装)不够完善。
目前,中国主要的充电设施围绕家用充电、公共充电,但整体数量和体验不足,成为普及电动汽车进一步推广的主要矛盾。
中国的充电设施的情况
首先是数量方面,2016年至今,我国公共充电桩保有量呈直线上升状态。截至到今年7月,中国直流充电桩68.4万台、交流充电桩89.0万台,单月公共充电桩增加4.7万台,依据上报数据(充电联盟数据)显示,全国充电基础设施累计数量为398.0万台。2022年7月,全国充电总电量约21.9亿度,同比增长125.2%,环比增加13.7%。相当于每台车单个月充电219kWh,每天大概在7kWh。
从地域分布来看,全国的71.7%的充电桩广东、上海、江苏、浙江、北京、湖北、山东、安徽、河南、福建等10个地区,充电量也是相应的集中在这些区域。并且,电量流向以公交车和乘用车为主,环卫物流车、出租车等其他类型车辆占比较小。
中国公共充电设施的分布
充电量和充电设施数量的比对
可以看出,供应问题的矛盾会较为凸显。随着基建的不断扩充,同时用电充电的需求也在不断增加,因此供需端需要形成良好的平衡。

里程焦虑和充电焦虑矛盾凸显
除了供需的问题,充电桩等基建方面仍有不少难点需要解决。
首先是用户对于基建资源的安全感不足。目前现有的补能方案中,除了个别车企铺设公共充电网络外,大部分新能源车还是需要利用社会公共充电运营商投建的网络。而大多数车主对于外出时有充电焦虑的,购车也十分关心汽车续航的问题,侧面看出对于第三方公共充电资源支持的信任感问题。
虽然目前中国已建成了全球最大的公共充电网络体系,但是对于下一步推进电动汽车发展来说,里程焦虑和充电焦虑的矛盾较深。
进入冬季后,电动汽车会迎来一场低温续航的“大考”,由于动力电池在低温环境下活性下降,不少车主发现电动汽车出现续航里程“缩水”、夜晚停车掉电等状况。这样的情况下,充电桩与汽车续航问题的矛盾会尤为凸显,车主对于排队充电的需求频次更高,因此充电排队等候、充电桩失灵等充电矛盾也在充电需求增加。
另外,电动汽车的大量应用,对电源建设、配电网、电网运行控制等都提出了新的挑战。车主的居住地能够安装充电桩,这是能让消费者购买电动汽车的首要前提。但是过于密集的充电桩铺设,会产生较多的充电负荷。
如果按照目前1000万电动汽车保有率测算,同时率为30%,充电功率将达1000万*6kW*30%=1800万千瓦;按每辆车日均行驶50KM,百公里电耗16KWH估算,每天仅需电量8000万KWH。
如果按照一线、新一线、二线等3座城市中典型居民小区,居民1000户,户均建筑面积100平方米,用电负荷60瓦/平方米,同时系数0.2;配套公建按人均3平方米,公建负荷60瓦/平方米,同时系数0.5。仅考虑交流充电情况下,电动汽车同时充电比例达到20%时,电动汽车规划充电负荷将分别占到56.5%、71.2%和32.5%,将成为居民主要负荷,同时考虑到电动汽车使用的规律性,峰谷差率将进一步拉大。
因此,推进有序充电、控制区域性的智能化充电管理,是解决问题的唯一办法,最好「能装尽装」,再通过有序的充电控制总功率,尽量把充电的电量错开配置,把一部分的补电需求交给快充网络来支持。

「充电桩扩建+超快充」逐步化解充电难
除了充电设备基建的支持,“充电慢”也是新能源汽车行业的核心痛点之一,目前高压平台整车和超级快充充电桩是实现大功率快充的主要方案。随着快充功率的不断提升,在将来不远的时间内,充电难的问题会逐步化解。
超级快充的落地将大大缓解广大车主的续航焦虑。目前各大造车新势力都推出800V高压快充,实现功率密度和系统效率等性能的大幅提升。
主要汽车企业的直流充电桩统计
另外,各大车企加大布局,纷纷扩建快充站点:包括蔚来汽车、小鹏汽车等新能源车企均在全国范围内铺开超充桩网络布局,并开通共享式一站补能,提升全行业充电效率。目前汽车企业的主要充电设施的布局情况如下:
特斯拉(根据企业发布数据):6月底,特斯拉在中国大陆已建设开放1200多座超级充电站,8700多个超级充电桩,配合700多座目的地充电站、1800多个目的地充电桩。小鹏汽车(统计数据8月15日);自营1000座,超充站799座,目的地站201座,根据充电联盟和统计的数据,推算小鹏有4015根快充桩,502根交流桩。蔚来汽车(统计数据8月9日):充电桩数量为10443根,821座目的地充电站,大约4980根目的地充电桩;已建成936座超充站,5091根超充桩。
不过,车企也需要通过运营商一起共建超级快充站。目前两者的合作,主要采取的策略还是预约资源给车企自家的消费者用户,而极少数(类似特斯拉)的车企自建部分网络。但是在高功率的方向上,需要在运营商的支持下和在需求集中区域,集中升级高功率的充电桩。
另外,政策方面也在继续支持加大投入。在2019年新能源地补取消后,政策方面陆续出台了多项强有力的政策扶持充电基础设施行业发展。目前中国的政策体系已渐趋完善,涵盖规划、建设运营奖励补贴、充电电价电费、土地等多个环节。
希望通过市场、技术和政策的多重力量,加速提高中国的“充电速度”,化解充电难的焦虑。
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