电动汽车与智能电网互联的前景展望

田家瑞，张行健

（中国人民大学附属中学，北京100080）

1 引言

通过扶持补贴政策，以政府为主导拉动行业需求，我国新能源汽车产业得到跨越式发展。2012到2016年，新能源汽车产销量从1.3万辆增长到50万辆，年复合增长率达到了150%。笔者从2017第二届中国电动汽车充换电服务创新高峰论坛上了解到，根据《节能与新能源汽车技术路线图》，2020年我国的新能源汽车总量规划达到500万辆左右，2030年规划达到8000万辆，市场前景非常广阔。

电动汽车规模化推广，对电网提出了较高的供电需求。同时电动汽车的智能化发展，与可再生能源的发展、智能电网的发展将共同推动一场能源革命和汽车革命。本文分析了电动汽车用电需求、负荷特征，展望了电动汽车和智能电网互联互通、开放共享的发展前景。

2 电动汽车发展符合国家减排政策

我国政府承诺碳排放在2030年前后达到峰值,非化石能源占一次能源比重于2030年达到20%。交通电气化发展是实现我国碳减排战略的重要举措之一。预计到2020年单辆电动汽车相比传统的汽油车一年能减少碳排放1.3吨，2030年会进一步降至0.8吨。2030年电动汽车达到8000万辆规模，电动汽车可以贡献6400万吨二氧化碳减排量。

3 电动汽车发展对电网将产生巨大影响

3.1 用电需求

充电负荷的计算是评估电动汽车对电网影响的基础。郭晓斌、罗卓伟等研究了不同充电模式下的充电负荷曲线[1-2]。罗卓伟等根据不同类型电动汽车不同充电行为的充电功率，采用蒙特卡洛模拟抽取起始荷电状态、起始充电时间的电动汽车充电负荷计算方法，获得充电负荷曲线。按中国2030年电动车占汽车保有量（预测为19483万辆）的30%（5845万辆），预测2030年中国电动汽车日充换电电量将达到10.98亿kW·h（高预测场景），全国日充换电负荷峰荷将达到24700万kW[2]。这个体量有多大呢？2016年全国累计完成发电量59897亿kW·h，平均到每天的发电量约164亿kW·h。作为国家电网系统首个负荷破1亿千瓦的省级电网，2017年江苏电网最高用电负荷10002.4万kW。可以看出,未来电动车充电电量、充电负荷所占比重会越来越高。

3.2 充电负荷的随机性特征

电动汽车充电负荷具有区别于传统符合的随机性特征。电动汽车充电负荷的随机性表现在空间和时间两方面。伴随着电动汽车行驶范围的变化，存在着充电负荷在空间上移动的可能性。不同用途的车辆倾向选择不同的充电方式，私家车经常会选择在自家停车场慢充电，公交车和出租车会选择公关充电桩进行快充或更换电池。电动汽车充电时间和充电电量决定了电动汽车在充电时间上的分布特征。电动汽车充电负荷的随机性给研究其负荷特性造成了困难，使电网在满足电动汽车充电需求方面，比传统负荷供电更具挑战性。

4 满足电动汽车快速增长需求的智能电网展望

未来电动车的发展趋势必然是智能化、网联化，未来电网将进一步实现智能化进程，实现能源的综合利用。

4.1 电动汽车退役蓄电池在智能电网中的应用

大容量储能技术因可灵活、高效地改善间歇式新能源电站可调控性能，已被公认为是推动风、光等可再生能源成为主力电源的关键技术之一[3]，但受限于高昂的成本，无法规模化应用。

随着电动汽车保有量的指数级增长，退役电动汽车电池也将呈爆发式增长，仅我国预计2020年就将有19 GWh的电动汽车退役电池。按国际通用标准，为保证续驶里程和安全运行，汽车电池在剩余80%容量时必须更换。剩余80%容量的电池应用于电力储能，一方面减少资源浪费，一方面平抑新能源间歇式发电的不利影响。自2016年2月，国家发改委、工信部、环保部、商务部、质检总局等五部委联合制定发布了《电动汽车动力蓄电池回收利用技术政策(2015年版)》后，电池梯次利用储能技术逐渐成为行业关注热点。2015年，国家电网公司启动了兆瓦时级梯次利用电池储能技术的研究，成功研发了1.2 MWh试验系统，并于2016年在国家风光储输示范电站投入试运行，这是我国第一个兆瓦时级梯次利用电池储能系统。[4]

4.2 智能车联网与智能电网的互联互通展望

搭建集电力互联网、充电网、车联网的智能运营管理平台，负责对电力供应网络、充电网络、车辆用电管理等实时监测分析，实现供电侧与用电侧互联互通。

图1 电力互联网、充电网、车联网智能化运营管理

4.2.1 智能电网下电动汽车有序互动方案

基于互联网和大数据挖掘技术，通过图1所示电动汽车充电运营管理，将充电网与车联网、电力网三网合一，能够对电动汽车充电、新能源电站区域负载等情况实时监控，精准引导调度。电动汽车充电模式采用V2G充放电模式，实现电动汽车与电网之间能量与信息的双向互动。[5]

4.2.2 电动汽车与新能源的互补消纳

实现电动汽车与新能源的互补消纳，根据新能源发电的时空分布特性以及电动汽车充放电功率分布特性之间时空分布的潜在错位，通过一定的引导手段，实现电动汽车与新能源的互补消纳。

图2 电动汽车与新能源的互补消纳示意图

5 结语

汽车电气化已经是大势所趋，处于产业爆发前夜。电动汽车的大规模接入，供电需求猛增，对电网会产生较大的冲击。但同时，伴随着电动车及电网的智能化、网联化，未来智能电网将实现能源的综合利用，并为电动汽车用户提供更为便捷、可靠、低碳的能源服务。