观点速递 | 充电基础设施及充电服务如何助力电动汽车与电网融合发展?

专家观点 2019-11-19

近年来,中国电动汽车保有量快速增长,充电需求对整个电力系统的节能减排将起到关键性的作用。电动汽车将同储能、分布式能源、需求响应一样可成为与发电同等价值的资源。得益于政策和市场的双重刺激,中国成为了全球充电基础设施发展最快的国家:充电先进技术的不断突破、新运营模式的不断涌现、充电设施服务网络的日趋完善,这些均有力地支撑了电动汽车的推广应用。


值得注意的是,充电基础设施布局不平衡的问题对电网规划及城市规划带来了长久的挑战。由于不同城市处于不同发展阶段,1:1的车桩比并非最优选择。尤其在北京、上海、深圳等一线城市,配电网增容困难。如何通过跨部门合作实现现有充电设施的有效利用并优化未来的建设规划是亟待解决的重要问题。


中国清洁交通伙伴关系(CCTP)联合自然资源保护协会(NRDC)举办了第八期主题沙龙,邀请政策研究者及利益相关方就充电基础设施及充电服务助力电动汽车与电网融合过程中存在的问题和解决方案展开讨论。



参与讨论嘉宾(按姓氏首字母排序)

      安   锋    能源与交通创新中心 执行主任
陈健华    能源基金会 交通项目主管
    韩   飞    小鹏汽车 华北区充电部负责人
李   彪    北汽特来电新能源科技有限公司 董事长
    金亨美    自然资源保护协会 高级政策专家
刘   坚    国家发展和改革委员会能源研究所 副研究员
    毛和兵    江苏省新能源汽车智慧能源装备创新中心 总经理助理
邵浙海    普天新能源 首席专家
     张   帆    中国电动汽车充电基础设施促进联盟 综合部主任
张思冬    云快充 商务总监


Q&A  电网融合发展的进程中,运营服务商面临着哪些挑战?


【金亨美】我们通过交流,发现很多充电服务商只关心充电桩充电时的数据,有的充电服务商在充电桩不充电时是不收集数据的,这样数据跟国家电网的对接将会出现困难。因此我认为无论充电桩是否充电24小时的充电负荷数据是需要的。此外,很多充电服务商的数据密度相对密集,而电网公司里面是每隔15分钟数据更新一次,因此电网公司不需要这么密集的数据。所以如果满足每15分钟更新一次的数据已经足够了,但是如果需要更精准的数据,每隔5分钟也已足够。


【韩飞】运营商现在面临最大的挑战来自两方面:第一是成本,现在包括国网、特来电、普天、星星,等运营商全国都铺了很多桩。如果说改成V2G (Vehicle to Grid)形式,他们的成本技术升级会有多大,需要仔细考虑。


第二是技术,现在运营商特别多,平台、接口都不统一,收集、汇总和整合数据才能更好的促进电网融合,一定需要一个大数据平台让运营商更合理地建站。例如:某一个区域充电需求量特别旺盛,我们是不是要在这里夯实加密充电设施,是不是需要重新配网,让电力能够更好的利用起来。


【张思冬】随着车辆的增多,充电站运营商面临的核心问题是充电站精细化运营的问题。车和桩的增长是螺旋上升的过程,充电桩随着电动车数量的增长而增长。当供需双方进入咬合阶段的时候,在局部市场很容易出现混乱状态,比如网约车大家都要充电,一窝蜂在某一个时间段都到配置较好的个别充电站去充电,从全网角度来看,车辆运力和电站运力都没有得到有效的利用。我们认为需要分客群、分场景、分地域区块和分时间段提供不同的运营解决方案。比如说网约车群体和通勤车,他们充电的时间段,峰谷时间段完全不同,比如说网约车,跑车的高峰就是充电低谷,充电高峰就是跑车的低谷,所以中午的时候往往是网约车充电高峰期,晚高峰结束之后又是他们充电的小高峰,而通勤车是从A点到B点跑车的过程,他们一天通常就充一次电,一般都在晚上,因此白天充电站是闲置的。这也就是我们从电站运营上可以去思考的一个重要问题,分场景去细化这些问题非常有必要。


【毛和兵】随着电池技术的快速发展,直流快充和大功率充电的优势将越来越明显,那么充电资源的掌控将会至关重要。如果是纯粹的运营服务商,个人认为将会受到越来越大的挑战。充电资源主要包括电力、场地、充电桩、运营平台、车辆等,其中电力、场地、充电桩、车辆属于线下资产,运营平台属于线上资产。纯粹的运营服务商无法掌控充电资源的线下资产,充电桩存在着随时从运营商平台脱离的可能。此外,将会有更多的市场参与者,比如中石油、中海油、中石化等有资源的企业,都会涌入市场,将会加剧市场竞争,对纯粹的运营服务商冲击更大。只有将线下资源与线上资源有效结合,才会走得长远。


【刘坚】什么是最大的核心竞争力,或者是挑战在哪里。我觉得聚合商的本质是联系上游电网和下游汽车中间媒介。未来中间聚合商的核心竞争力在于是否能够获取电网的信息,电价信号也好,调度信号也好,这对于目前的第三方聚合商还是有困难。一方面,目前第三方充电聚合商较难获得这批发市场电价和调度信息,或者消化这部分信息,这还是有一定门槛。另一方面,目前的电力辅助服务是针对发电机组设计的,而电动汽车充放电特性,不论在充电时间、功率、频次都与传统发电机组有很大差别,电网将其纳入调度还存在技术困难。


另外一个竞争力体现就是怎么样去衔接用户侧,比如说电动车车主怎么充电,这会涉及到更多信息,更加多元,不光是电量数据采集,还有很多比如说个人充电行为,车型的差异,甚至说天气、温度这些其实都会影响到第二天的充电行为。可能相比于获取上游电网的信息,引导用户的行为更难,但只有影响和引导合理的充放电行为,聚合商在有可能在电力批发市场实现收益最大化。现在虽然有很多概念,包括货币化的价格激励手段,或者非货币化的引导手段,或者套餐等等,谈的比较的多,但是落地起来还是比较难的。总而言之,核心竞争力体现,就是在上游下游的信息获取、预测和干预行为的能力,这是考验聚合商未来市场竞争力的一个非常重要的方面。


Q&A  如何有效实现充电设施的布局优化?充电需求与充电设施布局是否匹配?


【邵浙海】合理布局方面,重要的是要贴近用户的需求。快充慢充是相对的,以慢充为主体是指覆盖密度高,尽量把它化整为零,更重要的是现在还未达到可以全面支持电池大功率快充的程度,这里是说全生命周期里电池确保高功率性能方面,从安全性考虑需要一个成熟的过程,当然在有些区域的部分高性能设计车型上已出现大功率快充需求。今后的一个合理结构,这块也需要形成共识,因为它涉及到今后的建设模式。我们说的希望分布式结构是相对于站的分布而言,即使说到快充,在功率配置上空间分布上也是一个梯级布置的,而慢充一个车位配一个桩也许不如两个相邻车位配一个桩来的合理,对于换电模式,从资源利用上最好的方式是能够做成共享化的站,目前这还没有做到,今后十年基础设施如何优化布局,的确还有很多综合因素要考虑。


设计怎样的设备满足设施布局,这个一方面技术迭代会更替出更适易的产品,刚才说到能源交换型设备就是可预期的一块,无线充电方式与自动驾驶技术结合,今后在自动充电场景中会有发展,未来大功率充电如果装备起来,那么500千瓦的一台设备,就可以替代几十台现今的直流快充桩,充电设备数量、建设占地就不用那么多,所以这个节奏都要从规划上来把握,今后的合理布局,不仅是空间布置上的,产品趋势上是灵活配置和智能控制,满足充电场景的不同充电模式,技术进步是提高效能、高环境适应性。管理层面是加大设施建设的规划引领,发挥标准指导作用,市场与监管并举,避免无序竞争的成本。


【张思冬】我们发现在一个城市里当电动车数量多到一定程度之后,充电站变成一门生意,很多民间资本涌入市场,基于本地资源优势和对本地市场的熟悉程度,他们投身充电站的建设和运营,这种现象在电动汽车保有量大的城市非常明显,比如说厦门、太原、深圳。这些运营商作为本地人往往在当地的选址和布局上面非常有优势,随着车辆的增多,这种类型的站点越来越多,但与此对应的是运营规范和标准的不完善以及电站信息化的滞后,这些是我们需要关注的,我们云快充给他们提供的就是一揽子的解决方案,让每一根充电桩都能够进入标准的公共桩联网,发挥其应有的社会价值。


【张帆】实现优化充电设施布局、充电需求与充电设施布局匹配需要从两个方面入手,一是政府基础保障机制。政府要负责重点领域,如高速公路、城际连接线、城市重点区域等的充电设施建设、服务,政府要在资金、政策等方面予以有利支撑,请国有企业承担起社会责任或将保障类充电设施纳入政府管理的基础设施中去;二是市场调节机制。引导、扶持充电设施运营企业提高充电服务体验、提供差异化充电服务,通过价格市场机制调整满足电动汽车充电用户的差异化需求。


在新能源汽车发展的起步阶段,充电需求与充电设施布局是动态变化的,既能够满足充电需求又能够给企业带来良好收益的充电设施布局就是合理的布局,相信随着基础保障充电设施体系建设的不断完善和市场环境的不断优化,充电需求与充电设施布局将逐步趋于合理。


【刘坚】  想实现电动汽车的调节,技术层面可能主要就是集中在这几方面,一个是电池,现在动力电池技术更多侧重在提高能量密度,怎么样提高续航。但是如果能够把它做成未来电力系统元素,很重要的参数就是循环寿命。如果咱们认为电动汽车在未来整个电力系统扮演非常重要的角色,循环寿命突破仍然非常有必要。还有一个是电池质保问题,如果未来结合V2G,电池质保不能仅限于公里或年份的考虑,更多是要考虑充放电吞吐量。这点还需要动力电池企业、车企、电网能够形成一个新的标准,这样V2G的推广才有基础。


电力市场机制方面,一些具体规则需要进一步完善。首先要允许电动汽车这种新型资源进入市场,其次要完善市场价格机制,以真实还原电动汽车调节精度高、响应速度快的市场价值。


此外,一些既有政策也需充分落地,比如转供电问题要解决。因为转供电,分时电价信号往往无法传导至电动车主。虽然可以单独安装一个独立表计,但这样做的工程量非常大。所以可以通过在电网关口电表上核减充电桩企业的数据,从而间接计量电动汽车的充放电行为,即通过规则创新实现电动汽车的分布式计量计费。


Q&A  充电基础设施与运营服务商如何助力电动汽车与电网融合发展?需要哪些机制共同推动?


【毛和兵】随着汽车电动化、智能化、网联化、共享化的发展,电动汽车将会加速发展,将会对电网造成比较大的冲击。电动汽车与电网融合发展,我的理解是实现智慧充电,削峰填谷,尽量减少对电网的影响。充电设施相关的服务商主要包括:制造商、运营商、平台商、集成商(研发、生产、销售、投建、运营、运维一体的,比如星星充电)。其中,集成商将会有效助力电动汽车与电网融合发展。有序充电、预约充电、即插即充、V2G等智慧充电模式将会促进二者的有机融合,促进电网资源合理使用。个人认为,只有硬件与软件有效结合,即充电桩与运营平台紧密结合,才能及时可靠地进行升级和改造,从而快速支持智慧充电模式的推广,集成商可以更加方便快捷地实现。


【李彪】特来电公共桩一天的充电量可以达到约800万度。我们希望能够让充放电网更加集成化、协同化,让电网与充电基础设施、新能源汽车得到更优的配合。


我们也在与电网公司开展微电网项目开发,利用储能及电网融合,实现电网的削峰填谷。充电方面“地、电、车、桩、人”各环节需要协同,在这方面我们还有更多的路要走,很多困难要去克服。土地是稀有资源,建设充电桩需要以土地资源为支撑。路侧停车场是无法建设充电装的,希望土地方面的相关政策可以尽快落地。电网方面,储能和微网都必须建立在国家骨干网的基础上,需要有良好的交际结构和模式予以支撑。车、桩、人是智能化交通的基础。智能化交通必须实时抓取车和行人数量的数据,实时调度。充电桩和电动汽车互动频繁,如果把产生的这些数据匹配起来,把红绿灯,城市骨干网,智慧交警、交通、人流、车流结合起来,再整合到能源微网当中去,为充电结构匹配,高质量发展和供给侧结构性改革打好基础。


【韩飞】充电基础设施从现在开始需要进行技术升级,尤其是新建的充电基础设施,把原来单向充电的设备逐步升级为可双向充电的设备,当然政府最好给予一些补贴,不然运营商的压力确实很大。


【邵浙海】电动汽车与电网融合发展是一个相互促进与协调发展的问题,内在关系是协同,从电能供给上对电动车大规模发展起到支撑作用,而从车的移动储能属性上又能对用电负荷的平衡产生正向调节作用。电动车目前还未能做到能充能放,我们更多关心车的充电需求,对电力或充电基础设施如何满足车的用电需求有更多关注,未来车辆规模上来了,电网侧能否满足电动车多种场所的供配电,如何降低建设和用电成本是运营商考虑较多的。同时,运营商现在正在不断通过信息化和智能化控制技术来提高充电操作的方便性,通过系统构型上柔性控制提高装机利用率。但从电动汽车作为电力负荷而言,如何进行措峰调节,上海电力就开展了价格调控机制的需求响应试点,这个互动探索是很有意义的,另外,限于现有供电设施条件,这当中产生了有序充电的需求,这也是一种提高既有供电能力的解决方案,应该是阶段性的措施,远期发展是更高阶段的需求响应,值得探索的融合方向。


从现在至2035年,近阶段因为受限于车端和既有配电设施一系列条件限制,如台区电力平衡上的负荷抑制,车辆不容易做到随时随处充电,必须经过一个过程,先是单向有序调节充电负荷,最后才能走到双向快速需求响应的阶段, 这里一方面我们要讲电网电能如何满足大量车的充电,另一方面也看到了车辆对电网负荷调节的作用。正所谓车网协同,车指的是电动车、智能电动车,网实际上就是充电基础设施网络,也可以理解为电动汽车的供电网络,电动汽车与电网融合发展这个落脚点就是电能的供需与平衡,这个是双向需求,会有发展前景的。


从一开始我们就说充电基础设施包含了通信和信息服务平台的,从充电运营商角度出发,现阶段已经在探索开展运行服务的跨平台信息互联互通,满足车辆漫游充电和即时充电,而与电网侧的需求响应也是信息互联互通,这是电能互动方向实现融合发展的前提。就技术上而言,现阶段存在大量交流慢充设备,尽管造价较低,但通信方式只是单向的控制,难以解决电能互动的双向控制,所以今后需要有小型化双向化的地面充电终端,这个从电气隔离安全性上采用直流方式更为可靠,大家说的电能交换机也是这类专门针对电能流控制的设备概念,无线充电这块也是可以做成双向传递的。有了电能交换,才能反向负荷调控,让削峰平谷作用倍增。所以,初期融合是有序化充电,释放供电网的潜能,未来的发展,电动汽车与电网融合将以电能互动为纽带,就是从智能电动汽车与智能电网,在智慧能源融合方面开展协同与互补,从负荷和调控上满足双侧需求的响应,充电设施参与其中环节,会有发展前景的。


除此之外,还需要标准层面和政策层面的引导。既有小区充电问题,现在改造线路解决负荷和负载平衡都会有较大的投入,充电设施本身就是开放的市场,可以发挥社会力量的参与,对有积极性又符合资质的运营商可以鼓励参与,在小区建桩方面给予些配套政策支持。还有,充电运营商参与电网融合发展,在用户侧的光充储放微电网建造中可以发挥作用,这个有利于分布式能源架构的构建,长远是提高可再生能源的使用,形成多层次电能调节,今后对于电动汽车供电保障也是有利的。


【张帆】技术,平台、市场和政策缺一不可。

首先是技术。技术方面我们可以把它延伸至技术、标准、产品等等。从需求来讲,对于设备设施,目前服务的车辆对应电网主要是满足单向能源补给需求。充电设施匹配电动汽车与电网融合的技术问题可以解决,标准体系建设需要有一个过程,车辆端的技术难度也不是太大,重点是要考虑电网侧、特别是大电网在车网融合发展的技术困难。


第二个是平台。需要我们的充电设施运营平台、车端平台、公共服务平台、政府监管平台等实现互联互通、远程控制、监管。电网侧控制调度平台与车、桩平台融合需要产品、标准体系配套。充电设施平台技术比较容易实现。


第三个是市场。要实现车、桩、网的市场化互动协同发展,不只是车桩网本身,还涉及到B端和C端,包括车企、桩企和用户等。如何调动B端、C端用户的市场积极性,需要整体规划。


最后是促进车网融合发展比较困难的、或者说是需要较长时间解决的问题,就是相关的行业政策。一是电力方面的政策。比如说削峰平谷的电价政策、节能减排的鼓励政策等。由于目前大部分电动汽车产品只有充电储能功能还不具备反向输出功能,难以大面积推广V2G,只能引导电动汽车在用电高峰时段时段不充电,用电低谷时段充电,这就需要灵活的价格政策激励机制带动。电网单位也一直在跟价格主管部门争取有序充电价格政策,比如低谷时段充电价格降到2、3角/度。二是涉及安全、管理责任的相关政策。削峰平谷有序充电、V2G反向供电等,应用场景不同会带来安全管理问题。例如常规充电,充满电车开走,充电时司机在车内,出现问题可以及时处理,但是预约充电、有序充电一般车主不会在车内或附近等待,出现问题由谁负责?需要制定相关政策,既要明确责任与义务还要保障权利。


我们不能简单的把充电设施与电动汽车、电网融合看成有序充电、或者V2G,仅推动某一个方向发展是难以持久的,可能会出现很多问题。应该是友好的整体解决方案,关乎于成本收益,成本收益不是单独指某个产品或者某种方式,它涉及到资金成本、时间成本、安全成本,涉及到电池寿命、整车寿命、充电设施寿命等。未来我们在推动充电设施与电动汽车、电网融合发展方面需要车桩网共同为用户提出一揽子融合解决方案,包括政策配套、安全保障、收益等。我们要把问题想在前面,提出解决问题的办法。


【刘坚】充电基础设施方面,我认为首先还是要解决充电刚需问题。在发展早期,电动汽车还是要满足充电需求,在北京上海这些地方住宅、办公地点还是比较难建设充电桩的,所以早期私人充电桩不足的时候,我们通过一些公共充电桩去弥补充电设施不足的问题,是必要的。但是建设公共充电桩,和未来激发电动汽车在电力系统中的调节潜力,可能有一些矛盾的地方。比如未来公共充电时间与电网调峰需求不在一个时间段上,比如我们看电网负荷基本上是高峰在晚上,低谷在凌晨,而这些都是住宅停车时段,所以未来想发挥它的灵活性价值,按道理讲是应该更多布置住宅充电基础设施。当然两者的关系是动态变化的,未来光伏发电比例提升了,日间办公地点充电可能又会更加重要。


可能我们当前讨论更多的是电动汽车对电网的冲击。但是从长期角度来讲,电动汽车同样是电网难得的调节资源,特别是如果我们国家要实现一个比较高的新能源渗透率,电动汽车可能是目前唯一在规模上与之匹配的电网调节资源。未来随着电池技术进步,续航能力不断提升,电动汽车灵活性调节的边际成本甚至可以接近于零。因此我们应该释放它的充放电的能力,在车端、桩端、配电网端早做准备,引导电动汽车逐步参与电网运行。


总结

【陈健华】目前大家都觉得电动汽车充电是一个问题,其实充电运营商在发展过程中也在探讨各种各样的商业模式和生存之道。今天关于电动汽车和电网融合的主题,我认为我们应该要梳理清楚解决的问题到底是什么。可能有三个层次。

第一,是未来电动汽车大规模发展以后可能带来的充电需求和电网供给之间的协同问题。这个问题已经有不少研究工作在开展。


第二,是涉及到电力资源的合理高效配置问题,比如说大家经常说的削峰填谷。这方面更多的主体在供给端,或者说电网端,并不是一个新问题,但是电动汽车及其充电行为的出现可能带来一些新的技术机会。


第三,是可再生能源消纳的问题,比如说利用电动汽动力电池的储能特性。电动汽车的出现也会给解决这一问题带来新的可能。


这三个层次所面向的主体不太一样,最终可能提出并实施的解决方案也不一样。如果从推动电动汽车发展的角度来说,如果电动汽车和电网的融合能够有助于推动解决电动汽车发展大规模充电的问题,这就迈出了第一步。如果能迈出这一步,将来对于电动汽车快速发展普及,以及在城市内实现全面电动化的工作将非常有帮助。我们会持续关注。


【安锋】可以总结出一下四个要点:第一是充电基础设施市场规模。第二是技术储备能力。第三是资源如何整合。第四是政策支撑和标准问题。


从市场规模看,我们必须要研究大规模负荷。前面提到到2030年还有十年时间,我们国家规划电动车年销售要占40%.市场保有率如果到8000万辆,要比现在电动车保有量要增加15到20倍,增长十分可观,在十年之内我们一定要前期提早规划。我认为有预测能力非常重要。


第二个是技术能力,包括硬件能力和软件能力。实际上各位专家在讲到,技术能力大家都储备好了,技术不是问题。当然现在技术有一个问题就是关于产品升级换代,因为现在的技术都是单向充电,如果要实现G2V,需要双向能力。双向能力,很多现在的基础设施肯定要大规模升级换代,这时候就会有成本在里面。所以这时候如果不事先布好局,有可能对升级换代会增加附加成本,这点也是非常重要的。

第三是资源优化整合问题。资源优化整合方面有两个层次,一方面是用户端,如何能够有序充电,如何能够在峰谷之间引导用户去有序充电和避开峰谷的充电。其次是运营商方面,一个是资源开放度,即土地跟电网资源的开放度,解决资源瓶颈问题。还有就是如何优化布局,都是具有挑战性的。


最后一个问题是说政策支持和标准,即峰谷电价问题,包括电网和电价管理局的沟通问题。有人提到引入碳交易机制,如果峰谷之间差开之后,是不是有碳交易,能够实现助力峰谷差异。如果企业承担充电G2V的功能,车载电池寿命可能会显著减少,比如说来回频繁充放电,衰竭比较厉害,所以企业还提到积分补偿问题。当然我们也谈到了政策安全方面的标准。私桩会不会变成主战场,这样住建部由于负责监管物业小区会不会有更多的责任。实际上还有一个衍生的问题,作为私桩来说,整车企业也进入了充电行业,所以有主机厂,充电商和运营商之间有一定的竞争存在。


如何能够打通数据壁垒。作为政府来说,现在数据都整合在运营商和整机厂里面,不建立一个大数据平台,很难谈资源整合。未来市场将会有新的选手加入进来,所以今后五到十年,这个竞争刚刚开始,会愈演愈烈。







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