浅谈我国电动汽车发展中充电站设施建设的应用

0 引言

尽管充电基础设施建设在国内外普遍得到高度重视，但是目前世界各国都面临着相关技术标准与运营模式不明确等一系列问题，我国亟待在试点基础上加大研究和创新力度，探索一条适合我国国情的充电基础设施发展道路。

近几年来，我国已经投产了一定数量的充电站与充电桩，充电方式有快充、慢充、换电池等多种，先期的工作为后续建设提供了宝贵经验。目前，国家电网公司、南方电网公司、普天海油、中石化等企业已经与多数地方政府签订了战略合作协议，制定了较为明确的建设目标和计划，充电站建设开始呈现加速发展的势头。

充电基础设施的服务对象是电动汽车这一交通工具，而其服务内容属于用电服务，因而充电基础设施具有双重基础设施特性，既是重要的电力服务基础设施，又是重要的现代交通基础设施。理清充电基础设施的本质、属性及其与电网的关系具有十分重要的意义。

1 充电服务的本质是满足一种新型用电需求

对于电动汽车这一新型电力用户而言，其自身特点决定了其用电需求与普通电力用户的需求有较大区别，具有移动性、多样性、可引导性3个新特征。

1.1 电动汽车的用电需求具有移动性

与普通电力用户的用电需求不一样，电动汽车的用电需求具有显著的移动性特征。这是因为作为交通运输工具，同一辆电动汽车可能会停靠在多个不同的位置，其用电需求也会在不同停靠位置间移动，因此针对传统用户设计的“定点用电、定点计费”的用电服务方式就不再适用，而必须为电动汽车用户提供“多点用电、多点计费”的用电服务。

1.2 电动汽车的用电需求具有多样性

首先，不同种类电动汽车用户的用电需求不同。如电动公交车、环卫车、出租车和私人轿车的用电需求存在较大差异。其次，同一个电动汽车用户存在多种用电需求，既有对电池快速更换的需求，也有对直流充电和交流充电的需求。

1.3 电动汽车的用电需求具有可引导性

电动汽车的用电需求具有很好的可引导性。在利用分时电价等手段进行有效引导的情形下，能够起到削峰填谷的作用，提高系统的整体运行效率。就目前采用的慢充技术而言，一般可在5～8 h 完成充电过程。据统计，90%的汽车有95%的时间处于停驶状态，这意味着通过合理的激励手段和先进智能电网技术，能够引导电动汽车用户把充电时间安排在电网负荷低谷时段，实现与电网的友好互动。

2 网络化是充电基础设施的基本属性

从目前试点阶段来看，众多试点工程主要是为特定电动汽车用户单独建设充电桩和充电站。随着未来电动汽车规模化发展，就需要根据其用电需求的移动性、多样性、可引导性3 大特征，从系统优化集成的角度，优化充电站和充电桩的网点布局，并通过统一信息管理平台构建一个有机的充电服务网络，实现高效、智能、规范的网络化建设与运营。网络化属性应当成为充电基础设施的基本属性，并作为我国开展充电基础设施顶层设计和规划布局的一项重要原则。

2.1 网络化建设与运营能适应电动汽车用电对移动性和多样性的要求

对于电动汽车用户而言，由于其用电需求的移动性和多样性，用户将希望基础设施运营商提供“多点用电、多点计费”的多网点充电服务以及换电池、慢充、快充等多种方式相结合的多样化充电服务。用户的这类需求决定了我国充电设施建设不能采取“分散经营、各自为政”的建设与运营模式，而必须按照统一规范的标准，根据用户的实际需求，合理配置服务网点和服务方式，为用户提供网络化和规范化的充电服务。

2.2 网络化建设与运营有利于促进充电服务产业规范有序发展

电动汽车充电服务属于公用服务，与移动通信服务的需求类似，电动汽车用户需要在较大区域范围内享受到规范一致、延续性好的充电服务，不希望出现无序发展、标准不一的局面。构建具有强大实力的充电网络建设运营商，有助于确保网络覆盖范围内所有充电设施采用统一标准，确保充电计量以及维护保养等一系列相关公共服务的规范性和一致性。同时，类比移动通信网络服务，政府相关管理部门对充电网络服务也可通过发放经营牌照等方式来有效规范行业发展，避免标准不统一、服务不到位等问题。

2.3 网络化建设与运营有利于发挥规模效益，降低系统运维成本

为保障充换电服务质量，运营商必须保证充换电设施有一定的冗余度和备用，如北京奥运公交线路的换电站就有60%的电池储备率。如果采取分散经营方式，则需要大量备用设施以保证服务质量;而通过采用网络化运营和管理，可达到集约互补，有助于降低备用设施的需求总量，充分发挥充电设施网络化运营的互补效益与规模效益，节约建设和运营成本。另外，通过先进的信息通信等手段，还可以提前让用户知晓邻近网点充电设备的占用情况，用户可轻松选择空闲充电设施进行充电，在方便用户的同时提高充电设施利用效率。最后，通过网络化运营，有利于组建专业规范的技术服务队伍，提高技术服务水平，降低对相关人员以及设备需求，节约社会资源。

3 充电网络与电网具有不可分割的联系

3.1 充电网络对配电网具有明显的依附性

目前国家4 部门出台的补贴政策把插电式混合动力和纯电动汽车作为主要支持对象，要求二者电池容量分别超过10 kW·h 和15 kW·h，补贴标准为3 000 元/(kW·h)，而目前比亚迪E6 纯电动车容量已经超过60 kW·h。按照平均每辆车20 kW·h 的容量，假定快充采用1- 3C 充电方式(充电时间20~60 min)，慢充采用0.2- 0.3C 充电方式(充电时间3~6 h)，2 种情形下需要的充电功率分别为20~60 kW、4~6 kW，未来随着电池容量成倍提高，其充电功率也需要成倍增加。

从充电设施规划建设方面来看，由于充电功率较大且可能产生谐波污染，随着充电网络覆盖范围与密度增大以及快充设备大规模应用，必须评估其充电行为对配电网供电可靠性和电能质量的影响，对不符合相关技术标准要求的充电设施进行整改并由配电网管理部门实施必要的配电网升级改造工程。因此，充电网络的建设与优化布局不能仅考虑电动汽车用电需求，还必须与配电网的规划建设与运行管理结合起来，电网公司要掌握和引导充电网络规划布局以及建设工作。从运营管理方面来看，充电设施运营服务的本质是向电动汽车提供电能，充电站既对配电网的安全运行和电能质量产生重要影响，又必然会受到配电网运行及控制的影响。充电网络在技术服务、电能计量、电费结算、用电管理等方面都离不开配电网的支撑。