能源互联网共享充电模式探索
文章来源：清华大学能源互联网创新研究院
时间：2020-06-29 17:32:21
一、新基建中充电设施行业的机遇及风险
电动汽车充电设施是新基建的重要内容之一。新基建以及刺激新消费系列政策的出台，表明国家对新能源汽车以及充换电基础设施领域的政策推动力越来越强。作为支撑性的基础设施，充换电是电动汽车行业的必要但非充分条件，围绕更便利、更安全、更友好的出行，电动汽车充换电涉及电力供应和市政停车等资源，需要跨行业、开拓性地来思考系统解决方案。
在交通出行领域，发展新能源汽车是解决我国能源危机，应对气候变化的重要决策。据公安部统计，截至2019年底，全国新能源汽车保有量达381万辆，占汽车总量的1.46%。其中，纯电动汽车保有量310万辆，占新能源汽车总量的81.19%。新能源汽车增量连续两年超过100万辆，呈快速增长趋势。但充电设施仍是制约电动汽车发展的瓶颈1。
我国电动汽车保有量从2015年42万辆增加到2019年381万辆。同一时期，充电桩保有量从6.6万台增加到121.9万台。从车桩比来看，从2015年6.4:1到2019年3.1:1。距离2015年《电动汽车充电基础设施发展指南（2015~2020年）》设定的充电桩480万（450万私人桩和30万公共桩），车桩比1:1还有很大的距离。
根据中国电动汽车百人会2019年发布的《中国充电服务市场如何健康发展》，私人用户购买电动汽车需要建充电桩时，随车配建的充电桩约占充电桩总量的67%，还有33%的用户没有建设充电桩。分析其阻力，除去集团用户自行建桩外，居住地物业不配合、居住地没有固定停车位是主要因素。物业不配合的主要理由是配电容量不够和存在安全风险。
总结过去传统基建模式下的充电行业发展经验教训，停车场地获取困难、电力容量限制、充电设施结构和布局不合理，是客观存在的主要问题，盈利水平低是充换电行业发展停滞的主要原因，市政停车资源与电力资源之间的壁垒是更深层次的原因。
作为新基建的重要内容，充换电掀起新一轮投资热潮。国家电网宣布，2020年计划安排充电桩建设投资27亿元，新增充电桩7.8万个，新增规模约为去年的10倍；南方电网也表示，计划全年投资12亿元建设充电基础设施，未来4年投资规模累计251亿元，建成大规模集中充电站150座，充电桩38万个，为现有数量的10倍以上。但发展机遇也蕴藏着市场风险。
根据《中国充电服务市场如何健康发展》报告显示，2018年全国公共充电设施利用率不足10%，盈利难是目前几乎所有充电基础设施运营商面临的最大难题。另一方面，2019年出台的《输配电定价成本监审办法》明确了充换电服务业务不能纳入输配电定价成本。对于电网企业来说，电动汽车大规模无序充电将对电网产生严重的影响，包括电能质量问题和运行安全等2。而且越来越大的用电负荷峰谷差，将显著降低配电网设备利用率，加剧电网运行风险。
二、能源互联网共享充电模式
结合车联网和智能电网，我国正在开展电动汽车“车网协调”技术的探索。利用能源互联网共享模式能够充分挖掘配电网资源和停车位资源3，4。
图1 能源互联网共享模式的充电解决方案
图2 分时共享有序充电与无序充电的对比
能源互联网共享充电模式通过对配电资源裕度、停车位资源、“车—桩”地理信息等多源信息的整合和处理，可将“配变闲置容量”转化为充电桩，结合用户充电需求，提供智慧充电引导、匹配、互动、控制等服务。其技术特征如下：
智能引导：基于配电大数据、停车位大数据、用户大数据和交通路况，采用智能引导优化调度策略，实现基于“车—桩—网”协同的资源匹配；为用户提供充电套餐选择和行车路径导航。
有序充电：智能配电终端采用配电台区分时共享有序充电的运行控制策略，在保证台区充电功率不越限以及三相平衡（保障电能质量）的前提下，利用用电低谷和碎片化时间进行频繁调配充电桩的接入退出控制，实现有序充电。
安全充电：智能充电桩通过智能开关接入配电网，智能开关可以实现快速无弧切换操作，切换时间小于5毫秒，具有10万次的机电操作寿命，确保安全充电操作。
此技术先进性及效果，首先体现在能够实现有序充电。大工业用户有序用电，是我国电力部门进行用电管理的常规手段，而面对分散于电网末端、容量虽小但数量庞大的充电桩，目前还缺少先进的有序用电措施。本方案可以对充电桩进行分时充电控制并灵活定价，在保证现有配电台区容量不变的前提下，数十倍地提升配电网对充电桩的接纳管控能力。
其次，基于“互联网+”智慧充电社区服务平台，可解除小区充电桩的配电容量限制，打造充电运营商、电网企业、物业管理电动汽车车主多方共赢的商业模式。
目前，此方案通过江苏南通某小区的预应用分析，可以实现一个社区充电桩安装数量从原来的280个增加到760个，台区日均增加售电收入675元，一辆电动汽车每次充电费用平均下降5.17元，减少电网投资改造费用21万元。
三、发展建议
在新一轮政策刺激下，我国电动汽车和充换电行业将进入真正大规模普及的市场化阶段。需要注意的是，新一轮行业发展既需要继承上一轮基础设施建设的重要内容，更要看到新基建的数字互联网技术对充换电行业的新赋能。
首先，需要打破行业壁垒。由于充电功率及电池技术的限制，未来较长时间内，电动汽车的充电问题必然与停车位捆绑在一起。当前，我国充换电行业的主要矛盾还是资源有限和行业壁垒。既有电力供应资源问题，还有路政社区停车位资源有限等问题。只有打破行业壁垒，实现电力与市政等行业之间的互联互通、相互融合，通过提高配电设备和充电桩的利用率，同时解决停车难和充电难的问题，破解电动汽车充电行业发展瓶颈。
其次，需要重视运营水平。吸收上一轮充电桩建设的经验，因地制宜，合理规划充电桩布局和公共桩与私人桩配比，重视充电桩利用率，避免投资浪费。
最后，需要采用创新技术。在人工智能、大数据、传感网、物联网、5G等新一代信息技术推动下，智慧停车与智能电网技术同步都在蓬勃发展。对于充电行业，还急需实现两个领域的数据融通与技术整合，打造电动汽车出行的智慧充停一体系统。例如：兼具车位管理与充电功能的智能充电桩、基于大数据与人工智能的智能运营平台；大功率快速充电技术；V2G技术等。
参考文献：
[1]苗圩.中国电动汽车百人会高层论坛(2019)讲话.
[2] 侯慧,徐焘,柯贤彬,薛梦雅, 等.电动汽车快充对配电网的风险研究[J].电力系统保护与控制,2019,47(16):87-93.
[3]赵东元, 兰越前, 訾振宁. 一种应用于电动汽车的充电用分时共享电源及其监控系统.中国 CN201810726322.2 [2018-7-5].
[4]清华大学能源互联网创新研究院微信公众号.分时共享用电,2019年9月.
