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崛起的電動汽車產(chǎn)業(yè)對電網(wǎng)產(chǎn)生的影響分析

DNVGL能源發(fā)布時間:2020-05-28 10:12:18

  Energy Post前首席編輯和創(chuàng)始人KarelBeckman采訪了DNV GL的三位專家,分別是電動汽車業(yè)務全球負責人Jeremy Parkers,北歐和波羅的海能源咨詢主管Erik Dugstad,以及西北歐、中東非能源市場主管Martijn Duvoort。他們將為大家分享電動汽車發(fā)展與電網(wǎng)運營之間的關系,主要包括智能充電的潛在收益、電動汽車集成的好處、利用大數(shù)據(jù)尋求平衡和公共交通的作用這幾個關鍵問題。

  未來電動汽車何去何從?Parkes引用了DNV GL的《能源轉型前景展望》報告中的數(shù)據(jù):到2032年,全球乘用交通工具有一半為電動的,現(xiàn)在這一比例僅占2.5%。這些都將對電網(wǎng)運營帶來很大的挑戰(zhàn)。因此,在他看來,我們已經(jīng)處于交通運輸業(yè)變革的起點,未來電動汽車將急劇增長,對電網(wǎng)運營產(chǎn)生深遠的影響。

  智能充電的發(fā)展趨勢

  電動化革命已經(jīng)發(fā)生,而挪威正在引領這一革命。這是Dugstad所持的觀點。他舉例:“現(xiàn)在,挪威新出售的汽車中有一半是電動的,路上行駛的汽車大約10%是電動的,Oslo甚至達到了16%,Bergen則接近20%。”

  那么,挪威的電網(wǎng)是如何應對這一情況的呢?Dugstad說:”我們是幸運的,因為我們有相對強大的配電網(wǎng)。這是由于挪威幾乎所有的供暖都是用電。對于電網(wǎng)運營商來說,做好準備至關重要,監(jiān)管者鼓勵正確的行為也是如此。“這并不意味著電網(wǎng)就需要加強或擴展。實際上,我們更希望智能充電發(fā)揮作用。他進一步表示,在荷蘭、英國和德國這些配電網(wǎng)絡相對弱一點的國家,由于供暖主要來自天然氣,智能充電帶來的潛在收益更高。

圖:全球不同類型和動力系統(tǒng)的路面交通工具數(shù)量統(tǒng)計(單位:百萬輛)

  注:燃油型汽車包括內燃機汽車(ICEVs)和插電式混合動力汽車(PHEVs)。

  電動汽車包括純電動汽車(BEVs)和燃料電池電動汽車(FCEVs)。

  歷史數(shù)據(jù)來源:OICA (2016),IEA GEVO (2018)

  對現(xiàn)狀的改變

  電動汽車對現(xiàn)有的電網(wǎng)運營帶來了怎樣的改變?Duvoort認為:“傳統(tǒng)的電網(wǎng)運營模式將來自集中式發(fā)電基地(包括大型太陽能或風電場)的電力輸送給終端用戶。這種模式將徹底改變。隨著屋頂太陽能等分布式可再生能源的興起,電動汽車也隨之發(fā)展,本地區(qū)域層面的供需必須同時平衡。電網(wǎng)運營將變得更加復雜。”

  Duvoort回憶,在2010年加入DNV GL后,他的第一項工作就是幫助日產(chǎn)在全球實現(xiàn)其第一款100%電動汽車日產(chǎn)聆風的量產(chǎn)。“當時,如何處理充電問題還存在很多不確定性。配電運營商擔心電動汽車充電對電網(wǎng)的影響。汽車制造商擔心在家充電會導致安全風險,從而對電動汽車的形象產(chǎn)生負面影響。”現(xiàn)在,電動汽車已經(jīng)做好了擴大規(guī)模的準備。與此同時,加熱/冷卻技術(如熱泵)的電氣化和分布式太陽能光伏發(fā)電趨勢不可阻擋。這意味著電網(wǎng)運營將會受到?jīng)_擊。“在電網(wǎng)協(xié)同工作上,具備不同特性的不同技術將被引入。”

  Duvoort說,所有這一切意味著舊的、相對簡單的系統(tǒng)將朝著更加“基于風險運作”的方向轉變,這對電網(wǎng)運營商和市場參與者提出了更多的要求,包括他們的IT能力和人際技能。

  “當大量車輛同時開始充電時,電動汽車可能是問題的一部分,也可能是臨時電網(wǎng)擁堵解決方案的一部分。”電網(wǎng)運營的本質是要有足夠的遠見,可以提供適當?shù)募钫?,以智能的方式利用現(xiàn)有的靈活性。”

  雖然這對一些人來說聽起來有些聳人聽聞,但他表示,這么多進展同時發(fā)生是有好處的。“能源轉型帶來了許多變化。屋頂光伏隨處可見;在荷蘭,供暖正從燃氣供暖轉向電力供暖。因此,電動汽車也只是電網(wǎng)運營商需要改變工作機制的原因之一。”

  電動汽車與電網(wǎng)融合的好處

  對電網(wǎng)運營商來說,電動汽車實際上可能會幫助他們應對系統(tǒng)中日益增長的靈活性需求。電動汽車電池可以作為一個分布式儲能單元,它們是可再生能源的最佳CP。

  Duvoort表示,DNV GL進行了一項研究,假如電動汽車在晚上6點到早上6點之間可以停在家里,而且能在這期間充電并充滿電,從而讓電動汽車電池提供電力系統(tǒng)的靈活性,看是否可以利用V2G技術獲利。結果發(fā)現(xiàn),電動汽車配合電網(wǎng)調度的潛在收益大約為每年每輛車1000歐元。不過也存在一個問題:這些收益分散在不同供電者之中。

  因此,負責調度的各方可以通過降低他們的調度成本,特別是頻率控制儲能的成本,從V2G技術中節(jié)省資金。另一方面,電力供應商可以通過投資組合優(yōu)化來節(jié)省資金,例如根據(jù)當日市場價格變動優(yōu)化電動汽車的充放電周期?,F(xiàn)在的問題是,誰將帶頭開發(fā)新的商業(yè)模式,以獲取這些潛在的利益?目前,已經(jīng)有一些商業(yè)模式在探索之中。

 

  運用大數(shù)據(jù)尋找平衡

  如果實現(xiàn)不了V2G所預期的效果呢?Parkes認為,電網(wǎng)運營商將不得不尋找其他方式,將接入系統(tǒng)中的波動性可再生能源發(fā)電比例整合并提升。“例如,在電網(wǎng)中增加儲能容量。這是完全可行的,盡管在一定程度上可能減緩能源轉型。”對Dugstad來說,利用智能充電和需求響應技術開發(fā)本地靈活市場是一種途徑,最好是電動汽車,但如果沒有電動汽車,就不用了。在他看來,必須確保開發(fā)靈活的市場,或者最重要的是定義電網(wǎng)市場的各個參與者的角色,看他們如何合作。

  未來,當引入主動系統(tǒng)管理(ASM)時,配電系統(tǒng)運營商將負責保持電網(wǎng)的平衡。因此,預測電動汽車市場的發(fā)展趨勢對他們來說非常重要。晚上在家充電什么時候會成為常態(tài)?白天時段的辦公室充電規(guī)模會變多大?路邊快充系統(tǒng)怎么樣?

  對此,DNV GL在荷蘭開發(fā)了一個名為NEMO的模型框架,通過一系列工具來預測電動汽車和其他“現(xiàn)代”的負荷和發(fā)電設備對電網(wǎng)的影響。這些模型正是由“大數(shù)據(jù)”支撐,讓DNV GL能夠支持輸配電運營者有效規(guī)劃電動汽車的使用。“在NEMO的幫助下,運營商可以確定哪里需要接入新的連接點,哪里可能需要額外充電,系統(tǒng)可能出現(xiàn)哪些限制,等等。”Parkes如此評價。使用NEMO后發(fā)現(xiàn),由于電動汽車和分布式發(fā)電的出現(xiàn),并沒有解決電網(wǎng)擁堵問題的靈丹妙藥。而是需要結合各種解決方案,具體問題具體分析。

  公共交通的角色

  如果說預期中的電動乘用車數(shù)量激增應該引起電網(wǎng)運營商的注意,那還不夠。實際上,將對電網(wǎng)運營產(chǎn)生更大影響的是公共汽車和其他重型交通工具(如渡輪)的電氣化。

  Dugstad認為,公共汽車和渡輪的電氣化進程比大多數(shù)人想象中要快得多。他曾經(jīng)舉過挪威的幾個例子:Oslo的公共交通運營商Ruter正在購買200輛電動公交車,作為“去化石燃料戰(zhàn)略”的一部分;未來幾年,大約70艘電動渡輪將在挪威海灣投入使用。而且,電動公交已經(jīng)具備了匹敵燃油車的成本競爭力,這就意味著公共交通運營商不需要太多刺激政策就會選擇電動車。荷蘭的發(fā)展情況也類似。Duvoort表示,對電網(wǎng)運營的影響可能比預期更具破壞性,這是因為公共交通運營商都選擇自己的系統(tǒng),幾乎不做咨詢。

  Dugstad和Duvoort都敦促電網(wǎng)運營商與公共交通公司和市政當局接觸,討論公共交通系統(tǒng)的電氣化問題。在挪威部分地區(qū),DNV GL已經(jīng)與當?shù)氐慕煌ㄟ\營商合作,為預期的電動交通發(fā)展做規(guī)劃。

  電動汽車革命是否將延續(xù)下去

  電動汽車是否會像大多數(shù)專家認為的那樣取得成功?答案是肯定的。雖然大眾媒體也有一些反對電動車的聲音,譬如有人認為它們并不比汽油車或柴油車更環(huán)保,還有人擔心電池的安全性和對環(huán)境的影響。

  Dugstad承認,關于電池材料的來源,有人權和環(huán)境方面的考慮。然而,他認為這些問題最終是可以解決的。他建議,電池制造商可以利用DNV GL的產(chǎn)品MyStory。這一工具給他們提供追蹤產(chǎn)品的社會、環(huán)境、道德等方面影響的途徑,關于這些產(chǎn)品經(jīng)驗證的實證都存儲在區(qū)塊鏈平臺上。

  Duvoort也指出,電動汽車肯定和燃油車一樣安全,不過他也補充道,電動汽車的風險是不同的。公共安全部門還不熟悉電動汽車。他們必須學會如何處理突發(fā)事件。

  “最新型的電池安全性和耐用性比預期還好。”Parkes也如此評價,“如今,電池無法維持車輛壽命的風險幾乎不存在。”

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