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随着我国国民经济的快速发展,石油消费进入快速增长阶段,石油消费量和进口量逐年递增,石油对外依存度不断提高,其中车用燃油增长占石油消费增量的主要部分。我国自1993年成为石油净进口国以来,到2007年,石油消费量达到3.46亿吨,成为世界上第二大石油消费国。同年,国内原油产量达到1.87亿吨,石油进口量达到1.59亿吨,对外依存度达到47%。统计数据显示,2009年,我国进口原油约2.04亿吨,对外依存度达到52%,已超过50%这一国际公认的石油安全警戒线,石油供应安全面临严峻挑战。预计到2020年我国汽车保有量将达到1.5亿辆,按现有汽车燃油经济性技术水平测算,年消耗汽柴油将突破3亿吨,供需缺口巨大。
电动汽车能够实现汽车能源从石油向电力的重大转变,从而有效降低我国汽车工业发展对石油的依赖,保障国家能源安全。
发展电动汽车是提高能源利用效率、促进节能减排的有效途径。我国环境保护的压力巨大,汽车尾气是主要的大气污染源之一。在主要城市的有害气体排放中,机动车排放占了较大比重。近年来,国际上普遍关注二氧化碳等温室气体排放,我国政府已正式宣布到2020年单位国内生产总值二氧化碳排放量比2005年下降40%~45%。因此,在交通领域促进节能减排,发展“绿色交通”势在必行。纯电动汽车的能源利用效率高于传统汽车的能源利用效率,可以将污染物从数量众多的流动污染源(数千万辆汽车)转移到数量有限的固定污染源(各类型发电厂),以便于对污染物进行集中治理。同时,电力是唯一能够大规模利用煤炭、水力、核能和各种可再生能源的清洁二次能源,随着我国可再生清洁能源发电比重的不断提高,电动汽车节能减排的效果将进一步提高。
电动汽车呼唤智能电网
未来,在电动汽车大规模商业化应用之后,如果任由其无序充电,将会极大地增加电网建设的投入,并且导致设备利用率大幅度降低。
工业和信息化部电动汽车发展战略研究报告预测,2030年全国电动汽车保有量将达到6000万辆,以每辆耗电15千瓦时/百千米、年平均行驶里程为1.5万千米估算,每辆电动汽车年耗电量为2250千瓦时,6000万辆电动汽车总耗电量为1350亿千瓦时,仅占2030年全国预计用电量10.37万亿千瓦时的1.3%左右。但按每辆电动汽车充电功率为10千瓦测算,在最极端的情况下,如果6000万辆电动汽车同时充电,则峰值充电功率将达到6亿千瓦,达到2030年全国预计总装机容量23.2亿千瓦的26%。
发电装机及电网是按照最大负荷功率进行建设的,而回收投资则要按照售电量来计算,因此,在电动汽车无序充电的情况下,电力系统必须按照极端功率需求,为用电量仅为1350亿千瓦时的电动汽车配备6亿千瓦的发电装机和配套的电网建设,也就是说,发电装机容量增加了26%,但是售电量仅增加1.3%,设备利用率及投入产出比极不合理。
因此,如果任由电动汽车大规模无序充电,而单靠增加发电装机容量及电网建设,会导致发电及电网送电能力难以充分发挥,发输电成本增高,造成资源的极大浪费。
根据上述分析可以看出,如果在满足电动汽车使用需求的前提下,通过有效的技术经济手段引导电动汽车进行有序充电,避开电网负荷的高峰时段,合理地分散电动汽车的充电功率,就会减少对电网的负荷冲击,极大地减少不必要的发电装机与电网建设,保证电动汽车与电网协调发展。但是如何让千家万户的电动汽车“听话”,进行有序充电呢?答案就是智能电网。
智能电网驱动电动汽车
智能电网以包括发电、输电、变电、配电、用电、调度和信息通信等各环节的电力系统为对象,以先进的计算机、电子设备和高级元器件等为基础,通过引入新的通信、自动控制和信息技术,从而实现对整个电力网络的质的提升,最终实现电网运行更加可靠、经济、环保。互动性是智能电网的一个基本内涵,智能电网是一个与用户双向互动的网络,能够为用户提供电网实时用电信息,通过市场手段,引导用户改变用电习惯,提高终端用电效率,优化用电方式。
针对电动汽车用户,智能电网可以通过电价政策引导用户主动调整充电操作,还可以在用户同意的情况下,自动调节控制电动汽车的充电操作,进而保证电动汽车的有序充电。
以上功能是通过先进的计量表计、实时通信网络、电动汽车智能充放电管理系统以及智能充电设施实现的。先进的计量表计为用户提供电价信息;实时通信网络保证电网与用户的信息交互;电动汽车智能充放电管理系统负责综合电网运行状态以及电动汽车充电需求,在不影响用户使用的前提下,通过智能充电设施对电动汽车的充电操作进行调节控制,采取降低充电功率或延时进行充电等手段响应电网的需求,保证电网与充电操作的协调进行。
比如,一般电动汽车用户下班,晚上7点左右到家,肯定在停车时就习惯性地开始充电,可这时正好是电网的高峰负荷时段,将会峰上加峰,增加电网的负荷压力。智能电网可以通过分时电价来引导用户调整其充电操作,晚上7点的高峰时段电价较高,而凌晨以后的低谷时段电价很低,用户为了节约充电成本,就会主动通过智能充电设施延时充电功能将充电操作调整到凌晨以后,既不影响用户充电,又避免对电网产生负荷冲击,同时通过低谷电价降低了电动汽车用户的使用成本。
在同一个小区拥有多辆电动汽车的情况下,如果在夜间低谷时段同时充电,充电功率仍然会较大,会对电网产生负荷冲击,这时,就需要通过智能用电管理系统及智能充电设施对多辆电动汽车的充电操作进行统筹管理了。假设电动汽车的充电时间为3个小时,0点到6点是电网负荷低谷时段,就可以将这个小区的电动汽车分成两组,分别在0点到3点和3点到6点两个时段进行充电,就可以将电动汽车的最大充电功率降低一半。
随着电池技术的突破和智能电网的建设,电动汽车最终将作为移动储能单元,成为智能电网的一部分,通过完善的智能用电网络及电动汽车充放电基础设施有效利用其储能特性,对平抑电网负荷峰谷波动、接纳间歇性可再生能源以及提高电网运行效率起到重大作用。
电动汽车用户可以在晚上7点回家后,利用车载电池剩余的电能为小区用电负荷进行供电,减少小区高峰负荷对大电网的供电需求,起到“削峰”的作用,而仍然在低谷时段充电,起到“填谷”的作用,大规模的电动汽车通过这种手段能够有效地平抑电网的负荷波动,降低系统所需的备用容量,提高电网运行效率;同时通过高峰反送电与低谷充电的电价差,电动汽车用户能够降低使用成本,甚至供电收入大于充电支出,而取得直接经济效益。
综上所述,智能电网能够引导电动汽车进行有序充放电,提高自身的运行效率;同时为电动汽车提供可靠、经济、便利的充电服务,解决电动汽车电能供给的后顾之忧,成为电动汽车发展的坚强支撑。