川能尹璐：私人电动乘用车规模化增长与电网协同发展策略
金砖充换电论坛：清华四川能源互联网研究院尹璐：私人电动乘用车规模化增长与电网协同发展策略
充换电站网获悉，6月7日至9日，由中国充电桩网 、充换电百人会主办的2023第九届中国国际电动汽车充换电产业大会（简称：金砖充换电论坛）在上海汽车会展中心举办，第二届上海充换电展CPSE也同期举行。
清华四川能源互联网研究院数字化电力规划设计研究所副所长尹璐出席论坛并发表主题演讲——《私人电动乘用车规模化增长与电网协同发展策略》。以下为演讲实录（演讲内容根据现场录音整理）：
尹璐：我的汇报共分以下五个方面的内容：
第一个是研究背景。
大家都知道利用电动汽车来替代传统燃油车，以降低污染物和温室气体排放已经是各国的共识，很多国家都出台了禁售燃油车的时间表，我国虽然还没有一个明确的时间节点，但是从2012年以来，我国始终坚持纯电驱动的新能源汽车发展策略，一直在积极推动着各项电动汽车的发展，特别是2021年的时候，国务院的“2030年碳达峰行动方案”明确提出了2030年新能源和清洁能源动力的交通汽车比例要达到40%。
2022年以前新能源车的产销量统计，可以看到近几年新能源汽车有显著的增长。
在大量的电动汽车保有量中，私人电动汽车占据了相当大的规模，右上角的图是全球的电动汽车比例，其中轻型乘用车占到百分之八九十的比例，其中很大一部分是私人电动汽车。
2021年的时候，北京的各类电动汽车保有量，其中私人电动汽车占到75%。这次研究更多还是以北京为例，按照“十四五”规划，到2025年的时候，私人电动车会达到137万辆，占比不到70%。
面对如此大量的私人电动乘用车充电需求，我们主要研究是目前的电力配套设施能不能满足电动汽车的需求，以及目前的设施有多大的潜力可以挖掘，以及怎么样挖掘一些潜力和实现路径。
下面我先逐一地开始介绍。
首先明确一点，私人乘用车的充电需求是多少？单桩功率都知道，小区供电大概是7000瓦，其实它的充电需求不仅仅是功率的表现，它是由充电时间、充电时长、充电功率共同决定的充电需求。
我们对电动汽车的车辆参数也做了一些调研，近几年电动汽车的续航里程呈现逐年上涨的趋势，其中2021年200公里以内的电动汽车增长比较快，主要是因为一些短途的出行需求导致的，但是整体还是续航里程越来越长，而能效方面下降的幅度不大，但能效还是逐年提高的。目前来看，百公里的能效水平大概15度电左右。
对于用户的用车习惯，这是我们拿到国家发布的数据，在日均行驶里程方面，大型城市基本都是60公里以内，每天大概50多公里的样子。出行和到达的时间更多是集中在早晚两个高峰，这是北京的电动汽车行驶数据，基本上早晨是7-11点，下午是4-8点，这和大家传统认知的早晚高峰是重合的。
在充电和出行时间的比例方面，日均的行驶时间就是1.9小时，大部分是静止的停车状态，其中夜间的停车时长大概10个小时左右。
在私家电动车大概率都是以7kWh的慢充电桩为主，只有少部分是快充。基本上在北京都是晚上回家在自己的充电桩上充电，充电时间基本上是晚上5点回家后直接插上，一直充到晚上充完，等于到11点之前高峰结束了。而这个充电特性恰好和居民负荷的用电高峰是完全重合的状态。
虽然现在电动汽车的里程越来越长，但是有50%以上的人在SOC不到50%的时候开始充，说明什么？大家还是普遍有里程焦虑，希望车是一直保持满电。频次上可以看到，一天一充的人占到32%，其实我们的车已经支持一周充一两次就可以了，但这种车主也占到了27%，不到30%，所以大家普遍存在里程焦虑。
总结私人乘用车主要是以下几个特点：以上班代步为主，充电习惯与生活作息时间同步，充电的行为处于下班后集中充电的状态，相对有序，晚上具备较长的静默停车时间，但目前没有完全地利用上。
总体来看，我们需要满足单车的日充电量9度电，从统计来说，只要能够满足每天让车充够9度电，基本可以满足大部分人的行驶需求。
另外一方面，居民小区现在的电力设施是什么样？我们调研了北京地区869个小区的车位配置数量，2000年以前称之为老旧小区，2016年以后是新建小区，中间是次新小区。2018年以来车位数量在逐渐增加，目前的新建小区车位配比基本上是1：1-1.5，老旧小区平均车位比例是1：0.33，新小区大概是1.28。
特别是北京的城市特点，它的老城区里老旧小区特别多，像东城、西城的老小区比例小于0.3个车位的比例占到50%以上，甚至70%。
我们计算了一下，到2025年有这么多车需要充电，小区的容量又是按照之前的北京标准，1.3千瓦一户的标准配置的配电容量，够不够？拿2021年的复合数据做了计算：
第一部分是小区户均常规用电负荷，2021年老旧小区是1.09，新小区是0.96，差不多1200左右。未来考虑可能会有一些增长，但因为是户均，所以增长量不是很大。
对于小区的户均充电负荷，按照车位配桩率，30-95%是北京市规划的车位配充率数量。
在这样的比例下，我们又知道了户均的车位数以及单桩充电功率和通车率，我们就很容易计算得到25、35和50年各类小区一起充的话，充电需求是多少。
到2025年的时候，老旧小区的充电负荷加上它的常规负荷已经达到了1.3千瓦每户的原始预留标准，所以如果我们放任电动汽车由用户的行驶特点进行充电，目前的电力设施肯定是不够用的。
这也是我们调研的几个典型小区的配电负载率情况，虽然夜间大负荷点是重载了，但是它在凌晨后半夜时段有很大的预量为电动汽车提供充电负荷，而且这和用户的家用电器使用习惯是强相关的。无论小区是新建的，还是老小区，峰谷差率基本是60%，这肯定有一些内在规律的。
如果夜间取最低谷的5小时左右，平均峰谷差率是50%左右，所以即使用户自身的用电负荷已经发展到了比较饱和的程度，我们仍然有大概50%的户均容量可以用于电动汽车充电。
基于这个理论，我们测算了一下到底是多少，拿每天充9度电，小区充电比例80%做了一个测算，如果夜间取5个小时的充电时长，得到左下角这张图，在2035年之前老旧小区和新建小区都不会超过目前的电力负荷承载密度，所以这说明我们需要用一些手段来协调电动汽车的充电负荷时间，以匹配目前的电力配套，这样可以大大减少电网的全社会投资成本。
基于目前市场上的技术水平，我们觉得在2025年左右，还是以有序充电为主，V2G目前相对比较超前，暂时不考虑。作为有序的引导，分为直接和间接两种模式，一种是直接调整电动汽车的充电功率时序或者功率。第二种，通过价格引导机制或者是一些奖励手段，来新他自主地优化充电时序。
整体来说，测试分为“分时补能电价激励、需求响应激励以及碳普惠激励”三个大的类型。
具体来说：
（1）分时电价。
把期望他充电的时段作为补电电价，特别是前半夜小区回来之后作为峰段电价，利用用户倾向于低价充电的心理来实现充电负荷的转移。
这是电动汽车公司在北京做的有序充电的例子，当峰谷价差达到4毛钱左右的时候，有序充电的占比基本上达到50%，所以这也是一个比较有参考价值的峰谷差标准。
（2）电网需求响应。
对于需求响应方面，主要是通过政府来出台相关的制度，由负负荷聚合商基于电网的调度直接调度充电负荷，这是上海做的例子。通过这种需求响应，能够使得填谷的效应达到原有负荷的7.8倍，这个效果还是非常可观的。
（3）电动汽车碳普惠机制。
这是电动汽车的碳普惠机制，未来当碳排放权的机制更加完善之后，我们可以利用中国的核证自愿减排的量，还有北京市碳排放权这些交易机制，让电动汽车车主参与有序充电的时候，可以获得更多的碳排放权，以此获得更多的收益。
为了实现这种有序充电，实施路径应该是什么？首先是针对不同的小区场景，我们需要配置不同的充电设施。比如老旧小区是以车位少、改造难度大的特点，但是人口规模相对是稳定的，这种情况下，更多应该是推动政府在周边建设公共充电桩，辅助固定车位的有序充电。补充手段是对一些公共车位开展共享充电。
对于次新小区，车位配比不是很高，但也不是很低，这种区域还是建议以固定车位充电为主，辅助以公共充电桩以及补充一些少量的共享充电桩。
对于新建小区，因为它的车位预留非常多，同时人口增长还有较大空间，所以对于新建小区还是以固定车位充电为主，补充以公共的充电桩。
具体的推进策略，2023-2025年优先开展老旧和次新小区内部及周边的公共充电桩建设。新建小区是按序配公共桩，另外保证拥有固定车位的车主全面地配置有序充电桩，优先引导老旧小区和次新小区参与有序充电的示范。
2026年以后，主要是推动居民区的充电设施全面地参与有序调控，优先引导老旧和次新小区内部及周边的公共桩改造成大功率充电桩，来增加充电的频次。
最后是一些政策建议：
1、建议政府能够结合居民区的实际情况出台居住区的分时电价政策，这可能需要一个长时间的深化研究过程。
2、明确各方的管理职责，建议由街道办牵头，统筹辖区内居住区的充电设施建设，物业公司、业主委员会、电网企业、政府相关部门能够统一地协调，共同地推进工作。
3、优化现有的商业模式，对于没有固定车位或者固定车位不足的老旧小区、次新小区，结合小区改造，优化旁周边的停车设施，来引入充电企业或者物业公司进行统建统营，实现居民的公共充电设施建设。
4、构建标准体系，由政府牵头，尽快地出台有序充电的一套完善标准。
5、新建小区建议全部配置有序充电桩。
6、建议政府统筹管理有序充电管理工作，由电网企业具体实施对接和调度工作。
来源：中国充电桩网
日期：2023-06-15
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