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车桩网之间的能量互联、信息互联是基础,研究三者之间的相互影响,相互协调策略,也是电动汽车持续发展的基础。
综上所述,电动汽车发展已经驶入了快车道,同时电网和充电设施建设在国家政策的大力支持下,依托技术和装备创新,目前也有了一定基础,当然也面临着诸多的挑战。
主要挑战
在大规模电动汽车推广之后,给电网带来的挑战主要体现在6个方面,分别是电力接入问题的冲击、电压的控制、频率的调节、电能的损耗问题和清洁能源的消纳问题。
①电力接入难:
刚刚提到,根据中促盟数据显示,截止2017年底,联盟内上报充电桩总量45万个。而按照根据国家2020年建设480万个充电桩的计划,意味着在2018年、2019年要完成435万的充电桩建设量。平均每年新建145万个,到2018年底需要完成保有量190万。显然,这几乎是不可能完成的任务。
再看另一组数据,根据国家能源局出台的《2018年能源工作指导意见》指出,2018年年计划建成充电桩60万个,远小于190万个的计划目标,但是也大于现有的充电桩数量总和,依然有很大的挑战除了数量本身,在充电设施的建设过程中本身就面临着很多难题:
②功率冲击大:
这个问题分为以下三个层面:
第一个层面,从大电网方面来看,做一个保守估算:若按照2030年8000万辆电动汽车,每辆车2万公里这个边界条件来计算,全年总充电量为3200亿度,总体耗电规模接近1000亿左右,是去年三峡年发电量的3.3倍。凭空多出如此庞大的电量对电网冲击巨大,对于调度控制也非常困难。
第二个层面,以一个配电单元,居民小区为例,如果一个630的变压器,都采用7kW慢充,即便是最多支持90台车(具体容量还需根据小区总体配电的情况及公共桩的情况具体计算),由于无序充电造成过负荷,规模化之后情况将更严重。
第三个层面是单个充电桩本身,现在单枪最大功率在180kW左右,现在的受电弓或者未来的大功率液冷设备,可以支持500kW以上的大功率充电,短时的冲击带来的电网电压问题、谐波问题等都非常突出,需要研究对策。
③频率调节难
在频率调节方面,由于交流电网的频率特性是一个全网的特性,一旦出现问题,可能波及全网,必须引起足够的重视。
目前,我国大电网由于特高压交直流的飞速发展,且以及风电光伏等间歇性能源和电动汽车的电力电子负荷大量并网,整个电网呈现电力电子化特征,转动惯量下降,调节能力下降,在交直流电网的耦合影响下,还可能发生故障的传导,变成全局的影响。
上图是发生在华东电网的一次事故,某个直流故障后,电网损失大量功率,由于处于低谷负荷,且调节能力下降,导致了电网频率下降了0.5Hz。在这个方面,电网已经做了大量的工作。
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