電動汽車充換電設施建設模式研究與實踐（二）——破解充換電設施建設運營的爭論與分歧

”電動汽車”這個稱謂其實是不嚴格、不嚴密的。純電動汽車根本沒有所謂的”汽”，它是靠已經充好電的車載電池作為動力源，采用電力驅動。

為了給電動汽車的電池補充電能，需要相應的設備和設施，即充換電設施。關于充換電設施的建設，有三個問題一直存在分歧而被廣泛熱議。

一是”先有雞還是先有蛋”的問題。有一種觀點認為目前充換電設施影響了電動汽車發(fā)展，充換電設施是電動汽車發(fā)展的瓶頸，或者說電動汽車發(fā)展緩慢的重要原因是充換電設施跟不上,充換電設施應先于電動汽車應用而建設;第二種觀點正好相反，認為充換電設施不能先于電動汽車的應用，否則會造成設備閑置浪費，充換電設施應隨電動汽車的應用腳步，而相應開展建設。

二是充換電設施在電動汽車產業(yè)鏈中的地位和作用問題。通常是把充換電設施當作汽車的附屬部件來看待。

三是充換電設施建成什么樣子?誰來建設運營問題。那么，分析總結國內外電動汽車充換電設施建設經驗教訓。筆者認為充換電設施建設運營有如下特點和規(guī)律：

1.基礎性與社會化。在電動汽車漫長的發(fā)展過程中，汽車生產商一直把充電作為其生產鏈和價值鏈上不可分割的環(huán)節(jié)。因此，汽車廠商從電動汽車試驗階段就自己生產或組織生產配套專用充電樁，到了示范階段隨車贈送專用充電樁，延續(xù)著傳統(tǒng)汽車的產銷模式。但是，在電動汽車強力推廣應用階段的今天，人們才發(fā)現大街上沒有適合各廠商生產的各種車的配套通用充電樁。

于是，充換電設施滯后而影響電動汽車發(fā)展的”瓶頸論”和”先有雞還是先有蛋”的”雞蛋論”受到熱議。究其原因是多方面的，其中一個重要因素是缺乏對電力專業(yè)知識的了解，從而對充電樁等充換電設施的基礎性屬性也缺乏認識。主要是在生產技術上對于動力轉型后的電動汽車產業(yè)依然停留在傳統(tǒng)汽車的劃分，把充電簡單等同于加油，沒有充分認識到充換電設施的技術、管理特點，將整個研發(fā)體系的重點放在車上，而把充換電設施作為汽車的一個不重要的環(huán)節(jié)，在價值鏈上把車與電池共同作為不可分割的一部分，更重要的是，缺乏一支電力、電子及計算機人才隊伍。

按照公共理論和物品理論，以人們最熟悉的充電樁為代表的充換電設施，不僅具有基礎設施屬性，而且具有非排他性和服務性，擔負著給電動汽車提供電能服務的功能，與動力電池、車載終端和電池管理系統(tǒng)形成子系統(tǒng)，連接著電動汽車和用戶，是電動汽車暢行必不可少的基礎設施。

按照基礎性要求，充換電設施應像高速路、無線基站一樣，納入城市規(guī)劃和電網規(guī)劃，統(tǒng)籌資源，適度超前建設。同時注意減少重復投資和無序建設，減少建設運營的投資，最大化社會效益，最大化節(jié)能減排效果。有了這個理念，有些爭論就沒有意義了，充換電設施的建設運營就會輕裝前行，電動汽車發(fā)展就會解除后顧之憂。

2.通用性與標準化。不同型號和用途的傳統(tǒng)汽車僅僅是油箱大小不同，加油站僅僅需要提供不同型號的柴油和汽油兩種油品，就可以滿足各類傳統(tǒng)汽車能源補給的需求。而電動汽車的電能供給則截然不同，類似手機充電，一是單體電池的材料、性能(電壓、容量、能量、功率、壽命)、內部結構、殼體材料、外形尺寸不同;二是相應的由單體電池構成的電池箱的性能等參數也就不同;三是車廠整車設計可以自由選擇不同的電池及電能供給方式：車載或慢充充電方式、整車或快充充電方式、充電方式或換電方式;四是不同的充換電電壓及電流、計量方式、繳費方式等供電功能;五是充電接口和通信協(xié)議不同?？上攵绻仨毎凑账羞@些不同的要求去建設運營充換電設施是多么困難和不可行。

其實現實問題正是如此。充電設備都是專用設備，也就是每個車廠的每一款車配有專門的一種充電機或充電樁。德國寶馬配德國廠商生產的充電樁，通用沃蘭達配美國廠商和西門子生產的充電樁，比亞迪配的是專用充電樁和充電機。這些充換電設施不能適應不同車型。試想，除了家里，在停車場等公共場所要為各品牌車配備專用充電樁是多么的不現實。因此，如果電動汽車要得到推廣，汽車廠商應走出各自為戰(zhàn)的誤區(qū)，同時必須有滿足以上基本不同要求的充換電設施。換句話說，就是充電機、充電樁、充換電站必須具備技術通用性，而不是僅僅統(tǒng)一接口，才能滿足不同車型的充換電需求。

在中國，國家電網公司六年多來堅持以標準化、規(guī)范化建設充換電設施，完成了基礎設施標準體系框架，制定44個國標、行標和企標，避免了國外電動汽車發(fā)展中的基礎設施瓶頸問題，為中國電動汽車的規(guī)?；瘧脛?chuàng)造了有利條件和先機，節(jié)約資源，提高效益。

3.系統(tǒng)性與網絡化。電動乘用車是通過地面充電樁為車載充電機供電，給電池充電的方式補充電能。對于商用車，一般則由地面直流充電機直接給車載電池充電。對于換電車型，通過專用設備把已經充好電的電池與車上用完的電池進行更換，完成電能供給，換電站負責對換下的電池進行集中充電和維護。

從系統(tǒng)理論分析不難看出，充換電設施分屬兩個系統(tǒng)。一個是汽車系統(tǒng)，一個是電力系統(tǒng)。因為無論哪種方式，電動汽車充電都需要充換電設施與電池管理系統(tǒng)、汽車管理系統(tǒng)共同完成，充換電設施與電動汽車的電池、電機、電控等部分共同構成完整的汽車系統(tǒng)。同時，充電樁、充換電站都由來自電網或電網與太陽能等新能源混合供電，充換電過程就是電網通過充換電設施完成對用電設備————汽車電池的供電。所以，充換電設施不僅是電動汽車產業(yè)鏈的重要環(huán)節(jié)，同時其功能和特征也決定了電力設施的專業(yè)屬性，這也是電網的重要組成部分。顯然，電動汽車是兩個系統(tǒng)的交集和耦合，兩個系統(tǒng)共同作用于電動汽車。因此，不以單一角度或單一系統(tǒng)方向，而是用綜合、全面、協(xié)調的大視野研發(fā)、推動電動汽車，才可能實現電動汽車的跨越式發(fā)展。

燃油車加油靠的是按照距離和路況等原則分布的加油站，加油站里總是有儲備好的油罐以備加油，當然，偶爾也會出現沒有油的情況。但是，電動汽車充電則完全不同，人們都知道可以依靠安裝在家里、辦公場所和公共場所的充電樁，還有公共充換電站等共同構成的看得見的物理網絡充電。其實，這還遠遠不夠。因為電力生產運行的特點和規(guī)律是發(fā)輸配用同時完成，不像燃油那樣能夠大規(guī)模、隨時隨地的存儲。這一點對于認識電動汽車電能供給非常重要。因此，電動汽車充換電不僅是補充電能的物理過程，而且是信息控制過程。

充換電設施不僅和加油站一樣具有點多、面廣的特點，而且具有網絡化特征，通過供電線路和通信線路等各種電氣設備，形成看得見的物理充換電網絡，這一網絡又包括了看不見的監(jiān)控運營服務系統(tǒng)網絡，實時監(jiān)控電動汽車電能消耗和充換電設施。通過這一網絡，一是保障駕駛者方便、快捷的充換電。根據電動汽車的耗電情況，及時與駕駛者自動交流，方便靈活地選擇充換電地點，可以是跨城際，也可以是跨省際。二是保障經濟充換電。根據電網用電峰谷負荷、電價情況，優(yōu)化調整電動汽車充電策略，實施有序充電，避免隨機充電，降低駕駛者的使用成本。三是保證安全充換電。當電網包括充換電設施或電動汽車充電出現異常及故障時，能夠及時隔離故障，避免人身傷亡和電動汽車損壞，同時最快調整和恢復供電。

國家電網公司歷時八個月完成了智能充換電服務網絡系統(tǒng)的研發(fā)，并成功應用于蘇滬杭電動汽車跨省示范運營。該系統(tǒng)通過物聯網、交通網(車聯網)、智能電網三網技術融合，實現了對充換電設施的網絡化、互動化和信息化管理，實現了電動汽車、充換電設施的站級、市省級、總部的信息流的雙向互通。

4.互動性與智能化。電動汽車的發(fā)展起起伏伏，這次被稱作進入第三次浪潮。一般認為興起的主要動因是石油危機和溫室效應引發(fā)的能源安全和氣候變暖問題，以及汽車產業(yè)為了擺脫金融危機而進行的產業(yè)轉型。其實，還有一個重要的因素，即智能電網的興起。

可以推斷，過去電動汽車之所以沒能走入生活，根本原因是技術水平有限。除了電池技術和汽車制造水平不具備產業(yè)化、商業(yè)化能力以外，也沒有用于整車控制管理的計算機、通信和電力電子技術，更沒有智能化、信息化、互動化的堅強電網支撐。

電動汽車要真正跑起來，必須與充換電設施之間實現雙向互動。而這種互動根本不同于燃油車與加油機之間的聯系，必須通過智能充換電設施，電力流從電源輸送到電動汽車電池為汽車提供動力，同時還可以實現逆向輸送，即從電池返回到電網。這樣，一輛電動汽車就不僅僅是用電負荷，同時還是一臺移動發(fā)電機，可以實現向家庭供電;也可以通過公共充電樁和充電站向電網供電，一座充電站或換電站就是發(fā)電廠，實現居民小區(qū)、城鎮(zhèn)的不停電。當然，電力流的雙向流動，必須要依靠互動信息流來實現。而通過強大的互聯網和物聯網，在智能運營服務系統(tǒng)的控制下，信息流的雙向流動很容易實現。

因此，通過發(fā)展電動汽車達到減少石油消耗、節(jié)能減排的目標，實現汽車產業(yè)轉型，只有通過智能電網與電動汽車的電力流和信息流的雙向互動才能真正實現。

5.安全性與專業(yè)化。安全性是對燃油車最基本、最重要的要求。但是，電動汽車同時作為一種新型用電設備，其安全性不僅包括自身安全，還包括充換電設施建設、運行安全、人身安全和電網安全。

首先，充換電設施具有高電壓、大電流的特點，需要遵守電力安全規(guī)定。根據電力安全規(guī)定，交流超過200V就屬于高壓設備。充電樁采用220V或380V交流電，輸出電流大于16A，甚至達到32A，比普通家用電器的電流大很多。非車載充電機輸出直流電壓達到300～700V，一般充電電流為150～400安培。充換電站內還有變壓器等高壓設備。

二是設備事故的突發(fā)性和廣泛性。充換電設施很容易遭受外力破壞引發(fā)事故，如雷雨、盜竊等，也容易出現充換電操作過程中造成的事故，事故造成原因可能是充換電設備包括連接電纜，也可能是電動汽車;可能是工作人員，也可能是駕駛者;可能是單一設備，也可能引起一定范圍電網事故，還有可能因電網事故而影響充換電正常進行。

三是充電具有獨特的負荷特性，會產生諧波污染，降低電網和電力用戶的電能質量。對北京奧運充電站的實際檢測結果表明，充電諧波電流含量高達40%，遠大于國標要求。四是無序充電對電網產生沖擊，造成峰上加峰的疊加效應，影響電網對用戶的可靠供電。據美國康奈爾大學研究，如果紐約電動汽車達到14萬輛，用電負荷平均增加10%，23萬輛時用電負荷增加20%。以北京電網為例，目前北京汽車保有量400萬輛，假設全部改為電動汽車并同時充電，即使按照交流充電方式，每輛車充電負荷3千瓦計算，則充電負荷就將達到1200萬千瓦。如果10%電動汽車同時充電，充電負荷會達到120萬千瓦。但是今年北京最大用電負荷達到1600萬千瓦，北京的電網根本無法承受這樣的負荷沖擊。

綜上，用電負荷增加10%對于電網運行來說已經是很大的負荷變化。只有保證電網、充換電設施的建設運行安全，才能保證電動汽車的安全。因此，充換電設施建設和運行必須嚴格遵守電力行業(yè)的安全規(guī)定，并由電力專業(yè)人員和隊伍擔負起這一重要職責。

根據國內外電動汽車充換電設施建設的經驗教訓，對充換電設施建設運營的特點與規(guī)律進行詳細解析后，下一期本文將就適合我國國情的充換電設施建設運營模式進行深度探討。

本文作者系國家電網公司營銷部智能用電管理處處長

( 編輯/李艷嬌 )

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