电动汽车会威胁我们的电力系统吗？

公路运输的电气化将能源需求从汽油转向电力系统。这可能会给我们的电网带来压力，使电网面临超负荷的风险，为此，我们要进行具体的规划和相应的投资。

我们模拟了各种情景，以了解可能产生的影响，结果显示道路运输占全球二氧化碳排放量的18%左右，这是必须进行减排的关键部分。从碳氢化合物转向可再生能源驱动，是交通行业减少大气污染的关键。目前，世界各国政府均已制定了相应目标，支持加速交通电气化。其中一些国家已经出台了到2030-2040年禁止使用汽油和柴油车的禁令。

使用可再生能源而不是化石燃料，将把能源需求从加油站转向电力系统。为此，我们需要考虑越来越多的电动汽车需求，它们需要定期充电以补充车载电池。

在没有任何特殊技术或市场应对措施的情况下，电网企业是如何处理日益增长的电动汽车充电需求?什么时候会达到极限？什么样的软件和硬件设施可以适应越来越多的电动汽车(EV)?

为了展示未来的汽车充电场景，我们将下列通用建模方法应用于个人(乘用车)汽车，如下图所示。基于这些假设，世界任何地区的乘用车完全电气化都可能使其总电力需求增加约10-20%。

我们利用公开资料收集和调查了全球各国普遍性驾驶行为数据，并在各个地区观察了类似的情况。考虑到充电器的功率额定值、充电位置和充电频率，这些驾驶行为特征可以转换成电动汽车充电特征。

在建模方法中，我们假设所有的电动汽车在停好并接入电网后立即开始充电；也就是说，从电网管理的角度来看，充电过程是不受控制的。在此基础上，我们发现了下列问题：

一、国家层面的挑战

在国家层面上，新电动汽车使用需求在早晚出现高峰，再加上传统发电方式的退出，会在一定的时段和天数内造成电量不足。例如在冬季多云、风量低的日子。

对此，各国保持生产和需求平衡的能力，将取决于它们未来与邻国跨境互联的能力。

电动汽车的空间分布、不同的驾驶习惯以及变化的可再生能源产量对于量化这些需求非常重要。以2040年的英国为例，英国可再生能源发电可以弥补其特定日期80%以上的电力缺口，但根据目前的水平，西欧西北部的输电网容量还需要扩大。即使在太阳能发电量高的白天，电动汽车数量增加也会对太阳能发电量形成挑战，同时夜晚也会出现用电需求高峰，所以在未来几年电动汽车将会对传统火电厂发电量提出更高的要求，储蓄能量的能力也将受到新的挑战。对太阳能发电在日照时段的剩余电量进行储蓄，以满足电动汽车充电的晚高峰时段需求，这可以在一定程度上缓解火电厂的压力。

二、分布层面的挑战

虽然电力资源的跨境连接可能会有足够的电能，但由于个人电动汽车的渗透率不均匀，将电力分配到各个地区将变得具有挑战性(见下图)。

事实上，电动汽车在一些地区的使用量，已经远高于全国范围内的平均水平。

当考虑一个地区出现100%电动汽车市场情景时，配电电缆和变压器可能会面临过载的风险。特别是当这种情况发生在夜晚，无法通过当地的太阳能发电来缓解时。在电动汽车充电造成的需求高峰期，电压将会持续降低，这在没有电压控制设备的配电网中会产生问题。

三、解决方案

对抗电动汽车不受充电引起的电压和热过载问题影响的求解矩阵如下图所示。

它包括各种数字技术和智能设备，需要现场和控制室的准确控制与安放，以成功过渡到道路运输的完全电气化。

通过策略性地将电动汽车充电时间推迟到清晨，可以减少个人电动汽车配电变压器过载。这可以可以解决20-25%的电动汽车能源需求。

电池存储可用于消除电动汽车充电高峰，并推迟重大基础设施投资。一个典型配电网的电池需要在变压器额定功率50-75%的范围内，放电时间为2-4小时。

柔性电压和潮流控制装置嵌入在配电网的战略位置，可以使可用的变压器和馈线能力得到最佳利用，并将提高配电网供电的整体质量。

我们相信，从技术角度来看，在不威胁现有和未来电力系统安全运行的情况下，实现100%公路运输电气化所需的完整技术手段已经存在或正在开发中，供电问题不再是电动汽车发展的绊脚石。

文章转译自格哈德（日立ABB电网有限公司首席技术长）、亚历山大（日立ABB电网有限公司未来电力系统经理）图片来自安德鲁·罗伯茨

【来源：娱乐德主】

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