電動汽車充換電設(shè)施建設(shè)模式研究與實踐（二）——破解充換電設(shè)施建設(shè)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(jīng)充好電的車載電池作為動力源，采用電力驅(qū)動。

為了給電動汽車的電池補充電能，需要相應(yīng)的設(shè)備和設(shè)施，即充換電設(shè)施。關(guān)于充換電設(shè)施的建設(shè)，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(shè)施影響了電動汽車發(fā)展，充換電設(shè)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(shè)施跟不上,充換電設(shè)施應(yīng)先于電動汽車應(yīng)用而建設(shè);第二種觀點正好相反，認為充換電設(shè)施不能先于電動汽車的應(yīng)用，否則會造成設(shè)備閑置浪費，充換電設(shè)施應(yīng)隨電動汽車的應(yīng)用腳步，而相應(yīng)開展建設(shè)。

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

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

1.基礎(chǔ)性與社會化。在電動汽車漫長的發(fā)展過程中，汽車生產(chǎn)商一直把充電作為其生產(chǎn)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(chǎn)或組織生產(chǎn)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(chǎn)銷模式。但是，在電動汽車強力推廣應(yīng)用階段的今天，人們才發(fā)現(xiàn)大街上沒有適合各廠商生產(chǎn)的各種車的配套通用充電樁。

于是，充換電設(shè)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(shè)施的基礎(chǔ)性屬性也缺乏認識。主要是在生產(chǎn)技術(shù)上對于動力轉(zhuǎn)型后的電動汽車產(chǎn)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(shè)施的技術(shù)、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(shè)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(shè)施，不僅具有基礎(chǔ)設(shè)施屬性，而且具有非排他性和服務(wù)性，擔(dān)負著給電動汽車提供電能服務(wù)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(chǔ)設(shè)施。

按照基礎(chǔ)性要求，充換電設(shè)施應(yīng)像高速路、無線基站一樣，納入城市規(guī)劃和電網(wǎng)規(guī)劃，統(tǒng)籌資源，適度超前建設(shè)。同時注意減少重復(fù)投資和無序建設(shè)，減少建設(shè)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(shè)施的建設(shè)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(nèi)部結(jié)構(gòu)、殼體材料、外形尺寸不同;二是相應(yīng)的由單體電池構(gòu)成的電池箱的性能等參數(shù)也就不同;三是車廠整車設(shè)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。可想而知，如果必須按照所有這些不同的要求去建設(shè)運營充換電設(shè)施是多么困難和不可行。

其實現(xiàn)實問題正是如此。充電設(shè)備都是專用設(shè)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(chǎn)的充電樁，通用沃蘭達配美國廠商和西門子生產(chǎn)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(shè)施不能適應(yīng)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(xiàn)實。因此，如果電動汽車要得到推廣，汽車廠商應(yīng)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(shè)施。換句話說，就是充電機、充電樁、充換電站必須具備技術(shù)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(wǎng)公司六年多來堅持以標準化、規(guī)范化建設(shè)充換電設(shè)施，完成了基礎(chǔ)設(shè)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(chǔ)設(shè)施瓶頸問題，為中國電動汽車的規(guī)?；瘧?yīng)用創(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(wǎng)絡(luò)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(shè)備把已經(jīng)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(zé)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(shè)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(shè)施與電池管理系統(tǒng)、汽車管理系統(tǒng)共同完成，充換電設(shè)施與電動汽車的電池、電機、電控等部分共同構(gòu)成完整的汽車系統(tǒng)。同時，充電樁、充換電站都由來自電網(wǎng)或電網(wǎng)與太陽能等新能源混合供電，充換電過程就是電網(wǎng)通過充換電設(shè)施完成對用電設(shè)備————汽車電池的供電。所以，充換電設(shè)施不僅是電動汽車產(chǎn)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(shè)施的專業(yè)屬性，這也是電網(wǎng)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(diào)的大視野研發(fā)、推動電動汽車，才可能實現(xiàn)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(dāng)然，偶爾也會出現(xiàn)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(gòu)成的看得見的物理網(wǎng)絡(luò)充電。其實，這還遠遠不夠。因為電力生產(chǎn)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(shè)施不僅和加油站一樣具有點多、面廣的特點，而且具有網(wǎng)絡(luò)化特征，通過供電線路和通信線路等各種電氣設(shè)備，形成看得見的物理充換電網(wǎng)絡(luò)，這一網(wǎng)絡(luò)又包括了看不見的監(jiān)控運營服務(wù)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，實時監(jiān)控電動汽車電能消耗和充換電設(shè)施。通過這一網(wǎng)絡(luò)，一是保障駕駛者方便、快捷的充換電。根據(jù)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(jīng)濟充換電。根據(jù)電網(wǎng)用電峰谷負荷、電價情況，優(yōu)化調(diào)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(dāng)電網(wǎng)包括充換電設(shè)施或電動汽車充電出現(xiàn)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(diào)整和恢復(fù)供電。

國家電網(wǎng)公司歷時八個月完成了智能充換電服務(wù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的研發(fā)，并成功應(yīng)用于蘇滬杭電動汽車跨省示范運營。該系統(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)、交通網(wǎng)(車聯(lián)網(wǎng))、智能電網(wǎng)三網(wǎng)技術(shù)融合，實現(xiàn)了對充換電設(shè)施的網(wǎng)絡(luò)化、互動化和信息化管理，實現(xiàn)了電動汽車、充換電設(shè)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(yīng)引發(fā)的能源安全和氣候變暖問題，以及汽車產(chǎn)業(yè)為了擺脫金融危機而進行的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型。其實，還有一個重要的因素，即智能電網(wǎng)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(shù)水平有限。除了電池技術(shù)和汽車制造水平不具備產(chǎn)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(shù)，更沒有智能化、信息化、互動化的堅強電網(wǎng)支撐。

電動汽車要真正跑起來，必須與充換電設(shè)施之間實現(xiàn)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(lián)系，必須通過智能充換電設(shè)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(xiàn)逆向輸送，即從電池返回到電網(wǎng)。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(xiàn)向家庭供電;也可以通過公共充電樁和充電站向電網(wǎng)供電，一座充電站或換電站就是發(fā)電廠，實現(xiàn)居民小區(qū)、城鎮(zhèn)的不停電。當(dāng)然，電力流的雙向流動，必須要依靠互動信息流來實現(xiàn)。而通過強大的互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)，在智能運營服務(wù)系統(tǒng)的控制下，信息流的雙向流動很容易實現(xiàn)。

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(xiàn)汽車產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型，只有通過智能電網(wǎng)與電動汽車的電力流和信息流的雙向互動才能真正實現(xiàn)。

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(shè)備，其安全性不僅包括自身安全，還包括充換電設(shè)施建設(shè)、運行安全、人身安全和電網(wǎng)安全。

首先，充換電設(shè)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(jù)電力安全規(guī)定，交流超過200V就屬于高壓設(shè)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(nèi)還有變壓器等高壓設(shè)備。

二是設(shè)備事故的突發(fā)性和廣泛性。充換電設(shè)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(xiàn)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(shè)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(shè)備，也可能引起一定范圍電網(wǎng)事故，還有可能因電網(wǎng)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(chǎn)生諧波污染，降低電網(wǎng)和電力用戶的電能質(zhì)量。對北京奧運充電站的實際檢測結(jié)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(wǎng)產(chǎn)生沖擊，造成峰上加峰的疊加效應(yīng)，影響電網(wǎng)對用戶的可靠供電。據(jù)美國康奈爾大學(xué)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(wǎng)為例，目前北京汽車保有量400萬輛，假設(shè)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(wǎng)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(wǎng)運行來說已經(jīng)是很大的負荷變化。只有保證電網(wǎng)、充換電設(shè)施的建設(shè)運行安全，才能保證電動汽車的安全。因此，充換電設(shè)施建設(shè)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(dān)負起這一重要職責(zé)。

根據(jù)國內(nèi)外電動汽車充換電設(shè)施建設(shè)的經(jīng)驗教訓(xùn)，對充換電設(shè)施建設(shè)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(shè)施建設(shè)運營模式進行深度探討。

本文作者系國家電網(wǎng)公司營銷部智能用電管理處處長

( 編輯/李艷嬌 )

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