電動車持續(xù)發(fā)展，搞好充電基礎(chǔ)設(shè)施是關(guān)鍵

目前世界各地在爭相將燃油汽車替換為電動汽車，預(yù)計電動汽車的普及率將迅速攀升。與目前部署的充電樁數(shù)量相比，預(yù)計電動車 (EV) 的迅速采用將會對可用的充電樁數(shù)量帶來重大改變。在本文中，我們將研究電動車采用率的增加將對配電基礎(chǔ)設(shè)施提出怎樣的要求，以及在規(guī)劃電動車充電基礎(chǔ)設(shè)施時必須考慮的一些因素。

電動車成長預(yù)測

有關(guān)電動車的討論通常會從驚人的增長率統(tǒng)計數(shù)據(jù)以及誘人的預(yù)測銷售量談起。據(jù)Energy Innovation預(yù)測，到2030年全球電動車的數(shù)量將達(dá)2億5000萬輛左右 (圖1)，屆時每年銷售量約為4400萬輛。但EV30@30情境預(yù)計，到2030年時，所有電動車（兩輪車除外）將占全球新增汽車銷售量的30%。此數(shù)據(jù)包含油電混合版及純電動版汽車、公交車和卡車。如此看來，大勢已定，但我們終究還是要面對現(xiàn)實：此成長軌跡的誤差線為何？又有哪些假設(shè)和已知的風(fēng)險？這些來自不同出處的成長率數(shù)據(jù)有部分存在很大的差異。其所引用的銷售數(shù)據(jù)各自加入了一些假設(shè)，也就是電動車購買力、未來技術(shù)的提升、油價、法規(guī)獎勵，還有數(shù)十項其他變動因素。此外還在很大程度上取決于中國的電動車使用增長情況，畢竟中國在2018年的全球新車銷售量占比高達(dá)45%，相較之下歐洲為24%，美國為22%。而美國能源信息署 (EIA) 發(fā)布的《2020年年度能源展望》中的一項數(shù)據(jù)顯示，美國2030年的電動車總銷售量將遠(yuǎn)低于100萬輛，如果地理位置劃分維持不變，這數(shù)量只有國際能源署 (IEA) 預(yù)測數(shù)量的十分之一不到。另外，據(jù)該展望預(yù)測，2050年之后燃油車的銷售量仍將占很大比例。具體要相信哪項數(shù)據(jù)，還是取決于讀者自己的判斷了。

圖1:2018到2030年所有電動車全球庫存預(yù)測 (來源：EIA)

影響電動車采用率的因素

電動車目前的售價仍較為昂貴，樂觀派預(yù)計價格將會隨銷售量和技術(shù)的提升而調(diào)降，但銷售量要提升，前提是要先降低價格，這又變成了是先有雞還是先有蛋的問題。有些制造商承認(rèn)，為了刺激市場，幾乎每輛車都是虧本出售，這絕非是一種好的商業(yè)模式，同時也考驗了投資人的耐心。來自政府的壓力是另一刺激因素，為了達(dá)到減緩氣候變遷的目標(biāo)，控制污染程度，全世界的掌權(quán)者都宣布要在特定日期前實現(xiàn)禁售內(nèi)燃機(jī)引擎 (ICE) 車輛的目標(biāo)。這一目標(biāo)看似聳動，但這大多是指禁售純ICE車輛，油電混合車則不在禁售名單內(nèi)。汽車廠商也玩起了文字游戲，他們不顧一切地設(shè)法不讓其ICE制造類資產(chǎn)遭到完全“扼殺”，因此所謂的在銷售車款中加入100%的電動車系列，其實是指100%純電動車或油電混合車。

另一個會影響電動車價格的因素，則是油價。油價對未來電動車銷量的增長有很大的影響，截至2020年上半年，原油價格仍呈持續(xù)波動的態(tài)勢。

盡管世界衛(wèi)生組織指出全球因空氣污染導(dǎo)致的早死人數(shù)多達(dá)420萬人，但要是電動車的購買和使用成本無法提供足以替代ICE的激勵因素，關(guān)于減緩氣候變遷和改善環(huán)境的爭論也可能會逐漸消退。

里程焦慮

充電問題是影響電動車發(fā)展的一大障礙。最早的電動車行駛里程大約只有160公里左右，成為了短途出行的利基產(chǎn)品，需要頻繁開到充電站進(jìn)行“充電”。受技術(shù)進(jìn)步的影響，目前高階車款行駛里程可達(dá)到480公里左右，但由于擔(dān)心充電樁過于稀少，仍不能消除里程焦慮。眾所周知，一般電動車沒電就會“拋錨”，就算有路過的熱心車主出借備用電池，也無法讓車子起死回生繼續(xù)行駛。

相較于加油站，充電樁數(shù)量更少，且間距也更遠(yuǎn)，但這不過是供需問題；美國約有2億7000萬輛汽車和15萬間加油站，以每間加油站有八支加油槍來算，每支加油槍約分配225輛汽車。相比之下，全球約有500萬輛電動車和約41萬個公共充電樁，每個充電樁約分配到12輛電動車，可用性提高了18倍！如果將辦公室和家庭充電樁算進(jìn)來，大概每輛電動車可分配到一個充電樁。

然而這種直接比較是不現(xiàn)實的，畢竟汽車加滿油約需要10分鐘，加上稍作休息，再去超商喝個飲料，可能只需要15分鐘的時間。但是，電動車用高速公路休息站的慢速充電樁進(jìn)行充電，可能需要好幾個小時才能充滿，假如所有充電樁都有人使用，下一個充電站又遠(yuǎn)在天邊，這個可用性數(shù)據(jù)就沒有任何意義了。

我們相信未來終將是電動車的天下，可以預(yù)料到基礎(chǔ)設(shè)施也會隨之成長，以符合其中一個預(yù)期的成長情境，并希望發(fā)展的越來越好。而目前的情況是，有些地區(qū)可能存在供不應(yīng)求的情況，有些則是供過于求，另外還需要考慮到需求的不確定性以及各地區(qū)的差異性問題?？梢源_定的是，像新車銷售量約60%為電動車的挪威，他們在未來幾年建置的充電樁數(shù)量，勢必會高過2019年新電動車掛牌數(shù)百分比只有1.6%的英國。

充電焦慮

除了里程焦慮，我們還應(yīng)該考慮未來的電力供給問題。目前電動車充電對電網(wǎng)載荷的影響幾乎可以省略不計。據(jù)Bloomberg ENF數(shù)據(jù)顯示，從2018年到2050年電動車用電量將增長57%，但仍只占全球總用電量的9%。到2050年時，美國的電動車用電量將達(dá)到800至900兆瓦時，而總用電量約為30,000兆瓦時（圖2）。

圖2:在BAU情景下以及在成本逐漸下降以在2050年達(dá)到BAU值40%的情景下，美國電動車的年度電力需求表 (來源：Energy Innovation)

我們假設(shè)技術(shù)仍會不斷發(fā)展，例如，電動車目前將電池電力轉(zhuǎn)換為車輪動力的效率只有59%至62%，因此仍有改善空間（對于ICE來說，汽油中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為動能的效率只有17%至21%）。至今針對電動車銷量和用電量的數(shù)據(jù)都只是指輕型車 (LDV)，如果日后電動卡車問世，這些數(shù)據(jù)就會顯得過于保守了。建造所需的充電站和升級電廠基礎(chǔ)設(shè)施的時間表，實非通過政府管理條款和直接的政治手段就能解決的，但電力設(shè)備供應(yīng)商則相信電動車已成為汽車發(fā)展的必然趨勢，并規(guī)劃了充足的基本能源供應(yīng)方案。不管怎樣，隨著基礎(chǔ)設(shè)施的擴(kuò)張，對于不斷增長的普通市場來說，占比9%的電動車用電量并不會對發(fā)電量造成任何問題。但就配電來說，當(dāng)靠近充電電纜時，情況就會有所不同。

符合未來電動車充電需求的配電硬件設(shè)施

從記錄來看，電力需求在夜間較低，負(fù)載高峰約在早上7點人們展開一天的活動時，另一次高峰期則是在傍晚，當(dāng)人們回到家，暖氣/烹煮器具全開時。在用電組合中加入電動車充電，用電模式將發(fā)生很大的變化，為了讓汽車在隔天早上上班前充滿電，負(fù)載高峰會變成夜間。標(biāo)準(zhǔn)的家用充電器功率約為3 kW或7 kW，電動車充滿約需6至12小時，插電式混合動力汽車 (PHEV) 約需2至4小時，跟徹夜開啟一到兩部高功率暖氣差不多。但是，“快速”充電器的額定功率可能高達(dá)22kW，幾乎要達(dá)到饋入家庭供電功率的上限，對沒有電動車充電的高峰用電量來說普遍偏高，當(dāng)然就24小時的平均用電量來說也高出許多。當(dāng)隨著擁有電動車的家庭越來越多，對當(dāng)?shù)氐呐潆娋W(wǎng)絡(luò)將造成直接的額外壓力，電線桿上的變壓器將中壓降至家用電壓時，也會不斷發(fā)出高分貝的滋滋聲作為抗議。而高電壓配電網(wǎng)絡(luò)和變電站的處理能力則較佳，因為其是針對工業(yè)供電，用電高峰期不同。當(dāng)?shù)氐墓╇娀A(chǔ)設(shè)施可能是第一個瓶頸，例如，城市公寓可能有停車位，但電動車電力供應(yīng)不會直接來自最終用戶供電系統(tǒng)，是存在重大地區(qū)差異的城市公寓可能都有停車空間，但是，電動車無法直接由終端用戶線路供電，會在更高的公用事業(yè)電源下進(jìn)行計量和聚合，對家庭用電和工業(yè)用電之間的負(fù)載，在硬件額定值內(nèi)進(jìn)行平衡。路旁和公用的快速充電樁也是如此，其負(fù)載將直接加諸在高電壓網(wǎng)路上。

使用再生能源實現(xiàn)雙贏

對電動車存在已久的一項爭議，就是它并不是這么“環(huán)?！?，畢竟其充電所需電力最終還是來自煤炭或燃?xì)獍l(fā)電機(jī)。這一問題會隨著再生能源使用率的提高而改變，但也存在著一些缺點，比如，太陽能板在晚上不能靠太陽發(fā)電，而風(fēng)機(jī)發(fā)電又是一種不可預(yù)測的能源。最理想的做法，就是利用一些能源儲存方法來平衡供電量，比如用湖泊進(jìn)行水力發(fā)電儲能，但此法受限于地理因素。雖然也有一些前景看好的創(chuàng)意，例如將壓縮氣體儲存在巖床內(nèi)，但還有一種更為可行的方法，就是利用電動車內(nèi)的合并電池組，將能源“輸回”電網(wǎng)作為緩沖，然后提供電費上的回饋作為獎勵。

利用雙向充電器這個早已存在的技術(shù)，可將電動車儲存的電能饋回電網(wǎng)。如果車子閑置不用，電力公司為了調(diào)度會先從電動車電池汲取電力，并隨后再為電池充電，只要車主先在智慧充電器內(nèi)設(shè)定將車充滿電所需的時間，對車主幾乎不會造成任何影響。

結(jié)論

隨著電動車采用率的不斷上升，市場也期待基礎(chǔ)設(shè)施能跟上其預(yù)期成長腳步。但是，電動車充電基礎(chǔ)設(shè)施的規(guī)劃極其復(fù)雜，因為有太多消費者和地方上的變數(shù)需要考慮。影響電動車采用率的部分因素包括電動車購買價格、政府的電動車使用獎勵法規(guī)、電力供給、再生能源的作用，以及對快速充電站之便利性和可用性的疑慮。有鑒于上述這些因素都可能造成重大影響，對電動車采用率帶來不確定性，因此眾所期待的充電基礎(chǔ)設(shè)施究竟能否支撐這些需求，還有待觀察。

審核編輯：郭婷