新能源汽车的推广对减缓气候变化、降低移动源的空气污染具有重要意义。中国作为全球新能源汽车最大的市场,增长势头强劲。中国未来电动汽车规模化的快速增长,将带来车用用电量与用电负荷的增长,成为未来用电增长的重要助推力之一:以2050年新能源汽车保有量2.4亿辆(含乘用车和商用车)为基数进行预测,新能源汽车的年用电量将达4922亿kWh,相当于2018年中国全社会用电量的7.2%。这将对未来发电侧、输配电侧以及充电桩等的规划布局产生深远影响。
电动汽车目前无序的充电方式(即随时、随地与随机地充电),容易导致大量电动汽车在电网负荷高峰时段集中充电,进而增加电网负荷峰值,对发电、输配电的容量提出更高要求。根据世界资源研究所和国网能源研究院预测,在汽车高比例电动化和快充普及的情境下,电动汽车无序充电将可能导致2030年和2035年电网峰值负荷增加12%~13.1%。
电动汽车充电不仅会增加电网负荷,也会影响本地配电网的安全运行。随着新能源汽车的推广,居住区、直流快充的商业楼宇的配电变压器(以下简称“配变”)将存在迫切的扩容需求 [3] 。例如,根据世界资源研究所测算,在局部配电网中,私家电动汽车无序充电会显著增加配变负荷峰值,特别是当车辆电动化比例达到50%时,多数住宅小区配变都面临超载风险。根据国家电网的研究,假设车辆电动化比例在2030年达到30%,配变最大负荷将提升至79.6%,直流快充对商业楼宇的配变影响最大。在北京,预计未来300万辆电动汽车的充电负荷将不仅导致本地配变超载,甚至也将对主干网产生压力。城市电网的增容既面临投资成本高的问题,进而可能影响全社会电价,也受制于城市用地空间的约束。如何能既合理满足新能源汽车推广带来的电网改造投资需求,又控制这些投资对电价、电网企业的影响,成为亟待解决的问题。