近日，麥肯錫咨詢公司撰文探討電動汽車對全球能源系統(tǒng)的潛在影響。文章稱，電動汽車不太可能造成電力需求危機(jī)，但會重塑負(fù)荷曲線。能源公司們該如何有效利用負(fù)荷曲線的變化呢？

以下是文章主要內(nèi)容：

電動汽車會很快面臨另類的交通堵塞嗎？隨著汽車加快電動化進(jìn)程，能源生產(chǎn)商和分銷商需要了解電動汽車對電力需求的潛在影響。好消息是：麥肯錫的研究分析顯示，電動汽車的預(yù)期增長將不會在中短期大幅增加總電網(wǎng)電力需求，因此限制了創(chuàng)造新的發(fā)電容量的需要。

以來自德國的信息為例，到2030年電動汽車增長不太可能會導(dǎo)致電力需求大幅增長；相反，它可能會使得總電力需求增加大約1%，需要增加大約5千兆瓦的發(fā)電能力。到2050年，這一數(shù)字可能會增長到4%左右，需要增加約20千兆瓦的發(fā)電容量。幾乎所有的這些新增發(fā)電容量都可能會涉及到可再生能源，包括風(fēng)能、太陽能以及天然氣發(fā)電。

重塑電力負(fù)荷曲線

雖然電動汽車銷量的增長不大可能導(dǎo)致總電力需求大幅增長，但它可能會重塑電力負(fù)荷曲線。最明顯的影響將會是夜間高峰負(fù)荷的增加，當(dāng)人們下班回家或完成一天的差事后，他們會讓他們的電動汽車插上電源充電。但是，在系統(tǒng)級層面，這種影響相對較小。同樣，以德國為例，我們預(yù)計(jì)到2030年峰值負(fù)荷將增加大約1%，到2050年將增加大約5%——電力系統(tǒng)大概率能夠承受的增幅。

然而，負(fù)荷曲線的變化將在地方層面上帶來挑戰(zhàn)，因?yàn)殡妱悠嚨膮^(qū)域性分布很可能會因地而異——有些地方可能有很大的差異。麥肯錫對各地電動汽車普及率的地理空間分析預(yù)測顯示，郊區(qū)很可能會成為電動汽車早期普及的熱點(diǎn)地區(qū)。因此，即便從全國范圍來看電動汽車普及率仍然偏低，還是可能會出現(xiàn)擁有大量電動汽車的地區(qū)。

熱門住宅區(qū)和電動汽車充電的其他集中地點(diǎn)，比如公共電動汽車快速充電站和商用車庫，將顯著增加當(dāng)?shù)氐母叻遑?fù)荷。為了預(yù)測住宅區(qū)負(fù)荷曲線的變化，麥肯錫對其進(jìn)行了蒙特卡洛研究分析。分析顯示，就一個常見的150戶住宅的住宅區(qū)饋電線路而言，按當(dāng)?shù)氐碾妱悠嚌B透率達(dá)到25%來算，當(dāng)?shù)胤逯地?fù)荷將增加大約30%。

雖然該數(shù)字并不低，但住宅地區(qū)的峰值負(fù)荷增長并不像一些人想象的那樣急劇。這是因?yàn)椋M管一輛電動汽車可以很輕易地讓單戶家庭的峰值用電翻一番，但許多家庭（包括有電動汽車的家庭和沒有電動汽車的家庭）的集聚，會減少變電站峰值負(fù)荷的相對增幅，即使是在峰值負(fù)荷異常的時(shí)候。

除了高峰負(fù)荷的增加，公共快速充電站的高波動性負(fù)荷分布也需要額外的系統(tǒng)來進(jìn)行平衡。我們對一個快速充電站的負(fù)荷曲線進(jìn)行了模擬，以便更詳細(xì)地研究這種情況。在這里，單個快速充電站能夠很快超過典型饋電線路變壓器的峰值負(fù)荷能力。

由電動汽車充電需求引起的變電站峰值負(fù)荷的增加，如果不加以管理的話，最終將使得當(dāng)?shù)氐淖儔浩鞒銎淙萘浚枰M(jìn)行升級。結(jié)合麥肯錫地理空間分析得出的各地區(qū)電動汽車滲透率分布數(shù)據(jù)和目前在使用的變壓器數(shù)據(jù)來看，可以發(fā)現(xiàn)，與國家范圍的電動汽車滲透率相對應(yīng)的資本支出需求呈現(xiàn)S曲線形狀。換句話說，雖然在電動汽車滲透率低的時(shí)候，與設(shè)施升級相關(guān)的投資需求很少，但隨著電動汽車數(shù)量的增加，這種需求會迅速增加，最終在電動汽車達(dá)到高滲透率水平時(shí)再次趨于平穩(wěn)。我們估計(jì)，如果不采取糾正措施，累積的電網(wǎng)投資需求可能會每輛電動汽車多出幾百歐元。

探索潛在的解決方案

能源企業(yè)有幾種途徑來解決這種情況。它們可以對充電行為實(shí)施影響：例如，電力的分時(shí)定價(jià)能夠激勵電動汽車車主在午夜后充電，而不是在傍晚的時(shí)候。分析表明，這可能會使得峰值負(fù)荷的增長減半。分時(shí)定價(jià)制易于實(shí)施，且經(jīng)過驗(yàn)證。它也需要進(jìn)行監(jiān)督，因?yàn)樗蓪?dǎo)致“計(jì)時(shí)器峰值”，即許多人無意中給他們的充電器設(shè)置了同一個開始充電的時(shí)間。

另外，能源公司可以部署更多的本地解決方案，比如將一個儲能單元與在用電需求低峰時(shí)段給該單元充電的變壓器放在一起。然后，儲能單元在需求高峰期放電，從而減少峰值負(fù)荷。另一種選擇可以是使用小型熱電廠，如果該工廠產(chǎn)生的熱量在本地能夠派上用場，這可能會是一個很有吸引力的解決方案。

隨著電池成本持續(xù)快速下降，使用儲能技術(shù)來平滑負(fù)荷曲線將變得越來越有吸引力。該技術(shù)其他的應(yīng)用包括公共快速充電站，電動巴士和卡車的停車場充電樁，以及部署于住宅，即更多的電動汽車車主結(jié)合使用屋頂太陽能電池板和家庭儲能設(shè)備。幾個因素可以驅(qū)動安裝能源存儲的業(yè)務(wù)案例。這包括削減高峰負(fù)荷以減少需求費(fèi)用（基于高峰負(fù)荷的額外費(fèi)用），避免電網(wǎng)升級，以及在特定時(shí)段利用較低的電價(jià)（在能源價(jià)格較低時(shí)給電池充電）。能源用戶也可能因?yàn)樘峁╈`活的服務(wù)而尋求補(bǔ)償。

在電網(wǎng)升級或替代解決方案方面的一些投資將不可避免，不過企業(yè)可以通過解決根本性的問題來大大減少這種投資。一個例子是，通過轉(zhuǎn)移電動汽車充電負(fù)荷來避免峰值負(fù)荷的增加。對電動汽車車主的充電行為、駕駛和停車模式的早期觀察顯示，在電動汽車與電網(wǎng)連接的大部分時(shí)間里，它們并沒有主動充電。在基于住宅的私人充電中，這一比例超過80%，在公共充電站中則只有25%左右。這種情況產(chǎn)生了轉(zhuǎn)移充電負(fù)荷的潛力，通過從系統(tǒng)層面來優(yōu)化充電時(shí)間和速度，可使得充電過程智能化。

通過智能引導(dǎo)充電行為來創(chuàng)造價(jià)值

集中協(xié)調(diào)和智能引導(dǎo)人們的電動汽車充電行為，可以在多個層面創(chuàng)造價(jià)值。首先，它可以使得峰值負(fù)荷調(diào)節(jié)變得更加有效，從而大大減少上述的電網(wǎng)投資。其次，它可以重新改變峰值負(fù)荷調(diào)節(jié)以外的負(fù)荷曲線，從而優(yōu)化發(fā)電成本（將需求從峰值發(fā)電轉(zhuǎn)到基本負(fù)荷發(fā)電）。此外，在太陽能和風(fēng)能發(fā)電過剩時(shí)加快充電，或在可再生能源發(fā)電量較低時(shí)降低充電速度，都會有助于整合出更高比例的可再生能源發(fā)電。最后，通過提供響應(yīng)需求的服務(wù)，智能充電可以提供有價(jià)值的系統(tǒng)平衡（頻率響應(yīng)）服務(wù)。

這種方法的下一步改進(jìn)涉及到車輛到電網(wǎng)（V2G）的計(jì)劃，這不僅會改變電動汽車的電力需求，還會讓電動汽車在特定條件下向電網(wǎng)輸送能量成為可能。試點(diǎn)研究表明，電動汽車車主非常愿意參與協(xié)調(diào)智能充電計(jì)劃。該計(jì)劃可創(chuàng)造的總價(jià)值可高達(dá)每年每輛電動汽車數(shù)百歐元，具體視乎各地的情況而定。

為了實(shí)現(xiàn)這些效益，能源公司必須要對智能充電基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行一些預(yù)先投資，并努力與其他的利益相關(guān)者共同實(shí)現(xiàn)有效的合作。但這些目標(biāo)一旦確立，電動汽車將不會再在能源系統(tǒng)方面引起人們的擔(dān)憂。相反，它們將使得能源系統(tǒng)變得更具有成本效益，更有彈性，更加環(huán)保，造就各種效益。

路上的電動汽車預(yù)計(jì)會增加，這會給電力公司帶來挑戰(zhàn)。雖然電動汽車到2030年不會導(dǎo)致電力需求大幅增加，但它們將重塑負(fù)荷曲線，從而給電網(wǎng)帶來新的壓力。此文提供的建議可以幫助能源公司克服這一挑戰(zhàn)，有效地整合路上越來越多的電動汽車，進(jìn)而為能源系統(tǒng)創(chuàng)造巨大的效益。