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WNEVC 2021 | 上海电器科学研究所副总工程师奚培锋:城市能源网络在智能网联汽车推广应用中的需求与创新

盖世直播 2021-09-16 20:19:52

2021年9月15-17日,“第三届世界新能源汽车大会”(WNEVC 2021)在海南国际会展中心盛大召开,由中国科学技术协会、海南省人民政府、科学技术部、工业和信息化部、生态环境部、住房和城乡建设部、交通运输部、国家市场监督管理总局、国家能源局共同主办。本次大会以“全面推进市场化、加速跨产业融合,携手实现碳中和”为主题,邀请全球各国政产学研各界代表展开研讨。

在9月16日下午举办的 “智能网联汽车与智慧城市协同发展” 主题峰会上,上海电器科学研究所(集团)有限公司副总工程师奚培锋发表了精彩演讲。

以下内容为现场演讲实录:

各位领导,各位专家,各位来宾,大家下午好!

首先我非常高兴也非常荣幸受组委会邀请来参加本次论坛,大家从我的公司名称来看应该可以感受到,我不是属于汽车行业的,我的专题研究主要是在能源特别是在用电领域的研究。但是随着网联汽车或者是城市汽车的发展,我们需要有更多的协同与融合,所以我今天将站在城市能源网络这个角度向大家汇报介绍一下城市能源网与新能源汽车两者发展过程当中面临的一些问题和新的需求以及将要探索的一些创新内容。

主要是从三个方面向大家介绍一下:一是简单介绍一下目前城市能源网以及智能网联特别是新能源汽车的发展趋势。

在传统意义上,汽车、交通道路和能源三者有一定的联系,但是各自行业是相对比较独立地去发展的,交通主要是一些通达性、拥堵性和相关材料,对于我们能源领域来说主要是保障供能的可靠安全以及提高终端的能源利用效率,传统汽车发展意义上汽车与能源可能说在发展过程中联系不大。我作为国家能源的智能电网用户端研发中心主任,在十几年前成立这个研发中心的时候很少去关注汽车业的发展。但是随着新能源汽车的发展,包括刚才各位专家、各位领导都提到了汽车行业的新四化发展以及城市能源网的三化发展,它们两者之间的关系会越来越密切,越来越需要协同的融合发展,特别是汽车行业里面的智能化和电动化需要有大量的基础设施的配套支撑,包括新能源汽车充电桩等来满足新能源汽车充电用电的需求。未来新能源汽车、智能网联汽车需要与电网和城市能源网更需要一个安全性的信息交互。

城市能源网也有三化的发展,分别是能源消费的高度电气化、能源生产的清洁化、能源利用的日益高效化。这三化的发展一方面是面临着如何应用新能源汽车去消解大量新能源、分布式能源的问题,第二个是如何去解决新能源汽车的大规模充电困难,这个是城市能源网发展过程当中、新能源汽车发展过程中面临的新需求和新问题。

新能源汽车的发展需求大家都非常清楚,到2025年20%,到2060年50%,大家知道交通大概占33%左右的,也就是三分之一的全球日均耗能总量,交通电气化、新能源汽车的发展化对于城市能源网的发展将会有很重大的影响。再来看一下城市能源网目前发展的方向。去年9月份习近平总书记提出了双碳目标,今年3月份在中央财经第九次会议的时候也提出了要构建以新能源为主体的新型电力系统。包括很多方面,主要是连接了与新能源汽车发展密切相关的发电和用电环节,主要方向是围绕高比例新能源接入,构建合理的调峰电源体系。预计到2060年,新能源发电装机达到50亿千瓦,用电环节主要方向是实现高度电气化负荷多元互动,提升新能源的消化能力和提升能源利用效率。所以说城市能源网的发展会有一个巨大的改变。

这个新型电气发展过程当中也有它自身的一些特征,主要是双高和双随机。一个就是高比例可再生能源接入和高比例电力电子设备应用,包括供电侧,风力发电或者光伏发电都是通过高比例电力电子接入的。另外就是双随机,因为我们知道风电和光伏发电有一个供能的随机性,在需求侧越来越多的新型用能设备包括新能源汽车也有随机性,我们驾驶新能源汽车可以回家充电,可以在办公的时候充电,可以在吃饭的时候充电,它的随机性很大,所以说新能源汽车的快速增长它的随机性也是直接影响我们城市能源网的未来发展。

因此我们知道未来车联网与城市能源网的发展是密不可分的,当然,当中还有一个很重要的基础设施就是新能源汽车的充电设备。一方面它连接了我们能源消费端,直接连接了电动化、绿色化、网联化和共享化的绿色汽车,另外连接了能源供给端,以电为中心,以智能电网为基础平台的支撑能源电力清洁低碳转型的城市能源网,所以未来车联网、城市充电网融合发展是未来的发展趋势。

那融合发展过程当中我们将面临哪些新的需求和可以进行哪些新的探索呢?首先来看一下可能面临的问题,主要是两个问题:

一个就是峰上加峰问题。新能源汽车发展比较快的都是一些大型城市,本来它的供能或者说供电的压力就比较大,比如说上海等大型城市都是外来用电的,另外他们用电的峰谷差本来就比较大,所以说新能源汽车的发展以及新能源汽车对于充电的需求会带来三方面的突出问题,一个就是充电负荷总量会提升,未来社会的复合增长57%-70%是新能源汽车带来的;第二个负荷的峰值比例会进一步提高,以上海为例,目前上海平均的峰谷差就可以达到2倍,在一些特定季节里它的峰谷差供能需求可能达到3倍,对于城市电网的安全性带来了很大的影响,另外对它的经济性也有很大的影响。怎么样实现新能源汽车的有序充电也是城市能源网将要面临的一个问题和需求。第三个问题就是局部配网的压力,因为我们要建新能源汽车充电桩,为新能源汽车进行快充,那它的一些局部配电网的负荷会极速增高,如果我们只是简单增容的话投资经济性和安全性是达不到要求的,所以这是一个大的主要问题。

还有一个问题就是堵上加堵,因为新能源汽车和传统汽车不一样,传统汽车加油很快,新能源汽车要有一个比较好的停车位,而且快充电可以达到30分钟左右,应该说找桩找位是新能源汽车发展过程当中的标准刚需,但是我们是不是只要简单去发展新能源汽车的充电桩就可以呢?其实并不然。目前上海市的公共充电设施利用率只有6%左右,部分很多充电厂站是长期排队的,还有很大一部分是没有充电的,在上海中心城区一公里范围内有充电站的比例达到了91.6%,在郊区2公里的一个充电站的比例也达到了63%,所以说充电站建设规模还是比较大的,但是为什么很多新能源汽车的司机还是找不到合适的充电厂站去充电呢?这个就是一个动态匹配的问题。所以解决电动充电管理问题也是一个主要的问题。

所以我们认为在智慧城市、新能源汽车发展过程中要更加关注城市能源网与新能源汽车发展中重要协同作用,一方面我们要协同规划,另外就是要实现有效互动,实现资源需求的一个灵活匹配,最终一方面是保障电网的安全性,满足新能源汽车高频刚需的充电需求,为新能源汽车充电站进一步提升服务能力。

围绕着这些相关的目标我们也是进行了一些有益的探索,在这里跟各位专家进行交流:

一个就是基于智能网联车时空轨迹的充电站选址规划,刚才讲到了不能盲目去大规模建设充电站,我们需要根据大数据分析和车的行驶轨迹、充电需求来找到我们合适建充电厂站的地方,能够大幅提高充电厂站的建设需求。第二个更重要的是源、网、荷、储协同互动的优化控制,这个方面要解决4个问题:一个就是新能源汽车充电如何帮助电网优先消化我们的利点或者说及时消化分布式能源,第二个就是避免峰上加峰,如何动态调节新能源汽车的充电时间,使我们整个城市电网的峰谷差降低。第三个就是如何能够设计一种比较有益的机制,我们不能说强制要求你在这个时段充电,那是不可能的,设计一个合理的机制来实现调峰的手段。第四个就是一些新的技术发展,比如说V2G的技术发展,新能源汽车也是一个移动电源,不但可以降低峰谷差,还可以帮助城市电网在应急的时候解决一些竞技问题。

还有就是我们为新能源汽车车主能够实时提供一些更合适的新能源汽车的充电厂站,为他能够节省充电时间。

最后一个相对第三个更加复杂一点,可能考虑一定时间范围内和一定区域内,大量新能源汽车和充电厂站的匹配问题,诱导我们新能源汽车的车主去合适的厂站充电,降低堵上加堵的问题,另外在一个时间段里,比如说物流车我规划到明天要去的地方,我告诉他明天在哪里充电可以提高效率,这样也可以降低城市能源网峰上加峰的风险。

所以以上是我们目前在做或者说在考虑的探索。最后我也是简单为城市能源网发展提一些建议,也供大家参考。

一方面我们要进一步提升三张网的建设、管理与互动,包括车联网充电网和能源网。以上海为例,我们在2016年就建立了上海市统一的充电网,这个充电网的名字叫联联充电。目前已经接入了公共区域12多个新能源汽车充电桩,打通了72家主要运营商支付通道,不但可以为车主提供找桩导航的功能,也可以提供启停的服务功能。此外静态动态信息100%接入,订单信息接入在95%以上。可以为我们的行业和政府政策、新能源充电站建设提供我们的数据支撑,在哪些区域可以建更多的充电桩,而且哪些区域更加适合建这些充电桩。

第二个就是上海市车联网的建设,我们也以上海为例,上海市新能源汽车数据监测中心也纳入了目前全上海55万辆新能源汽车的接入,包括车子的驾驶轨迹、新能源汽车SOC数据等等,它也可以支撑我们未来车桩匹配和能源网匹配进行相关分析。当然建了这样的一个网更重要的一点就是我们与电网有序调节能力的互动,这里我们要解决三个问题:一个是面向不同类型的负荷,包括公共厂站、大量小区的私人桩如何实现智能化充放电的控制技术;还有就是要建立一个市场机制;最好还要建立一些标准规范,能够使电网车桩有一个透明和安全的信息传递,充分发挥电动汽车的一个分布式储能的特性,纳入电网的优化控制,实现用电时间、用电行为可引导、用电方式智能化以及用电规律的可预测。

最后一个建议就是希望能够加强城市能源网与智能网联汽车融合发展试点方面的一些落地,刚才几位专家和领导也提到了,我们现在在做一些六大试点城市的内容,我也特地去学习了一下,因为我们不是一个行业,应该说在六大试点过程当中,城市能源网体系相关内容还是比较少的,里面可能在武汉、无锡的应用提到了一些充电桩的建设,在上海里面找到了一些区域能源管理系统的建设。但是整体来说城市能源网如何与双智的协同发展内容还是比较少的,所以我们建议能够在融合试点里面加入更多的元素,实现一个智慧城市、智慧能源、智慧交通、智慧汽车融合一体化,实现我们新能源汽车平台、电网需求响应平台与智能网联汽车的互联互通互动,从而有效推动我们城市能源网与智能网联汽车的融合发展。

以上就是我的主要汇报内容,这是我们一些初步的探索,如果有讲的不对的地方,也可以在会后进行交流与探讨,谢谢大家。

(注:本文根据现场速记整理,未经演讲嘉宾审阅)