麥肯錫：到2030年電動(dòng)汽車(chē)對(duì)電力需求不會(huì)大幅增加 智能充電可平衡電力負(fù)荷

電動(dòng)汽車(chē)會(huì)很快面臨另一種僵局嗎?隨著移動(dòng)電氣化的加速，能源生產(chǎn)商和分銷(xiāo)商需要了解電動(dòng)汽車(chē)對(duì)電力需求的潛在影響(表1)。好消息是:麥肯錫分析表明電動(dòng)汽車(chē)的預(yù)計(jì)增長(zhǎng)不會(huì)推動(dòng)近期到中期的總電網(wǎng)電力需求大幅增加，因此限制了在此期間對(duì)新發(fā)電容量的需求。

以德國(guó)的數(shù)據(jù)為例，到2030年電動(dòng)汽車(chē)增長(zhǎng)不太可能導(dǎo)致電力需求大幅增長(zhǎng);相反，它可能會(huì)使總發(fā)電量增加約1%，并需要大約額外5千兆瓦的發(fā)電容量。到2050年，這一數(shù)字可能會(huì)增長(zhǎng)到4%左右，需要增加約20千兆瓦的裝機(jī)容量。幾乎所有這些新增容量都可能涉及包括風(fēng)能和太陽(yáng)能以及一些天然氣發(fā)電在內(nèi)的可再生能源。

重塑電力負(fù)荷曲線

雖然電動(dòng)汽車(chē)銷(xiāo)量的增長(zhǎng)不大可能導(dǎo)致總電力需求大幅增長(zhǎng)，但它可能會(huì)重塑電力負(fù)荷曲線。最明顯的影響將是夜間高峰負(fù)荷的增加，當(dāng)人們下班回家或完成一天的雜務(wù)后，他們會(huì)給電動(dòng)汽車(chē)充電。但是，在系統(tǒng)級(jí)別上，這種影響最多只占相對(duì)較小的百分比。同樣，以德國(guó)為例，我們預(yù)計(jì)到2030年峰值負(fù)荷將增加約1%，到2050年將增加約5%，這是系統(tǒng)可能承受的增幅。

然而，負(fù)荷曲線的變化將在地方層面上帶來(lái)挑戰(zhàn)，因?yàn)殡妱?dòng)汽車(chē)的區(qū)域性傳播很可能會(huì)發(fā)生變化——在某些情況下，會(huì)有顯著的變化。麥肯錫對(duì)郵政編碼級(jí)電動(dòng)汽車(chē)普及率的地理空間分析預(yù)測(cè)顯示，郊區(qū)很可能成為電動(dòng)汽車(chē)早期采用的熱點(diǎn)地區(qū)。因此，即使在全國(guó)電動(dòng)汽車(chē)普及率仍然較低的情況下，擁有大量電動(dòng)汽車(chē)人口的地區(qū)也可能出現(xiàn)

這些住宅集群和電動(dòng)汽車(chē)充電的其他集中點(diǎn)，如公共電動(dòng)汽車(chē)快速充電站和商用車(chē)庫(kù)，將顯著增加當(dāng)?shù)氐母叻遑?fù)荷。為了預(yù)測(cè)住宅區(qū)負(fù)荷曲線的變化，麥肯錫進(jìn)行了蒙特卡洛分析。對(duì)于一個(gè)典型的150戶(hù)住宅的供電線路，在25%的本地電動(dòng)汽車(chē)滲透率下，分析表明本地峰值負(fù)載將增加大約30%(圖3)。

盡管增加了約30%，但是住宅地區(qū)的峰值負(fù)荷增長(zhǎng)并不像一些人想象的那樣劇烈。這是因?yàn)?，盡管一輛電動(dòng)汽車(chē)可以很容易地將個(gè)人家庭層面的峰值消耗量翻倍，但許多家庭(包括有電動(dòng)汽車(chē)和沒(méi)有電動(dòng)汽車(chē)的家庭)的匯總減少了變電站峰值負(fù)荷的相對(duì)增加，即使考慮到高峰值的影響。圖3展示了典型住宅變電站所經(jīng)歷的最大和平均電動(dòng)汽車(chē)峰值電力需求，假設(shè)沒(méi)有延遲或“智能”(即集中管理)充電。

除了高峰負(fù)荷的增加，公共快速充電站的高波動(dòng)性和頂峰負(fù)荷也需要額外的系統(tǒng)平衡。我們對(duì)一個(gè)快速充電站的負(fù)荷剖面進(jìn)行了模擬，從而更詳細(xì)地研究這種情況(圖4)。在這種情況下，單個(gè)快速充電站可以很快超過(guò)常規(guī)供電線路變壓器的峰值負(fù)荷能力。

（Mckensey&Company）

由電動(dòng)汽車(chē)充電需求引起的變電站峰值負(fù)荷的增加最終將使當(dāng)?shù)氐淖儔浩鞒銎淙萘浚枰M(jìn)行升級(jí)。將麥肯錫地理空間分析得出的每一個(gè)郵政編碼的電動(dòng)汽車(chē)滲透率分布數(shù)據(jù)與目前使用的變壓器數(shù)據(jù)相結(jié)合，可以發(fā)現(xiàn)，作為國(guó)家級(jí)電動(dòng)汽車(chē)滲透率函數(shù)，可以發(fā)現(xiàn)資本支出需求與國(guó)家級(jí)電動(dòng)汽車(chē)滲透率呈S曲線函數(shù)關(guān)系。換句話說(shuō)，雖然在電動(dòng)汽車(chē)較低滲透率時(shí)，基本不需要進(jìn)行投資升級(jí)，但隨著電動(dòng)汽車(chē)數(shù)量的增加，它們會(huì)迅速攀升，最終在高滲透率水平時(shí)再次趨于平穩(wěn)。如果不采取糾正措施，我們估計(jì)累積的電網(wǎng)投資需求可能會(huì)超過(guò)每輛電動(dòng)汽車(chē)幾百歐元的水平。

探索可能的解決方案

能源參與者有幾種方法來(lái)解決這種情況。這些解決方案可以影響充電行為：例如，按時(shí)間段收取電費(fèi)可以激勵(lì)電動(dòng)汽車(chē)車(chē)主在午夜后充電，而非選擇在傍晚進(jìn)行。分析表明，這將使峰值負(fù)載的增長(zhǎng)減半(圖5)。這種方法易于實(shí)施且已經(jīng)在試驗(yàn)中得到證明，但是按充電時(shí)間段進(jìn)行收費(fèi)需要進(jìn)行監(jiān)管，因?yàn)樗鼈兛赡軐?dǎo)致“計(jì)時(shí)器峰值”，即當(dāng)許多人無(wú)意中設(shè)置充電器開(kāi)始同時(shí)充電時(shí)發(fā)生的情況。

或者，能源公司可以制定更多的本地解決方案，比如將一個(gè)能源儲(chǔ)存單元與變壓器結(jié)合起來(lái)，在需求低時(shí)為儲(chǔ)存充電。然后存儲(chǔ)單元在需求高峰期放電，從而減少峰值負(fù)載。另一種可能的選擇是使用小型熱電聯(lián)合發(fā)電廠，如果產(chǎn)生的熱量在當(dāng)?shù)赜惺褂茫@可能是一個(gè)有吸引力的解決方案。

隨著電池成本持續(xù)快速下降，使用能量存儲(chǔ)來(lái)平緩負(fù)載曲線將變得越來(lái)越有吸引力。其他應(yīng)用還包括公共快速充電器、電動(dòng)巴士和卡車(chē)的車(chē)庫(kù)充電器，以及更多電動(dòng)汽車(chē)車(chē)主將屋頂太陽(yáng)能電池板和家庭存儲(chǔ)設(shè)備結(jié)合在一起的住宅裝置。幾個(gè)因素可以驅(qū)動(dòng)安裝能源存儲(chǔ)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(jí)，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)。

盡管在電網(wǎng)升級(jí)或替代解決方案方面的一些投資將不可避免，但企業(yè)可以通過(guò)解決其根源問(wèn)題來(lái)大大減少投資。一個(gè)例子是通過(guò)轉(zhuǎn)移電動(dòng)汽車(chē)充電負(fù)載來(lái)避免峰值負(fù)載的增加。對(duì)電動(dòng)汽車(chē)車(chē)主的充電行為、駕駛和停車(chē)模式的早期觀察表明，在電動(dòng)汽車(chē)與電網(wǎng)連接的大部分時(shí)間里，他們并沒(méi)有主動(dòng)充電。

智能引導(dǎo)充電行為可以創(chuàng)造價(jià)值

電動(dòng)汽車(chē)充電行為的集中協(xié)調(diào)、智能引導(dǎo)可以通過(guò)多種方式創(chuàng)造價(jià)值。首先，它可以更有效地削減峰值，從而大大減少電網(wǎng)投資。其次，它可以使負(fù)荷曲線在削峰之后發(fā)生變化，從而優(yōu)化發(fā)電成本(將需求從峰值轉(zhuǎn)移到基本負(fù)荷發(fā)電)。此外，在太陽(yáng)能和風(fēng)能發(fā)電過(guò)剩時(shí)加快充電，或在可再生能源產(chǎn)量較低時(shí)降低充電速度，都有助于整合更大比例的可再生能源發(fā)電。最后，通過(guò)提供需求響應(yīng)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(chē)輛到電網(wǎng)的計(jì)劃，這不僅改變了電動(dòng)汽車(chē)的電力需求，而且使電動(dòng)汽車(chē)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(dòng)汽車(chē)車(chē)主愿意參與協(xié)調(diào)智能充電。根據(jù)當(dāng)?shù)氐木唧w情況，每年每輛電動(dòng)汽車(chē)創(chuàng)造的總價(jià)值可能高達(dá)數(shù)百歐元。

為了實(shí)現(xiàn)這些利益，能源公司必須對(duì)智能充電基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行一些預(yù)先投資，并努力與其他利益相關(guān)者實(shí)現(xiàn)有效合作。但一旦這些目標(biāo)確立，從能源系統(tǒng)的角度來(lái)看，電動(dòng)汽車(chē)將不再引起人們的擔(dān)憂。相反，它們將通過(guò)使系統(tǒng)更具有成本效益、更有彈性和更環(huán)保而成為收益的源泉。

道路上電動(dòng)汽車(chē)的預(yù)計(jì)增長(zhǎng)將給電力公司帶來(lái)了挑戰(zhàn)。雖然電動(dòng)汽車(chē)到2030年不會(huì)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(lái)新的壓力。這里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(lái)越多的電動(dòng)汽車(chē)，從而為能源系統(tǒng)創(chuàng)造巨大的利益。