快充技术下新能源汽车充电对电网的影响（一）

一、背景

在汽车行业电动化趋势快速加深的背景之下，为了提升用户的用车体验从而进一步促进新能源车辆的渗透，解决车辆补能的时间问题对于相关企业而言是占领市场的关键手段之一，因此高倍率动力电池、高压/强流快充等技术将是未来车/桩发展的重要方向。

在新能源汽车的市场应用过程中，车、桩、网的一体化适配是其能源无忧、快乐出行的保障。而随着近年来新能源汽车总体数量的急剧攀升以及快充技术的应用加剧了电网的峰谷差，常导致配电网局部过载。面对这突如其来的能源汲取，考虑到扩网的场地、设备设施、资金成本等方面的因素之后，电网也显现出了压力。因此单纯的从车、桩端进行相关技术的提升还无法完善该行业，对于车辆能源的终端亦需进行适当的升级改造。

二、充电网络的发展

从电网的用电场景上我们可大致将其分为三个阶段，在电网早期的应用场景中，其主要供电主体是工业用电以及常规居民用电，此时由于工业及生活水平处于较低状态，因此环境对于总体的用电需求是相对较低的，此阶段下电网的设备设施相对而言较为简单且性能低，而电网的发展则是以此背景为基础进行的建设。随着科技的发展，工业用电量快速提升，同时由于各种各样的家用电器的普及导致了居民用电也随之扩张，因此早期建设的电网设施、线路等难以再满足现有用电需求，电网的二次升级改造由此开始。

简单类比的话，好比老房子无法应对现今数量多且功率大的电器，为了不出现用电安全事故，便需要将老房子的老电路扒了重新布置。

图1 电网系统

如今由于城市中新能源汽车保有量达到了一定规模，电网供电主体也从原本的工业及居民用电变为了工业、居民及汽车三方的用电，而汽车端的用电若简单换算成居民用电则会是其数量的数倍之多。这里我们以一个近似的数据来做个比较，如一辆新能源汽车的平均电池容量是70kw.h，其每天/每次充电电量为总容量的50%计算（SOC从30%充到80%），即每次的充电量是35kw.h。若一个人一天平均用掉10度电，则一辆新能源汽车一次充电的用电量就相当于3.5个人一天的用电量，也就是说当新能源汽车在住宅区的保有量达到一定规模后，此时‘居民端’在电网的用电量将会是原来的4-5倍。

图2 新能源汽车导致的用电量激增

在居民端的用电场景中，住宅区相对于商场、办公楼而言其负荷弹性又是最为有限的，据世界资源研究所数据，在当下电网环境中，当电动车在小区的户渗透率达到25%时，此时在同一小区的电动汽车数量约有476辆，若这些车辆的充电同时率超过20%，则小区变压器负载率将会超过70%，其负载程度将成为重载模式。我们知道一旦变压器负载过高，轻则在用电时产生跳闸异常，重则会烧毁变压器并对电力设施造成损坏。而当新能源汽车在小区的户渗透率达到100%时，即使此时汽车的充电同时率低于10%，小区变压器的负载率也将大于80%。

图3 不同电动车户渗透率下充电对小区电网的影响

另外，由于用户的用车习惯与其日常生活习惯息息相关，因此车辆用电的高峰期常与其日常用电的高峰时段高度重合，当这两者用电时的波峰峰值互相重叠后，将极大加剧电网端配电网的负荷。据国网能源研究院预测，至2030年，电动汽车的无序充电将让峰值负荷增加1.5亿千瓦，这相比于无电动汽车时代用电峰值的负荷提升了13.1%。而据世界资源研究所预测，至2035年，在北京及苏州两地，电动汽车无序充电将让峰值负荷分别提高3.8%~11.9%和1.6%~3.0%。

图4 居民用电与车辆充电时段高度重合

除住宅区外，商场也是汽车日常出没的主要场所之一，在如今新能源汽车发展的趋势之下，新建商场为了保证人流量，在其停车场的规划当中基本都会在某一区域建有公共充电桩以供电动车的充电。而对于老商场而言，只能在原有电力设备设施允许的范围内加建部分充电桩以供车用。同时，在此环境中大功率电器的应用会更多，因此通常情况下商场的可用电容量是要高于住宅区的。据数据统计，当电动汽车在商场的渗透率达到50%时，商场的变压器负荷将过载。