《科技创新与品牌》杂志社汽车沙龙

关于电动汽车充电站的思考与突破

箱式电动汽车快速充电站


        面对石油资源短缺的危机,如何降低汽车对石油的需求量,以及如何开发电动汽车并将其广泛运用到民生,是各国政府及业内关注的焦点。电动汽车具有零排放无污染、百公里行驶费用低、终生保养费用低、制造费用越来越低的特点,符合未来国人的消费需求,更符合国家的工业、能源发展战略,是我国未来的主要交通工具。
        2009年1月23日,财政部 、科技部联合下发了《节能与新能源汽车示范推广财政补助资金管理暂行办法》,同年3月20日,国务院办公厅公布的《汽车产业调整和振兴规划》中提出,未来三年“形成50万辆纯电动、充电式混合动力和普通型混合动力等新能源汽车产能,新能源汽车销量占乘用车销售总量的5%左右。”
        消息一出,业内振奋,全国各地纷纷加大电动汽车的开发力度。由于电动汽车靠充电站(指需国家电网建设的电动汽车充电站)支撑汽车电能供应,所以电动汽车充电站成了制约电动汽车行业发展的关键。电动汽车充电站虽然不存在技术问题,但却在经济层面上停滞下来。本文将在以下几个方面探讨一下电动汽车充电站的困惑与突破。
    
        一、我国大多数家庭没有充足的电力和车位
        1、电不够用
        电动汽车(此指乘用车)的蓄电池容量为310V120Ah(以比亚迪F3e为例,充满为350V),从完全亏电到完全充满需要42KWh,考虑到充电效率问题,从电网输入的总功率至少要在45KWh以上。一般家庭用电功率总功率配备为2.5~3KW,现代家用电器数量和耗电总量逐年上升,许多家庭用电已接近饱和状态,家庭充电时,每晚进行全功率充电一般要达到8到12小时。这样,在家给电动汽车充电问题就成了十分麻烦的工作。 
        2、没有合适的停车位
        高楼就不必说了,就是住一楼也不能保证家里的电线能够着自家的电动车,何况外接电线还存在极大的安全隐患。虽然部分家庭拥有私人车库。但真正买电动车的人群还是普通收入的无车库市民。
        
        二、社会电动车充电站电力供应特点
        1、充电站充电时,一般要满足10分钟充电到70%左右(充电约30KWh)。此时的充电功率至少要达到30KWx6(C)=180KW,按90%充电效率计算,电网输入功率至少要达到200KW,标准充电站至少要保证8辆电动汽车同时充电,这样,总用电功率将超过1600KW。如北京10年后有30万辆电动汽车,高峰时就有可能有5千辆电动汽车同时充电的情况,需要发电厂新增1600KWx5000=800万KW的输出能力。目前一座普通发电厂的发电能力为60万千瓦,这相当于新建14个中型发电厂。
        2、现有电网基本都处于容量饱和状态,很难有富余的输电能力供给充电站,虽然用户的用电总功率并不是经常处于饱和状态,但在供电局配给的容量范围内是不能随意占用的。初期的充电站虽然充电车辆不多,但由于充电瞬时功率大,会对普通电网造成很大的尖峰干扰,尤其是多辆电动汽车同时充电时的瞬时功率会严重干扰并影响电网安全。
        3、智能电网是专用充电网的有效替代方案,能解决电网内各区域的功率智能分配问题,可缓解充电站对电网的干扰问题,但由于国家智能电网的改造工程更为浩大,短时间也难以实现。
      
        三、专用电动汽车充电站投资巨大
        1、电力设备投资高。据电力部门估算,仅架空高压电网线缆每公里的费用就高达数百万元,为改变城市各种架空网线“蛛网”结构,许多城市都在规划将架空网线改为地下网线。如将充电专网采用地下网线方案,费用将会更高。同时还要考虑增建发电厂、改造变电站等配套设施,从规划、设计、施工到管理,整个工程十分浩大。
        2、充电站场地费用更高。电动汽车的充电速度较普通汽车的加油速度要慢5倍左右,也就是说,为同样数量电动车充电所占用的面积比普通汽车加油所占的面积要大5~10倍。在城市中心,要想在近期谋取上百座,中远期谋取数百座占地3000~5000平米的建站用地,将会困难重重。

        四、专用电网充电站初期利用率低
        以北京市(含所属区县)为例,初期至少要建100座公用充电站才能基本覆盖整座城市。100座充电站充电高峰时的用电总功率将达到1600KWx100=16万千瓦,可同时为800辆电动汽车充电。每天最多可为800(辆)x6/hx24h=115200(辆)电动汽车充电。以市场初期的前5年平均有2万辆乘用车上市,考虑到休息日和多数天数的路程较近,及在家(或单位)补充部分电能,平均每个用户每3天到充电站充电一次。则每天约有6666辆需要充电。约占电网及充电站系统供电能力(115200辆)的5.7%,电网资源及充电站设备浪费较大。

        五、充电站投资收益问题
        国家电网投资建设充电站即使是首批建100座充电站,按每座充电站连场地、专用送变电等一亿元计算,至少也得投资100亿元。充电站的经营成本不少于元6.25亿元/年(其中利息6亿元,管理费等2500万元)。
        前5年按10000辆电动汽车计算,每辆车每年行驶3万公里,耗电4500百度,除去在家和单位等充电约1500度,每辆车平均在充电站充电3000度,按充电增值费1元/度计算,则充电站为1万辆电动车充电的年总收入为3000万元。前5年经营总亏损29.75亿元。中远期(5~15年)平均上市10万辆车,每年亏损3.25亿元。中后期10年总亏损为32.5亿元。前15年总亏损总计约62.25亿元。也就是说,国家电网投资方案,不仅投资回收无望,并且每年还要赔上数亿元利息和经营费用。虽然远期(15年以后)的电动汽车数量会大量增加,但充电站的数量也要同步增加,所需投资也将更大。

        六、集中更换蓄电池的充电更换站方案更不可行
        首先,依旧存在场地的问题。如每天更换数百组蓄电池,则存放蓄电池的空间将达数百平方米,加上多台电动车的作业空间、充电设备间、办公空间、公用服务空间、出入空间等,至少每个更换站也得2000平方米以上。实际上要预存数倍以上的各型蓄电池。另外,集中慢速充电时将占用比快速充电多几十倍的时间,因而依然存在占用很大面积的问题。
        其次,是电池所有权与管理问题。蓄电池的品牌、性能、新旧等各车型都不一样,如蓄电池所有权归用户,即由用户个人先行购买蓄电池,再统一交换使用是不能被接受的,只能组建蓄电池管理公司统一购置蓄电池供电动汽车用户使用,这样,风险全部由管理公司承担,换出去的新电池可能被损坏,就会给管理公司造成巨大损失。 
        第三,容易形成蓄电池的垄断经营。由于只有通过蓄电池管理公司才能进入电动车市场,蓄电池管理公司将对蓄电池厂家形成独家采购权,由于电池的后继服务等连续事项,老电池厂不易退出,新电池厂也不易进来,不利于电池厂家公平竞争,也不利于电池产业技术的提高。
        第四,电池安装标准化问题。现在国内外超过百家电动汽车厂,数百个品种的开发工作如火如荼,而电池安装标准并没有统一的预兆,也不可能统一。
        第五,蓄电池的更换时机问题。电动车用户不能等蓄电池的电量用光了再换,假如某一款蓄电池标准容量下可跑200公里,今天刚换的电池跑了80公里,明天如计划跑130公里,那么就得提前换电池。这是天天都要遇到的,由于不能随时补充电,在许多情况下,在车载蓄电池还剩有半数电量的情况下就得提前更换电池,这无疑为蓄电池的更换造成双向巨大麻烦。
        第六,更换过程的安全问题,也是本方案最难以实施的问题。电动车蓄电池少则二、三百公斤,中则五、六百公斤,重则数千公斤。蓄电池从车上取出,并不是简单的抽拉方式,尤其是其间电路密布,稍不注意就会伤到电路或电池;另外重达数百公斤的蓄电池一般都是分散固定安装的,仅拆装固定螺栓不仅工作量大,而且存在巨大的安装隐患,而电池两极连线的反复拆装更是危险重重;充满电的蓄电池具有极大的能量,电池短路的危险不小于一颗炸弹,尽管动力蓄电池的性能有了很大提高,但电池短路是所有电池安全规定中绝对忌讳的。况且,如此沉重且规格不一的电动车蓄电池的拆装也绝不是仅仅三、五分钟就能完成的,所占场地和更换时间可能还要大于快速充电方式。
        总之,集中更换电动车电池不仅存在极大的安全隐患,时间长、占地大,而且面对电动汽车和蓄电池的实际情况,在经营管理上也无法实现。

        七、家庭乘用电动车充电出路的新思考
        电动汽车虽然是未来的发展方向,但初期的拥有量毕竟不多,充电站的建设要符合“点多面广投资小”的原则。常规的思路难以解决,需用新技术新方法来实现突破。
        1、投资小则必须要依靠常规电网,只要涉及专业电网,费用就会居高不下。使用常规电网就基本不用新增电力投资。最好的办法就是采用一种储能单元,平常从电网用平滑小功率为储能单元储能,需要时再用储能单元向电动车快速充电。由于有储能单元的缓冲,为电动车快速充电时主要依靠储能单元的能量,不会对现有电网造成任何干扰。
        2、投资小就不能置办专用场地,最好使用允许停车的路边、商铺门前地、单位、小区、购物中心、停车场、高速公路服务区等。这就要求充电站能够小型化,以便于与上述位置配套。
如果采用有储能单元的缓冲型充电站,就有可能灵活组建大小不一的充电站,以便于在上述位置建立充电站。前期可考虑在中型以上的停车场和购物中心建设储能式充电站,场地使用费列入经营费用即可。
        3、最好使用社会资金建站,社会资金的进入就会大大增加项目的活力和进度,目前电动汽车项目基本上是社会资金在唱主角。国家只需出政策,并象征性的每年拿出数十亿元的补助款,就会引起社会资金数百亿元的快速跟进,并在数年后形成每年数千亿元以上的大市场。
        4、国家电网的智能化改造可为未来的充电站建设起到积极的推进作用。它能自动分配各用电器的功率,降低电网对电动车进行快速充电的干扰,在部分地区不必建专网和储能单元就能直接为电动车充电。但国家电网的智能化改造也是投资巨大和时间不可控的,中国电动汽车的发展不能被动的等待。将来储能式充电站和智能充电站可相辅相成,共同支撑中国电动汽车市场。
        电动车的大部分时间都是在停车状态,充电站的终极目标就是在所有能够停车的地方建上充电站(快、慢速充电两种方式)。如果上述设想能够实现,中国的交通工具就一定是电动车的天下。