电动汽车充电基础设施建设与运营的优化解决方案：以上海为例

2023年05月 电动汽车充电基础设施建设与运营的优化解决方案 ——以上海为例 研究报告 致谢 特别感谢上海联联充电、上海蔚来汽车有限公司、国网上海市电力公司、奥动新能源、上海依威能源科技有限公司、北京e充网、小桔充电、特来电、上海国际汽车城集团、国网智慧车联网等单位或部门在本研究中所提供的支持。 课题组成员 自然资源保护协会清洁电力项目组 张聪邹以宁刘明明游梦娜王万兴陈艺昕周晓航 中国电动汽车百人会 张永伟刘小诗熊英 国家发改委能源研究所 刘坚 感谢能源基金会（EnergyFoundationChina）对本研究的资金支持。 作为一种绿色环保且高效的交通工具，新能源汽车受到越来越多的青睐。我国新能源汽车保有量占比从2016年的不足0.3%增加到2022年的约5%，预计2030年将增至近20%。新能源汽车的快速增长对充电基础设施的建设和运营提出更高的要求，但充电基础设施的发展正面临多重挑战。一方面，建设难、资源制约现象突出，停车位、土地资源、配网容量，制约了充电基础设施的建设。另一方面，运营难、市场投资意愿减弱，运营商对市场机会识别能力不足、盈利空间有限，僵尸桩频频出现。同时，由于基础设施的建设难度大、运营管理不佳，造成充电便利性差、服务体验不佳，电动汽车车主普遍存在充电焦虑、里程焦虑等问题。 2022年，上海的新能源汽车销量为33.4万辆，渗透率达到47.8%。截止2023 年3月份，全市新能源汽车保有量超过100万辆，在汽车保有量中占比为18.8%。但相比新能源汽车2021年110%、2022年32%的增幅，2022年上海市实际运营的充电设施增幅仅8.4%[1]。与此同时，充电设施运营商面临较高的盈亏压力，后期充电设施也难以保持快速增长。未来，上海充电设施的进一步发展，除了继续提高运营水平之外，还需要解决进社区困难等充电设施落地问题。 为满足我国持续增长的电动汽车充电需求，亟需建立和完善健康有序的充电基础设施建设和运营环境，提升建设和运营效率，从而支持电动汽车的规模化以及车网协同化发展。在此背景下，NRDC联合中国电动汽车百人会、国家发改委能源所的专家开展课题研究，对我国电动汽车充电基础设施的现状和面临的挑战进行梳理和分析，并以上海为重点，探索我国主要城市如何优化电动汽车充电基础设施的建设和运营，提高其效率和可靠性，支持电动汽车在新型能源体系建设中发挥更大的作用。 研究发现，一方面，上海电动汽车与充电基础设施的发展节奏尚无法全面匹配，充电基础设施对电动汽车发展的制约已经凸显。同时，电动汽车智能有序充电普及度还不高，电力负荷与分布式储能的潜力未能得到有效挖掘。上海市电动汽车渗透率和基础设施建设已领先全国，随着电动汽车的进一步的成熟发展，充电基础设施的精细化运营应当是下一步的重点。另一方面，上海市电动汽车基础设施的响应潜 力和经济性都很可观。上海市夏季电力最高负荷节节攀升，对车网互动灵活性的需求巨大。同时，上海市峰谷价差大、需求响应补偿机制完善，在很大程度上激励了电动汽车参与提供电网灵活性。上海市的车网互动实践和经济性分析显示，公共、居民等各类充换电基础设施具有响应能力，并且能获得可观的收益。 从上海的情况来推测全国主要城市的充电基础设施发展情况，课题组认为，一方面，充电基础设施的专项规划和监管有待加强，以解决充换电基础设施未纳入城市整体规划、充电设施建设与电网规划建设缺少有效衔接等问题。另一方面，充电基础设施“重建设、轻运营”的局面有望被打破，在国家市场和价格机制推动下，电动汽车作为重要的参与主体，充电和储能一体化发展、充电和分布式发电等多种发展模式，为基础设施参与电力市场、扩宽盈利模式提供了机遇。 针对上述发现，课题组提出的政策建议如下： 1.加强顶层设计和规划，优化基础设施的建设和布局。成立专门协调机构，明确各部门在充电基础设施建设和运营中的分工和协作关系。优化充电基础设施的规划和布局。编制充电基础设施专项规划，综合考虑土地规划、物业管理、停车资源、电网容量等因素。推进基础设施建设规划的超前性和整体性。 2.开放资源和市场，提升基础设施的运营能力。加快电力市场改革，推进车网互动商业化运营示范，参与现货市场和辅助服务市场。鼓励车网双向互动 （V2G）商业运营试点示范，支持电动汽车基础设施与新能源、储能一体化发展。 3.借助产业优势，推动技术落地和创新。统一国家标准体系，推进充电基础设施的智能化建设。进行车网协同计量设备的创新。从技术上解决计量问题，从而降低车辆参与车网互动的门槛，增加用户进行智能充电的便捷性。加强充电基础设施与停车资源的整合。探索“一头双枪”“一头多枪”等模式。 4.因时制宜，车网协同发展需要分阶段进行。建立和完善健康有序的电动汽车基础设施环境，挖掘电动汽车提供电网灵活性的潜力，需要结合电动汽车的规模和技术情况，分阶段制定车网协同的任务和目标。 第一章 电动汽车与充电基础设施发展现状 1 一、中国电动汽车和充电设施产业发展概况 1 二、国际情况 4 （一）挪威经验：高车桩比支持了电动汽车的高渗透率 4 三、小结 7 第二章 上海地区电动汽车与基础设施 8 一、上海市电动汽车与基础设施发展情况 8 （一）电动汽车发展情况 8 （二）充换电基础设施建设情况 9 （三）电动汽车与基础设施建设的十四五规划 11 二、电动汽车出行特征与充电行为 11 （一）出行特征 12 （二）充电特征 14 （三）上海电动汽车的出行特征和充电行为画像 15 三、上海优化充电基础设施的政策措施 16 四、小结 17 第三章 上海市电动汽车与电网协同发展实践与效益 18 一、上海市电力供需情况 18 二、上海市对车网协同发展的需求 19 三、上海市车网协同发展的实践 21 四、车网互动的潜力与经济性 22 （一）错峰充电价格 22 （二）需求响应补偿 23 （三）经济性分析 25 五、小结 28 第四章 充电基础设施的建设与运营 29 一、商业模式分析 29 （一）运营商主导模式 29 （二）车企主导模式 29 （三）充电服务平台主导模式30 （四）三种模式的对比分析30 二、基础设施建设和运营面临的挑战31 （一）建设难、资源制约现象突出31 （二）运营难、市场投资意愿减弱32 （三）充电难、车主体验不佳33 三、基础设施建设与运营的机遇33 四、小结34 第五章研究发现与政策建议35 一、研究发现35 （一）现阶段充电基础设施基本能够满足电动汽车的发展速度35 （二）上海市电动汽车渗透率和基础设施建设领先全国35 （三）上海市电动汽车基础设施的响应潜力和经济性都很可观35 （四）基础设施“重建设、轻运营”的局面有望被打破36 （五）基础设施的专项规划和监管都有待加强36 二、政策建议36 （一）加强顶层设计和规划，优化基础设施的建设和布局36 （二）开放资源和市场，提升基础设施的运营能力37 （三）借助产业优势，推动技术落地和创新37 （四）因时制宜，车网协同发展需要分阶段进行38 图1 中国电动汽车销量 1 图2 我国充电桩保有量变化趋势（万台） 2 图3 我国车桩比变化趋势 2 图4 我国车桩比（仅限公共充电桩）变化趋势 3 图5 我国不同类型充电桩保有量的比例 3 图6 2022年主要国家和地区的新能源汽车销量（万辆）和全球份额占比 4 图7 挪威新能源汽车销量 5 图8 挪威新能源汽车渗透率 5 图9 典型国家的能源价格 6 图10 典型国家2022年的车桩（公共桩）比 6 图11 上海新能源汽车销量(万)和渗透率 8 图12 上海市2022年各类实际运营充电桩保有量 9 图13 公共充电桩充电量与同比增速 10 图14 上海各区充电设施利用率 10 图15 “十四五”期间充电设施需求设计（万标准桩） 11 图16 电动私家车出行时间分布 12 图17 上海新能源汽车出行时刻分布（0-23点） 13 图18 上海新能源汽车日均出行时长（小时） 13 图19 上海新能源汽车日均出行里程分布 14 图20 上海新能源汽车私家车充电频率分布 14 图21 上海新能源汽车充电时刻分布 15 图22 2018-2022年上海市夏季用电负荷峰值 19 图23 上海市六级电力负荷管理方案 21 图24 电动汽车需求响应参与主体与聚合流程 23 图25 非居民需求响应电量结构 24 图26 居民需求响应补偿资金与价格 24 图27 上海市某换电站需求响应负荷对比 27 图28 三种充电桩建设运营模式对比 31 表目录 表1 近期上海市智能有序充电设施政策 16 表2 上海地区电动汽车充电负荷预测 20 表3 上海市居民及工商业分时电价（元） 22 表4 电动乘用车车网互动经济性 25 表5 电动物流车车网互动经济性 26 表6 换电站网互动经济性 27 表7 从上海的电动汽车充电市场容量角度看行业营收 32 第一章电动汽车与充电基础设施发展现状 一、中国电动汽车和充电设施产业发展概况 中国电动汽车市场规模持续快速增长，连续8年保持销量全球第一。2022全年新能源汽车1销量达到688.7万辆，占全国汽车总销量的25.6%；截至2022年底，全国新能源汽车保有量达到1310万辆，占汽车总量的4.1%。其中，电动汽车年销量 536.5万辆、保有量1045万辆，约占新能源汽车总量的八成[2]。 600. 450. 300. 150. 536.5 625.00% 291.6 98.4 97.2 111.6 40.9 65.2 1.46 4.5 24.75 468.75% 312.50% 156.25% 0.00% 0. 2013201420152016201720182019202020212022 电动汽车销量（万辆）增长率 图1中国电动汽车销量 -156.25% 数据来源：中国汽车工业协会 根据中国电动汽车充电基础设施促进联盟（“充电联盟”）统计，截至2022年 底，我国充电桩保有量达到520万台，同比增加99.1%；其中，公桩约180万台， 随车配建私桩约341万台。2022年全国新增充电桩259.3万台、换电站675座。私 1新能源汽车包括纯电动汽车（电动汽车）、插电式混合动力汽车、燃料电池电动汽车等，本报告主要关注纯电动汽车。 人充电桩2增速远超公共充电桩增速：私桩新增194.5万台，同比上升225.5%；公桩新增约64.8万台，同比增加91.6%。 600 500 520 261 168 122 400 300 200 100 0 2019202020212022 图2我国充电桩保有量变化趋势（万台） 数据来源：中国电动汽车充电基础设施促进联盟 相比较于1310万辆的新能源汽车保有量，实现了2.52的车桩比（图3）；如果仅考虑公桩，车桩比达到7.28（图4）[3]。 20222.52 20213 20202.93 20193.13 00.511.522.533.5 图3我国车桩比变化趋势 数据来源：中国电动汽车充电基础设施促进联盟 2私人充电桩（私桩）指安装于私人领域的自用充电桩,不对外开放。 20227.28 20216.84 6.10 2020 20197.38 0.001.002.003.004.005.006.007.008.00 图4我国车桩比（仅限公共充电桩）变化趋势 数据来源：中国电动汽车充电基础设施促进联盟 如图5所示，2022年公桩和私桩的保有量比值为0.53，近似1：2的关系。公共充电领域，根据2022年底的数据，公共直流桩是76.10万台，公共交流桩是 103.6万个，直流桩的数量与交流桩的保有量之比为0.73：1。因为交流桩的成本低，铺设容易，在数量上处于领先位置。 0.53 0.73 0.78 0.69 0.62 0.74 0.71 2022 2021 2020 0.93 2019 0.000.200.400.600.801.00 公私桩比直流交流比 图5我国不同类型充电桩保有量的比例 数