电池电动卡车的充电解决方案

白皮书 2022年12月 电池电动卡车的充电解决方案 MarieRajonBernard,AlexanderTankou,HongyangCui,andPierre-LouisRagon twitter@theicct 北京|柏林|SanFRANCISCO|ULO|WASHINGTON ACKNOWLEDGMENTS 这项工作是为国际零排放车辆联盟进行的，并得到其成员（巴登-符腾堡州，不列颠哥伦比亚省，加利福尼亚州，加拿大，智利，康涅狄格州，哥斯达黎加，德国，马里兰州，马萨诸塞州，荷兰，新泽西州，纽约，新西兰，挪威，俄勒冈州，魁北克，罗德岛州，英国，佛蒙特州和华盛顿州）的支持。作者感谢ICCT的DaleHall，SaraKelly，MichelleMeyer和FelipeRodrigez，中国能源基金会的陈建华和CharlieAllcoc的评论。作者还感谢国际零排放车辆联盟的成员，他们为政策活动提供了关键意见，并审查了本报告的早期版本。他们的评论并不意味着任何认可，任何错误都是作者自己的。 由AmySmorodin编辑 国际清洁运输理事会1500KStreetNW，650套房华盛顿特区20005 ©2022国际清洁运输理事会 执行摘要 电池-电动卡车市场处于早期阶段，全球流通的车辆不到60,000辆，其中2021年售出了约20,000辆。 90 这些产品的百分比是在中国销售的，大多数是在该类别的较轻方面，在3.5到8吨之间。然而，随着越来越多的政府和卡车制造商设定了内燃机卡车销售淘汰目标，更多的车型上市，生产能力提高，预计未来几年市场将大幅增长。一个强大的充电基础设施生态系统，以及足够的电网容量，必须及早部署，以免阻碍电动汽车车队的增长。 Thispaperprovidesanoverviewofchargingsolutionsforbattery-electrictruck,theircost,andtimelineforimplementation.Additionally,electricitydemandandgridimpactsareestimatedintwocasestudiesofGermanyandtheUnitedStates,impot smartcharging.Finally,thepapercatogsandcomprehensionslessonsfrompoliciesandpilotprogramsacrossChina,Europe,andNorthAmerica.Theresearchleadtothefollowingfindings: 早期的电动卡车依赖于为轻型车辆设计的充电基础设施，但更强大的标准已经准备好商业化，并将解锁新的应用。有线固定充电选项的范围从低于43千瓦（kW）的交流慢速充电到高达350千瓦的直流快速充电。更高的功率标准正在开发中-中国的超吉将提供高达900千瓦的功率，而欧洲和北美的CharIN兆瓦充电系统将提供高达3.75兆瓦（MW）的功率。目前正在使用多种充电标准。 硬件和软件标准的协调是实现规模经济、降低卡车和充电器制造商的开发成本、确保互操作性以及确保国际二手零排放汽车市场蓬勃发展的关键。 有线固定充电是主要技术，但正在测试新颖的替代方案以提高充电灵活性。有线固定式充电器可以 按使用目的分类：在高速公路沿线的私人仓库或休息区的公共过夜充电（高达100W），在目的地或高速公路沿线的机会快速充电（高达350W）和机会超快速公共充电（超过1MW）。对于理想的充电选择组合，没有一刀切的方法，因为它取决于车队的规模，每日里程，运营类型以及车队经理的策略。电池交换、架空接触网充电和道路无线充电是标准有线充电的三种新兴替代方案。这三种技术可以减少电池电动卡车的充电停机时间，并通过减少电池尺寸来降低卡车的前期成本和重量。然而，政治和商业挑战会影响这些技术的部署。 先进的规划和电网管理是以时间和成本高效的方式管理电力需求的关键。电网升级增加了电池电动卡车的成本和时间限制，使先进的规划和电网管理策略成为关键。对德国和美国进行了两个案例研究，以评估2040年之前的能源，充电基 础设施和电力输出需求。结果显示，到2040年，电池电动卡车的能源需求将分别占德国和美国的6%和3%。S.分 别为2021年的发电量。这并不一定意味着需要增加6%和3%的电网容量，因为。 可以通过需求管理和小型配电网络升级来利用现有基础设施。可以通过修订公共电力公司业务模型，相关利益相关者之间的协调计划以及实施智能充电解决方案来管理电动卡车的电网影响。 为了确保以合理的成本与卡车部署一起建设基础设施，法规应设定充电基础设施部署的目标，并应更新电力部门的法规。欧盟是第一个提出规定重型车辆充电基础设施推出速度的法规的司法管辖区。这些法规包括基于交通的目标 为了确保电网的升级，加州公共事业委员会在2021年批准了一项新的电价法案，该法案要求投资者拥有的电力公司负责电网基础设施的建设，如配电线路、变压器、挖沟和建筑。 中国也有类似的规定，两家国有电网公司负责帮助车站运营商接入电网和相关成本。多个政府机构，电力公司和商业车队之间的协调是成功过渡到电动汽车的关键。 在充电基础设施建设的早期阶段，通过试点项目和财政激励措施的直接支持可以建立信心和规模。大多数司法管辖区为电池电动卡车充电基础设施提供资金，以协助研究和创新，购买和安装以及与电网的连接。这些资助计划应包括公平考虑，以确保小型充电站和卡车运营商有足够的机会。除了财政激励措施外，还正在进行一些试点项目，以测试新兴技术，例如德国的兆瓦充电系统试验，英国的接触网充电试点项目，中国多个城市的卡车电池交换飞行员以及加利福尼亚的电池电动卡车车队的智能充电项目。虽然试点项目有助于评估新兴技术，但电网工作应立即开始，因为需要独立于技术充电解决方案进行电网升级和实施缓解策略。 TABLEOFCONTENTS 网格11 从中国、欧洲和北美吸取的经验教训和剩余的经验教训挑战24 LISTOFFigures 图1.每种充电器类型所需的充电器数量，以维持增长德国和美国的电池电动卡车车队10 LISTOFTABLES 表1.有线固定式充电类型摘要2 表2.开发中的高功率标准3 表3.2022年四种不同速度的公共充电器的成本估算3 表4.荷兰电缆的空间、时间和金钱连接成本示例4 表5.变电站的空间、时间和金钱连接成本示例荷兰4 表6.电池-电动卡车有线固定式充电选项总结5 表7.电动汽车文献综述研究结果总结对电网的影响12 表8.的充电基础设施部署计划示例北美的电池电动卡车16 表9.中电池电动卡车充电器的可用资金示例北美17 表10.三个试点城市提出的电池交换活动目标专注于重型卡车应用19 表11.选择欧洲试点项目和行业计划的示例20 表12.选择欧洲的行业计划示例21 表13.欧洲重型车辆充电基础设施的选择资助方案22 表14.欧盟委员会关于 替代燃料基础设施法规(AFIR)22 INTRODUCTION 全球中型和重型电池电动卡车的销量在经历了几年的下降后，在2020年至2021年间增长。电池电动卡车的销售在很 大程度上是由中国市场推动的；2021年，中国占全球电池电动卡车销量的91%，超过18,000辆。欧洲是第二大市场，2021年售出约1500辆。 尽管电动卡车市场仍处于起步阶段，约有0.1％的卡车是电动卡车，但预计未来几年将大幅增长。事实上，一些政府和卡车制造商已经宣布打算逐步取消内燃机卡车的销售（ICCT，2022）。16个国家政府和50个地方政府和私营部门利益相关者签署了《关于零排放中型和重型车辆的全球谅解备忘录》（《零排放》，2021年）。根据这份备忘录，16个国家— —奥地利、加拿大、智利、丹麦、芬兰、卢森堡、荷兰、新西兰、挪威、葡萄牙、苏格兰、瑞士、土耳其、英国、乌拉圭和威尔士-承诺共同努力，到2040年实现100%零排放的新卡车和公共汽车销售，到2030年实现30%零排放汽车销售的 临时目标，到2050年实现净零碳排放。 除了这份备忘录，挪威的目标是在2030年实现50%的零排放卡车销售，智利的目标是在2045年实现100%的新中型和重型卡车零排放。17U.S.各州，哥伦比亚特区和加拿大魁北克（Qébec）发布了一项行动计划，以迅速推进电动卡车和公共汽车的采用（NESCAUM，2022年），其中六个州采用了加利福尼亚州的先进清洁卡车规则（CARB，。D.），这需要制造商出售越来越多的零排放卡车。到2030年，制造商必须将这些州的零排放刚性卡车（4-8级）销量提高到30 ％至50％，到2035年达到40％至75％。奥地利、加利福尼亚和佛得角也分别设定了到2035年、2045年和 2050年实现全卡车车队电气化的目标。在制造业方面，梅赛德斯/戴姆勒和斯堪尼亚分别宣布了到2039年和2040年在 欧洲实现100%零排放卡车销售的目标。 缺乏强大的充电基础设施系统可能会危及司法管辖区跟上其零排放卡车目标的能力。解决这一障碍将释放巨大的环境和社会经济效益。本文评估了电池电动卡车的充电解决方案的当前状态，以告知以时间和成本高效的方式促进基础设施部署所需的关键政策。 具体而言，它概述了可用于电池电动卡车的不同充电技术，评估了未来的电力需求和对电网的影响，考虑了迄今为止在中国，北美和欧洲实施的支持电池电动卡车的政策和计划，并强调了充电基础设施部署的剩余挑战和障碍。 在本报告中，充电基础设施包括允许电动卡车再充电的所有设备。这包括有线固定充电、电池交换、架空接触网充电和无线道路充电。充电器定义为 Thedevicethroughwhichtheelectricvehiclereceiveelectricity,whileastationisanassumptionofchargersatasimilarlocation.Whilehydrogenmayalsoplayaroleindecarbonizingthecommercialtrucksector,hydrogenfraelingisnotconsideredin 这份报告指出，到2022年，技术差异很大，市场增长速度放缓。 充电技术概述 已经为世界各地的电动汽车制造了数百万个固定有线充电器。电池电动卡车也正在开发类似的技术。本节提供有关有线固定充电类型、成本估算和安装时间表的详细信息。它还回顾了新兴的充电技术，包括电池交换，架空接触网充电和无线道路充电。 有线固定充电 充电器类型和位置 有线固定充电基础设施有不同的选择，以满足电池-电动卡车的不同需求，包括车队规模，每日里程和操作类型。这些选项的范围从功率低于43千瓦（kW）的慢速交流（AC）充电到快速和超快直流（DC）快速 充电功率高达多个兆瓦（在开发中）。这些充电器的典型位置各不相同。仓库充电位于操作员的终端，通常用于夜间充电。目的地收费由卡车在诸如零售地点、配送中心和港口等多模式码头的地点装卸时使用。公共收费可以在白天或晚上在公共可访问的位置使用。最常见的充电类型、它们的典型位置和估计的充电时间如下表1所示。 表1.有线固定式充电类型概述 充电器类型 额定功率输出 收费标准 Location 估计充电时间 隔夜 50-150kWDC 联合充电系统(CCS)或CHAdeMO 车辆段、公共停车位 8小时 机会快 150-350kWDC 公共充电站、仓库、目的地位置 0.5小时 机会超快 750kW-3MW直流 兆瓦级充电系统(MCS)或ChaoJI 公共充电站、仓库、目的地位置 0.5小时 虽然在工作日中，30分钟的典型机会充电时间似乎并不现实，但重要的是要注意，有法规规定卡车司机必须休息。例如，在欧盟，卡车司机必须每4.5小时休息45分钟，这足以在白天进行充值。 硬件和软件的标准化是实现规模经济、降低卡车和充电器制造商的开发成本、确保互操作性以及确保国际二手