私人电动乘用车规模化增长的充电保障与城市电网协同发展策略研究（简稿）

私人电动乘用车规模化增长的充电保障与城市电网协同发展策略研究 （简稿） 清华四川能源互联网研究院2023年8月 目录 执行摘要1 一、电动汽车与充电设施发展形势3 （一）电动汽车发展形势3 （二）充电设施发展形势3 二、私人电动乘用车充电需求分析4 三、居民区场景配电承载能力分析6 （一）居民区配电承载力分析模型6 （二）典型案例分析7 （三）居民区充电保障策略12 四、办公区场景配电承载能力分析13 （一）办公区配电承载力分析模型13 （二）典型案例分析13 五、车网协同发展策略研究16 （一）有序充电对用电负荷的影响16 （二）有序充电引导措施18 六、策略实现路径与政策建议19 （一）充电保障实现路径19 （二）充电保障政策建议20 执行摘要 在能源危机、环境保护和低碳经济发展的时代背景下，发展新能源汽车是交通领域能源转型的必然趋势。在我国“双碳”目标指引下，在政策和市场的双轮驱动下我国新能源汽车呈现出规模化发展趋势，私人电动乘用车充电问题日渐凸显，成为影响电动汽车推广的主要影响因素。如何保障私人电动乘用车规模化增长的充电需求与城市电网协调发展成为继续大力推广电动汽车发展亟需解决的重点问题之一。 本次研究通过选取新能源汽车发展水平较高的某大型 城市进行研究，在对私人电动乘用车出行特征、充电习惯详细分析的基础上，研究提出居民区配电承载力分析模型，并通过案例分析评估不同居民区场景下充电桩接入能力，即电网保障能力。研究提出：（1）按照日行驶里程60公里计算，百公里耗电量按照平均15kWh，单车日均需求电量不超过9度。（2）经测算户均有序充电负荷约为1.8kW/户。（3）老旧小区在完全有序充电下，小区电力容量可满足车位配桩率达到100%，电网无需增容改造；次新小区在完全有序充电下，小区电力容量可满足车位配桩率达到50%；新建小区在完全有序充电下，小区电力容量可满足车位配桩率达到60%。 基于研究成果，通过分析居民区常规用电负荷及充电负 荷曲线特征，进一步提出了引导用户参与有序充电的措施以及充电保障实现路径：（1）本报告提出的有序充电引导措施 包含分时补能价格引导措施、需求响应激励措施、碳普惠激励措施等。（2）2023-2025年优先开展老旧和次新小区内部及周边公共充电桩建设，新建小区按需配建；保障拥有固定车位的电动车主全面安装有序充电桩；优先引导老旧和次新小区参与有序充电示范。（3）2026-2030年推动居民区充电桩全面参与有序充电调控；优先引导老旧和次新小区内部及周边公共充电桩局部改造为大功率充电桩。 并以时间为轴线从政策、技术、管理、标准、商业模式 等方面提出充电保障政策建议，推动有序充电在居民区逐步落地，实现私人电动乘用车规模化增长的充电保障与城市电网协调发展。 一、电动汽车与充电设施发展形势 发展新能源汽车是我国从汽车大国迈向汽车强国的必由之路，是应对气候变化、推动绿色发展的战略举措。自2012年我国提出了“纯电驱动”的发展目标以来，在政策利好和市场需要“双轮驱动”下，我国电动汽车和充电设施得到迅猛发展。 （一）电动汽车发展形势 近年来，我国电动汽车领域快速发展，电动汽车产业取得了长足发展。从新能源汽车销量来看，自2015年以来，新 能源汽车销量连续八年蝉联世界首位，连续五年超过100万 辆，2022年电动汽车销量首次超过600万辆，相比2020年 销量增长404%，电动汽车销量渗透率达到25.6%，提前3年实现了“2025年销量渗透率达到20%”目标，呈持续高速增长趋势。从电动汽车保有量来看，2020年全国电动汽车保有量达550万辆，超额完成《节能与新能源汽车产业发展规划 （2012~2020）》规划的500万辆发展目标；截至2022年底，全国电动汽车保有量达1310万辆，同比增加526万辆，增长67%，电动汽车渗透率从2015年的0.26%提升到2022年的4.1%。 （二）充电设施发展形势 随着电动汽车的快速发展，充电需求加速提升，充电设施保有量也呈现出快速增长趋势。总体来看，全国充电设施保有量从2015年的16万台增长至2022年的521万台，年 均复合增长率达64.5%。2022年，我国充电基础设施增量达 93．6万台，其中公共充电桩增量65万台，同比上涨56.7％；随车配建私人充电桩激增，增量达194.2万台，私人充电桩累计可达340万台，占比达65.3%。 快速增长的电动汽车市场加大了对充电桩的需求，未来随着汽车电动化渗透率水平的持续提升，充电桩市场需求将进一步扩张。由私人充电桩占比可知，私人电动乘用车的充电场景主要集中在居民区。如何保障私人电动乘用车规模化增长的充电保障与城市电网协同发展成为重要的研究课题。本次课题通过选取某大型城市作为研究对象开展相关课题内容研究。 二、私人电动乘用车充电需求分析 电动汽车充电需求不是简单的容量需求，是充电起止时间、充电时长和充电功率共同组成的综合需求，同时与车主出行习惯、充电习惯和车辆参数等因素也密切相关。通过新能源汽车国家监测与管理中心、新能源汽车大数据监管平台等平台获取相关参数: 充电起止SOC:电动汽车车主普遍存在的里程焦虑，会 随时补电，充电起始SOC高于50%的私人电动乘用车占比 达64%，充电终止SOC在90%及以上。 充电功率选择：私人电动车主倾向于交流慢充，少数情况下选择直流快充。从充电功率喜好方面来看，电动私家车 的充电功率以3.5kW、7kW交流慢充为主，30kW~45kW直 流快充为辅。 充电频次：虽然电动汽车搭载的40～90kWh电池电量基本可满足一周充电1～2次的要求，但每周充电1~2次的 车主仅占到27%。一天一充的比例占到32%。因此私家电动汽车充电频次以“一天一充”为主。 充电出行时间分布：2021年私人乘用车工作日出行出发 时间仍主要集中在早晚高峰时段，32.7%的小汽车出行行为发生在早高峰7:00-9:00和晚高峰17:00-19:00，基本符合民众早晚高峰时段集中出行的特征；工作日出行到达时间分布主要集中在上午7:00-11:00和下午16:00-20:00之间。私人电动乘用车日均行驶时间为1.9小时，22.1小时处于停车静置状态，其中夜间约为10小时，全天处于充电时间仅为3.7小时。 日行驶里程：所选取某大型城市私人电动车主平均日行 驶里程30公里以内的占比49.8%；30~60公里以内的占比49.8%；60~90公里以内的占比3.1%；90~120公里以内的占比0.9%；大于等于120公里的占比0.6%；总体来看95%的私人电动车主单日行驶里程在60公里以内。 百公里耗电：近些年电动乘用车能耗水平整体呈下降趋 势，百公里耗电水平主要集中在14-20kWh之间，平均水平为15kWh。 通过对私人电动乘用车车主的用车规律及充电规律分析，可以总结为以上班代步为主，充电习惯与生活作息同步，充电行为处于无序状态。按照日行驶里程60公里计算，百公 里耗电量按照平均15kWh，单车日电量需求不超过9度电。 三、居民区场景配电承载能力分析 （一）居民区配电承载力分析模型 在对居民区配电承载力分析时，设定相关边界条件。将所选城市的居民小区按照年限不同划分为老旧、次新、新建三类小区，老旧小区为2000年以前建成的小区；新建小区为建成五年内的小区；次新小区为老旧与新建小区之外的小区。根据有关电网规划设计技术原则，二类居住饱和负荷预测指标为13W/m²，按照平均每户100m²估算，居民区户均用电负荷指标值为1.3kW/户。 无序充电状态下，居民区户均用电负荷为户均常规用电 负荷叠加户均充电负荷，计算模型如下图所示。通过对比居民区户均用电负荷指标值1.3kW/户与“户均常规用电负荷+户均充电负荷”的大小，即可测算出户均总负荷是否超出电网配建标准，分析无序充电状态下居住区承载电动汽车的能力。 图1居民区无序充电下配电承载力分析模型 从居民区常规用电负荷特征来看，居民用电普遍在 20:00-21:00达到用电峰值，在23:00-7:00处于用电低谷，负荷峰谷差率50%~60%。基于居民区户均用电负荷指标值1.3kW/户计算，夜间低谷时间段具备0.6~0.7kW/户的容量裕度，可以通过引导电动汽车有序充电利用夜间低谷容量裕度。因此，有序充电状态下，居民区配套电网存在可挖掘潜力，以提高居民充电桩可接入规模。通过调研电动汽车日均行驶里程、百公里耗电量等，测算电动汽车日均充电需求，结合户均车位配比、车位配桩率、低谷充电时长、小区充电比例等参数，测算出居民户均有序充电负荷。建立计算模型如下图所示。 图2居民区有序充电下配电承载力分析模型 通过对比户均充电负荷是否超出低谷时间段居民区户均负荷裕度0.6~0.7kW/户，分析有序充电状态下居住区承载电动汽车的能力。 （二）典型案例分析 1.老旧小区 选取1985年建成的拥有810套住房的老旧小区A为研究对象，对小区配电承载力进行分析，经调研老旧小区A基本信息如表所示。 表1老旧小区A现状基本信息 类型 数据 建成年份 1985 户数（户） 810 车位数（个） 324 户均车位数（个） 0.4 配变容量（kVA） 1250 配变负载率（%） 70.4% 常规负荷最大值（kW） 880 常规谷电负荷（kW） 352 160% 140% 120% 100% 80% 60% 00.10.20.30.40.50.60.70.80.91 配桩率 无序充电有序充电配变重载线 配变负载率% 考虑优先保障居民生活用电的前提下，根据居民区配电承载力分析模型，测算不同车位配桩率下小区配变负载率如下图所示。 图三不同车位配桩率下老旧小区A配变负载率 从测算结果来看，无序充电下，小区A电力容量可满足车位配桩率不足10%。因此，现状电力配套将无法承载2025年22%（中速情景）及30%（高速情景）电动化率下的充电需求，电网需要进行增容改造。完全有序充电下，由于老旧小区车位 建设比例小区电力容量可满足车位配桩率达到100%，电网无需增容改造。 2.次新小区 选取2005年建成的拥有1734套住房的次新小区B为研究对象，对小区配电承载力进行分析，经调研老旧小区B基本信息如表所示。 表2次新小区B现状基本信息 类型 数据 建成年份 2005 户数（户） 1734 车位数（个） 1734 户均车位数（个） 1.0 配变容量（kVA） 3200 配变负载率（%） 58.8% 常规负荷最大值（kW） 1883 常规谷电负荷（kW） 753 考虑优先保障居民生活用电的前提下，根据居民区配电承载力分析模型，测算不同车位配桩率下小区配变负载率如下图所示。 200% 160% 120% 80% 40% 0% 00.10.20.30.40.50.60.70.80.91 无序充电 有序充电 配变重载线 配桩率 配变负载率% 图4不同车位配桩率下次新小区B配变负载率 从测算结果来看，无序充电下，小区B电力容量可满足车位配桩率达到10%。因此，现状电力配套将无法承载2025年22%（中速情景）及30%（高速情景）电动化率下的充电需求，电网需要进行增容改造。完全有序充电下，小区电力容量可满足车位配桩率达到50%。因此，现状电力配套可承载2025年22%（中速情景）及30%（高速情景）电动化率下的充电需求。 3.新建小区 选取2021年建成的拥有3811套住房的新建小区C为研究对象，对小区配电承载力进行分析，经调研老旧小区C基本信息如表所示。 表3次新小区C现状基本信息 类型 数据 建成年份 2021 户数（户） 3811 车位数（个） 4896 户均车位数（个） 1.3 类型 数据 配变容量（kVA） 10200 配变负载率（%） 35.9% 常规负荷最大值（kW） 3659 常规谷电负荷（kW） 1463 200% 160% 120% 80% 40% 0% 0 0.10.20.30.40.50.60.70.8 无序充电