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基于美国市场的电动汽车电费成本分析

日期:2020-08-31    来源:国家能源报道

国际新能源网

2020
08/31
08:55
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关键词: 电动汽车 充电桩 充电负荷

电动车在环保、健康、经济性等诸多方面都具有优势,但如果未得到妥善管理,它们反而会给建筑业主带来高昂的电费成本。

针对电动车在办公场所充电的场景深入研究分析后发现,在未经管理的情况下,电动车可能会带来45%~89%的用电成本增加。而在管理得当的情况下——例如给充电桩安上独立电表,并将其信息与大楼的管理系统同步加以管理——业主们就可以既控制住电费,又保留广受欢迎的充电便利设施,同时还能支持加速电动车的应用和节能减排。这也将成为未来电网和建筑互通互联运作模式的一个重要组成部分。

商业建筑用电账单分析

在美国,商业建筑用电账单由两部分组成:一是以千瓦时计算的总用电量,二是以千瓦计算的需量电费。图1中建筑在一天内的用电负荷分布展示了二者的区别。

总用电量考虑的是一整段计费时间内的能源消耗总量,也就是图中曲线下面部分的总面积。与之相对的,建筑的用电需量却在每时每刻发生着变化。某个月的需量电费常常是根据建筑用电量最大的15或30分钟之中的用电量来计算,其影响可能达到当月用电总成本的50%以上。

图4展示了科罗拉多州博尔德市一座高能效商业建筑每月电费账单的构成。在一些月份里,需量电费高达账单总额的近80%。虽然提高能效可以降低总用电量,但短时间内的用电需量激增却依然会极大地增加成本。

值得注意的是,电动车与其他用电设备最大的区别在于它的需求负荷更高,且充电需求发生的时间非常不规律。例如,一台电动车充电桩的峰值需求就相当于一整栋住房的峰值需求总量,而且无论何时只要一插入电动车用电负荷就会立刻飙升,这就有可能产生大量用电成本。正因为需量电费是用电成本的主要部分,分析了如何减少电动车充电带来的的高额需量电费才显得至关重要。

电动车充电挑战

很多时候建筑中的充电桩并未配有专门的电表,这一方面是因为人们没有意识到电表的重要性,另一方面是因为安装起来格外复杂。它们大多与建筑的整体供电系统捆绑在一起,所以建筑业主常常需要承担全额的需量电费,而不会将其转移到电动车用户。因此在建筑中充电的成本(业主承担)和充满电所获取收益(电动汽车用户获取)的利益主体产生了差异。

同时,工作场所中的人们常常选择在上午进行充电,此时建筑也正好处在供电压力逐渐增加的状态。由于大多数建筑物选择用电力供暖,上午时段的用电负荷就更加沉重和集中,也给电网带来更大的挑战。而在下午特别炎热的日子里,建筑还可能在上午提前启动制冷。当所有这些用电负荷叠加在一起时,电力公司面对的可能就不再是晚间用电高峰,而是早间用电高峰,甚至是早晚双峰的局面。这些峰值需求的大幅上升会增加对发电、输电和配电基础设施的需求,进而增加所有电力用户的碳足迹与用电成本。

为电动车的大规模推广应用提前做好规划

在美国,许多城市和村镇都制定了相关建筑规范,要求建筑保有一定数量的电动车充电设施,其中包括电动车充电预备兼容设施(已预置线管但未安装线路/插座)和电动车充电设备(EVSE,已完全安装并可以运行的充电桩)。国际建筑规范(IBC)和国际节能规范(IECC)等标准建筑规范组织也都制定了电动车相关方面的规范。这些规范要求电动车停车位必须达到停车位总数的一定比例,从2%到90%不等。例如,科罗拉多州博尔德市采用的IBC2017年规范就要求商业建筑中必须有10%的停车位具备电动车充电预备兼容设施。建筑业主应提前为这些规范上的变化做好准备以防止用电成本的激增。

电动车充电负荷和需量电费

通过分析科罗拉多州丹佛市一座建筑面积为10万平方英尺(约9290平方米)的建筑用电负荷分布,我们认为在标准办公/通勤时间模式下,当电动车的数量超过56辆,充电负荷就将会超过建筑本身的峰值需求,进而触发需量电费。由于电动车充电与建筑用电高峰(包括供热、制冷、插座负荷等)同时发生,新的建筑用电需求或总用电需求将会增加44%,达到454千瓦,每年增加4600美元的额外成本。

在此基础上推算,我们就可以确定要将建筑负荷保持在峰值需求以内,各种不同面积的建筑可支持的最大电动车数量(图5),并以此帮助建筑业主利用简单的策略避免额外的电费。

电动车负荷管理策略

基于分析,我们建议建筑业主们可以使用下列三种策略来避免建筑用电需求的增加以及随之而来的需量电费。

首先是独立电表计量。建筑业主至少应该为电动车充电桩安装单独的电表,从而了解电动车用电量及其充电成本,并与电动车驾驶员分享这些信息。监控电动车充电可以让用电量和用电成本更透明,在实现能效目标的同时让环保与财务管理实现双赢。

在充电管理方面,充电管理系统使电力公司或第三方能够远程控制电动车充电,通过将充电功率调大、调小甚至关闭来更好地应对电网的需要。这种能力可以转移用电时间,进而最小化用电需求强度,并通过更低、更平缓、更灵活的用电负荷模式来享受更低的电价方案。建筑业主可以安装智能充电桩来管理电动车充电,根据电网信号、碳排放信号或成本信号,或根据符合电力公司定价结构的预置计划来调节电动车充电行为。智能充电桩可以通过预先编程,或者通过接收电网信号来避免在峰值时段充电。充电管理可以将整个充电过程分摊于较长的时间段内,从而降低峰值需求强度。这不仅可以为建筑业主减少需量电费,在灵活利用低碳电力和降低电网负荷等方面也能够发挥非常大的作用。

最后一点,我们需要将充电桩与建筑管理系统同步。充电桩应与建筑管理系统同步,进而管理建筑的峰值需求强度(确保电动车不在建筑制冷高峰时刻充电)。这需要在建筑和电动车充电桩之间实现动态通信。这种通信可以根据建筑本身的负荷分布调整建筑与充电负荷,从而降低整体峰值需求。例如,电动车应在光伏系统发电的时段进行充电。动态通信机制对于同步管理十分重要,因为它不仅可以降低建筑业主的需量电费,还可以优化电力消耗,以达到兼顾电网服务、用户需求、业主偏好、低碳减排、成本缩减的目的。

为实现清洁能源未来,电动车数量的增长是令人欣喜且必要的。但在提高电动车用量的同时,不应当给电网带来更多压力或给建筑业主带来额外成本。幸运的是,通过一些简单的方法,我们可以在提供电动车充电服务的同时,更好地管理我们的建筑用电负荷。


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