電動車充電模式對電網的挑戰
作者 : Abhishek Jadhav
隨著北美和歐洲電動車(EV)普及率的提高，研究人員正在花時間瞭解充電需求及其對電網運營的影響。研究指出，新充電站的開發是朝著充電控制邁出的重要一步...
為增加全球範圍內的採用，圍繞著電動車和快速充電基礎設施的需求，已經有了很大的發展。汽車製造商還投入了大量資源來探索鋰離子電池的替代品，並探索固態電池和e-fuel(電子燃料)的範圍。
但隨著北美和歐洲電動車普及率的提高，研究人員正在花時間瞭解充電需求及其對電網運營的影響。研究人員認為，瞭解大規模轉向電動車對電網的潛在影響非常重要。必須有不同的模型可以精確捕捉未來駕駛者的不同行為和條件。
電網是由發電站、輸電線路、變電站、變壓器和配電線路組成的網路。它們旨在遠距離傳輸和分配電力到家庭和其他設施。研究表明，電動車的充電會對電力的分配、傳輸和發電產生影響。
如果充電不受控制，峰值需求會增加，導致變壓器超載，迫使提前更換設備，輸電線路超載，電能品質惡化，甚至需要升級變電站。為了避免這種增加配電系統的成本，必須正確評估電動車充電需求，並且可以通過控制充電來避免。
充電控制是智慧充電，旨在通過延遲充電到預設時間或根據電價調節車輛整個充電時段的供電量來改變需求。
以前關於大規模充電需求建模的工作
現有的對電動車大規模充電需求建模的工作，採用了充電控制來改善電動車對電網的影響並降低成本。然而，這些研究通常依賴於早期新技術採用者的行為或對駕駛員行為的假設，並且在充電基礎設施使用情況方面的假設場景有限。
大多數研究還集中在當前的電網資源和條件上，不包括電網存儲或計算排放量。以往對充電基礎設施場景的研究大多集中在早期採用者身上，並未將基礎設施視為充電控制的工具。
影響電網運行的電動車充電
在研究論文《Charging infrastructure access and operation to reduce the grid impacts of deep electric vehicle adoption (充電基礎設施接入和運營以減少電動車的深度採用對電網的影響) 》中，研究人員旨在瞭解可能影響電網的電動車採用、充電基礎設施、控制和駕駛員行為的不同場景(見圖1)。
圖1：評估電網影響和建模電動車充電需求的方法概述。
該研究集中於個人電動車的典型充電模式，因為它們會對電網產生重大影響。它還強調了在未來十年內，在西部電力協調委員會(WECC)建立一個鼓勵從家庭充電到白天充電的充電基礎設施建設戰略的重要性。
該研究使用詳細的駕駛員行為、控制和電網調度模型來確定可以最有效地減輕充電負面影響，同時又支持電動車和電網脫碳的方案。
研究人員如何模擬電動車的充電需求？
該建模使用概率、資料驅動的駕駛員行為和充電模型來為未來WECC各州的每分鐘電動車充電需求開發方案(見圖2)。研究人員考察了幾種情況，這些情況涉及管理充電或改變駕駛員在家中或者工作場所使用充電設施的便利性。
圖2：加州各地區電動車充電需求模型。
該研究建立在現有電網模型的基礎上，並將其擴展到包括2035年預期的條件和操作上。它計算了與電動車充電增加需求相關的電網調度和排放，以研究每種情景的影響。
該模型根據觀察到的充電行為將駕駛員分為不同的群體，並捕獲不同細分群體中駕駛員的獨特行為模式，以構建未來的充電場景。這些場景是為WECC主要的11個州的每個縣單獨生成的，並匯總生成區域概況。
作者使用了不同的資料來源來模擬加利福尼亞州電動車的充電需求。他們訪問了人口普查、社區和消費者調查資料，以估計獲得住宅充電的機會，並考慮了收入和住房類型因素。此外，他們還使用了加利福尼亞三藩市灣區2.77萬名純電動車駕駛員超過280萬次充電的資料集來模擬駕駛員行為。
結論
根據研究結果，將司機的充電習慣從在家充電改為白天充電可以對電網的各個方面產生積極影響，例如爬坡、可再生能源的使用、存儲需求和排放。然而，要做到這一點，政策制定者必須確保日間充電對公眾來說是容易獲得、負擔得起且廣泛可用的。
該研究還表明，根據現有和擬議的費率表控制收費方面存在挑戰，系統級和網站級利益之間存在潛在衝突。新充電站的開發是朝著充電控制邁出的重要一步，可以促進公平的廣泛採用、減少排放並促進向脫碳未來的過渡。
研究結果表明，政策制定者必須考慮管理電網發電和配電的影響，以提高充電控制的有效性。
本文刊登於EDN China網站
(參考原文：Electric vehicles reduce CO2 emissions, but charging patterns affect electricity grid operations，By Abhishek Jadhav)
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