電動(dòng)汽車充換電設(shè)施建設(shè)模式研究與實(shí)踐（二）——破解充換電設(shè)施建設(shè)運(yùn)營(yíng)的爭(zhēng)論與分歧

”電動(dòng)汽車”這個(gè)稱謂其實(shí)是不嚴(yán)格、不嚴(yán)密的。純電動(dòng)汽車根本沒(méi)有所謂的”汽”，它是靠已經(jīng)充好電的車載電池作為動(dòng)力源，采用電力驅(qū)動(dòng)。

為了給電動(dòng)汽車的電池補(bǔ)充電能，需要相應(yīng)的設(shè)備和設(shè)施，即充換電設(shè)施。關(guān)于充換電設(shè)施的建設(shè)，有三個(gè)問(wèn)題一直存在分歧而被廣泛熱議。

一是”先有雞還是先有蛋”的問(wèn)題。有一種觀點(diǎn)認(rèn)為目前充換電設(shè)施影響了電動(dòng)汽車發(fā)展，充換電設(shè)施是電動(dòng)汽車發(fā)展的瓶頸，或者說(shuō)電動(dòng)汽車發(fā)展緩慢的重要原因是充換電設(shè)施跟不上,充換電設(shè)施應(yīng)先于電動(dòng)汽車應(yīng)用而建設(shè);第二種觀點(diǎn)正好相反，認(rèn)為充換電設(shè)施不能先于電動(dòng)汽車的應(yīng)用，否則會(huì)造成設(shè)備閑置浪費(fèi)，充換電設(shè)施應(yīng)隨電動(dòng)汽車的應(yīng)用腳步，而相應(yīng)開(kāi)展建設(shè)。

二是充換電設(shè)施在電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)鏈中的地位和作用問(wèn)題。通常是把充換電設(shè)施當(dāng)作汽車的附屬部件來(lái)看待。

三是充換電設(shè)施建成什么樣子?誰(shuí)來(lái)建設(shè)運(yùn)營(yíng)問(wèn)題。那么，分析總結(jié)國(guó)內(nèi)外電動(dòng)汽車充換電設(shè)施建設(shè)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。筆者認(rèn)為充換電設(shè)施建設(shè)運(yùn)營(yíng)有如下特點(diǎn)和規(guī)律：

1.基礎(chǔ)性與社會(huì)化。在電動(dòng)汽車漫長(zhǎng)的發(fā)展過(guò)程中，汽車生產(chǎn)商一直把充電作為其生產(chǎn)鏈和價(jià)值鏈上不可分割的環(huán)節(jié)。因此，汽車廠商從電動(dòng)汽車試驗(yàn)階段就自己生產(chǎn)或組織生產(chǎn)配套專用充電樁，到了示范階段隨車贈(zèng)送專用充電樁，延續(xù)著傳統(tǒng)汽車的產(chǎn)銷模式。但是，在電動(dòng)汽車強(qiáng)力推廣應(yīng)用階段的今天，人們才發(fā)現(xiàn)大街上沒(méi)有適合各廠商生產(chǎn)的各種車的配套通用充電樁。

于是，充換電設(shè)施滯后而影響電動(dòng)汽車發(fā)展的”瓶頸論”和”先有雞還是先有蛋”的”雞蛋論”受到熱議。究其原因是多方面的，其中一個(gè)重要因素是缺乏對(duì)電力專業(yè)知識(shí)的了解，從而對(duì)充電樁等充換電設(shè)施的基礎(chǔ)性屬性也缺乏認(rèn)識(shí)。主要是在生產(chǎn)技術(shù)上對(duì)于動(dòng)力轉(zhuǎn)型后的電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)依然停留在傳統(tǒng)汽車的劃分，把充電簡(jiǎn)單等同于加油，沒(méi)有充分認(rèn)識(shí)到充換電設(shè)施的技術(shù)、管理特點(diǎn)，將整個(gè)研發(fā)體系的重點(diǎn)放在車上，而把充換電設(shè)施作為汽車的一個(gè)不重要的環(huán)節(jié)，在價(jià)值鏈上把車與電池共同作為不可分割的一部分，更重要的是，缺乏一支電力、電子及計(jì)算機(jī)人才隊(duì)伍。

按照公共理論和物品理論，以人們最熟悉的充電樁為代表的充換電設(shè)施，不僅具有基礎(chǔ)設(shè)施屬性，而且具有非排他性和服務(wù)性，擔(dān)負(fù)著給電動(dòng)汽車提供電能服務(wù)的功能，與動(dòng)力電池、車載終端和電池管理系統(tǒng)形成子系統(tǒng)，連接著電動(dòng)汽車和用戶，是電動(dòng)汽車暢行必不可少的基礎(chǔ)設(shè)施。

按照基礎(chǔ)性要求，充換電設(shè)施應(yīng)像高速路、無(wú)線基站一樣，納入城市規(guī)劃和電網(wǎng)規(guī)劃，統(tǒng)籌資源，適度超前建設(shè)。同時(shí)注意減少重復(fù)投資和無(wú)序建設(shè)，減少建設(shè)運(yùn)營(yíng)的投資，最大化社會(huì)效益，最大化節(jié)能減排效果。有了這個(gè)理念，有些爭(zhēng)論就沒(méi)有意義了，充換電設(shè)施的建設(shè)運(yùn)營(yíng)就會(huì)輕裝前行，電動(dòng)汽車發(fā)展就會(huì)解除后顧之憂。

2.通用性與標(biāo)準(zhǔn)化。不同型號(hào)和用途的傳統(tǒng)汽車僅僅是油箱大小不同，加油站僅僅需要提供不同型號(hào)的柴油和汽油兩種油品，就可以滿足各類傳統(tǒng)汽車能源補(bǔ)給的需求。而電動(dòng)汽車的電能供給則截然不同，類似手機(jī)充電，一是單體電池的材料、性能(電壓、容量、能量、功率、壽命)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、殼體材料、外形尺寸不同;二是相應(yīng)的由單體電池構(gòu)成的電池箱的性能等參數(shù)也就不同;三是車廠整車設(shè)計(jì)可以自由選擇不同的電池及電能供給方式：車載或慢充充電方式、整車或快充充電方式、充電方式或換電方式;四是不同的充換電電壓及電流、計(jì)量方式、繳費(fèi)方式等供電功能;五是充電接口和通信協(xié)議不同。可想而知，如果必須按照所有這些不同的要求去建設(shè)運(yùn)營(yíng)充換電設(shè)施是多么困難和不可行。

其實(shí)現(xiàn)實(shí)問(wèn)題正是如此。充電設(shè)備都是專用設(shè)備，也就是每個(gè)車廠的每一款車配有專門的一種充電機(jī)或充電樁。德國(guó)寶馬配德國(guó)廠商生產(chǎn)的充電樁，通用沃蘭達(dá)配美國(guó)廠商和西門子生產(chǎn)的充電樁，比亞迪配的是專用充電樁和充電機(jī)。這些充換電設(shè)施不能適應(yīng)不同車型。試想，除了家里，在停車場(chǎng)等公共場(chǎng)所要為各品牌車配備專用充電樁是多么的不現(xiàn)實(shí)。因此，如果電動(dòng)汽車要得到推廣，汽車廠商應(yīng)走出各自為戰(zhàn)的誤區(qū)，同時(shí)必須有滿足以上基本不同要求的充換電設(shè)施。換句話說(shuō)，就是充電機(jī)、充電樁、充換電站必須具備技術(shù)通用性，而不是僅僅統(tǒng)一接口，才能滿足不同車型的充換電需求。

在中國(guó)，國(guó)家電網(wǎng)公司六年多來(lái)堅(jiān)持以標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化建設(shè)充換電設(shè)施，完成了基礎(chǔ)設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)體系框架，制定44個(gè)國(guó)標(biāo)、行標(biāo)和企標(biāo)，避免了國(guó)外電動(dòng)汽車發(fā)展中的基礎(chǔ)設(shè)施瓶頸問(wèn)題，為中國(guó)電動(dòng)汽車的規(guī)模化應(yīng)用創(chuàng)造了有利條件和先機(jī)，節(jié)約資源，提高效益。

3.系統(tǒng)性與網(wǎng)絡(luò)化。電動(dòng)乘用車是通過(guò)地面充電樁為車載充電機(jī)供電，給電池充電的方式補(bǔ)充電能。對(duì)于商用車，一般則由地面直流充電機(jī)直接給車載電池充電。對(duì)于換電車型，通過(guò)專用設(shè)備把已經(jīng)充好電的電池與車上用完的電池進(jìn)行更換，完成電能供給，換電站負(fù)責(zé)對(duì)換下的電池進(jìn)行集中充電和維護(hù)。

從系統(tǒng)理論分析不難看出，充換電設(shè)施分屬兩個(gè)系統(tǒng)。一個(gè)是汽車系統(tǒng)，一個(gè)是電力系統(tǒng)。因?yàn)闊o(wú)論哪種方式，電動(dòng)汽車充電都需要充換電設(shè)施與電池管理系統(tǒng)、汽車管理系統(tǒng)共同完成，充換電設(shè)施與電動(dòng)汽車的電池、電機(jī)、電控等部分共同構(gòu)成完整的汽車系統(tǒng)。同時(shí)，充電樁、充換電站都由來(lái)自電網(wǎng)或電網(wǎng)與太陽(yáng)能等新能源混合供電，充換電過(guò)程就是電網(wǎng)通過(guò)充換電設(shè)施完成對(duì)用電設(shè)備————汽車電池的供電。所以，充換電設(shè)施不僅是電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)鏈的重要環(huán)節(jié)，同時(shí)其功能和特征也決定了電力設(shè)施的專業(yè)屬性，這也是電網(wǎng)的重要組成部分。顯然，電動(dòng)汽車是兩個(gè)系統(tǒng)的交集和耦合，兩個(gè)系統(tǒng)共同作用于電動(dòng)汽車。因此，不以單一角度或單一系統(tǒng)方向，而是用綜合、全面、協(xié)調(diào)的大視野研發(fā)、推動(dòng)電動(dòng)汽車，才可能實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車的跨越式發(fā)展。

燃油車加油靠的是按照距離和路況等原則分布的加油站，加油站里總是有儲(chǔ)備好的油罐以備加油，當(dāng)然，偶爾也會(huì)出現(xiàn)沒(méi)有油的情況。但是，電動(dòng)汽車充電則完全不同，人們都知道可以依靠安裝在家里、辦公場(chǎng)所和公共場(chǎng)所的充電樁，還有公共充換電站等共同構(gòu)成的看得見(jiàn)的物理網(wǎng)絡(luò)充電。其實(shí)，這還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。因?yàn)殡娏ιa(chǎn)運(yùn)行的特點(diǎn)和規(guī)律是發(fā)輸配用同時(shí)完成，不像燃油那樣能夠大規(guī)模、隨時(shí)隨地的存儲(chǔ)。這一點(diǎn)對(duì)于認(rèn)識(shí)電動(dòng)汽車電能供給非常重要。因此，電動(dòng)汽車充換電不僅是補(bǔ)充電能的物理過(guò)程，而且是信息控制過(guò)程。

充換電設(shè)施不僅和加油站一樣具有點(diǎn)多、面廣的特點(diǎn)，而且具有網(wǎng)絡(luò)化特征，通過(guò)供電線路和通信線路等各種電氣設(shè)備，形成看得見(jiàn)的物理充換電網(wǎng)絡(luò)，這一網(wǎng)絡(luò)又包括了看不見(jiàn)的監(jiān)控運(yùn)營(yíng)服務(wù)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時(shí)監(jiān)控電動(dòng)汽車電能消耗和充換電設(shè)施。通過(guò)這一網(wǎng)絡(luò)，一是保障駕駛者方便、快捷的充換電。根據(jù)電動(dòng)汽車的耗電情況，及時(shí)與駕駛者自動(dòng)交流，方便靈活地選擇充換電地點(diǎn)，可以是跨城際，也可以是跨省際。二是保障經(jīng)濟(jì)充換電。根據(jù)電網(wǎng)用電峰谷負(fù)荷、電價(jià)情況，優(yōu)化調(diào)整電動(dòng)汽車充電策略，實(shí)施有序充電，避免隨機(jī)充電，降低駕駛者的使用成本。三是保證安全充換電。當(dāng)電網(wǎng)包括充換電設(shè)施或電動(dòng)汽車充電出現(xiàn)異常及故障時(shí)，能夠及時(shí)隔離故障，避免人身傷亡和電動(dòng)汽車損壞，同時(shí)最快調(diào)整和恢復(fù)供電。

國(guó)家電網(wǎng)公司歷時(shí)八個(gè)月完成了智能充換電服務(wù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的研發(fā)，并成功應(yīng)用于蘇滬杭電動(dòng)汽車跨省示范運(yùn)營(yíng)。該系統(tǒng)通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)、交通網(wǎng)(車聯(lián)網(wǎng))、智能電網(wǎng)三網(wǎng)技術(shù)融合，實(shí)現(xiàn)了對(duì)充換電設(shè)施的網(wǎng)絡(luò)化、互動(dòng)化和信息化管理，實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)汽車、充換電設(shè)施的站級(jí)、市省級(jí)、總部的信息流的雙向互通。

4.互動(dòng)性與智能化。電動(dòng)汽車的發(fā)展起起伏伏，這次被稱作進(jìn)入第三次浪潮。一般認(rèn)為興起的主要?jiǎng)右蚴鞘臀C(jī)和溫室效應(yīng)引發(fā)的能源安全和氣候變暖問(wèn)題，以及汽車產(chǎn)業(yè)為了擺脫金融危機(jī)而進(jìn)行的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型。其實(shí)，還有一個(gè)重要的因素，即智能電網(wǎng)的興起。

可以推斷，過(guò)去電動(dòng)汽車之所以沒(méi)能走入生活，根本原因是技術(shù)水平有限。除了電池技術(shù)和汽車制造水平不具備產(chǎn)業(yè)化、商業(yè)化能力以外，也沒(méi)有用于整車控制管理的計(jì)算機(jī)、通信和電力電子技術(shù)，更沒(méi)有智能化、信息化、互動(dòng)化的堅(jiān)強(qiáng)電網(wǎng)支撐。

電動(dòng)汽車要真正跑起來(lái)，必須與充換電設(shè)施之間實(shí)現(xiàn)雙向互動(dòng)。而這種互動(dòng)根本不同于燃油車與加油機(jī)之間的聯(lián)系，必須通過(guò)智能充換電設(shè)施，電力流從電源輸送到電動(dòng)汽車電池為汽車提供動(dòng)力，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)逆向輸送，即從電池返回到電網(wǎng)。這樣，一輛電動(dòng)汽車就不僅僅是用電負(fù)荷，同時(shí)還是一臺(tái)移動(dòng)發(fā)電機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)向家庭供電;也可以通過(guò)公共充電樁和充電站向電網(wǎng)供電，一座充電站或換電站就是發(fā)電廠，實(shí)現(xiàn)居民小區(qū)、城鎮(zhèn)的不停電。當(dāng)然，電力流的雙向流動(dòng)，必須要依靠互動(dòng)信息流來(lái)實(shí)現(xiàn)。而通過(guò)強(qiáng)大的互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)，在智能運(yùn)營(yíng)服務(wù)系統(tǒng)的控制下，信息流的雙向流動(dòng)很容易實(shí)現(xiàn)。

因此，通過(guò)發(fā)展電動(dòng)汽車達(dá)到減少石油消耗、節(jié)能減排的目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)汽車產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型，只有通過(guò)智能電網(wǎng)與電動(dòng)汽車的電力流和信息流的雙向互動(dòng)才能真正實(shí)現(xiàn)。

5.安全性與專業(yè)化。安全性是對(duì)燃油車最基本、最重要的要求。但是，電動(dòng)汽車同時(shí)作為一種新型用電設(shè)備，其安全性不僅包括自身安全，還包括充換電設(shè)施建設(shè)、運(yùn)行安全、人身安全和電網(wǎng)安全。

首先，充換電設(shè)施具有高電壓、大電流的特點(diǎn)，需要遵守電力安全規(guī)定。根據(jù)電力安全規(guī)定，交流超過(guò)200V就屬于高壓設(shè)備。充電樁采用220V或380V交流電，輸出電流大于16A，甚至達(dá)到32A，比普通家用電器的電流大很多。非車載充電機(jī)輸出直流電壓達(dá)到300～700V，一般充電電流為150～400安培。充換電站內(nèi)還有變壓器等高壓設(shè)備。

二是設(shè)備事故的突發(fā)性和廣泛性。充換電設(shè)施很容易遭受外力破壞引發(fā)事故，如雷雨、盜竊等，也容易出現(xiàn)充換電操作過(guò)程中造成的事故，事故造成原因可能是充換電設(shè)備包括連接電纜，也可能是電動(dòng)汽車;可能是工作人員，也可能是駕駛者;可能是單一設(shè)備，也可能引起一定范圍電網(wǎng)事故，還有可能因電網(wǎng)事故而影響充換電正常進(jìn)行。

三是充電具有獨(dú)特的負(fù)荷特性，會(huì)產(chǎn)生諧波污染，降低電網(wǎng)和電力用戶的電能質(zhì)量。對(duì)北京奧運(yùn)充電站的實(shí)際檢測(cè)結(jié)果表明，充電諧波電流含量高達(dá)40%，遠(yuǎn)大于國(guó)標(biāo)要求。四是無(wú)序充電對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生沖擊，造成峰上加峰的疊加效應(yīng)，影響電網(wǎng)對(duì)用戶的可靠供電。據(jù)美國(guó)康奈爾大學(xué)研究，如果紐約電動(dòng)汽車達(dá)到14萬(wàn)輛，用電負(fù)荷平均增加10%，23萬(wàn)輛時(shí)用電負(fù)荷增加20%。以北京電網(wǎng)為例，目前北京汽車保有量400萬(wàn)輛，假設(shè)全部改為電動(dòng)汽車并同時(shí)充電，即使按照交流充電方式，每輛車充電負(fù)荷3千瓦計(jì)算，則充電負(fù)荷就將達(dá)到1200萬(wàn)千瓦。如果10%電動(dòng)汽車同時(shí)充電，充電負(fù)荷會(huì)達(dá)到120萬(wàn)千瓦。但是今年北京最大用電負(fù)荷達(dá)到1600萬(wàn)千瓦，北京的電網(wǎng)根本無(wú)法承受這樣的負(fù)荷沖擊。

綜上，用電負(fù)荷增加10%對(duì)于電網(wǎng)運(yùn)行來(lái)說(shuō)已經(jīng)是很大的負(fù)荷變化。只有保證電網(wǎng)、充換電設(shè)施的建設(shè)運(yùn)行安全，才能保證電動(dòng)汽車的安全。因此，充換電設(shè)施建設(shè)和運(yùn)行必須嚴(yán)格遵守電力行業(yè)的安全規(guī)定，并由電力專業(yè)人員和隊(duì)伍擔(dān)負(fù)起這一重要職責(zé)。

根據(jù)國(guó)內(nèi)外電動(dòng)汽車充換電設(shè)施建設(shè)的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，對(duì)充換電設(shè)施建設(shè)運(yùn)營(yíng)的特點(diǎn)與規(guī)律進(jìn)行詳細(xì)解析后，下一期本文將就適合我國(guó)國(guó)情的充換電設(shè)施建設(shè)運(yùn)營(yíng)模式進(jìn)行深度探討。

本文作者系國(guó)家電網(wǎng)公司營(yíng)銷部智能用電管理處處長(zhǎng)

( 編輯/李艷嬌 )

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