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电动车与电力系统

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公路运输的电气化将使我们的能源需求从汽油转向电力系统。

除非我们对此进行提前规划并进行相应的投资,否则这可能会给我们的电网造成压力,并可能导致电网过载。

我们已对各种情况进行了建模,以了解可能产生的影响。

公路运输约占全球CO2排放量的18%,是至关重要的部门,必须减少排放。从化石碳氢化合物转换为以可再生能源为燃料的交通运输是限制全球气温上升的关键,并且世界各国政府都在制定目标和支持计划,以加快交通运输电气化。有些已经出台了到2030-2040年禁止新汽油和柴油汽车使用的禁令。

使用可再生能源代替化石燃料发电的车辆将把能源需求从加油站转移到电力系统。我们需要考虑越来越多的车辆通电并定期插入以为其充电的影响。

在没有任何特殊技术或基于市场的措施(例如不受控制的充电)的情况下,在处理不断增长的电动汽车充电需求时,发电和电网资产的容量和灵活性有哪些限制?何时会达到极限,可以部署哪种基于软件和硬件的解决方案来适应更高比例的电动汽车(EV)?

在分析中,使用公共资源收集和调查了典型驾驶行为数据,并且观察到了各个地区的类似趋势。考虑到充电器的典型额定功率,充电位置和充电频率,已将驾驶配置文件转换为EV充电配置文件。在建模方法中,我们认为所有电动汽车在停放并插入电网后都立即开始为电池充电。也就是说,充电过程不受电网管理预期的控制。

国家层面的挑战

在全国范围内,早晨和晚上新的电动汽车需求激增,再加上传统发电能力的淘汰,可能会在某些小时和几天内导致发电和输电不足,例如在阴天冬季,低风速发电。各国保持发电和需求平衡的能力将取决于其与邻国未来跨界互联的能力。电动汽车的空间分布,不同的驾驶习惯以及可变的可再生能源产量对于量化这些需求至关重要。以德国为例,到2040年,英国可再生能源可以弥补特定日期80%的电力短缺,但根据今天的水平,西北欧洲的输电网络容量需要扩大。

在太阳能发电量高的日子里,由于电动汽车数量的增加,日光流失以及晚上的高峰需求可能会挑战未来几年传统火力发电厂的特性。储能将发挥关键作用,在晴天利用多余的太阳能光伏发电来存储能量,并在电动汽车充电高峰时段将其释放,从而使传统发电厂的输出变得平稳。

在特定社区中考虑100%电动汽车市场情况时,配电电缆和变压器可能会出现严重的过载现象,尤其是在晚上。这种情况发生的时间太晚了,无法通过当地的太阳能光伏发电来缓解。在由EV充电引起的需求峰值期间,电压也可能达到最低可接受水平,这在没有电压控制设备的配电网中会成问题。

通过策略性地将电动汽车充电延迟至凌晨,可以减少个人电动汽车的配电变压器过载。通过延迟充电,仅需重新分配电动汽车总能源需求的20-25%。

电池存储可用于减少EV充电高峰并推迟主要基础设施投资。典型配电网的电池需求在额定变压器功率的50%至75%之间,放电时间为2到4个小时。

嵌入配电网中关键位置的灵活的电压和潮流控制设备可以优化利用可用的变压器和馈线容量,并改善配电网中电源的整体质量。

我们认为,从技术角度来看,在不威胁现有和未来电力系统安全运行的前提下,实现道路交通100%电气化所需的完整技术解决方案已经存在或正在开发中,不会成为制约或绊脚石。

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