中国深圳电动汽车大功率充电的发展经验为柏林未来规划提供借鉴

中德能源转型研究项目针对促进城市地区电动汽车和充电基础设施的综合发展开展联合研究

 

2022年9月30日,侯安德

城市具有大规模整合可再生能源的潜力,特别是对于电动汽车充电而言,后者在时间和速度上具有一定的灵活性。研究这一潜力,必须充分了解城市和电动汽车用户所面临的挑战。城市电动汽车充电场所必须与其他城市功能竞争土地的使用权,而且必须能够接入电网,但实现这些却并不容易。同时,电动汽车充电基础设施需确保用户在行驶途中的充电便利性。针对上述问题,由德国联邦经济和气候保护部(BMWK)支持的中德能源转型研究项目组织中德两国专家开展联合研究,分别对中国深圳市和德国柏林市的大功率充电(HPC)的发展途径进行分析和研究。

作为此文的姊妹篇,我们在另一篇文章中探讨了柏林的HPC战略如何帮助柏林市降低成本,消纳更多可再生能源[链接],结果表明更多的利益相关者参与设施的布局规划是十分重要的,HPC对消纳日间过剩的太阳能发电潜力巨大。然而,柏林目前尚处于HPC发展的早期阶段。

相比之下,截至2020年底,深圳市新能源汽车保有量达到48万辆,还有数以千计的大功率充电设施。过去几年,深圳已先后实现全市公交电动化、巡游出租车和大部分物流车辆电动化,而柏林还处于电动汽车部署的早期阶段。事实上,访谈表明,一些德国专家甚至怀疑电动汽车的规模化应用在未来几年内是否会实现,然而在中国深圳已经有成千上万的电动公交车和载重汽车行驶在道路上,深圳的充电基础设施也足以满足这些车辆的充电需求。

深圳的经验并不一定是柏林大功率充电发展可以效仿的完美案例。相反,访谈表明,深圳以及中国其他城市在规划充电基础设施时,利益相关方的参与都是有限的。电力公司在充电基础设施选址方面拥有极大的发言权,但是有些选址却不一定符合用户的需求。中国南方电网推出了一款应用程序,理论上用户可以了解到车辆充电所使用的能源类型,但该应用程序目前只在有限范围内使用,而且在深圳市甚至广东省范围内都没有一个推广清洁能源智能化充电的时间表。

深圳市:电动汽车之都

深圳市位于中国南方的广东省,是世界电动汽车之都之一,该市的公交车和出租车已全面实现电动化,物流车辆和私家乘用车的电动化也取得了快速发展。2020年年底,深圳电动公交车保有量约1.9万辆,电动出租车2.4万辆,在册的网约车6.3万辆。30万辆物流车中,约有8万辆实现了电动化。深圳的环卫和公用事业车辆还处于电动化的早期阶段,目前约有4300辆投入使用。私人乘用电动汽车超过25万辆,预计到2025年将达到75万辆。

图:深圳市电动汽车按类型划分的份额(2020年)

来源:GIZ基于中国汽车工程学会(SAE China)数据(2022)自绘

在充电基础设施方面,深圳已累计建成充电站5000余座,各类充电桩8.3万个,其中大功率快充桩3万个,慢充5.3万个。用于公交车和出租车的快充桩分别约7900和16500个。公交车专用充电场站388座,充电枪11769个,其中仅对公交车开放的专用站304座,公交车专用充电枪9249个,其余充电站/枪也向社会车辆开放。大多数充电站由公交公司自主投资建设和管理,部分与投资运营企业合作。公交车充电大多数在23:00到凌晨3:00,以利用较低的分时电价,长距离运营的公交车在中午时段会少量补电。目前深圳市公交车充电基础设施足以满足现有线路和运营车辆的需求,尽管部分充电点的共享存在瓶颈。

图:深圳市不同类型充电桩数量(2020年)

来源: GIZ基于中国汽车工程学会(SAE China)数据(2022)自绘

出租车和网约车大多数在私营充电企业运营的站点充电,这给充电的便利性带来了一些困难。深圳市出租车充电站点约609座,充电枪18288个。出租车有两个运营高峰期,早上8:00-9:00和晚上18:00左右,无轮班的司机更倾向于夜间休息。相比之下,网约车在夜间的运营填补了出租车的服务空白。

出租车主要在运营低谷期充电,如11:00-17:00和夜间,尽管日间电价较高,但出租车主要使用HPC充电,以尽量减少空置。统计数据显示,电动出租车平均每月充电28.6次,或者说大约每天一次,快充为主,占充电的80%左右,月均快充22.7次。网约车大多在运营间隙或者夜间充电,偶尔使用HPC充电以避免停工,月均快充次数18次,慢充大约占到70%。

对于私人乘用电动汽车,充电基础设施面临的障碍多一些。深圳是一个特大城市,大多数居民都住在高密度的公寓楼,有些陈旧的住宅小区或社区内仅能提供有限数量的停车位,缺乏足够的充电电网连接,加之防火规范的要求,不利于电动汽车充电桩的安装。因此,深圳市政府近年来重点推广公共充电,深圳市大约有6万个共享充电桩,主要为慢充。

深圳市电动汽车充电战略快速落地

2015年,深圳电动汽车进入加速发展阶段,政府大力推动充电基础设施扩张,尤其是公共区域的充电设施建设。主要交通枢纽基本都安装了大型充电设施,大多数设施都向所有用户开放,无论是私人用户还是商业用户,部分充电设施专门针对特定用户群体。大型充电场站一般位于电网容量较高的地区,相比之下,分散式充电设施规模小、数量少,以慢充为主。

大部分车辆在公共充电场站停留的时间相对较短,平均不到一小时,但充电时长因车辆类别而异,出租车和网约车停留时长在一小时内的比例约为63.6%,公交车45.9%,物流车41%。这些车辆用户更倾向于使用HPC快充,尽可能地避免工作时段内的空置。而私人乘用车则略有不同,只有29.3%的车辆充电时长在一小时以内,这反映了私人乘用车相对较高的充电灵活性和较低的全天侯车辆行驶需求,因此私人乘用车既适宜在集中式充电场站充电,也适合在分散式设施充电。集中式充电设施主要为120-150 kW 的HPC 设备,这对商业运营企业更具吸引力。

表:深圳市不同类型电动汽车的充电时间(2020 年)

来源: GIZ基于中国汽车工程学会(SAE China)数据(2022)整理

深圳的充电基础设施基本可以满足目前全市电动汽车的充电需求,然而充电设施的位置和规模很大程度上取决于空间可用性和电网容量,而不是行驶模式或不同电动汽车用户的偏好,这也带来了一些挑战。加强交通、电网、充电基础设施运营商和用户群体之间的深入沟通协作,有助于应对这些挑战。

深圳市的经验表明了电网公司集中规划的弊端

迄今为止,深圳市充电设施布局的主要缺陷在于电网公司不能很好地将充电基础设施规划布局和用户及充电设施所有者和运营商的实际需求相结合。更多地强调电网连接而忽视其他特性需求,这虽然可以加快充电基础设施的建设,但从利用率最大化或便利性的角度来看,设施布局不够理想。

这不仅阻碍了进一步的投融资,而且充电设施的低利用率也不利于电网的经济性,不合理的布局会导致对额外投资的更多需求,仅为特定车辆提供服务的专用充电设备的充电负载峰值也更大。目前,HPC 站点的利用率在24%左右,慢充的利用率在10%左右。

低利用率也影响了运营商妥善维护、修缮充电设备以及与各类充电应用程序共享信息的积极性。从2015年开始,对充电基础设施的急速投资加剧了这种状况,大量的供应商涌入市场争夺有限的资源,从而忽略了对经济性或利用率的充分考虑。许多供应商使用彼此独立的充电应用程序,这导致了互用性方面的障碍,并限制了充电设施可用性和及时维护等信息的共享。

目前,深圳市正在努力解决这些问题,同时也在为电动汽车数量的稳步增长做准备,特别是私人乘用车和商用卡车。加强对电动汽车基础设施规划的集中监管、整合电动汽车充电供应商以及改善居民充电便利性是政府当前的优先发展事项。

带给其他城市的借鉴意义:利益相关者参与、数据透明度和可再生能源的利用

深圳市依赖电网公司规划,在电网容量充裕的地区快速扩建公共充电基础设施。可以说,来自外部更广泛的利益相关者如果参与进来,可能会延迟充电设施发展布局,因为升级电网基础设施需要数年时间,而且在城市广泛采用电动汽车之前,不同群体的充电行为在很大程度上是未知的。尽管如此,其他城市的电动汽车推广速度可能不会如深圳市这么快,所以更容易吸纳不同的利益相关者广泛地参与到规划中,进而提高充电设施投资的整体效率。

新加入的充电供应商对土地的竞争带来的利用率低和用户体验差的问题,降低了维护修缮充电设备以及与用户共享充电桩可用性信息的积极性。以柏林为例,Reiner Lemoine研究所(RLI)的研究表明,预约系统和调度功能可以提高充电设施的利用率,并降低整体基础设施建设成本,深圳市可能会从具有这种功能的电动汽车充电应用程序中获益,但这需要私营运营商之间更多的数据共享,除非是有强制要求,否则很少有运营商会共享实时使用或运营的信息。对提供商的整合有助于提高应用程序的质量,但很难完全实现实时查看有关调度和可用性的应用程序的信息共享。

另外,深圳市的电动汽车充电基础设施目前还没有与可再生能源的消纳明确挂钩。虽然中央政府一直鼓励成立聚合公司购买可再生能源,但还没有看到深圳市采取明显行动。中国也有一个全国性的绿色能源交易市场(点击查看GIZ就中国绿电交易市场启动撰写的文章),但绿电交易主要是对一定量的风能或太阳能发电量签订月度或年度合同,因此,绿色电力购买与可再生能源电力实时消纳无关。中国南方电网在其网站的深圳页面增加了绿电查询功能(绿电历),理论上用户可以看到充电时的发电来源,但目前该功能尚未完全对个人用户开放。分时电价是深圳市目前推广智能充电的主要手段,然而分时电价在季节性基础上是静态的,不能很好的反映实时价格信息或可再生能源产出。

深圳市是电动汽车普及的一个独特案例。从某些方面来说,深圳市取得了惊人的成功,在短短几年时间扩大了电动汽车的规模,覆盖了大量运营车辆,充电网络也足以满足车辆的充电需求。通过对公交车、出租车、网约车和物流车这些在排放和行驶里程中占很大比重的车辆的电动化,深圳市大幅降低了交通行业的碳排放,为公众健康带来了巨大好处。

其他城市可以从深圳市电动汽车和充电设施的快速发展布局中得到启示。更多利益相关方参与充电基础设施规划布局可能会提高经济效率和用户体验;充电应用程序更好的互通互用有助于优化充电时间,减少对新设施的投资需求,同时也有利于充电供应商和电网的利益;在智能充电方面付出更多努力可以更大程度地利用可再生能源,通过将负载转移到可再生能源丰富的时段可以降低电网压力。


德国国际合作机构(GIZ)在德国联邦经济和气候保护部(BMWK)委托的中德能源转型项目框架下,与两家研究机构合作开展大功率充电研究分析。其中,中国汽车工程学会(SAE China)通过利益相关者访谈和场景建模,对深圳市可再生能源与HPC整合的发展路径开展调研;Reiner Lemoine研究所(RLI) 研究了柏林市大功率充电的发展现状和未来前景。
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