电动汽车智能充电的创新前景（3.智能充电前景）

3.    智能充电前景

本节回顾了不同的智能充电方法和智能充电基础设施的现状，并根据从现有试点项目和该领域研究中获得的经验教训提出了展望。

3.1    电动汽车充电的影响

对电力容量和需求的影响

如果电动汽车以不受控制的方式同时充电，它们可能会增加电网的峰值需求，从而导致过载和配电层升级的需要。额外的负载甚至可能导致发电能力的升级（或者至少导致生产成本曲线的改变）。可能的影响程度将取决于电力系统的电力结构、电网类型和电动汽车的普及率，全球开展的各种试验和研究表明了这一点。

这些研究集中于关于电动汽车对电力系统的影响以及如何减轻这些影响的三个主要结论：

1. 对电力需求的影响将非常有限：

• 在欧洲100%电动出行的情况下，电动汽车的能源需求可能不超过总发电量的10%至15%。然而，随着电动汽车销量的增加，电动汽车电网整合可能会导致当地电力问题（欧洲电力公司，2015年）。

• 如果挪威270万辆汽车都是电动汽车，那么它们将仅使用该国年水力发电量的5-6%（BoA/ML，2018a）。

• 在德国25%的电动出行场景中，到2035年，1000万辆电动汽车将转化为仅2.5-3%的总体消费增长（Schucht，2017）。

• 如第2.3节所示，如果美国所有的轻型汽车都是电动的，2016年它们将占美国总电力需求的24%。

   

B.    然而，如果不合理分配额外需求，对峰值需求的影响可能会更大。为此，智能充电至关重要：

• 在英国到2035年的1000万EV情景中，如果充电不受控制，晚高峰需求将增加3 GW，但如果充电智能，晚高峰仅增加0.5 GW。使用智能电动汽车充电，最低价格期的需求可能会增加7 GW（AER，2018）。

• 对新英格兰电动汽车的建模表明，以不受控制的方式充电的系统中25%的电动汽车将使峰值需求增加19%，这需要对电网和发电能力进行大量投资。然而，通过在晚间时段分散负荷，高峰需求的增加可以减少到0%到6%之间。仅在非高峰时段充电可以避免高峰需求的任何增加（RMI，2016）。

   

C.    如果不使用智能充电进行管理，对当地配电网的影响也可能很严重：

• 美国科罗拉多州的Xcel Energy公司证明，如果充电与峰值负载时间一致，在电动汽车市场渗透率为5%的情况下，4%的配电变压器可能会过载（Xcel Energy，2015）。

• 英国的My Electric Avenue项目确定了32%的配电线路升级需求，其中电气化汽车的比例为40-70%（EA Technology，2016）。

• 在德国，到2035年，在1000万辆电动汽车的情况下，电动汽车的“哑”充电将导致低压电网和变压器成本增加50%，而使用智能充电的优化调峰将避免这些投资（Schucht，2017）。

 

对电网基础设施的影响

电动汽车充电将对配电网投资产生影响。需要在给定位置进行的电网投资范围（就电缆和变压器而言）至少取决于以下参数：

• 拥堵：例如在任何电动汽车部署之前的本地配电网络中。

• 同时系数：根据每个配电网的大小应用。同时性系数/协同效率衡量某一特定设备需要与另一设备同时打开的可能性。每个配电系统运营商都考虑不同的同时性因素。

• 负载特性：例如，在电加热比例较高的地区，电动汽车充电不受控制的影响会更大（从而导致电网加强）。但是，如果在这些地方使用智能充电，则与不使用电加热的地方相比，智能充电可能包含较低的电网加固，因为当地电网的尺寸适合较高的峰值。

• 在低电压水平下连接的发电资产：例如，通过智能充电可以促进在低电压（例如，在德国）下连接的高份额太阳能光伏的整合，而在没有太阳能光伏或太阳能光伏份额非常低的地区，电动汽车可能会增加当地电网的压力。

• 电网规范限制和其他规定：例如，国家电网规范规定了配电系统运营商必须遵守的电压和频率变化方面的物理限制，以及如果因电动汽车充电而超过这些国家特定限制，则对电网加固的投资。

 

方框4中的德国汉堡市案例研究量化了电动汽车在可能瓶颈方面的影响，并描述了配电系统运营商应对这些瓶颈的策略。

快速充电是电网基础设施发展面临的一个挑战。功率越高，你需要的配电网的容量就越大。此外，本地部署的充电站/电缆和车辆必须支持此电源。这两种方法在技术上都是可行的，但代价是：

• 车辆需要更昂贵的电子设备和保护装置。

• 快速充电站的电网连接需要更大的电缆和变压器。

• 这种充电站需要更昂贵的电子设备、冷却设备以及保护设备。

• 如果要避免非常重的电缆，则需要主动冷却充电电缆。从今天的水平增加电压将减轻对更重的电缆和/或主动冷却的需要，但考虑到与现有基础设施（以及现有电动汽车）的互操作性，这不是一个最佳的解决方案。在过渡过程中，汽车可以实现这两种技术的兼容性。例如，保时捷正在开发一款具有800 V功能的Taycan车型，它可以向下兼容目前部署的400 V充电站（保时捷，2016年）。

• 最后，电动汽车的充电功率不仅与个人用户的需求有关。例如，高速公路上的充电站实施了几个充电站，其电力需求将随着电动汽车数量的增加而增加。

 

表4提供了一个高速公路充电站与经典加油站相比的指示性示例。在中期内，对于一个有30个充电站的高速公路电站来说，6兆瓦的容量将是一个很好的数量级。这是今天一个大型风车的名义动力。此外，6兆瓦也是电动汽车以与传统冰车相同的速度充电所需的能量（例如，通常在15秒内充电100公里）。对于当前和中期的电池技术来说，这在经济上既不可行也不现实。此外，这一理论需求将在实践中被新电动汽车车型消费的减少所抵消。

方框4：电动汽车充电对汉堡配电网的影响

汉堡目前是德国充电点数量最多的城市（截至2018年11月，家庭充电点数百个，公共充电点810个）。该市预计到2019年初将安装1000个公共充电点。公共巴士的电气化和电动汽车的增长是该市负荷发展的最关键驱动因素。大多数电动汽车将位于郊区，在汉堡，电网较弱（Pfarrher，2018）。

当地配电系统运营商Stromnetz Hamburg进行了负荷发展分析，以确定充电点负荷为11 kW和22 kW的电动汽车不受控制充电的关键情况。9%的电动汽车份额，相当于6万辆电动汽车在私人基础设施中的负载，将导致城市配电网络中15%的馈线出现瓶颈（Pfarrher，2018）。

为了避免这些危急情况，Stromnetz-Hamburg评估，加强当地电网的投资需求至少将达到2000万欧元。Stromnetz-Hamburg也在探索解决这个问题的替代方案。关键是减少同时性，这意味着减少在同一本地电网上同时充电的电动汽车数量。为此，正在测试使用数字技术的智能解决方案，其中包括一个实时通信系统，使配电系统运营商能够降低解决问题所需的充电点的负载。例如，11千瓦的充电点可以将其负载从16安培（A）降低到8安培，从而允许电动汽车充电，但需要更长的时间。

对于该项目，Stromnetz Hamburg与西门子合作，西门子将安装30个控制单元并监控私人充电基础设施负荷。这将有助于他们预测拥塞问题，并根据负载概况规划网络。该解决方案的估计成本约为200万欧元，仅为传统解决方案中加固电缆成本的10%。

汉堡的案例不仅显示了电动汽车可能对当地电网产生的影响，还显示了解决这一问题的潜在解决方案，这可能需要结合数字技术、新的商业模式和市场监管，以吸引所有需要的参与者。（另见第6.2节）

表4：公路充电站与经典加油站的比较

3.2    智能充电

智能充电的作用

智能充电电动汽车提供的服务

使用车辆电网集成（VGI）技术的智能充电是管理EV负载的一种手段。这可以通过客户对价格信号的响应、电动车辆供电设备对控制信号的自动响应来实现，控制信号对电网和市场状况做出反应，或者通过两者的结合来实现，同时尊重客户对车辆可用性的需求。它包括在时间上改变一些充电周期或根据约束（例如，连接容量、用户需求、实时本地能源生产）调节功率。因此，智能充电是根据配电网限制和当地可再生能源可用性以及驾驶员和电动车辆供电设备现场主机的偏好优化充电过程的一种方式。

如果智能充电，电动汽车不仅可以避免给本地电网增加压力，还可以提供服务来填补本地和系统层面的灵活性差距（图12）。智能（非）充电电动汽车有助于减少VRE削减，改善VRE生产的本地消耗，避免对峰值发电能力的投资，并缓解电网加固需求。

电动汽车可以作为电网连接的存储单元运行，有可能为系统提供广泛的服务。他们可以改变充电模式，以降低峰值需求，填补负载谷，并通过调整充电水平来支持电网的实时平衡。基于VRE的孤立系统的定量建模——第6节的主要重点——更详细地说明了协同作用的可能范围。本节还包括缓解当地配电网影响的说明性案例研究。

图12：电动汽车的灵活性服务范围

智能充电不仅缓解了电动汽车造成的需求峰值，而且还使负载曲线变平，以便在较短的时间范围内更好地整合系统级和本地的VRE。更具体地说，调整目前大部分时间（大多数汽车90-95%的时间）闲置在停车场的充电模式可能有助于：

• 调峰（系统级/批发）：通过在太阳能和夜间充电普及率较高的系统中激励早晨/下午晚些时候的充电，使高峰需求趋于平缓，并填补需求的“低谷”，因为汽车停放的时间比完全充电所需的时间长，因此可以在夜间风力发电后进行调整。否则可能增加高峰需求的傍晚早收费将以这种方式推迟。

• 辅助服务（系统和地方级/输电和配电系统运营商）：通过调整电动汽车充电水平来支持电网的实时平衡，以保持稳定的电压和频率。尽管输电系统运营商在系统层面上已经开发出了灵活性，但配电系统运营商大多还没有从分布式能源中获得灵活性来运营其电网，尽管在几个国家（主要在欧洲和美国）进行了大量的示范项目和激烈的监管讨论。

• 电表优化和“备用电力”（地方级/消费者和生产商）的背后：这包括增加本地生产的可再生电力的自耗，降低对电网的依赖，并通过在非高峰时段从电网购买廉价电力，并在电价较高时将其用于家庭供电，从而降低能源账单（晚上）。

 

电动汽车可以帮助运输部门脱碳，同时促进VRE的整合。如果电动汽车充电调整为遵循可再生能源的可用性，则传统发电厂的灵活性将降低。

电网运营商控制的具体服务列于附件2中。

提供电网服务的电池能力

电动汽车电池容量和技术特性决定了汽车支持可再生能源整合的程度。如今，大多数电动汽车都依赖某种类型的锂离子电池。成本降低加上电池性能的提高和电网应用的适用性，使该技术成为一个值得选择的技术。

在这种情况下，电动汽车电池提供特定电网服务的能力是关键，将其对车辆性能的影响放在一边。向网格提供服务的能力和相应的技术将取决于所考虑的应用。

例如，为了平衡可再生能源，需要高深度的放电容限，即电池可以放电的程度。如果电池用于支持系统范围的平衡或将多余的可再生能源吸收到电表后面的电池中，则每年可能需要300次完整的循环。对于辅助设施，需要较低的排放深度。由于电池必须既能注入电力（频率过低时）又能消耗电力（频率过高时），理想的待机充电状态约为50%，这意味着所选电池应能在较低的充电状态下工作。

电池技术分类的关键技术术语：

• 寿命终止（EoL）：电池仅保留其初始容量的一小部分（通常为70%）的时刻。以初始容量的百分比表示

• 放电深度（DoD）：电池放电的百分比（与满容量相比）。

• 充电状态（SoC）：电池容量，表示为电池在使用充电期间的满容量百分比。

• 循环速率（C速率）：充电或放电的速率。1C表示1小时内充电或放电，2C表示2小时，0.5C表示30分钟。

 

今天，锂离子（Li-ion）是流行的电动汽车电池技术。表5中用于移动性的不同电池与其他固定电池的比较表明，锂离子可以与用于固定存储的其他技术竞争，如铅酸和氧化还原流（IRENA，2017b）。今天，Li-ion仍然是广泛的网格服务最成熟的技术，详见附件2。

由于充电/放电循环次数的增加而导致的电池退化一直是与V2G和电池交换有关的一个长期争论的问题。电池退化主要受放电电流、放电深度和运行温度的影响（Taibi和Fernández，2017）。但最近的测试表明，如果电池保持在60-80%的充电状态，使用V2G的电池退化是有限的。影响与正常交流充电类似。

沃里克大学（Warwick University）预测容量和功率随时间衰减的退化电池模型表明，使用V2G系统，电动汽车电池寿命可以通过使用对V2G友好的配置文件来延长。

该项目中开发的“智能电网”算法允许驾驶员监测车辆电池的能量消耗量，而不会对其产生负面影响，甚至可以提高其寿命（Smart Cities Connect，2017）。

然而，如今的电池供应商通常会提到其技术的全球市场——如移动或固定——一些供应商还指出了具体的应用。在没有测试的情况下，很难确定某项技术对任何给定应用的适用性。

例如，即使锂金属聚合物（LMP）化学物质被称为今天仅用于移动性，一些供应商仍向固定应用开放市场，即使由于操作所需的高温，这似乎是不合理的。因此，电池技术在移动和公用事业规模应用中的应用也可能在未来出现分歧。

表5：移动性电池与其他电池的比较

• 锂电池的不同化学成分：镍钴铝氧化物（NCA）、镍锰钴（NMC）、磷酸铁锂（LFP）、钛酸锂氧化物（LTO）。

• 非洲锂金属聚合物和沸石电池研究（ZEBRA）：此类技术理论上可用于辅助服务，但由于工作温度高，无法实际应用。

• 注：DoD（放电深度）、SoC（充电状态）、C速率（循环速率）

 

尽管Lion目前是最适合电网应用的技术，但由车辆制造商需求以及锂问题引发的替代电池技术的发展可能会严重影响电动汽车电池提供电网服务的能力。要使用这些技术保持与电网相关的能力，需要克服许多技术挑战。

智能充电的类型及其实施

智能充电包括不同的定价和技术充电选项。图13总结了基本技术选项，表6总结了完整选项及其可能的用途和成熟度。

最简单的激励形式——使用时间定价——鼓励消费者将收费从高峰时段推迟到非高峰时段。它对实施的技术要求相对较低（集成在电动汽车或电动车辆供电设备中的智能仪表），并且被证明在低电动汽车普及率下将电动汽车充电延迟至非高峰时段相对有效（ICCT，2017a）。然而，简单的时变电价结构可能会导致住宅总需求出现明显的反弹峰值（Muratori和Rizzoni，2016）。

电动汽车和充电点启用的直接控制机制将成为更高渗透率水平下的长期解决方案，并提供接近实时的平衡和辅助服务。

这些机制的范围从允许充电速率增加或减少的车辆或EVSE（也称为V1G）的充电或单向控制的基本打开和关闭，到更具挑战性的双向车辆到一切（V2X）。

对于V2X，有两种特定配置特别相关：5

• 车辆到家（V2H）或车辆到建筑物（V2B）通常不会直接影响电网性能。电动汽车在停电期间用作住宅备用电源，或用于增加现场产生的能源的自耗（避免需求充电）。

• 车辆到电网（V2G）是指以放电模式向电网提供服务。公用事业/输电系统运营商可能愿意在高峰需求期间从客户购买能量，和/或使用EV电池容量来提供辅助服务，例如平衡和频率控制，包括主频率调节和二次备用。

 

图13：智能充电的形式

单向V1G和双向V2G之间的区别如图14所示。在V1G中，驾驶员、电动汽车充电站主机或聚合器只能通过调整其充电速率（与初始充电功率相比，假设为3kW）来获得奖励。在V2G中，电动汽车可以分别向电网充电和放电。电网服务“投标”的规模与电动汽车的能力和给定市场的需求相对应。

这些方法可以结合起来——例如，使用时电价可以与V1G自动化一起部署，以实现更有效的响应。一些新的充电站配备了V1G和V2G功能（Virta，2017）。

与更成熟的V1G解决方案不同，V2X尚未达到市场部署，但日本除外，自2012年以来，该国已提供商用V2H解决方案，以备停电（福岛悲剧后）。

在美国，在电力基础设施薄弱的地区，预商用解决方案是对电网的支持。在欧洲，主要由当地能源管理推动的几个试点项目正在进行，例如丹麦、德国、荷兰（阿姆斯特丹）和西班牙（马拉加）。截至2019年初，多家汽车制造商（如日产、三菱、丰田、比亚迪、雷诺）积极参与V2X计划，详情见下一小节。

图14：单向（V1G）和双向（V2G）网格服务的示例

表6：智能充电的类型

智能（非）充电电动汽车有助于减少VRE削减和排放，改善VRE生产的本地消耗，避免对峰值发电能力的投资，并缓解电网加固需求。

目前智能充电项目

以下分析基于全球部署的相关智能充电试点项目的结果（表7）。大多数是基于慢速充电。

使用时间电价

电动汽车专用使用时间充电的经验最多。研究表明，峰值和非峰值之间的价差越大，费率设计就越有效。峰值和非高峰（甚至“超级非峰值”）的设置符合当地电力系统的特点。

图15显示了加州（太阳能光伏份额有限的地区）的太平洋燃气电气（PG&E）的一个例子，由于高空调，峰值出现在下午早些时候，未来随着太阳能光伏普及率的增加，峰值可能会发生变化。

在大多数情况下，司机可以通过应用程序或汽车的车载系统预先设定非高峰时段的收费。客户要么有单电表供家用和电动汽车充电，要么有双电表。双重计量，即能够区分电动汽车消费的计量（通过一米的电动汽车插头和其余的消费），已证明更成功地影响客户的充电行为（RMI，2016）。

表7：智能充电部署及试点项目概述

图15：使用时间计费示例

市场上有替代方法，可以在不增加二次公用事业计量表成本的情况下促进电动汽车特定费率的实施。明尼苏达州公用事业委员会允许Xcel Energy进行一项试点，旨在通过在电动汽车供电设备中直接使用“嵌入式计量”来实施电价，从而降低希望选择电动汽车电价的客户的前期成本负担（Nhede，2018）。

V1G和动态定价

随着VRE和电动汽车的渗透率进一步增加，将需要适当的市场信号来激励负荷——包括电动汽车——来调整其消费模式。V1G可以与动态定价（反映价格的实时能源成本和电网在每小时甚至更小的时间间隔）相结合，由消费者方面的自动化解决方案支持。

例如，在荷兰，大多数充电站已经有了V1G的能力，但在其他国家，这还不常见。圣地亚哥介绍了一个结合VGI和动态定价的试点方案，如方框5所述。

V2X充电体验

与动态定价一样，V2X的体验主要局限于商业前的部署。方框6提供了一个V2G改进的示例。

一个例外是日本，日产为市场带来了一个与LEAF兼容的套件，并能够使用CHAdeMO技术为日本家庭提供备用电源，这是唯一支持V2X的国际标准。随着CHAdeMO对V2X协议的标准化，多个系统制造商和oem也纷纷效仿，迄今为止已经销售了大约7 000套基于CHAdeMO协议的V2H系统。考虑到日本家庭的日平均消耗量为12千瓦时（Briones et al.，2012），LEAF的40千瓦时电池容量可以提供三天以上的电力。

V2G在大多数应用中被认为比V2B或V2H具有更高的潜在商业价值（Kempton，2016）。除了提供辅助服务和备用电源（图16)外，它还可以用于剃峰。如果电动汽车可以在非高峰时间进行充电，然后选择性地进行充电以“降低峰值”，那么公用事业公司可能会放弃启动峰值工厂并建立额外的峰值容量的需要（图17）（Weiller和Sioshansi，2016）。

V2G尤其适用于电动汽车浓度高的地区的缓慢充电，比如大型停车场。

为了提供灵活性服务，通常需要聚合单个电动汽车的灵活性。为了在批发层面提供电动汽车服务（调峰和辅助服务），每个V2G交易中必须交易至少1 MW至2 MW的容量，也就是说，大约相当于500辆电动汽车连接到标准的3.7 kW欧洲电路。考虑到这些电动汽车并不总是可用的，受控电动汽车的数量需要更高（Weiller和Sioshansi，2016）。方框7中给出了五氧化二钒项目的更多示例。

方框5：圣迭戈天然气和电动汽车-GRID集成试点

圣地亚哥天然气和电力公司（SDG&E）启动了一个VGI试点项目，测试将电动汽车车队作为可调度的分布式能源，以提高电网的稳定性。可持续发展目标将在圣地亚哥地区安装和运营3 500个充电站，主要是2级（慢）充电站，在多单元住宅。

该项目探索了动态定价，并通过一个应用程序，鼓励在高可再生能源时刻的充电活动（Turpen，2016）。动态小时费率是提前一天公布，它们反映了系统和当地电网的条件。一个应用程序将客户的偏好与这些价格相匹配。对于简单的使用时间，使用单独的仅限电动汽车仪表的客户记录了更大的影响（RMI，2016）。

方框6：NUVVE，从汽车到网格的先驱

V2G领域最先进的公司之一是Nuvve，该公司现在正在将该技术商业化，该技术于1996年首次描述，并由特拉华大学的w·肯普顿教授进一步开发。Nuvve声称拥有唯一的电动汽车电池技术，可以使任何电动汽车电池能够产生、存储和转售未使用的能源转回当地电网。

自2005年的首次试验以来，该公司现在有了一个证明未来的解决方案，可以在不同的时间间隔（秒、分钟、日前时间）扩大和预测。Nuvve已经为电力系统（传输系统运营商等）提供了广泛的服务。包括不同市场的频率和供应储备能力。自2009年以来，它一直在参与PJM（宾夕法尼亚-泽西-马里兰）的频率市场。

客户不需要承诺特定的驾驶时间；他们只需提供有关他们何时需要车辆的信息。Nuvve不控制车辆，所以没有义务会限制客户在紧急情况下驾驶，等等。Nuvve与世界各地的监管机构合作，利用模拟的真实数据解决V2G的监管差距。

图16：电动汽车电池作为电网备用电池的效果

图17：剃峰的效果

智能充电的好处可以在隔离系统中进一步放大，如方框8所示。

快速充电的VGI

快速充电（即高功率充电）应用程序对VGI的应用潜力通常很低，尽管这在技术上是可能的。当需要快速充电时，没有真正的灵活性选项（充电时间短），高速公路站的峰值负荷不会，也不会与传统的峰值负荷相一致。快速充电对电网的影响需要通过在对盒子8影响较小的地区安装充电点：智能充电，本地高峰需求和拥堵，同时实现高利用率（盈利）。

然而，在一些特定的应用中，快速充电可能发生在其他时刻。例如，如果一个电动巴士司机有机会在几个公交车站收费，如果这种灵活性有价值且不会影响司机，他可能会选择不收费。在2017年开始的为期四年的欧盟项目保证下，将对与电动重型汽车的快速充电相关的灵活性进行调查。该项目将测试创新的重型和中型车辆解决方案，具有不同的可互操作的充电基础设施概念，这些概念将被开发成商业案例，考虑到商业和社会成本和效益。

通过将快速充电与固定电池和本地安装的VRE相结合，也可以实现本地优化。当需要快速充电时，电动汽车用户不需要在时间或功率上有很大的灵活性；然而，将快速充电基础设施与固定储能相结合，可以通过缓冲提高电站相对于电网的灵活性。太阳能遮篷和固定存储装置可以集成在充电基础设施中，甚至可以集成到充电点本身中，作为使用（通常是高功率）充电点的支持。这有助于限制电网的电力消耗，避免高需求充电（即增加自耗），并允许在有限的电网影响下实现更高的充电峰值。

方框7：车辆到网格项目的示例

• 2019年2月，汉堡市启动了“ELBE”项目，该项目的重点是资助在建筑和商业场所安装电动汽车充电站。该项目包括V2G技术的应用和负荷依赖的关税，其中电动汽车被视为可控消费*。

• 日产和Enel合作实施了一个能源管理解决方案，该方案使用V2G充电单元，允许车主和能源用户作为单独的能源枢纽运行，能够提取、存储和将电力返回电网。在丹麦（帕克项目）和英国启动了两个试点项目，以测试该解决方案。整个2016年，日产电动汽车的车主通过Enel的双向充电器向电网供电来赚钱，丹麦和英国的传输系统运营商也受益于初级监管电网服务（Enel，2016）。每辆车的年频率响应收入约为1 400欧元。

• 在2017年底，三菱宣布了一个V2G试点项目，利用了在荷兰超过25 000名PHEV外地人的电池组。该项目将与电网运营商TenneT、电动汽车智能充电解决方案提供商NewMotion以及V2G技术和电网平衡服务提供商Nuvve合作实施。正如日产在丹麦的例子一样，三菱的作用将是通过连接PHEV地区到电网来提供容量储备（Ayre，2017）。

• 与其他专注于直流电（DC）V2G的飞行员不同，雷诺在荷兰乌得勒支的飞行员Llaad和Lombo Xnet测试了AC V2G。一个仍处于起草阶段的标准，ISO 15118 Ed2，将使除CHAdeMO以外的充电站能够实现V2G功能。然而，这将需要能够通信的充电站，以及具有双向潮流能力的车辆，而充电站和车辆都必须实现ISO 15118 Ed2。该试验包括世界上第一个由太阳能控制的双向交流充电站。提供储备权力导致每位电动汽车车主每年获得120欧元至750欧元的货币收益（deBrey，2017年）。

 

方框8：岛屿系统中的智能充电

岛屿电力系统是研究先进分布式能源应用的先驱，包括VGI，原因有几个。岛屿通常高度依赖化石燃料，石油衍生燃料占初级能源使用总量的主要份额（包括更传统的来源是有限的）。

虽然每个孤立的系统是不同的天气、人口和经济活动，应对电力系统冲击在岛屿地区通常是“紧密”——也就是说，一些电力供应单位的损失比相互连接的影响更大的系统，和电压下降的影响更重要。因此，平衡电网更加困难，减载和停电的风险更高，需要更多的储量（Ramirez Diaz et al.，2015）。因此，引入高份额VRE是对系统稳定性的挑战。

与此同时，许多旅游岛屿已经运营了大量的出租汽车，作为电气化的合适用途（岛上需要的有限数量的充电器），并被用作分布式储能系统。

一些研究已经证实了这种协同作用：

• 在巴巴多斯，2030年的电动汽车场景中，太阳能和风能供应覆盖了64%的需求，系统中有超过26 000辆电动汽车，与不受控制的充电相比，最有效的智能充电策略的生产成本降低了5倍。即使是不受控制的充电也会导致更高水平的削减，即使低于没有电动汽车的参考场景——也就是说，电动汽车仍部分充电为VRE（Taibi和费尔南德斯，2017）。

• 特内里费岛（加那利群岛，西班牙）显示，50 000 电动汽车的影响将增加可再生能源的电力占30%，减少二氧化碳排放27%，减少发电总成本6%，减少石油内部市场16%（拉米雷斯·迪亚兹et al.，2015）。

• 对亚速尔群岛（葡萄牙）的圣米格尔汽车的建模显示，电动汽车有助于增加可再生能源的生产（加缪和法里亚斯，2012年）。

• SamsøIsland（丹麦）将允许使用电动汽车作为四轮零排放汽车，产生甚至高达100%的可再生能源（帕斯卡尔-路易斯·布莱斯，2011年）。

 

例如，在美国，充电站供应商ChargePoint和能源存储公司之间的联合项目绿色充电网络正在使用现场电池和电动车充电器调度来控制和平滑充电站的电网需求，帮助他们的主机避免招致昂贵的需求费用（圣约翰，2015）。

特斯拉正在与公用事业公司在电网储能方面合作，增压站充当“电网缓冲”。增压站旁边的0.5兆瓦时（MWh）电池组意味着汽车可以直接从电池组充电，而无需电网不会看到峰值（Herron，2013）。在荷兰为其快速充电器配备了太阳能罩和存储，以抵消电力需求。

3.3    充电基础设施

当前充电基础设施

充电类型是决定电动汽车可获得性灵活性的相关因素之一。

交流电源通过配电电网，电动汽车电池需要直流电源。因此，必须需要交流/直流转换器（或充电器）。该转换器可位于充电点（“非车载充电器”）或车辆（“车载充电器”）内。车载充电器和车载充电器的选择是充电站成本（车载更便宜）和车辆（车载充电器降低车辆转换器的重量和成本）之间的权衡。交流电流也更容易获得（来自插座的电流类型），因此，在其他条件相同时，车载充电器意味着有更多的位置可用于充电。

附件2总结了EVSE最常见的功率输出水平，以及基于车辆和充电器之间使用不同通信协议的充电模式。

• 对于低功耗（通常高达22 kW），即北美的1级和2级，以及欧洲的“慢”或“正常”充电器，大多数情况下都部署机载充电器。它们使电动汽车能够在传统的连接器或低成本的交流充电点上充电。

• 中间功率范围（从22 kW到50 kW）最初并没有被大量使用，当部署时，选择了交流解决方案（例如，雷诺高达43 kW AC）。然而，越来越多的充电解决方案提供商建议在这个中间功率范围内进行直流充电（板外充电）。这一新趋势可能会对交流充电解决方案的部署产生强烈的影响。然而，从汽车oe制造商的角度来看，目前还没有共识。

• 对于高功率的充电器（“快速充电器”，通常从50 kW开始），在大多数情况下都部署了非车载充电器。交流/直流转换器随着功率的增加更大、更重、更昂贵，然后位于充电点并在车辆之间相互化)。重型车辆，特别是城市公交车，当它们在中间站或终点站充电时，通常使用150-300 kW的受电弓。

快速和超快的充电将是移动领域的优先事项。然而，慢速充电比快速和超快充电更适合智能充电。此外，快速和超快的充电可能会增加当地电网的峰值需求压力。诸如电池交换、带有缓冲存储的充电站和夜间电动汽车车队充电等解决方案可能会与快速和超快充电结合起来。

表8总结了目前的超快充电项目。许多电动汽车已经能够在50 kW时充电。例如，特斯拉就有自己的充电基础设施，最高可达140 kW。充电点的特快Plus是一个模块化的、可扩展的直流快速充电平台，随着充电需求的增加，可以提供62.5 kW到500 kW。电动巴士的充电功率容量通常在22 kW到300 kW之间。直流充电是用于电动汽车和电动公交车的大功率充电。

主要的充电地点是在家庭场所、工作场所和半公共场所或公共场所。大多数情况下，人们都会实施交流充电。在家里，低功率通常是足够的（例如，在240 V电路上的3.7 kW），并部署交流充电器。如果需要更高的功率，或者如果遵循最大自我消耗的目标（例如，当地太阳能光伏生产），安装中等功率的交流或直流充电站（7.4 kW至11 kW）。直流高功率充电通常部署在高速公路上，但一些城市也将用于街道充电（如巴黎的Belib）。

智能充电基础设施展望

随着电池范围的增加，电缆充电可能在未来几年仍将是轻型汽车最常见的充电技术。随着电动汽车逐渐达到ICE汽车的驾驶范围，充电时间将成为一个更关键的问题，给电池循环和EVSE基础设施的创新带来进一步的压力。与此同时，高续航里程将只在有限的范围内使用，这意味着，由于成本高，即使是移动即服务（MaaS）和自动驾驶汽车的扩展，对超快速充电的需求也很有限。慢速（至中等功率范围）家庭和中心充电将占优势。

表8：由oem和公用事业公司的主要超快充电基础设施项目概述

导电充电的替代方案将在2030年至2050年之间开发，包括用于由MaaS和自动驾驶触发的轻型车辆，以及卡车和公共汽车。持续的静态充电很可能会带来重大的创新，但不会对电网的灵活性产生重大影响。

充电基础设施展望：提高充电功率

到2024年左右，600公里的电动汽车行驶里程可以从一个利基市场转向普通市场。电动汽车的用电量约为每100公里20千瓦时（小型低速汽车的用电量更少）。据新特斯拉跑车宣布，1 000公里的续航里程将需要大约200千瓦时的电池。

与2010年代早期的第一代电动汽车相比，电池容量大幅增加。最初，引入了20 kWh范围内的电池。不到10年后，这一容量至少增加了一倍，而且幅度高出了五倍。2019年发布的保时捷Mission E、2018年上市的奥迪eTron和捷豹I-PACE（2018-2019年上市）等豪华车的电池电量为80-100 kWh。更大的电池，例如120千瓦时的宝马iNext平台，将在2021左右成为可能。

到2030年到2050年，电动汽车理论上应该能够达到与今天的柴油汽车类似的行驶范围。然而，对这种范围的实际需要和相应的充电功率的增加可能仍然有限。

电动汽车最初主要用于城市用途，通常每年的驾驶距离小于1万公里。如今，电动汽车每年行驶15 000公里，就像普通汽车甚至更多一样。然而，例如在欧洲，平均每日驾驶距离只有30-40公里，95%的行程在110公里以下，这意味着目前可用的驾驶距离已经足够（Leemput，2015）。

然而，随着电池容量更大的电动汽车越来越多地用于城市外出行，以及每天行驶的距离更大，在高速公路上快速充电的需求将会增加。诸如公共收费基础设施的排队（例如在挪威已经发生）等让用户感到沮丧的新问题也可能出现。

对于在15-20分钟内快速充电，即使是预期的2018-2019年机型也需要比现在常用的充电功率（> 200 kW）。如专栏9所示，该行业正在努力制造更强大的充电器，如图所示。

对于一个200千瓦时的电池，如果司机想这么快地充电，就需要600 kW的充电功率。根据今天的化学原理，电池可以在3摄氏度下充电（也就是说，如果保持相同的功率水平，需要20分钟将电池从0%充电到100%充电）。A 3C速率意味着放电电流将在20分钟内放电整个电池。

通过更好的电池化学成分，充电速度（15分钟以内）比电池容量更快。电池的突破可能会发生，包括未来几十年c率的提高，这甚至可能是c率的一倍。

然而，快速充电站真正需要什么“速度”仍然值得怀疑。大多数车辆每天行驶超过600或1 000公里。如果人类司机站在方向盘上，他们就会休息。即使电动汽车越来越多地用于更长范围的自动驾驶汽车，可能也没有必要超过这个范围。在市区行驶1 000公里意味着平均每小时50公里（即使对MaaS来说也很乐观）（对市区来说是非常高的速度）。今天，每天行驶200公里的出租车已经被认为是一个高里程数，即使他们每天行驶16个小时（Olsen，2017）。

方框9：财团的努力情况

一个主要由德国汽车制造商领导的名为CharIN的行业联盟的目标是将组合标准调整到更高的功率（350 kW），以便能够在大约15分钟内为80%的电池充电。

CharIN的成员包括汽车公司（如奥迪、宝马、戴姆勒、福特、通用、本田、现代、捷豹-路虎、马欣达、三菱、欧宝、保时捷、标致标致汽车、雷诺、特斯拉和大众）、公用事业公司（如EnBW）、硬件制造商（如ABB、西门子）和充电站运营商（如ChargePoint、壳牌）（CharIN，2018a）。

查德莫协会也一直在为高功率充电做准备。它在2017年发布了200 kW协议，并在2018年6月发布了高达400 kW的最新协议。CHAdeMO协会成立于2010年，拥有来自36个国家的约400名成员，包括汽车公司、公用事业公司、硬件制造商、充电站运营商和电网集成平台服务提供商（CHAdeMO协会，2018年）。在短期内，将部署约150 kW的充电站。

如果是这样的话，电池大小（以及相关的重量和成本）之间的权衡将发挥重要的作用，尽管预期的电池演变。由于这个原因，电池尺寸可能仍然其使用限制，特别是在MaaS激增的车队管理优化。

总而言之，尽管表9总结了在快速充电功率和电池化学物质方面可能出现的发展，但夜间缓慢（er）充电对电网和轻型车辆司机仍然是最具吸引力的。

然而，电池技术的进步将降低普通电池的成本，因此也会降低电动汽车本身的成本。

然而，乘用车、货车、出租车和公交车等其他运输方式的具体模式将会有所不同。

最后，全电式混合动力汽车和其他来源，如绿色氢燃料汽车也可以被视为替代品，不仅用于乘用车，也可以用于其他应用，如工业和商业卡车、公共汽车和出租车。

电动汽车充电将对配电网的投资产生影响。在给定地点需要多少电网投资（电缆和变压器）将取决于当地配电网的特点，包括电动汽车部署的瓶颈、每个配电系统运营商的配电网尺寸方法、低压水平连接的太阳能光伏等。例如，如果在这样的位置使用智能充电，它可能包括在比不使用电加热的地方更低的电网加固。通过智能充电，可以促进在低电压水平下连接的高位太阳能光伏的集成，而在没有太阳能光伏份额或很低的地方，电动汽车可以增加当地电网的压力。

交通模式对不同城市和地区收费需求的影响

不同的城市交通模式也会影响收费需求。这些模式在很大程度上是由人口密度和经济发展水平的相互作用所决定的。在发展中国家、人口密集的地区，低质量的道路基础设施和拥堵可能会阻碍共享流动性的高吸收。随着非洲和亚洲即将到来的城市增长，越来越多的人将生活在对两轮车友好的城市（城市也可能关注这些城市，就像我们已经看到的在亚洲的摩托车共享业务中那样）。在基础设施良好的发达地区，共享流动性可能会蓬勃发展。

然而，在人口密度较低的高收入城市，私有制可能仍然是最相关的交通方式。表10提供了城市的拓扑结构，并解释了它们的细节将如何影响未来的移动需求。它概述了三种主要城市类型的充电趋势和相应的充电需求。图18提供了针对每个类别的当今城市的例子（气泡的大小表示城市人口的大小）。这些特性也将影响MaaS和自动驾驶汽车的发展。

根据定义，更大的汽车电池并不需要更强大的充电器。慢速充电应该足以在隔夜充电。超快的充电将有助于克服客户的焦虑，并作为一种补充。即使是在MaaS场景下，停车时间更短的自动驾驶汽车，也很可能不会超过20 kW的充电能力。我们并不总是需要更大的电池。

表9：2030-2050年轻型车辆行驶范围和快速充电动力发展需求

表10：按城市类型划分的收费需求

图18：城市类型的示例

收费的基础设施发展及相关激励措施

从理论上讲，随着电动汽车市场的扩张，公共充电基础设施应该在商业上更加可持续，商业模式基于电力或零售销售，结合电网服务和广告等其他收入来源。新兴电动汽车市场仍需要资金计划，并针对路边充电站、多单元住宅和城际快速充电（ICCT，2017a）。

首先，电动汽车普及率较低的新兴市场可能需要对充电进行初步激励，以启动该市场。例如，哥斯达黎加引入了激励措施，以大幅降低电动汽车进口税的形式实施，但由于基础设施缺失，售出的只有不到1 000辆电动汽车（SLoCaT，2017）。

第二，公共收费的商业可行性以及对基础设施激励的需求将主要受到人口和住房因素的影响。对全球领先的电动汽车市场进行充电的数据分析表明，像阿姆斯特丹这样更密集的城市大约每5辆电动汽车有1个公共充电器，而加州每25-30辆电动汽车有1个公共充电器（ICCT，2017a）。在欧洲的一些地区和亚洲的特大城市，人口密度很高，大多数人可能不住在有车库和街边停车场的建筑里，公共收费的覆盖范围仍然很重要，可能需要在未来一段时间内作为公共服务发展。在欧洲，40%的司机无法进入场外充电站。

但即使是这样，大多数司机也希望使用“自己的”街头充电器，至少如果个人拥有电动汽车盛行的话是这样。市场上还有一些建造新的成熟充电站的替代方案——比如改造现有的路灯基础设施——，价格只是普通充电站的一小部分。这家德国初创的沥青公司一直在与伦敦的地方议会合作，开发这样的充电站（肯辛顿和切尔西，2017年）。但是，当地的程序（许可等）。通常都很冗长，是这些创新的障碍。

目前的电网电价结构可以构成一个快速充电地区的电力成本的很大一部分。快速充电所需的较高电压水平通常会产生较高的需求充电份额。因此，在快速充电站的同时充电事件通过提高峰值需求来增加需求费用。需求费用可占成本的65%以上，甚至高达90%（RMI，2016）。

然而，直流快速充电站目前的特点是具有低负荷系数，由于市场上在短期内将使用这些充电站的车辆数量有限，因此会出现高能耗的零星情况。这可能会使快速充电站点主机面临大量基于需求的费用，同时利用率低，使得在早期采用的关键阶段提供快速充电解决方案不经济。为了满足不断发展的电动汽车市场的需求，下一代直流快速充电器可以充电500 kW，但只会加剧这一问题，特别是在公交和其他中型/重型汽车也向电动驱动过渡的情况下。

这个问题可以通过使用可再生能源和存储进行本地优化来解决：在高功率需求站点共同部署站点，或通过现场安装能源存储来管理高峰需求和提供额外的网络服务。能源可以在低需求/关税时间（夜间或可再生能源过剩生产时）收取（Mauri和Valsecchi，2012），并在高峰需求时间排放。峰值需求费用可以保持不变，而使用连接的千瓦时增加。

因此，一些国家/地区的法规鼓励将能源存储和当地可再生能源（主要是太阳能光伏）纳入快速充电场所，以降低成本和容量升级的需求（例如，通过在美国一些州为充电供应商提供可再生能源的电力购买协议）。然而，存储的额外高资本成本可能会限制这种技术在降低需求费用方面的有效性。

美国的许多司法管辖区，如加州和纽约，已经实施或正在考虑替代费率设计方案，例如：

• 需求收费可以用更高的容量价格取代或与之配对，以为低使用率的充电站运营商提供更大的确定性。这个比率可以根据利用率或负荷因子进行调整，因为充电行为会随着电动汽车使用率的增加而变化。

• 一种每月的账单信用证，代表与商业客户的计量服务背后安装的收费基础设施相关的铭牌需求的一个百分比。

• 追溯和可变信用基于有效的混合每千瓦时分配费用的差异，包括需求费用，和一个商定的目标混合率，乘以每个计费周期的电动汽车充电站（例如，纽约长岛电力管理局）。

 

较低的电网费用，因为更高的电压连接水平和在快速充电站收取批发电价的可能性（相对于终端消费者/零售价格），也可能与不断增加的充电电力需求越来越相关，并可能最终降低快速充电的价格。

总而言之，监管将需要取得正确的平衡，让公用事业公司合理和谨慎地收回成本，同时鼓励站点部署和运营直流快速充电器。对多层次住宅充电基础设施的激励措施也将发挥重要作用。由于建筑的布线占充电安装成本的50%，在任何新建筑中整合一定水平的电动汽车充电设备的预布线都可以大大缓解这种障碍。

各国和城市可以通过建筑法规的要求，要求一定比例的新或改造的停车位“准备电动汽车”。有了分区规定，城市可以影响每个地区可以安装在哪里和安装多少个电动汽车充电站。这是一个关键的杠杆，可能会影响未来充电基础设施的可用性，因为缺乏多层次的住宅和工作场所充电可能成为采用的一个重大障碍，并可能限制交通电气化。

这些措施已经在美国的一些地区得到实施。例如，2015年的《加州绿色建筑标准规范》要求商业建筑中6%的停车位包括电动汽车的基础设施，并已进一步扩展。在洛杉矶，每座新建筑都必须有240 V的插座和电路容量（ICCT，2017a）。亚特兰大的新法令要求商业建筑中20%的充电点必须配备电动汽车，以及新住宅建筑中的电气基础设施，以支持电动汽车（Pyzyk，2017）。加拿大安大略省要求所有新的非住宅建筑20%的停车必须满电路容量支持电动汽车充电（安大略省，2018年）。

在欧洲主要城市（如阿姆斯特丹、伦敦、巴黎）已经启动了一些增加充电站数量的举措。欧盟在这方面提出了雄心勃勃的建议。尽管这些费用最终被大幅淡化，但全欧盟的新建筑立法要求在非住宅建筑中至少有一个充电点（而不是最初提议的10%的停车位），才能配备适合智能充电的充电点。此外，拥有超过10个停车位的新建和翻新的住宅建筑必须包括预布线，以便在未来为每个停车位轻松安装电动汽车充电站。

尽管在2030年内，大多数地区可能会逐步取消购买电动汽车的直接激励措施，但对充电基础设施的激励措施可能继续存在，以启动市场或解决复杂的市场细分，如超高速充电和多单元住宅。此外，地方当局将不得不简化收费的许可程序。

电缆充电的替代方案

除了电缆充电能力的发展，一些具有高潜力的充电技术创新已经出现，并将在未来提供。

正在开发静态无线充电。这种技术在公共汽车和汽车项目中的应用有限。然而，它缺乏标准化，成本较高，效率稍低。还必须解决电磁兼容性和安全性方面的一些可能问题。目前，无线充电的最大功率低于传统充电（通过电缆或受电弓）：公共汽车（例如庞巴迪PRIMOVE）为200 kW，汽车（例如WiTricity）为11 kW。

对于长途卡车和公交车，目前的电池技术不能实现高功率频繁充电(> 500 kW，2017年（卡车可能每100-200公里和每100-300公里），这使得其电气化的吸引力降低。自动驾驶汽车也将需要新的充电解决方案。

由于这些原因，人们正在探索持续充电和电池交换技术。由于电池技术的改进（密度的增加）和长期成本的降低的不确定性，它们的出现难以评估。

连续充电

导电连续充电和感应连续充电都有潜在的吸引力：

• 导电充电采用导电功率传输。它需要使用一个充电板作为电源发射器来传递电源，以及一个带有内置接收器的充电设备来接收电源。

• 感应充电，也被称为无线，利用电磁场通过电磁感应在两个物体之间传递能量（图19）。

 

导电充电需要金属对金属的连接。这可以通过基于导电板的静电接地系统来完成，阿尔斯通正在根据其与有轨电车合作的经验开发一种产品（ELinGo，2018）。另一种选择是在一些轨道上使用连环弹，因为西门子正在测试“电子高速公路”。这些技术可以潜在地减少电池的尺寸，使更便宜、更轻的重型车辆具有更多的载客量（公交车）或货运能力（卡车）。然而，与从架空导线输送电流的传统受电弓相比，它们仍然处于较低的成熟度水平。

此外，它们需要更多的投资来调整道路（连环估计为100-200万欧元/公里）。

连续充电也可以无线进行，例如在韩国和比利时的公交车和雷诺康试点项目中进行了测试。

静态无线（感应）充电可能在大规模应用中变得更加普遍，包括在短期内（2020年左右）的豪华汽车。例如，WiTricity的解决方案应该是宝马2018年宣布530e的一部分（沙利文，2018年）。

通过动态无线充电从电气化道路上实时从电网中实时获取电力，可能会增加灵活性的可用性（Suh和Cho，2017）。持续无线充电对灵活性的影响有待进一步研究。

自动驾驶汽车的自动充电更方便，静态无线充电是其中最成熟的技术。如果是这样，自动驾驶汽车的行驶范围和可用充电时间将是考虑电网影响的关键参数。

无线充电的优缺点见表11。

在这一领域正在进行的标准化工作包括：

• 国际标准IEC 61851-23-1：电动汽车导电充电系统-第23-1部分：带有自动连接系统的直流充电：本规范将涵盖电动巴士受电弓充电的实施。

• 国际标准IEC 61980系列-一个正在进行的工作，涵盖无线充电的主题。

• 电动巴士的收费标准——例如，欧盟项目中的那样。

 

表12总结了不同类型的电动汽车在2030年和2050年的展望。根据车辆类型和动力需求，不同的充电解决方案详见附件2。

表11：无线（感应）充电的优缺点

图19：感应充电

表12：汽车和重型车辆的充电解决方案概述

电池更换

电池交换包括将电动汽车放电电池换成充电电池，消除了在车站等待电动汽车充电。该商业模式是基于租赁/租赁/订阅使用电池交换站或电动汽车电池的即时付费系统。购买汽车可以与购买电池分开，以降低购买汽车的成本，或者车主可以仍然是电池的所有者。这种方法可用于个人或车队（例如，公共交通工具）。

乘用车的电池交换是由以色列公司Better Place率先提出的，该公司的汽车商业模式直接受到手机计划（订阅或随收付费计划（每公里））的启发。客户不会拥有电池；该公司只会保证它提供的每个电池的最小容量。Better Place的车型只被日产和雷诺采用——两者都提供了集成电池和电池交换方案——而且客户的反应相当温和。然而，这种模型似乎是回来为两轮车和车队。

电池交换更适合于定期返回同一地点的专属车队，即空电池可以被全电池替换，并由少量不同的车辆和电池型号组成。电池交换的优缺点见表13。

由于技术的发展，未来充电供应商可以运营电池交换站或无线充电道路：

• 电池交换可能会随着车队开发和自动化而激增。通过交换站减少汽车（出租车、电动人力车）或公交车的停机时间，并降低总拥有成本（如果电池与汽车/车队所有权分开），这可能有助于提高许多应用程序的可访问性和生产率。公共汽车（主要在中国和大韩民国）和两轮车（包括成功的初创企业Gogoro（方框10））的电池交换站已经存在。

• 常见的模式是租赁、租赁或分期付款。卡车的电池交换（小型运输和长途运输）也可能在新兴市场发展：印度卡车制造商阿肖克·利兰宣布与运输解决方案初创公司SUN移动公司合作，开发可再生能源驱动的可互换电池站（Ghoshal，2017）。特斯拉过去也曾宣布过为Model S提供服务的计划，因为司机拥有电池，而交换站则不是作为存储站运行。电池的标准化将允许电站为各种汽车车型提供电池的自动电池交换，以及电池组的可靠性，仍然是该车型进入的重要障碍。仅在为专用车队（公共汽车、货运等）提供完整解决方案（车辆和交换站）时才有效。

• 另一种可能性是无线充电道路的运行，如果动态电动汽车充电技术的潜力实现（古德温，2017；费根，2017），甚至智能高速公路，如果灵活的安全铁路和智能信号等系统能够根据交通需求调整每个方向的车道数量。

 

表13：电池交换的优缺点

3.4    智能充电使能器

消费者行为

比较技术爱好者和大众市场的期望，可能会发现这些不同客户群体之间的巨大差距。前者是愿意测试新解决方案的领跑者，并渴望个人为一个可持续的社会做出贡献（甚至为此付出代价），后者支持舒适和负担得起的解决方案。数字化将有助于克服这一差距，并最终将有助于通过促进智能充电来打破电力和能源系统之间的竖井。

尽管迄今为止的销量很低，但随着驾驶范围的增加，消费者对电动汽车的接受度一直在不断提高。这长期以来一直是一个问题，尽管许多研究已经表明，直到今天，现有的、负担得起的电动汽车可以满足87%的车辆日的能源需求（Needell et al.，2016）。尽管一些调查显示，首次驾驶的人可能对购买电动汽车更感兴趣，但科西尔（2017）等其他民意调查显示，即使是千禧一代接受这项技术也远不能保证。尽管如此，千禧一代倾向于支持共享服务，并表现出偏爱使用权而不是所有权，这可能会推动采用移动即辅助服务（MaaS）和与电动驱动的协同效应。

方框10:    GOGORO

来自中国台北的Gogoro智能摩托车已经运送了超过35 000辆摩托车，并启发了博世在巴黎和柏林提供的政变摩托车共享服务。该商业模式包括销售一辆电动滑板车，并对使用电池交换站收取每月约25美元的订阅费。电池站网络（gostopons）是电网的一部分——例如，与阿姆斯特丹合作，充分利用这一潜力。在中国台北，Gogoro的交换站已经配备了太阳能电池板（Gogoro，2018）。

但即使达到了高电动汽车渗透率，理论上的可用性也需要根据个别驾驶员的偏好进行修正。运输服务仍将是一个优先事项。必须激励用户尽可能多地插入电源，以充分利用灵活性的潜力。参与智能充电的个人客户必须确保在他们的通勤中总是有一辆足够充电的车辆。此外，收费习惯也不会完全相同，例如，在对价格的敏感性。目前的旅行习惯、获得停车的机会、对重新加油的态度以及对不同电动汽车充电方式的看法可能会有所不同（Delta-ee，2018）。动态关税需要全面，并为客户的参与提供相关的激励。

商业模式需要考虑到电力系统的需求（向电力系统提供服务的报酬）以及车主的需求（移动性和保持车辆的状况）。

因此，必须监测诸如充电速度、电动汽车电池的健康状况、潜在的电池寿命缩短等参数。在确定电动汽车的商业模式时，应考虑到这些因素。例如，提供运营服务需要电池“随叫随到”，同时提供sTable收入。另一方面，电价套利需要重复充放电，大大降低了电池寿命。

大数据和人工智能

数字工具的使用可以帮助提高客户对电动汽车的接受度，并驾驭市场的复杂性，与电网进行互动，以增加可再生能源的市场份额。市场上提供的一些产品已经完全允许了这一点。例如，WallBox家庭充电解决方案是一种智能充电系统，当能源成本最低时，它可以自动为电动汽车充电，使用直观的感觉技术来管理充电（Wallbox，2018）。

甚至人工智能（AI）算法也可以被部署到更好地满足电动汽车消费者的需求。例如，微软的云计算平台Azure在现实世界中传感器收集的数据中发现模式，解释这些数据，并可以使用人工智能能力对不同资产进行维护或远程监控做出决策。在德国，微软与EnBW AG合作，开发智能路灯，可以收集排放数据并为电动汽车充电。此外，微软将与ABB有限公司一起推出下一代电动汽车快速充电平台（BNEF，2017d）。

位于柏林EUREF校区的施耐德电气与移动和社会变革创新中心合作，完成了一个具有人工智能和机器学习能力的微型智能电网，积极优化电动汽车充电。它控制充电需求以匹配网络容量，并根据动态定价将能量剩余发送回电网（Tricoire和Starace，2018）。

图20：碎片块的功能

数字化也将使新的商业模式成为可能。“收费供应商”模式将进一步发展为“即服务”模式。信息和通信技术（ICT）的进步，包括充电模式的数据管理和数据分析，将使充电站的远程维护和管理等新功能成为可能。促进智能充电和优化多个充电点的效率的服务已经存在。

例如，由ENGIE提供的小型B2B解决方案，如图20所示，允许用户指出他或她的充电需求，并优化充电点的使用，最大限度地使用本地可再生能源的产生，并在此过程中减少剃峰。由于它减少了充电所需的总功率，它使电气基础设施可以减少30%（Laborelec，2017）。

最后，在规划和运营阶段，数字化将在运输服务和电网服务之间的优化中发挥关键作用。数字技术和数据分析将使移动性需求与供电模式相匹配，尽可能地兼容，并确定充电站的最佳位置。

一项关于波士顿运输数据的最佳充电站位置的研究表明，在不增加充电站数量的情况下，到达最近的充电站可能有20-30%的节能潜力（Santi，2017）。

除了寻找电动汽车充电的最佳地点外，基于电动汽车的运输分析还可以提高电网负荷和电力成本以及V2G的估计。每日时间信息是V2G的关键，因为一般的负荷曲线可能不会揭示那些彼此靠近但轮廓非常不同的地块的停车负荷的变化（Schewel，2017）。

区块链技术

同样，电动汽车服务的支付和计费，以及电动汽车向电网提供的灵活性，也可以通过包括区块链等在内的新技术的进步而进一步简化。区块链是支持事务处理的有保护的分布式分类账。它们作为分布式数据库运行，其中包含一个不断增长的数据记录列表，即所谓的块。交易由网络用户运行的计算机进行验证，即所谓的节点。因此，不需要第三方来确保交易正确发生。除了去中心化之外，他们的主要优势是有可能进行安全和廉价的交易，包括收费。

对于电动汽车充电，区块链的主要好处是直接结算（即不再需要漫游）和高互操作性和服务自动化。

2017年11月，来自五个国家的七家供应商，主要是公用事业公司，推出了奥斯陆2罗马体验：使用基于区块链技术的motion的共享和收费应用的电动汽车跨境旅行。共享和收费是一个基于德国的倡议，有1 200个公共和私人电台配备了这种解决方案。它正在从企业到客户（B2C）向B2B和更广泛的公共收费网络解决方案发展，使服务提供商能够访问该产品并将其添加到他们自己的工具箱中。

这项技术也可用于客户对客户（C2C）的充电解决方案：在不与他人使用时，可收费共享一个私人充电器。这需要硬件家庭插头功能连接到区块链（当前试点MotionWerk和WallBee），今天家里充电完成简单的插头，不像公共充电，没有配备软件后端验证用户的身份，建立一个连接并提供许可收费。

在收费和漫游方面，基于区块链的解决方案有可能破坏或至少影响平台即服务（PaaS）模型。区块链可以通过一种开源的标准，连接不同的各方，促进聚合器和客户之间的货币交易（现实世界的交易需要更长的时间，收取更高的费用），取代目前正在开发的专有解决方案，从而促进智能充电和V2G。在荷兰，IBM、TenneT和范德bron正在探索利用区块链技术在智能充电提供电网服务（专栏11）。

方框11：TENNET和范德布隆测试IBM区块链的智能充电

传输系统运营商TenneT已经启动了几个项目来测试区块链在管理其网络中的使用。TenneT使用IBM许可的区块链平台，建立在超级账本框架上，该框架在包括金融服务、供应链和医疗保健在内的各个部门实现。

该项目在荷兰与绿色能源供应商范德布隆正在调查使用客户的电动汽车，以提供灵活性，以帮助TenneT在需求高峰时平衡网络。区块链通过记录连接的电动汽车的可用性及其对TenneT信号的响应行为，使连接的电动汽车能够参与其中。当电网需要增加电力时，电动汽车充电会短暂停止，车主会得到中断补偿（Engerati，2018）。

尽管快速充电已经普及，但即使在2030年至2050年引入MaaS和自动驾驶汽车之后，缓慢充电对可再生能源集成仍然很重要。数字化和标准化将使电动汽车能够超越简单的使用时间充电。提高电动汽车的使用，首先是自动V1G，然后是越来越多的V2X应用，也应该促进与可再生能源的协同效应。

 

 

 

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