电动汽车充电站的困惑与突破.docx

电动汽车充电站的困惑与突破 全世界的石油只够再使用40年，我国又是极度缺油国，每年需进口大量原油，石油已成为严重影响我国经济与国民生活的战略物资。而供汽车燃烧的汽油用量就已占到石油总量的30-40%，因而开发替代能源车辆就是解决能源危机的有效办法。电动汽车不仅可以实现零排放无污染，而且电能来源广泛，太阳能、风能、潮汐能、核能等都是未来能源的主要来源，这些能源的直接利用形式就是电能。2009年1月23日财政部 、科技部联合下发了节能与新能源汽车示范推广财政补助资金管理暂行办法 2009年3月20日，国务院办公厅公布的汽车产业调整和振兴规划中提出，未来三年“形成50万辆纯电动、充电式混合动力和普通型混合动力等新能源汽车产能，新能源汽车销量占乘用车销售总量的5%左右”。提出县级以上城市人民政府要制定规划，优先在城市公交、出租、公务、环卫、邮政、机场等领域推广使用新能源汽车；建立电动汽车快速充电网络，加快停车场等公共场所公用充电设施建设。 消息一出，业内振奋，全国各地纷纷加大电动汽车的开发力度。据不完全统计，目前已有超过百家企业涉足电动汽车整车行业，还有许多企业正摩拳擦掌跃跃欲试。 传统汽车靠加油站支撑，电动汽车则靠充电站支撑。充电站原本是政府和国家电网考虑和承建的重大基础建设。但经过奥运会电动汽车样板充电站的建设和运行，发现原本排在动力电池、电机电控之后的电动汽车充电站上升为头号行业发展瓶颈。前两者经过市场化运作、技术和产业规模已获得飞速突破，并继续朝着质量提高、价格下降的方向发展。而电动汽车充电站原本就不存在技术问题，但却在经济层面上停滞下来。 本文将在以下几个方面探讨一下电动汽车充电站的困惑与突破。 一、我国大多数家庭没有充足的电力和车位 1、电不够用。 电动汽车（此指乘用车）的蓄电池容量为310V120Ah(以比亚迪F3e为例)，从完全亏电到完全充满需要37.2KWh，考虑到充电效率问题，从电网输入的总功率至少要在40KWh以上。一般家庭用电功率总功率配备为2.5-3KW，现代家用电器数量和耗电总量逐年上升，许多家庭用电已接近饱和状态，即使在后半夜，许多时候也要开空调、冰箱、热水器（无意识关闭）等。已经不能再为电动汽车提供2-3KW的充电功率了。家庭充电时，至少要满足半径100Km行驶里程需要，还要留有10-20%的最低保有存电量以防止意外，所以，每晚要用户要进行全功率充电一般要达到6-10小时。 这样，在家给电动汽车充电问题就成了十分累人的工作（主要是不断协调其它电器的使用），我们不能要求用户买了电动车就要牺牲其它利益、降低其它方面的生活质量。 2、没有合适的停车位。 高楼就不必说了，就是住一楼也不能保证家里的电线能够着自家 的电动车，何况外接电线还存在极大的安全隐患。虽然部分家庭拥有私人车库。但真正买电动车的人群还是普通收入的无车库市民。 二、社会电动车充电站电力供应特点 （注：本文充电站是指需国家电网建设的电动汽车充电站） 1、充电站充电时，一般要满足10分钟充电到70%左右（充电约30KWh）。此时的充电功率至少要达到30KWx6（C）=180KW，按90%充电效率计算，电网输入功率至少要达到200KW，标准充电站至少要保证8辆电动汽车同时充电，这样，总用电功率将超过1600KW。 如北京10年后有30万辆电动汽车，高峰时就有可能有5千辆电动汽车同时充电的情况，需要发电厂新增1600KWx5000=800万KW的输出能力。目前一座普通发电厂的发电能力为30-50万千瓦。相当于新建20个发电厂。 2、现有电网基本都处于容量饱和状态，很难有富余的电能供给充电站，多辆电动汽车同时充电时的瞬时功率会对电网造成严重干扰。 目前的电网从高压线路到区域变压器容量都基本处于饱和状态，用户新的电力增容要求很难被满足。虽然用户的用电总功率并不是经常处于饱和状态。但在供电局配给的容量范围内是不能随意占用的。初期的充电站虽然充电车辆不多，但由于充电瞬时功率大，会对普通电网造成很大的尖峰干扰。影响电网安全。因而除了少数样板站外，大规模的为社会电动车辆服务的充电站必须采用专网方案。 三、专用电动汽车充电站投资巨大 1、电力设备投资高。据电力部门估算，仅架空高压电网线缆每公里的费用就高达数百万元，为改变城市各种架空网线“蛛网”结构，许多城市都在规划将架空网线改为地下网线。如将充电专网采用地下网线方案，费用将会更高。 同时还要考虑增建发电厂、改造变电站等配套设施，从规划、设计、施工到管理，整个工程十分浩大。 社会型的充电站必须达到一定数量后才会逐渐有电动汽车市场，仅仅建设数座样板型充电站，即使对社会开放，也根本无法吸引社会（私人）采购电动汽车。据测算，如在整个北京市（包含远郊区县，如果倾举家之力购买的电动汽车连郊区都不能去是不能被接受的）至少要建100座充电站才能基本满足电动汽车用户的出行需要。 100座充电站站内设施、架空线缆、变电站改造、发电厂扩容等全部投资至少在20亿元以上。 2、充电站场地费用更高。电动汽车的充电速度较普通汽车的加油速度要慢5倍左右，也就是说，为同样数量电动车充电所占用的面积比普通汽车加油所占的面积要大5倍以上。在城市中心，要想在近期谋取上百座，中远期谋取数百座占地2000平米的建站用地，将会困难重重。现有加油站的场地大都是在上世纪地价较便宜的八、九十年代征用的。时值今日，每座充电站的场地费即使花费上亿元也未必能拿下这寸土寸金的城市路边地带。 即使是国家提供政策支持，和少量资金扶持。但征用场地则还是要建站企业（国家电网）花费真金白银的。目前国家电网急需要投资的地方还很多。 有人建议依靠现有加油站来解决场地问题，但实际上是行不通的的，电动汽车的充电时间比普通汽车的加油时间长5-10倍，市内的加油站经常处于满负荷状态，并且普通汽车上牌量每年还在大量增加，数年后如在插入充电时间很长的电动汽车，很可能因为排队过长而造成充电站的瘫痪甚至殃及道路交通。 四、初期充电站及电能利用率低 以北京市（含所属区县）为例，初期至少要建100座公用充电站才能基本覆盖整座城市。100座充电站充电高峰时的用电总功率将达到1600KWx100=16万千瓦，可同时为800辆电动汽车充电。每天最多可为800（辆）x6/hx20h=96000（辆）电动汽车充电。 以市场初期的前三年平均有1万辆乘用车上市，考虑到休息日和多数天数的路程较近，及在家（或单位）补充部分电能，平均每个用户每3天到充电站充电一次。则每天约有6666辆需要充电。约占充电站系统供电能力（96000辆）的7%，资源浪费较大。 五、充电站投资收益问题 国家电网投资建设充电站即使是首批建100座充电站，按每座充电站连场地、送变电等一亿元计算，至少也得投资100亿元。充电站的经营成本不少于元6.25亿元/年（其中利息6亿元，管理费等2500万元，），前期三年按10000辆电动汽车计算，每辆车每年行驶3万公里，耗电4千5百度（平均百公里耗电15度），除去在家和单位等充电约1500度，每辆车平均在充电站充电3000度，按充电增值费1元/度（充电站充电售出价1.5元/度减去普通进电电价0.5元/度）计算，则充电站在每辆电动车的总充电收入为3000度x1元/度=3000元，为1万辆电动车充电的年总收入为3000万元。 充电站前三年经营平均每年亏损6.25-3000=5.95亿元。 中期（3-10）平均上市10万辆车，总收入为3亿元，每年亏损3.25亿元。 前10年总亏损总计约40亿元。 远期（10年以后）平均上市30万辆电动车，总收入300000x3000元=9亿元，年盈利为9-6.25=2.75亿元。欲收回100亿元建站投资和前10年的经营亏损，至少需要50年时间。 考虑到上市电动汽车达到10万辆以上时，充电站的数量还要增加2-3倍，投资规模还要加大200-300亿元。届时不用说收回投资，就是连利息也付不起了。 一个城市的投资规模尚且如此，全国性的投资规模必将达到万亿元以上。在投资基本没有回报的情况下，国家电网是难以下决策的。 况且50年后的人类生活、电力供应甚至社会结构都充满未知的变数，因而要现在就投入巨资搞电动汽车的充电站网络是不现实的。 另外，电力网络一向由国家电网专营，民间资本也难以进入。 通过以上分析，城市人口密集区的充电站建设最大的问题是建站场地和专用电力网络系统费用高昂，而且回报期长且投资风险巨大，无论是国家、国企或个人都难以承受（尤其是电动汽车市场还未形成的时候）。 六、集中更换蓄电池的充电更换站方案更不可行 首先，依旧存在场地的问题。如每天更换数百组蓄电池（仅为加油站几分之一），则存放蓄电池的空间将达数百平方米，加上多台电动车的作业空间，充电设备间，办公空间，公用服务空间、出入空间等，至少每个更换站也得2000平方米以上。 实际上要预存数倍以上的各型蓄电池，因为不知道今天哪种蓄电池用得多，用户到站里换电池来了，而站里又没有了是不能被用户接受的，这样电池更换站的经营面积将会更大。 其次、是电池所有权与管理问题。蓄电池的品牌、性能、新旧等各车型都不一样，如蓄电池所有权归用户，即由用户个人先行购买蓄电池，再统一交换使用是不能被接受的，只能组建蓄电池管理公司统一购置蓄电池供电动汽车用户使用，这样，风险全部由管理公司承担了，换出去的新电池可能被损坏了（如长期搁置过放电，人为恶意更换电池等）就会给管理公司造成巨大损失（每组蓄电池价值数万元）， 第三、容易形成蓄电池的垄断经营。由于只有通过蓄电池管理公司才能进入电动车市场，蓄电池管理公司将对蓄电池厂家形成独家采购权，由于电池的后继服务等连续事项，老电池厂不易退出，新电池厂也不易进来，不利于电池厂家公平竞争，也不利于电池产业技术的提高。 第四、电池安装标准化问题。在全球经济一体化的今天，即使不能在电动汽车的电池安装问题上全球一致，至少也得全国统一。现在全国上百个厂家，数百个车型的开发工作如火如荼，而电池安装标准尚未统一，其实也难以统一。每个车型的电池种类、充电电压、容量、体积、形状、车内的预留位置等都不可能相同，也必定不能相同。面对诸多不同的电动车，电池管理公司是无法为其准备并更换电池的。（只有按要求特制的车辆可以实现，如奥运公交电动车专线等） 第五、蓄电池的更换时机问题，电动车用户不能等蓄电池的电量用光了再换，假如某一款蓄电池标准容量下可跑200公里，今天刚换的电池跑了80公里，明天如计划跑130公里，那么就得提前换电池。甚至计划跑110公里也得换电池，用户得留有余量，否则万一抛锚在路上怎么办呢。这是天天都要遇到的，由于不能随时补充电，在许多情况下，在车载蓄电池还剩有半数电量的情况下就得提前更换电池。这无疑为蓄电池的更换造成双向巨大麻烦。 第六、更换过程的安全问题，也是本方案最难以实施的问题。电动车蓄电池少则二、三百公斤，中则五、六百公斤，重则数千公斤（公交车等大型车辆）。蓄电池从车上取出，并不是简单的抽拉方式，轿车的电池一般都装在前面，打开上盖时，蓄电池基本都是固定在专门托架上，窄小的空间不便于自动设备搬运。尤其是其间电路密布，稍不注意就会伤到电路或电池。另外重达数百公斤的蓄电池一般都是分散固定安装的，仅拆装固定螺栓不仅工作量大，而且存在巨大的安装隐患，数百次的安装，只要有一次安装不牢，就可能出现重大安全事故（蓄电池的松动或脱落可能造成电缆的开路或短路，轻则抛锚路上，重则引起火灾）。 而电池两极连线的反复拆装更是危险重重，起火的风险不仅仅是在安装过程中，行驶过程中接头松动、脱落更是会“轻则抛锚路上，重则引起火灾”。 充满电的蓄电池具有极大的能量，电池短路的危险不小于一颗炸弹，尽管动力蓄电池的性能有了很大提高，但电池短路是所有电池安全规定中绝对禁止的。非电动汽车厂专业安装人员或专业维修人员是不能随意拆装电动车蓄电池的。 由某一地的蓄电池管理公司的工作人员大量频繁的拆装蓄电池是不能通过电动车蓄电池安全使用规定的，也不会得到电动车厂的同意。 况且，如此沉重且规格不一的电动车蓄电池的拆装也绝不是仅仅三、五分钟就能完成的，可能所占场地和时间还要大于充电站方案。 总之，集中更换电动车电池不仅存在极大的安全隐患，占地大、而且面对电动汽车和蓄电池的实际情况，在经营管理上也无法实现。 七、家庭乘用电动车充电出路的新思考 电动汽车虽然是未来的发展方向，但初期的拥有量毕竟不多，充电站的建设要符合“点多面广投资小”的原则。常规的思路难以解决，需用新技术新方法来实现突破。 1、投资小则必须要依靠常规电网，只要涉及专业电网，费用就会居高不下。使用常规电网就基本不用站外电力投资。 使用常规电网，就必须找到一种既能从现有电网取电，又不能干扰常规电网的办法。 最好的办法就是采用一种储能单元，平常从电网用平滑小功率为储能单元储能，需要时再用储能单元向电动车快速充电，由于有储能单元的缓冲，为电动车快速充电时不会对现有电网造成任何干扰。 储能单元可考虑为蓄电池、超级电容、飞轮等，采取此方法的关键是尽可能降低储能单元的购置和使用成本。 2、投资小就不能置办专用场地，最好使用允许停车的路边、商铺门前地、单位、小区、购物中心、停车场、高速公路服务区等。这就要求充电站能够小型化，以便于与上述位置配套。 如果采用有储能单元的缓冲型充电站，就有可能灵活组建大小不一的充电站，以便于在上述位置建立充电站 3、最好能由社会资金进入，社会资金的进入就会大大增加项目的活力，目前电动汽车项目基本上是社会资金在唱主角。国家只需出政策，并象征性的每年拿出数十亿元的补助款，就会引起社会资金数百亿元的快速跟进，并在数年后形成每年数千亿元以上的大市场。 建电网是国家专控的，而用电是用户的权利也是电力部门的目的，因而充电站只要不涉及改造电网或干扰电网，则就