欧洲智能充电电动汽车和卡车的节省：针对2040年法国的案例研究 RAP和ICCT的一部分电动汽车的益处通过

2025年3月我们谨此感谢以下人士对其在此篇论文初稿阶段的评论和建议。本篇论文的内容责任完全由雅普·伯格，戴夫·法恩斯沃斯，路易丝·桑德兰–监管援助项目监管援助项目（RAP）国际清洁运输理事会（ICCT）2|欧洲智能充电电动汽车和卡车带来的节省致谢...............................................................................................................1通过智能充电实现电动汽车的益处：RAP与ICCT的联合项目..........................3引言.........................................................................................................................7政策背景......................................................................................................................8案例研究：智能电动汽车充电............................................................................................102040年电动汽车的普及和充电需求.........................................................................112040年预期的电动汽车车队................................................................................................12.........................................13网格特性...........................................................................................................14智能充电电价........................................................................................................15主要发现........................................................................................................................18未管理的电动汽车充电将在2040年使Essonne的峰值负荷增加33%..................18智能电动汽车充电可以将Essonne电网的峰值负荷降低多达6%.................................18逆向充电 20结论和政策建议............................................................................24附录.................... 监管辅助项目（RAP）®本文是监管援助项目（RAP）和国际清洁交通理事会（ICCT）全球项目的一部分，该项目研究在特定地理区域部署智能电动汽车（EV）充电的经济和环境效益。该项目将那些效益确定为避免的系统成本和避免的排放，并展示了基于四个区域案例研究，如何根据选定的四个最大全球EV市场电动汽车充电的好处，基于对 输车辆尾气排放进行的进一步减排措施，进一步促进了这一增长，导致过去十年全球电动汽车车随着车队的持续增长，在许多地区，电动汽车（EV）车队与电网的整合面临着挑战和机遇。如果电动车额外的需求没有得到有效管理，这将导致在电力生产和分配方面满足其需求的大幅成本增加，因为电动车很可能会在现有的高峰时段充电，加剧峰值需求。如果这一转型没有得到妥善管1 345 系统和环境，可能会减缓向更清洁的道路运输部门的转变。7,8 车能够被利用以提供最佳的系统灵活性。智能充电是减少化石能源电力消耗、通过在可再生能源充足时为电动汽车充电，将更多可变可再生能源整合到电网中的关键工具。在此过程中，智能充电可以促进碳排放的减少，并减少或完全避免对电网进行昂贵升级的需电类别是双向充电或车辆到电网（V2G）充电，这种方式在不需要运输时，使用车辆电池将电能反馈回电网，在最适合用户和系统的时侯。10尽管从用户利益的角度对电动汽车（EV）车队的了该项目的所有四个区域案例研究使用的分析框架旨在展示智能充电对轻型和中型电动车辆的经济学和环境价值。它由五个连续步骤组成，如下面的图主要车辆细分市场（关于在此欧盟区域案例研究中考虑的细分市场，见附件）的电动汽车（EV )股票进行估算，突出其电池尺寸需求以及预期随时间增长的车队长度。其次，基于EV股票，评估充电基础设施需求，量化指标如所需的充电站数量、站的功率容量和充电负载。第三步包括对充电站最优地理空间部署的估算，考虑到与当地电网功率容量、空间限制、物流限制以及驾驶员行为的约束相关因素。第四步确定在该地区可用的或可实施的智能充电技术，以及电动汽车负789 巴沙，H.（2024年4月26日）.评估电动汽车智能充电的经济和环境效监管辅助项目（RAP）®将...整合进，基于此，可以优化充电。为了量化第5步中智能电动汽车充电的节省，我们考虑基于利用分时电价、直接负荷控制和能够帮助优化电动汽车负荷以支持现有电网容量和可再生能源使这种电动汽车与电力系统之间的相互作用，如果电力和交通领域的决策者和规划者在决策中采用们在此考虑的区域案例研究结果表明，智能电动汽车充电对于电力行业规划和交通领域都带来了6|在欧洲，智能充电的电动汽车和卡车节省的费用本文研究了法国巴黎南部埃松大区的智能电动汽车充电的电网效益，该区域拥有一个发达的城市和农村电力网络，代表了其他许多欧洲地区。研究发现，通过智能充电实现电动汽车的灵活性，有可能显著降低埃松大区该区域预测的电动乘用车和重型车辆车队的优化充电所节省的费用，考虑了预期的交通方式、充电模式和从当前交通行为和电网使用情况预测出的电网特性。我们发现：.智能充电的电动汽车车队可以减少电网的。,还包括在工作场所对电动汽车车队的优化日间充电，以及充分利用在加油站停车的电动卡车灵活性窗口。即使在高速公路上进行高容量卡车充电，如果电网中存在的其他车能充电可以减少23%的输电线路加固需求，并且在Esson压器加固需求减少37%。总体而言，广泛估计表明，智能电动汽车由于法国的电网因电气化供暖而相对发达，其监管辅助项目（RAP）®推荐：推荐：为使电动汽车电网集成具有成本效益并准备快速交通电气化，我们建议欧盟和国家层面的决策者和能源监管机构：•确保智能住宅和工作场所的电动汽车充电全面介绍电力网络的成本反映型定价，例如通过时间变动的网络定价，以激励智能要求配电系统运营商（DSOs）在网络上使用方面提供透明度，以便设计并实施更符允许电动汽车作为灵活性资源参与能源市场，通过需求响应计划为消,例如通过智能电价和服务。本研究的目的是量化通过优化电动汽车和卡车的充电方式所选定的配电网的节能效果。在配电网投资不足以及更高效地利用现有容量的需求下，目前这些因素是欧洲电动车辆（EV）普及的关键瓶颈。高效化的交通运输电气化对欧盟未来竞争力及实现气候目标至关重要。本研究表明，通过优化电动汽车的充电方式，电网能够以更经济高效的方式进行利用，从而节省电网投资成本，并加速运输电气化的推广。为了量化智能电动汽车充电的节能效果并展示如何实现这些节能效益，),一家专注于本文结构如下。首先，我们概述了欧洲智能电动汽车充电的政策背景，为我们的案例研究提供了的电动汽车充电预测，以及所选法国艾松地区智能充电对电网益处的建模。为了进行这项分析， 分析说明了不同的（智能）电动汽车充电用例如何有助于减轻当地电力系统的峰值。除了夜间居民电动汽车充电带来的正面电网影响外，例如，我们还阐述了午间工作场所充电和夜间卡车充电政策背景电网络。该法规为轻型和中重型电动汽车充电基础设施设定了装机容量和覆盖目标。所有新的充电基础设施均具备智能充电功能，这意味本身的基本智能能力之外，还需要一个使能的能量市场框架，以确保电动汽车作为灵活性资产 能源高效的交通运输电气化，以及其他领域的 监管辅助项目（RAP）®近的局部重审，通过采纳一些重要的基础，朝着这一目标迈进。21 .通过允许咨询电网发展计划、要求电网运营商披露电网信息，以及为聚合商和充（CPOs）提供更大的市场接入，提高了透明度。22 .运营商被鼓励引入时间变化的网络费用。23.对国家能源监管机构提出要求，引入适用于配电网运营商（DSOs）和输电系统运营商（TSOs)的灵活电网协议的标准。24成员国增加在建筑和交通领域使用的可再生能源份额（例如）。为了提高建筑中的能源效率和可了实现针对交通部门设定的指令可再生能源份额目标，成员国还必须建立一个机制，允许燃料供应商在提供用于交通的可再生能源时交换信用额度。这包括向公共和某些国家的私人充电点供应 另一个有助于智能电动汽车充电的重要监管建设模块是最近修订的欧洲建筑规范。《需要在新建和翻修的非住宅建筑停车区安装充电设备和预布线，并鼓励成员国支持的充电设备。这两项要求为加速智能住宅和工作场所充电提供了重要机遇。在EPBD（欧洲建筑能效指令）中存在一个重要的差距：,如德国，智能电表的推广进度缓慢。RED.III，第15a条）（），10|欧洲智能充电电动汽车和卡车节省的能源非住宅建筑的定义不包括货运车辆仓库，这将进一步促进电动配送车辆和长途卡车进行智能充电 ,这对于电动汽车的必要用途案例至关重要。28这个差距可以通过成我们选择了法国巴黎南部代表性地区埃松省（如图2所示）进行研究，以探讨通过通过选择一个代表性的电力消费区域，我们的案例研究涵盖了欧盟大部分电动汽车充电的使监管辅助项目（RAP）®组成。埃松省提供城市、半城市和乡村区域混合，以及主要高速公路，每个区域都包含一个或多个主导的电动汽车充电用例。例如，城市地区的公共和私人轻型电动汽车（eLDV）充电，半城市地区的重型车辆（HDV）仓库充电，高速公路上的快速轻型电该研究的案例研究发现，与欧盟其他国家相比，法国电网相对较为完善，这得益于电气化的供例研究的结果可视为相对保守的。这意味着我们的发现将在其他平均水平的欧洲电网中具有更电动汽车普及率和充电需求在2040年我们使用ICCT内部开发的模型量化了电动汽车（EV）车队的能源和充电需求，这些内容将在本节中重点介绍。充电需求与不同道路运输领域的电动汽车渗透率直接相关。这些领域包括轻型车辆（LDVs）和重型车辆（HDVs）。鉴于轻型车辆（LDVs）和重型车辆（HD子领域的不同运营和充电模式，我们进一步将LDVs细分为乘用车和轻型商用车（LCVs），并将HDVs细分为公交车、长途客车、卡车、区域拖拉机以及特种车辆，这与法国的1.9%和所有eHDVs的1.8%。电动汽车渗透率和车队车辆库存和注册数据估计得出的。29将其与ICCT路线图模型中的电气化。2减少轻型载货车（LDVs）的目标和修订后的重型商用车（HDV）排放目标2标准，规定到,这包括在量化乘用车和轻型货车充电时考虑多个因素。度因子和电动汽车车队份额数据进行了调整。 12|欧洲智能充电电动汽车和卡车节省的能源基础设施需求。这些包括家庭、工作地点和仓库的充电接入、通勤行为以及住房类型。模型随后根据公开可用的模型文档中强调的因素，将这些能源需求分配到家庭、工作场所、公共交流电(AC）、公共直流电（DC）快充和LCV仓库充电器。此外，还包括高速公路充电，假设有5%的e 对于重型商用车，ICCT的重型商用车充电模型34使用每日车辆行驶公里数（VKT）分布和充电模式，将能源消耗分配到仓库或公共场所的夜间 2040年预计的电动汽车车队在本次分析中，我们确定了八种不同的电动汽车车队（命名为EV1-EV8，详见下文），以反映电动轿车和卡车的主要使用类型和充电模式。其中四种车队被认为是可管理的，即能够优化其充电。这些车队代表了电动汽车停放和连接时间较长的使用案例，提供了可以活性：在家、在工作场所充电的电动轿车，以及在公共区域以正常速度充电的轿车，以及充电站在仓库充电的电动卡车。每个车队由充电类型、能源量、平均充电功率水平以及特定的到达和离 监管辅助项目（RAP）®智能充电场景我们定义了三种情景：S1（低灵活性）和S2（高灵活性）涵盖了从智能充电中可捕获的灵活性值®高灵活性场景S2假设90%的能源来自优化充电网最优时进行充电。第三种场景S3（车到电网，V2G）基于高灵活性场景S2，以探索V2G的额外益处：它假设总体能源消耗的10%是通过双向充电能力的电动汽车完成的。大多数欧洲电力系统面临因日落时间早、气温低和周中需求高于周末而导致冬季高峰需电网通常是建设来满足这一高峰需求的，因此对这一高峰需求的急剧或甚至适度的增加会导致显著不同的网络扩展需求和相关的电网成本。在欧洲冬季高峰系统中，1月或2月的晚间动了年度电网扩展成本。太阳能供应对减少冬季高峰消费的影响有限：它只能在一定程度上通过储存帮助减少中午或晚上的需求，但不能同时在这两个时间点，也不能显著减少。在本研究中，与欧洲其他国家的电力网络相比，法国的网络已经针对供暖需求进行了建设，整体上比平均欧盟 ,但十年前超过了100吉瓦。36这意味着在大多数情况下，法国系统在输电和配电水平上有可用的电网容量，因为法国的电气化供暖需求比例在其他欧盟电力网络中要高得多。37路或变电站的峰值负荷增加，也不会立即导致电网扩展的需求，这在其他为较低供暖需求准备且更为拥堵的欧洲国家电网中可能会发生。因此，本案例研究中的建议可能更适用于其他欧盟国家。 下一节讨论了本研究中推动智能充电实现电网节能量所依据的基本激励：变动电价的可获得性，监管辅助项目（RAP）®智能充电电价为了量化智能电动汽车充电可能带来的电网节省潜力，我们的模型假设这些节省是由电户为了通过将充电时间转移到更便宜的时段来节省金钱而创造的。在建模目的上，我们假设一定比例（例如在S2期间为90%）的能源是基于时间变化的电价充电到电动汽车中，这表明充电更便宜的时段。这意味着需求对这些价格信号非常敏感。这些电价的设定方式（自愿、强制等）以及16|欧洲智能充电的电动汽车和卡车节省的能源），时网络费用设计模式进行模拟的，例如在丹麦，低使用时段（即夜间）的标准网络费率是高峰时段费率（即傍晚早期）的三分之一。经验表明，这些分时网络费用是激 .对于这两个组件，我们保守地保持了最高和最低关税之间的价格差异相当适度，使得具有其他欧盟国家的代表性。在一些市场，今天已经存在更宽的价格区间，这可能导致更高的能源和网络价格组成部分的结合形成了一个价格信号，该信号激励消费者将充电时间转移到更便宜的时段。41为了简单起见，我们假设所有电动汽车用户都使用这一电价，并且他们完全双向（V2G）充电，即在高需求时段将电动汽车（EV）中存储的能量返回电网，可以额外节省电网资源。为了反映双向充电的潜在额外效益，对S3（V2G）的分析寻求对观察到的S2消耗的进一步优化。因此，本节讨论的双向充电影响是根据S2高灵活性情景进行评估的。我们假设电动汽车在最有利的时间向电网放电，从而通过双向充电将S2中观察到的剩余消为了确定这些时间，我们假设了与S2相同的价格差异，但将高峰时段价格移动到电动汽车能够解决当地电网限制并作为电网资源的时段，而不是像S1和S2所假设的那样解决国家电网状况。请注意，该研究将关税视为模型中的输入变量，以展示2040年智能充电电动汽车车队的潜在节能。它并不旨在研究假设关税的设计或成本效益，也不涉及假设监管辅助项目（RAP）® ,10%的电动汽车可以给系统充电。这比法国其他国家关于V2G采纳率的但18|欧洲智能充电电动汽车和卡车节省的能源未管理的电动汽车充电将在2040年将埃松省的峰值负智能电动汽车充电可以降低Essonne电网的峰值负荷,最多减少6%。基于基于价格激励的电动汽车车队优化充电可以减少峰值负荷，从而降低系统成本。在S2（高灵），比，峰值负荷增加33%。高灵活性与低灵活性情景在峰值负荷减少方面存在6 监管辅助项目（RAP）®双向充电可以进一步降低峰值负载，最高可达9%。双向电动汽车充电可以进一步降低系统峰值并因此降低系统成本。S3模型表明，如果有所有可控制的电动汽车中只有10%进行双向充电，那么预计峰值负载景的节省进一步增加。因此，与现在相比，到2040年的峰值负荷增加将低于S1和智能电动汽车充电每年可节省Essonne地区高达25%的更高效的智能电动汽车充电有助于避免电网投资需求。在我们的Essonne分析中，如图4所示，我们量化了避免对研究区域中压输电线路和变电站进行加强改造所节省的费用。我 20|欧洲智能充电电动汽车和卡车的节省金额特征，由于其直接电气化供暖的份额较高。正因为这一电加热需求，法国电力系统的需求和峰值与温度的相关性比其他欧盟电力系统更紧密。因此，平均电网利用率较低，如果利用率增加（通过智能电动汽车充电），电网扩展的需求将比其他与温度关系较小的电力系统更少。在其他欧洲所有电动汽车客户群体都可以通过他们的灵活性为系我们的分析显示，在所有研究区域内，智能充电带来了灵活性优势，因为可以将从不同车队的充监管辅助项目（RAP）®在特定位置，由能量和灵活性潜力决定的最具主导地位的舰队。在下一节中，我们将讨论关于研种充电形式占主导时的情况。结果显示，智能白天工作场所或仓库充电的电动汽车有助于减少系图5（以下）所示的研究结果表明，智能住宅充电在降低灵活性场景中，电动汽车充电主要来自私人使用的乘用车EVs，导致系统在晚上6点后出现峰值。通过将这个车队（EV1）的充电时间从晚上10点至次日凌晨6点进行转移，即电网的低使用时段 ,可以完全降低这个峰值。这些结果证实，'经典'智能住宅充电在未来几年内将仍然是降低消费者和电网电气化成本的关键。从可利用的能量和灵活性量来看，卡车电站充电是选定区域内第二重 22|在欧洲通过智能充电实现节省的电动汽车和卡车费用午9点到中午12点之间出现的负荷峰值。在高灵活性场景下，这主要通过对在工作场所（EV2）对电动汽车的充电时间进行调整，利用这些电动汽车在办公楼停车时的时段来实现。在分析的商业区域内，通过减少居住区智能充电的比例，将私人使用的电动汽车（EV1）的充电时间从上午9点到中午12点的时间窗口移至夜间，如上所述，进一步支持了峰值负荷的减少。优化卡车停车场充电，类似于上述描述的乘用电动汽车家庭智能充电，是确保最大程度上的卡车充电在夜间进行，并且卡车充电不会给系统造成不必要的成本的关键条件。图7展示了高速公路站区。在低灵活场景下，系统峰值出现在晚上6点左右，通过将卡车（EV6）的停车场充电监管辅助项目（RAP）®电网容量降低；因此，在上午至中午期间，对已经紧峰（上午9点至中午12点主要由卡车高速公功于同一区域乘客电动汽车的智能工作场所充电。这个案例表明，在卡车充电对电网造成最大压负荷曲线在低灵活性和高灵活性情景下的高峰总体而言，这三个例子表明，为了实现智能电动汽车充电的充分潜力，所有电动汽车用户群体都需要激励措施，以贡献他们的灵活性给系统：需要灵活性的消费者需要得到激励，以便在他们的灵活性时间窗口内将充电时间调整到电网最优时段，以便其他人能够在不增加峰值负荷的与时常提出的质疑相反，上图5、6和7中的负负荷。为了保证这种情况持续，车辆之间的充电过程需要有效协调，或者（如在优化过程中所做的那样）需要调整实际充电功率以避免产生新的高峰（例如，通过在低谷时段的开始时以最大功24|欧洲智能充电电动汽车和卡车节省的能源本研究的目的是说明在存在支持性因素的情况下，优化充电所能带来的潜在效益，例如，存的一些局限性的讨论：.该研究具有探索性，并未试图确定此类关税的理想设计方案，也。然而，发现相对简单的分时电价网络费率设计已经能够.我们的分析展示了在一个特定电网中产生的有利效果。在它具有代表.使用电动汽车灵活性带来的节省可以用于多种方式，这些方式超出了本项包括对电网成本的投入、改善分时网络费用设计以降低电费的投资，以及对智能和双向充电进一步，我们表明电动汽车的双向充电具有额外的益处，并且可以进一步将整体系统的峰值减少多达9%，这表明通过放电优化可以进一步实现价值，前提是放电结果表明，智能电动汽车充电是一个集体任务，并且可以收集来自所有类型电动汽车的灵活性 ,以贡献于系统峰值降低。针对每类电动汽车车队的分析显示了，依赖于住宅充电、工作场所充电和补给站卡车充电的电动汽车用户可以显著减少在相应类型充电占主导地位的地区峰值负监管辅助项目（RAP）®一个基本的工具，用以激励所有电动汽车用户群体智慧充电的是按体积计价的时段使用（ToU）价的角度来看，当系统受到压力时，无法节省任何费用，因此在这种情况下，T网络费用会很高。虽然这些改革在欧盟成员国中尚未普及，但一些国家的网络定价改革正在进行尽管这项研究没有探讨最优关税设计（这可能是额外分