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1、中国电动汽车充电设施运行模式及其对电网的影响研究,重庆大学课题组福特研究所 南京,2,中国电动汽车充电设施运行模式及其对电网的影响研究,充电设施运行模式的确立、电能和功率的需求以及对电网的影响，是电动汽车（Electric Vehicles，简称：EV）顺利走向市场十分重要的因素，项目从以下几个关键点进行研究：分析各种充电模式的特点，提出电动汽车充电模式构想。基于充电模式和电动汽车保有量分析，估算充电设施的需求规模，探讨电动汽车充电情景选择及存在问题。以重庆市为例比较两种充电情景和电动汽车充电的合理电压等级，讨论重庆市充电站的布局。研究电动汽车充电基础设施的发展对电网的影响，包括电力谐波污染、
2、电磁污染等，提出相应的治理和补偿的技术路线，并就社会健康问题讨论重庆市电动汽车引致的间接温室气体排放。,3,一、充电模式设想,二、电动汽车充电情景的探讨与选择,三、充电站对电网及社会健康的影响,四、总结及建议,中国电动汽车充电设施运行模式及其对电网的影响研究,研究内容,中国电动汽车充电设施运行模式及其对电网的影响研究,4,一、充电模式设想,中国电动汽车充电设施运行模式及其对电网的影响研究,5,中国的机动车辆集中在城镇，人口主要也将集中在城镇。随着经济的发展，住宅小区已成为中国城镇的主要元素，并且还不断快速增长。每个小区都有车库，容纳着人们购车、用车的基本需求。基本发展趋势是：住宅小区将成为城镇
3、居民的主要居住地和乘用车的停放地，充分利用住宅小区的车库以提供便利的充电条件，降低电动汽车充电基础设施的建设成本，是电动汽车产业化的重要条件，也应当是电动汽车充电方式构建的关键所在。基于这一出发点，提出电动汽车未来主要充电方式构想。,一、充电模式设想,6,1.充电模式的定义与分类,2.各主要充电模式的优缺点分析,3.充电模式设想,一、充电模式设想,7,本研究按充电功率大小划分快充、慢充，将充电模式1、充电模式2视为慢速充电模式，将充电模式3视为快速充电模式。,1.充电模式的定义与分类,表1.1 不同充电模式分类,一、充电模式设想,8,2.各主要充电模式的优缺点分析,表1.2 主要充电模式的优缺
4、点,一、充电模式设想,9,3.充电模式设想,表1.3 主要充电模式设想,一、充电模式设想,10,二、电动汽车充电情景的探讨与选择,中国电动汽车充电设施运行模式及其对电网的影响研究,11,为满足电动汽车产业化的充电需求，考虑中国居民居住环境的特点，将电动汽车充电情景分为仅有充电站快速充电情景（情景一）和小区车库慢速充电与充电站快速充电结合的情景（情景二），通过对两种情景的探讨，确定所需的充电情景。其中，以重庆市为例就功率需求和建设成本比较，确定合理的充电情景；以谐波含量和充电效率为指标，对比分析不同充电方式合适的电压等级；并基于电动汽车保有量，估算重庆市充电站的布局。,二、电动汽车充电情景的探讨
5、与选择,12,2.两种电压等级充电模式方案对比分析,1.充电情景方案对比分析,3.重庆市快速充电站布局构想,二、电动汽车充电情景的探讨与选择,13,图2.1 研究路线图,充电情景一的充电站规模估计,电动汽车保有量,EV日电能需求量,充电情景二的充电站规模估计,各种充电模式下日最大电能供给量,2种充电情景的日最大电能供给量,方案对比分析,1.充电情景方案对比分析,二、电动汽车充电情景的探讨与选择,14,乘用车和出租车的百公里耗电量为：2012-2015年16kWh/100km，2020年12kWh/100km，2030年10kWh/100km；乘用车日行驶里程50km，出租车日行驶里程300km
6、；公交车的电池容量为154kWh，单耗 0.7kWh/km，最大行驶里程220km，日行驶里程为200km。出租车：80%在白天充电，20%晚上充电；乘用车：在充电情景一中全部选择白天快速充电；在充电情景二中，选择白天快速充电的比例：（情况1）2012-2015年10%，2020年30%，2030年30%；（情况2）2012-2015年10%，2020年30%，2030年50%；公交车：50%在夜间车位充电桩充电，50%采用更换电池模式。,基本假设,二、电动汽车充电情景的探讨与选择,15,情景一、二中的充电站含9台快速充电机。考虑电动汽车使用者可能的充电行为，将24小时分为3个时段：8:00A
7、M-3:00PM 考虑快速充电和公交车电池充电的功率需求；3:00PM-9:00PM 考虑快速充电、公交车电池充电和20%需慢速充电 乘用车充电的共同功率需求；9:00PM-8:00AM 考虑快速充电、公交车电池充电、需慢速充电乘用 车充电和公交车车位充电的共同功率需求。,基本假设,二、电动汽车充电情景的探讨与选择,16,（1）电动汽车电能需求总量计算,计算公式,式中：,q:日均充电电动汽车数量。,Q:电动汽车保有量；,r:电动汽车日行驶里程；,R:电动汽车最大行驶里程。,式中：,e:电动汽车电池容量；,E:电动汽车日电能需求;,(2-1),（2）单台充电机日最大电能供给量计算,(2-2),式
8、中：,Sj:日最大电能供给量;,ni:日最大充电车辆数。,式中：,tj:不同充电方式下电动汽车的充电时间。,式中：,Pj:不同充电方式的充电功率；j=1,2,3分别代表三种不同的充电方式；i为乘用车或公交车。,二、电动汽车充电情景的探讨与选择,17,说明：充电情景一中E值为乘用车与出租车昼电能需求之和；充电情景二中E值为出租车的电能需求与乘用车的昼电能需求之和。,（3）充电站数量计算,(2-3),式中：,N：充电站数量;,E：电动汽车昼电能需求量;,q：昼充电电动汽车数量;,S：单座充电站昼充电能力;,二、电动汽车充电情景的探讨与选择,18,（4）充电站成本计算,（5）小区车库改造成本计算,(
9、2-4),(2-5),式中：,Kc：充电站投入总成本；,kf：单台充电机价格；,kl：充电站占地成本。,式中：,Kg：小区车库改造总成本；,ks：单台充电桩价格；,ns：充电桩数量；,km：除充电机外其他项投入成本;,n：小区改造材料种类。,kc：充电站基本建设(未含充电机)投入成本，计算数值参见附录;,nf：充电机数量；,二、电动汽车充电情景的探讨与选择,19,（6）充电情景一成本计算,（7）充电情景二成本计算,(2-6),(2-7),式中：,K1：充电情景一投入成本；,N1：充电情景一充电站数量。,式中：,K2：充电情景二投入成本；,N2：充电情景二充电站数量；,Ng：充电情景二中需改造的
10、小区数 量。,二、电动汽车充电情景的探讨与选择,20,表2.2 电动汽车日电能需求量(MWh),注：由表2.1和公式(2-1)得到表2.2。,表2.1 重庆市电动汽车保有量,算例分析,注：数据来自“低碳约束下基于电动汽车产业化的中国发电路径优化”项目中重庆市电动汽车保有量计算。,以重庆市电动车为例进行充电情景方案比较,二、电动汽车充电情景的探讨与选择,21,表2.3 电动汽车昼、夜电能需求量（MWh）,注：由表2.2和前述假设条件B得到表2.3。,二、电动汽车充电情景的探讨与选择,22,表2.4 两种充电情景下充电站规模对比,二、电动汽车充电情景的探讨与选择,23,表2.5 两种充电情景下的昼
11、最大功率估算,注：由表2.4中充电站规模和快速充电机功率得到表2.5。,二、电动汽车充电情景的探讨与选择,24,表2.6 某典型小区基本情况,表2.7 某典型小区车库汽车充电改建主要设备材料及单价表,以某典型小区为例计算车库汽车充电改造成本,二、电动汽车充电情景的探讨与选择,25,表2.8 某典型小区车库汽车充电改建成本清单,注：由公式（2-5）得到表2.8。,二、电动汽车充电情景的探讨与选择,26,表2.9 两种充电情景下的成本增长对比预测,注：1.由公式（2-6）和（2-7）得到表2.9；2.每年所对应的费用为新增加的投入费用；3.2030年按乘用车选择到快速充电的不同比例（30%和50%
12、）分别计算其成本增额。,二、电动汽车充电情景的探讨与选择,27,表2.10 不同充电情景下功率需求（2030年情景1-情况2）,二、电动汽车充电情景的探讨与选择,28,随着乘用车保有量的增长，充电情景一的最大功率需求明显高于充电情景二；2.在一定保有量情况下，运用充电情景一的总成本明显高于充 电情景二；3.充电情景二利用车位慢速充电，大部分乘用车和半数公交车选择夜间充电，对于电网起到了“移峰填谷”的作用，均衡用电，提高了电网用电效率，也促进了电网对电动汽车产业发展的支持；4.充电情景二为车主充电提供了极大的方便；5.由以上4点理由应选择充电情景二为本项目的充电情景；6.不考虑出租车运行特性的理
13、想情况下城市充电站建设密度为：3座/1000辆出租车。,小结,二、电动汽车充电情景的探讨与选择,29,2.两种电压等级充电模式方案对比分析,中国各个城市能用于电动汽车充电的电压等级为交流单相 220V和交流三相 380V，用两种电压等级充电时分别采用 220V单相桥式整流装置和 380V三相桥式整流整流，它们的充电效率和对电网的影响也必然不同。本项目就是要通过所产生谐波的影响、充电效率的研究，确定它们的优劣，提出适合各充电方式的最优电压等级。,二、电动汽车充电情景的探讨与选择,30,220V和380V整流电路,图2.2 220V单相桥式整流电路,图2.3 380V三相桥式整流电路,二、电动汽车
14、充电情景的探讨与选择,31,图2.4 220V和380V充电各次谐波电流含有率对比图,整流所引起的各次谐波,注：各次谐波电流含有率具体计算见公式3-1。,二、电动汽车充电情景的探讨与选择,32,表2.11 单台慢速充电桩两种电压等级充电的技术比较,注：电流总谐波畸变率具体计算见公式3-2。,二、电动汽车充电情景的探讨与选择,33,以220V充电（即单相桥式整流）时，除5、7、11次外，其他高次谐波电流含有率略高于国家标准，电流总谐波畸变率在10%；而以380V充电（即三相桥式整流）时，各次谐波电流含有率均大大超过国家标准，特别是5次谐波电流含有率接近23%，电流总谐波畸变率达到28.77%。可
15、见采用380V充电必须考虑对电网的谐波污染问题；220V充电效率比380V低约3.34%，可见若以220V大功率充电，能耗问题必须考虑；鉴于以上分析，建议：分散分布的低功率充电可采用220V电压，如小区车库中的慢速充电桩充电；集中大功率充电可采用380V电压，如充电站中快速充电机，也便于集中进行谐波的治理。,小结,二、电动汽车充电情景的探讨与选择,34,表2.12 重庆市主城区加油站分布概况,注：1.数据来自百度地图；2.数量比例为各区加油站数量与总加油站数量之比。,3.重庆市快速充电站布局构想,二、电动汽车充电情景的探讨与选择,35,重庆市各区域充电站数量计算,出现小数时，取与该数值最接近的
16、较大的整数,式中：,Nc：某一区域充电站数量；,N：重庆市对充电站的理论需求；,：某一区域加油站占全市加油站的百分比。,二、电动汽车充电情景的探讨与选择,36,表2.13 不同时段重庆市主城区充电站的分布构想,注：理论总需求量见表2.5。,二、电动汽车充电情景的探讨与选择,37,三、充电站对电网及社会健康的影响,中国电动汽车充电设施运行模式及其对电网的影响研究,38,充电机站（站群）同时工作时必然对电网的稳定性和周围环境产生影响，而其中对电网的谐波污染、功率因数影响及对周围环境的电磁污染显得尤为重要。基于此，本研究重点针对上述问题进行研究，并提出相应的治理和补偿的技术路线；最后以重庆市为例计量
17、电动汽车对电网日负荷的影响和相应的间接温室气体排放。,三、充电站对电网及社会健康的影响,39,3.充电站网损的影响,1.充电站对电网的谐波影响,4.重庆市电动汽车间接排放估算,2.充电站对电磁环境的影响,三、充电站对电网及社会健康的影响,40,大功率充电机是高度非线性用电设备，工作时必然产生谐波，影响电网安全运行，它所产生的附加谐波损耗，降低了输电及用电设备的效率，影响电气设备和干扰邻近通信系统的正常工作，甚至可能导致保护和自动装置误动作，影响电网运行稳定性。研究充电站对电网造成的谐波影响显得尤为重要。本研究分别建立6脉波、12脉波不可控充电机的模型，基于GB/Z17625.6-2003规定的
18、电气设备接入电网的条件（标准），运用快速傅立叶变换，对比分析两种情况下对电网的谐波影响，并提出今后整流技术运用的思路。,1.充电站对电网的谐波影响,三、充电站对电网及社会健康的影响,41,第h次谐波电流含有率HRIh：,谐波电流含量IH：,电流总谐波畸变率THDi：,功率因数：,(3-1),(3-2),(3-3),(3-4),三、充电站对电网及社会健康的影响,42,PWM整流充电机（PWM整流+DC/DC变换器）：注入电网的谐波电流总畸变率小，谐波电流小，但充电机成本高，实现难度大，技术还不成熟。,不可控非隔离充电机（不控整流+斩波器）：注入电网的电流总畸变率大，谐波电流大；,不可控隔离型充电
19、机（不控整流+DC/DC变换器）：注入电网的谐波电流总畸变率较大，谐波电流较大；,目前主要采用的是不可控隔离型充电机。,三、充电站对电网及社会健康的影响,43,图3.1 不可控隔离型充电机的等效模型,式中，：充电机效率；Po：输出功率。,充电机等效模型,模型源自文献：黄梅，黄少芳，姜久春.电动汽车充电机（站）接入电力系统的谐波分析J.北京交通大学学报.2008,32(5):85-88.,(3-5),三、充电站对电网及社会健康的影响,44,整流电路理论分析,图3.2 六脉波整流电路示意图,图3.3 十二脉波整流电路示意图,注入电网的电流中含6k1（k为正整数）次谐波，即5、7、11、13等各次谐
20、波。,两个整流桥产生的5、7、17、19、.次谐波相互抵消，注入电网的电流中含12k1（k为正整数）次谐波，即11、13、23、25等各次谐波。,三、充电站对电网及社会健康的影响,45,（1）单台充电机整流谐波分析,基波电流,5次谐波电流,采用快速傅立叶变换可将非正弦周期函数分解成由基波和各次谐波组成的形式。,7次谐波电流,图3.4 快速傅立叶变换结果,11次谐波电流,13次谐波电流,三、充电站对电网及社会健康的影响,46,图3.5 六脉波整流时各次谐波电流含有率,图3.6 十二脉波整流时各次谐波电流含有率,6脉波整流时，各次谐波电流含有率都大大超过国家标准。,12脉波整流，12k1次(如11
21、次、13次等)谐波电流含有率较大，5次、7次谐波电流含有率被明显的抑制，低于国家标准。,三、充电站对电网及社会健康的影响,47,图3.8 十二脉波整流时各次谐波电流含有率随充电机台数的变化关系,图3.7 六脉波整流时各次谐波电流含有率随充电机台数的变化关系,随着充电机台数的增加，两种整流方式下各次谐波电流含有率均呈减小趋势。,（2）充电站内多台充电机整流谐波仿真分析,12脉波整流时各次谐波电流含有率明显低于6脉波整流时各次谐波电流含有率。,5次谐波含有率国家标准,7次谐波含有率国家标准,11次谐波含有率国家标准,13次谐波含有率国家标准,三、充电站对电网及社会健康的影响,48,图3.9 六脉波
22、整流时电流总谐波畸变率随充电机台数的变化关系,随着充电机台数的增加，两种整流方式下电流总谐波畸变率均呈减小趋势。,图3.10 十二脉波整流时电流总谐波畸变率随充电机台数的变化关系,12脉波整流时电流总谐波畸变率比6脉波整流时电流总谐波畸变率约低17%。,三、充电站对电网及社会健康的影响,49,图3.11 六脉波整流时功率因数随充电机台数的变化关系,随着充电机台数的增加，功率因数均呈增长趋势。,图3.12 十二脉波整流时功率因数随充电机台数的变化关系,12脉波整流功率因数明显高于6脉波整流时的功率因数。,三、充电站对电网及社会健康的影响,50,结论与建议,1.12脉波整流的各次谐波电流含有率、谐
23、波电流含有量、电流总谐波畸变率及功率因数各方面明显优于6脉波整流，近期内整流技术应采用12脉波整流。,2.12脉波整流中仍存在较大的高次谐波问题。随着电动汽车的保有量的增大和整流技术的进步，今后可以考虑采用24脉波整流或者PWM整流，具体如下表。,三、充电站对电网及社会健康的影响,51,3.随着电动汽车的保有量的增大，充电导致的谐波电流越来越大，一方面是采用先进的充电整流装置，另一方面，需进行后期谐波治理。后期谐波治理可通过专门设计的滤波装置，投放在充电站高压（10kV）侧，分别在谐波含有量较大的谐波频率上进行吸收（或补偿），消除这些主要的谐波，使总谐波畸变率在国家标准范围内。当然，这需要一定
24、的资金投入，本研究建议在充电站采用混合型滤波装置，经估算每座充电站在滤波装置方面的投入约为8万元。,三、充电站对电网及社会健康的影响,52,对于充电站室内10/0.4kV配电站，电变压器容量在1 0002500 kVA，配电站内电场强度仅几十 V/m，而磁感应强度可达28.838.6T。,若充电站为10 kV预装式变电站（箱式变电站，配电变压器容量为5001000 kVA），箱体外围电场强度也仅几十 V/m，磁场实测统计结果为0.0216.42T。,即将颁布的电磁辐射暴露限值和测量方法（征求意见稿）中规定的工频（50Hz）电磁场的公众暴露限值电场强度限值（4kV/m）和磁感应强度限值（22T）
25、。,由上可知，在充电站的配电站内应着重研究磁场环境的影响。,我国现行关于工频（50Hz）电磁场的公众暴露限值为：电场强度限值4kV/m，磁感应强度限值100T（国家环境保护总局，HJ/T 241998,500kV超高压送变电工程电磁辐射环境影响评价技术规范）。,充电站配电站的电磁环境影响,2.充电站对电磁环境的影响,三、充电站对电网及社会健康的影响,53,将直流输电线简化为一对平行直流圆导线，计算模型,P点磁感应强度场计算公式,直流磁场不在人体或其他物体中产生感应电流，国家也没有相应的限值，为稳妥起见，参照工频的限值来分析。,充电基础设施产生的直流磁场,三、充电站对电网及社会健康的影响,54,
26、设导线之间的距离d=0.05m，计算结果如下表所示：,在充电站内非工作人员离直流导线的距离不小于0.5m。,表3.1 直流电流导致的磁场,若使用电缆，电缆外部空间的直流磁场很小，不会对人造成影响。,三、充电站对电网及社会健康的影响,55,P点工频磁场计算公式,充电基础设施对工频电磁环境的影响,将单根交流输电导线简化为长直圆导线，其模型,从变压器送入输出容量为180kW的快速充电机，其三相交流电流可达300多安培，以400A计。用三相电缆输入，其结构上的对称性，使产生的工频磁场很小；若以3 根导线输入，结构上对称性的破坏，在其周围就有可能产生数百微特斯拉的工频磁场，一般在充电站内不太可能出现这种
27、情况，此处讲讲这种极端情况。,三、充电站对电网及社会健康的影响,56,计算结果如下表,仅当充电站内交流侧没使用电缆时，可根据表中充电电流大小来确定非工作人员离交流导线的最小距离。,表3.2 交流电流导致的工频磁场,三、充电站对电网及社会健康的影响,57,由以上分析计算可得以下结论：,1.充电站对站外周边电磁环境的影响小，只需要考虑对站内的影响，其中电场的影响很小，可重点考虑它产生的磁场的影响。,3.在用导线为输电线的充电站内，考虑交直流磁场的影响，非工作人员离交流输电导线的距离应不小于3.5m，离直流输电导的距离应不小于0.5m。,2.通常用电缆为变压器、充电机和电池组的输电线，电缆外部的磁场
28、很小不必考虑所产生的交流和直流磁场的影响。,4.对于在小区内以充电桩给电动汽车充电的情况，充电电流小，交流磁场很小，可以不考虑电磁场的影响。,三、充电站对电网及社会健康的影响,58,3.充电站网损的影响,线路损耗4.2%,充电装置效率0.934,图3.13 电动汽车充电损耗流程图,表3.3 充电站日损耗电能,10kV线路,10kV线路,三、充电站对电网及社会健康的影响,59,4.重庆市电动汽车的间接排放估算,根据区域电网负荷特性和电源运行特点，将电动汽车充电对电网负荷的影响，区域购电及不同发电技术排序综合考虑，计算电动汽车在重庆普及后对电网日负荷的影响和相应的间接温室气体排放。,三、充电站对电
29、网及社会健康的影响,60,图3.14 研究路线图,三、充电站对电网及社会健康的影响,61,电源：根据电能来源分为本地供电和外地供电，由于不同区域内发电技术构成不同，进而影响用电端电动汽车的间接温室气体排放。负荷特性：根据电网调度的原则和不同发电技术的特点，不同负荷特性情况下电网调度的发电机组顺序不同，也会影响到排放。充电模式：电动汽车作为一类特殊“电器”，在大规模充电时必对电网负荷产生影响。,影响间接排放的主要因素分析,三、充电站对电网及社会健康的影响,62,设T时段为拟研究时段，T时段共有n个分时段组成=t1,t2,tn；设为该区域提供电能的共有m种发电技术，根据不同发电技术的发电成本和对环
30、境的影响程度由小到大排列为R=R1,R2,Rm，其中R代表可用发电容量；不同发电技术对应不同的温室气体排放系数（gCO2/kWh），e1,e2,em;,电动汽车间接排放计量模型,三、充电站对电网及社会健康的影响,63,不同分时段内的负荷情况为：L=L1,L2,Ln;假设电网根据不同发电技术排放系数的大小进行电力调度，则当R1Li时，在ti时段由R1供电，此时电动汽车充电的间接温室气体排放系数为e1；当R1Li，R 2Li-R1时，此时电动汽车充电时的间接温室气体排放系数为 e1R1/Li+e2(Li-R1)/Li其他情况以此类推。,三、充电站对电网及社会健康的影响,64,重庆市电力系统概况：重
31、庆市电能来源主要分为重庆市网内来电和外网来电两类。重庆市电网每年约有1/3的电力需要从外区送入，主要来自四川（含二滩水电）、贵州、三峡。2007年重庆市共发、购电量约为368.2亿千瓦时，全市装机容量共839万千瓦（不含企业自备电源），其中水火电比例为26:74，主要火力发电技术为亚临界发电技术。,假设：1.重庆市电源端的可用容量，由总装机容量和不同发电技术 的容量系数决定；2.当本地电源无法满足某一时刻负荷需求时，需外购电能；3.外购电占总外购电能的比例不变，详见表3.3。,重庆市电力系统与排放,三、充电站对电网及社会健康的影响,65,图3.15 不同情景负荷影响对比图,三、充电站对电网及社
32、会健康的影响,66,图3.16 2030年不同典型日负荷影响对比图,由图3.16可知：1.2030年情景1下在某些时段电动汽车引致的负荷增量会超过重庆最大负荷供给量，最大超过量达610MW；2.电动汽车引入后对普通日负荷的影响比由于气温升高造成的用电负荷增长小；3.情景2在重庆最大负荷供给能力内，2030年可再允许17.8万量乘用车白天进行快速充电。,三、充电站对电网及社会健康的影响,67,图3.17 重庆市不同时段电动汽车温室气体排放,通过图3.17知重庆市未来电动汽车间接排放远低于低于全国水平258.3gCO2/km（申威，2006），可见，在重庆地区推行电动汽车将会起到减排作用。,三、充
33、电站对电网及社会健康的影响,68,四、总结及建议,中国电动汽车充电设施运行模式及其对电网的影响研究,69,应采用充电模式二，即小区车库车位慢速充电与充电站快速充电结合的充电模式；建议采用分时电价的手段使乘用车用户尽量选择夜间车库充电，且车位可规定统一通电时间使夜间充电集中在负荷低谷段，起到“填谷”的作用；小区车库中充电桩宜采用单相桥式整流的220V充电方式，充电站中快速充电机宜采用三相桥式整流380V充电方式；不考虑出租车运行特性的理想情况下城市充电站建设密度为：3座/1000辆出租车；,四、总结及建议,70,电动汽车走向市场的近期内充电整流技术应采用12脉波整流。随着电动汽车的保有量的增大，
34、谐波电流的影响越来越大，结合整流技术的进步，应采用24脉波整流或者PWM整流；关于充电引起的谐波电流，应采用先进的充电整流装置与后期谐波治理相结合的抑制措施，谐波治理装置建议采用混合型。通过技术进步和加大资金投入，使总谐波畸变率在国家标准允许的范围内；充电站对站外周边环境影响小，在站内主要注意工频磁场的影响；在重庆市低于全国内燃汽车排放的平均水平（258.3gCO2/km），低碳减排的优势对推行电动汽车十分有利。,四、总结及建议,71,一个充电站的占地为1000平方米，平均投资1200万元/座（数据来源：深圳调研数据），充电桩2000元/个（数据来源：比亚迪公布），单台快速充电机5万元/台，地
35、购置成本为1.2万/平方米（根据重庆市国土资源局公布数据估计），谐波治理设备成本为180万元，故重庆每座充电站总投入成本约为3025万元；设备的投入成本中包括各个设备的安装成本，安装成本参考20kV及以下配电网工程预算定额，同时考虑土地购置成本1.2万/平方米；设定平均每台慢速充电桩的安装需要6平方铜芯线5米。,附录,72,二、电动汽车发电量边际增量及间接温室气体排放量估算,低碳约束下基于电动汽车产业化的中国发电路径优化,73,电力由电源端发出经电网传输最终到各种充电设备为电动汽车充电。研究分别考虑电厂厂用电、电网线损、充电设备的充电效率，最终计算出充电设备售出1kWh电能，电源端需发出的实际
36、电能，并以此为基础计算电动汽车引致的电源端的间接温室气体排放。,1 电动汽车发电量边际增量2 间接温室气体排放量估算3 电动汽车发电量边际增量及间接温室气体排放量估算,二、电动汽车发电边际增量及间接温室气体排放量估算,74,（1）发电量边际增量计算,el:电网线损率；,式中：,epy:电厂厂用电率；,QMy:发电量边际增量;,ecx:充电效率。,（7）,（2）综合发电量边际增量计算,注：式（7）中y取14时，分别代表煤电、核电、水电和其他洁净电源；x取f、s、u分别代表快速充电、慢速充电、非接触充电三种充电技术。洁净电源包括太阳能、风能、生物质发电等。由于三种发电方式的比例及技术难以确定，其各
37、自全生命周期温室气体排放范围大约在1060gCO2/kWh之间。本研究选择30gCO2/kWh为平均排放系数。电能供给中发电技术的比例取不同阶段各发电技术在总装机容量中的比例，详见表2。综合发电量边际增量表示充电机每输出1kWh电能，电源端需提供的电能量。,(8),式中：,QM:综合发电量边际增量;,r1 r2 r3 r4分别代表煤、核、水、洁净能源在电能供给中的比例。,1.电动汽车发电量边际增量估算,二、电动汽车发电边际增量及间接温室气体排放量估算,75,（1）煤电链排放系数计算,(9),Ce1:煤电链排放系数;,Cep:煤炭生产环节排放系数,Cet:煤炭运输环节排放系数;,Ceg:煤炭发电
38、环节排放系数。,（2）电动汽车间接排放计算,式中：,(10）,CV:电动汽车间接排放量;,Ev:电动汽车单公里耗电量;,Ce3:水电链的排放系数。,Ce2:核电链的排放系数;,注：1.假定电动汽车的单公里平均耗电量为0.25kWh/km;2.中国煤电链排放系数由采用生命周期方法计量得；核电链排放系数取值参考Dones（2004），水电链排放系数取值参考马忠海（2002）。,Ce4:洁净能源链的排放系数。,表1 各电源链碳排放系数取值,2.间接温室气体排放量估算,二、电动汽车发电边际增量及间接温室气体排放量估算,76,表2 电源结构预估（%）,表3 煤电供电煤耗和排放系数预估,相关参数预估,二、
39、电动汽车发电边际增量及间接温室气体排放量估算,77,表4 电力系统参数估计（2015年）,假设洁净能源的厂用电率为0.44%。,表5 电动汽车单公里耗电量,二、电动汽车发电边际增量及间接温室气体排放量估算,78,不同发电技术的发电量边际增量对比图,由上图分析可得到，电动汽车充电引致的煤电端发电边际增量最大，而由于煤电在电源结构中的比例较大，导致综合发电量边际增量也较大。,3.电动汽车发电量边际增量及间接温室气体排放量估算,电动汽车发电量边际增量,二、电动汽车发电边际增量及间接温室气体排放量估算,79,不同发电技术单位GHG排放对比图,二、电动汽车发电边际增量及间接温室气体排放量估算,80,欧盟
40、：130g/km（2012年）,美国：145g/km（2012年）,注：由图结合表1、表3知随着电源结构的调整和煤电发电效率的提高，电动汽车温 室气体间接排放会逐渐下降。2012年中国电动汽车间接排放若要达到欧盟排放标准，煤电中安装至少要有43%安装碳扑捉设备。,二、电动汽车发电边际增量及间接温室气体排放量估算,81,四、虑及电动汽车产业化的中国发电路径优化,低碳约束下基于电动汽车产业化的中国发电路径优化,82,通过对中国推广电动汽车后可能间接引致电源端温室气体排放的估算，发现由于煤电在电源结构的比重较大，其排放仍然较高。如何利用减排技术如碳捕捉技术或调整中国未来的电源结构如提高核电的比例，是
41、解决中国电动汽车间接排放高的途径。本研究从两方面：不同时段煤电安装碳捕捉设备的比例和不同时段核电在总装机容量中的比例，分析使电动汽车达到中国未来温室气体排放标准的最优发电路径。,四、虑及电动汽车产业化的中国发电路径优化,83,研究路线,电动汽车间接排放,电源结构,汽车排放标准估计,是否满足,最优碳捕捉设备安装比率,调整,安装碳扑捉设备或调整电源结构,最优电源结构,注：考虑到水电资源具有有限性，且中国目前在水电投资方面力度已较大，因此电源结构调整时，本项目仅考虑煤电与核电比例的变化。,四、虑及电动汽车产业化的中国发电路径优化,84,表6 汽车排放标准估计,注：中国主要通过规定百公里耗油量来限制汽
42、车的燃油经济性和排放，表1中关于百公里耗油量的数据主要参考中国最新实施的汽车燃油经济性标准，和对其他地区如欧盟和日本的相关标准分析后进行估计。对单公里温室气体的估算，主要参考Feng(2004)年提出的转换系数而得。,1.汽车排放标准估计,四、虑及电动汽车产业化的中国发电路径优化,85,表7 发电技术优化预计,注：取国际能源组织IEA（2008）公布的碳扑捉技术安装成本的上限60美元/kW;,2.发电技术优化预计,由表7得，如果要使电动汽车满足未来中国汽车排放标准，煤电需加装碳扑捉设备，2015年碳扑捉设备的安装率最高，占当年煤电装机容量的43%，之后随着煤电在电源结构中比重的减小和煤电技术的
43、进步，新能源发电技术比例的增大及电动汽车技术的进步，碳扑捉设备的安装率减小，到2030年CCS安装比例仅为11%，2040年后无需再安装CCS设备电动汽车排放也可达到标准。,四、虑及电动汽车产业化的中国发电路径优化,86,表8 电源结构优化估计,注：核电投入成本取国际能源组织IEA（2005）公布的核电技术的投入成本1000美元/kW。,3.电源结构优化估计,对比表2、表3不同技术的投入成本知，在达到同等减排目标的情境下，引入碳扑捉技术较核电技术具有显著的成本优势。,四、虑及电动汽车产业化的中国发电路径优化,87,若要使电动汽车满足未来中国汽车排放标准，煤电需加装碳扑捉设备，2015年碳扑捉设备的安装率最高，占当年煤电装机容量的43%，之后随着煤电在电源结构中比重的减小和煤电技术的进步，电动汽车技术的进步碳扑捉设备的安装率减小。对比不同技术的投入成本，研究发现在达到同等减排目标的情景下，引入碳扑捉技术较核电技术具有显著的成本优势。,小结,四、虑及电动汽车产业化的中国发电路径优化,
