如何预测和管理电动汽车充电需求增长，以保持电网的可靠与经济
来源：中国数字科技馆
除非电力部门准备好应对这一挑战，否则，总有一天，电动汽车日益增长的充电需求将使电网不堪重负。
随着路上的电动汽车越来越多，电网的规划者开始依靠对充电模式的准确估计来计算电力的需求。斯坦福大学的一个研究小组建立了一个可扩展的充电需求概率模型，这一模型可应用于不同的人口数量，并应对各种其他因素。该模型预测，至2030年，加州大多数电动汽车车主选择在每天晚上回家时为他们的车辆充电的情况下，高峰期的充电需求将是全天分散在家、工作场所和公共站点的两倍以上。到2030年，电动汽车的充电需求将在发达国家的电力需求中占有相当大的比例，因此，尽可能地使峰值需求降低，可以降低对新发电机和输电线路的需求。
该研究的高级作者，斯坦福大学土木与环境工程系的副教授Ram Rajagopal说：“我们想建立一个长期的模型框架，它能够考虑到不确定因素，从而采集到驾驶员真正的充电模式。”该研究发表于3月1日的Applied Energy上。
今天，全球有约700万辆电动汽车，预计到2040年，这个数字将达到4亿。为了支撑这接近60倍的增长，世界必须对电动汽车基础支持设施进行大幅更新，这其中包括发电能力、输电和配电、智能电网技术以及约3亿个随时可用的充电站。
从燃油动力汽车到电动汽车的转变是人类活动去碳化的关键。驾驶员为电动汽车充电必须是方便且快捷的，这样才能实现这一转换。未来的政策决定可以促进简单可靠并负担得起的充电。
这项研究的联合首席研究员、斯坦福大学机械工程系的博士生Siobhan Powel说：“我们可以预见，公共事业行业的人以及政府都在使用这个方法，他们希望用数据驱动的方法来探究电动汽车在未来的情况。”
研究人员的模型旨在为电网规划者和政策制定者提供这些信息：驾驶员何时、何地、用何种方法充多少电，以及多久充一次电。研究人员指出，在一台普通的笔记本电脑上，该模型10分钟左右就可以模拟出1亿辆电动汽车的充电数据。
更多样化的人口
目前加州大部分的电动汽车充电都是在独栋住宅中进行的。然而，研究人员预测，那些如公寓租户和公寓业主等在家中充电机会较少的人也将过渡到电动汽车，家用充电的比例会下降。同时，电力公司可以在工作场所安装更多的充电站并且鼓励人们在一天中的不同时段进行充电。该模型可以考虑到多个因素的变化。
“在模型中，我们采集驾驶员的行为，包括他们何时充电，充电的时长，以及他们充了多少电。我们同样采集充电的地点，比如家庭或工作场所。”另一位联合首席研究员，土木与环境工程专业的博士生Gustavo Cezar说道。Cezar同样也是斯坦福大学SLAC国家加速器实验室的一名工程师。
一些司机还使用自动定时器来决定他们的汽车何时充电。计时器会跟踪电价，并在其最便宜的时候为车辆充电。然而，如果大量使用定时器，可能会导致电网的电力需求激增。在2030年，加州的电动汽车充电需求在晚上11点可能会达到8.725GW的峰值。而目前加州所有电力的正常日峰值需求在25GW左右，由此可见，电动汽车的充电将占所有电力需求的很大比例。
这可能会产生一些问题，尤其是在电网不具备处理这种水平需求的情况下。相比之下，在没有计时器控制的情况下，如果充电分布在一整天，则峰值需求较小，在4GW以下。
Powell说道：“电网运营商须要关注到可靠性和成本的问题。如果没有相对应的计划，在最坏的情况下，他们可能会采取停电的手段，亦或者用高昂的电力成本去满足所有的需求。”
考虑到这一点，我们可以制定相应的政策决定以鼓励人们分时充电，这可以在保证电网可靠性的同时，减少电力基础设施的投资。研究人员创建的框架还涵盖了如一周中的某一天、某个季节、假期或地区等其他因素。
但是Cezar说道，仅仅从燃油汽车、摩托车和小型卡车转向电动汽车可能还不足以使轻型汽车脱碳。他说，在所有关于改用电动汽车的讨论中，获得电动汽车充电所需的电力所带来的污染鲜有人关注。
“在加州，我们白天主要使用太阳能，所以我们需要采购、使用化石燃料发电，以供应夜间的充电负荷，特别是独栋的充电需求。”他说，“下一步是弄清楚如何可持续地增加电动汽车的数量。”
Cezar说，他们的团队正在努力分解他们的模型，并将其应用于更小的地点，如社区和校园，用以帮助规划者避免出现当地配电系统不堪重负的情况。
翻译：彭琛
审校：汪茹
引进来源：斯坦福大学
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