电动汽车新需求：兆瓦级电力如何满足？
撰文 / 马晓蕾
编辑 / 张霖郁
设计 / 师玉超
来源 / canarymedia，作者：Jeff St. John
美国非盈利组织RMI、清洁交通非营利组织Calstart、美国东北部公用事业公司National Grid以及车队车辆技术服务公司Geotab和Stable Auto撰写了首份在考虑电网电力可用性的情况下研究未来充电需求的报告。
报告称，到2030年，美国东北地区高速公路上电动车充电站的电力需求将相当于一个体育场。那么电力供应计划在哪里？
今天，一般电动汽车充电站都配有几个充电桩，现有电网的供应足够了。但在十年内，在公路沿线电动汽车的充电需求将逐渐上涨，而供应这种规模的电力将需要与公用事业输电网进行重大互联。
纽约州和马萨诸塞州分别承诺到2035年只销售零排放的乘用车，到2045年和2050年转向无排放卡车。这两个州将出现兆瓦级的充电需求。
报告的作者之一、非营利组织RMI无碳交通团队的负责人戴夫·穆兰尼（Dave Mullaney）说：“在一个配电系统上突然涌入几十兆瓦，很快就会超负荷。”
报告发现，到2030年，在报告研究的71个高速公路站点中，超过四分之一的站点将需要超过5兆瓦的充电能力来满足峰值充电需求，大约相当于一个户外职业体育场的电力需求。
到2045年，一些站点的峰值充电需求可能达到40兆瓦左右，相当于一个大型工业基地。
电动公路研究报告中的典型电动车充电站容量需求图表▼
报告指出，今天，充电开发商根据交通情况、预期利用率和土地可用性等因素来选择充电站的位置。但电力基础设施应发挥同样关键的作用，并能极大地影响开发成本和时间表。
安装电动车充电器只需要几个月的时间，但批准和建设主要的输电网络则需要几年时间。现在，无论是密集的城市地区还是偏远的高速公路站点，真正的兆瓦级充电中心数量非常少，其中一些接入电网的时间更是被一推再推。
如果国家机构和公用事业部门不相互协调为即将到来的巨型充电中心提供高压电网互联，导致的结果可能是计划延迟和成本上涨，阻碍了一项对交通脱碳至关重要的技术的扩展。
英国国家电力供应公司在纽约的交通电气化主任布莱恩·威尔基（Brian Wilkie）说：“如果10年或15年以后再考虑这些事情，投入将是现在的两倍或三倍。”他估计，“积极的规划和预期的投资 可以将项目实施成本降低约三分之一。我们认为交通规划部门和公用事业部门需要联合起来。”
高速公路的兆瓦级未来
Calstart公司负责东北地区的高级主管本杰明·曼德尔（Benjamin Mandel）说，实施国家电动汽车基础设施（NEVI）公式计划的大多数州还没有接受这一挑战。该计划由去年的联邦基础设施法创建，提供50亿美元帮助每个州在主要交通路线上至少建立一个充电网络，目前电动汽车采用率相对较低的州尽量不安装超过未来几年预期的充电桩。
NEVI要求在主干道上，每50英里的至少有四个高速充电桩，提供至少150千瓦的充电功率，每个站点的峰值负荷略高于半兆瓦。但新报告推测，在未来五年内，高流量站点将需要10至20个能够提供350千瓦的充电桩，这将拉动高达7兆瓦的峰值负荷，在未来十年内需要30至40个充电桩，或高达14兆瓦的峰值负荷。
电动公路研究图表显示混合用途广场电动汽车充电站的典型负荷曲线▼
曼德尔说：“在大多数情况下，高速公路充电站所需的电量肯定比目前的配电系统所能提供的要大。换句话说，家庭和企业通常连接的低压网络将无法处理这么大的负荷，必须利用高压输电网来提供这种水平的电力。”
NEVI的设计主要是针对电动乘用车。但是，将电动卡车加入到这个公式中，会极大地提高充电电力的需求，特别是在纽约和马萨诸塞州，这些州正在采用先进的清洁卡车法规。
该报告预计，到2045年，中型和重型电动车将占其研究的充电桩日均能源需求的四分之三，并且在2035年卡车充电站的需求就会大幅增加。
电动公路研究图表显示大型客运/卡车站电动车充电的典型负荷曲线▼
然而，到目前为止，只有少数几个州将中型和重型车辆电气化的未来需求作为NEVI计划的一部分，曼德尔说。
高速公路和输电线路建立联系
威尔基指出，幸运的是，在美国大部分地区，高速公路恰好覆盖了大量的高压输电网络。纽约和马萨诸塞州的情况当然如此，报告从数百个潜在的大容量充电站中挑选了71个位置良好的地点作为研究对象，这些地点结合了现有的高速公路服务区或卡车站，并靠近英国国家电力供应公司的部分输电网络，适合开发兆瓦级电力。
电动公路研究中纽约和马萨诸塞州的71个电动车充电站的位置图▼
这种数据对于在全国范围内建设大批量公共充电网络的公司来说是很有价值的。充电网络开发商Electrify America和EVgo正分别与服务区运营商Love's Travel Stops、Pilot及Flying J合作。
WattEV和Zeem Solutions等初创公司正在货运枢纽附近为卡车和商用车建立充电枢纽。Terawatt Infrastructure是一家筹集了10亿美元在全国范围内开发充电站的初创公司，它的目标是高速公路充电站和车队休息站，为合作的企业电动车队提供服务。
Terawatt Infrastructure的投资方Keyframe Capital的投资合伙人伊桑·戈德史密斯（Ethan Goldsmith）说：“几乎所有的钱都投向了充电器这边，在电网方面做得努力太少了。”
但实际上电动汽车充电规模化所需的大部分资金都将用于“传输、分配和互联”，很少用于充电器本身。他补充说，现在还不清楚不同的电力公司和州监管机构将如何协调电网互联和扩展，以满足电动汽车充电开发商不断增长的需求，以及哪一方将负责支付这些费用。
他指出，越来越多的电动汽车充电站正在增加储能电池，在充电器闲置时可以储存电网电力，并在充电负荷超过可用电网容量时提供电力。但这远远不是最优化的解决方案，他说，特别是当负荷增长到兆瓦级别的时候。
RMI的穆兰尼强调，有必要建立一种结构，使公用事业部门提前规划电网的扩展和改进，国家交通机构和私营部门的电动汽车充电开发商提前规划安装充电器。
曼德尔指出，协调这项工作需要跨越公用事业的管辖范围和州界，这十分复杂，区域和联邦协调是关键。
公用事业单位已经联合起来，协调州际公路上的电动车充电，对特定路线的一些研究已经在确定重型电动车充电的最佳位置上进行了尝试，如从圣地亚哥到不列颠哥伦比亚省的I-5公路。Calstart公司和英国国家电力供应公司已经向美国能源部提交了关于建立东海岸商业电动车走廊的规划合作建议。
威尔基强调，该报告对纽约和马萨诸塞州的分析表明，英国国家电力供应公司现有的基础设施 绝对可以容纳电动汽车充电所需的电力。“问题是时机和规模。”他说，“有些站点可能性价比很高，而有些站点则可能比较烧钱。 ”
英国国家电力供应公司已经与纽约和马萨诸塞州的交通机构分享了其电网分析。威尔基补充说，它还在研究使电网投资与充电站部署相一致的概念。他举例说，在英国，电动汽车充电开发商无需为建设电网基础设施一次性融资，而是可以通过每千瓦时充电支付几分钱来偿还该设施的建设成本。
“试点已经成为过去。”他说，“现在重要的是开始尝试一些事情，需要开始铺设电缆了。”
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