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文檔簡介

1、.1.1 選題背景隨著全球能源危機的不斷加深,石油資源的日趨枯竭以及大氣污染、全球氣溫上升的危害加劇,各國政府及汽車企業(yè)普遍認識到節(jié)能和減排是未來汽車技術(shù)發(fā)展的主攻方向1。電動汽車作為新一代的交通工具,在節(jié)能減排、減少人類對傳統(tǒng)化石能源的依賴方面具備傳統(tǒng)汽車不可比擬的優(yōu)勢。電動汽車具備接入電網(wǎng)進行電能補給的能力,受到各國政府的廣泛關(guān)注。在美國,能源部牽頭實施了 EV Project2計劃,通過免費為電動汽車的用戶建設(shè)家用充電樁來推廣電動汽車的使用。中國在2009年1月,財政部、科技部發(fā)布了關(guān)于開展節(jié)能與新能源汽車示范推廣試點工作的通知,提出了“十城千輛”的大規(guī)模示范應(yīng)用計劃。2010年4 月,

2、電動汽車傳導(dǎo)式充電接口、電動汽車充電站通用要求、電動汽車電池管理系統(tǒng)與非車載充電機之間的通信協(xié)議和輕型混合動力電動汽車能耗量試驗方法4 項國家標準出臺,而國家對包括電動汽車在內(nèi)的新能源汽車也實施了補貼扶持政策。目前,電動汽車主要分為插入式混合電動汽車(plug-in hybrid electric vehicle ,PHEV) 和純電動汽車(battery electric vehicle ,BEV) 。隨著未來電動汽車的普及,電動汽車大規(guī)模接入電網(wǎng)充電,將對電力系統(tǒng)的運行與規(guī)劃產(chǎn)生不可忽視的影響。這些影響主要包括:1 )負荷的增長。電動汽車充電將導(dǎo)致負荷增長,若大量電動汽車集中在負荷高峰期充

3、電,將進一步加劇電網(wǎng)負荷峰谷差,加重電力系統(tǒng)的負擔。2 )電網(wǎng)運行優(yōu)化控制難度的增加。電動汽車用戶用車行為和充電時間與空間分布的不確定性,使得電動汽車充電負荷具有較大的隨機性,這將加大電網(wǎng)控制的難度。3 )影響電能質(zhì)量。電動汽車充電負荷屬于非線性負荷,所使用的電力電子設(shè)備將產(chǎn)生一定的諧波,有可能引起電能質(zhì)量問題。 4 )對配電網(wǎng)規(guī)劃提出新的要求。在配電網(wǎng)中增加眾多充電設(shè)施以及大量電動汽車充電,將改變配電網(wǎng)負荷結(jié)構(gòu)和特性,傳統(tǒng)的配電網(wǎng)規(guī)劃準則可能無法適用于電動汽車大規(guī)模接入的情景3。 在全球新能源汽車的廣泛深入研究下,逐步形成了電動汽車產(chǎn)業(yè)的商業(yè)化、規(guī)模化。電動汽車的商業(yè)化運營牽涉到全社會各方面

4、,電動汽車的運營需要政府電動汽車整車以及配件生產(chǎn)企業(yè)能源供給企業(yè)整體運營企業(yè)的相互配合,根據(jù)不同的組織方式和盈利模式形成了不同的運營模式4。電動汽車充電站的運營究竟選取哪種模式,最主要包括以下三個方面:一是消費者使用的總體經(jīng)濟性、方便性,這關(guān)系到運營模式的競爭力;二是能源供給企業(yè)的盈利模式,這決定著電動汽車充電站的可持續(xù)發(fā)展能力;三是對城市電網(wǎng)運行的影響,這是城市整個電網(wǎng)能否安全、高效地運行的關(guān)鍵因素。 1 ) 整車充電中的慢速充電方式可以充分利用低谷電力充電,電費相對降低,但是充電時間過長使車輛的使用十分不便;快速充電方式下充電時間短易于車輛的使用,但是充電費用較高,且會大大縮短電池的使用壽

5、命;而且整車充電模式下初次購買及后續(xù)更換電池的費用很高(約占車輛總費用30%50%)。換電池模式單純的租賃費和電費支出可能比整車充電模式有一定幅度增加,但是由于節(jié)省購買電池的費用,如果政策和管理到位,理論上車輛整個生命時期的運營費用會顯著低于整車充電模式,且換電池模式的靈活性、方便性都相對較好。 2 ) 換電池模式屬于能源新物流模式。換電池模式有利于電池生產(chǎn)企業(yè)規(guī)模化、標準化生產(chǎn),有利于能源供給企業(yè)的規(guī)?;少徟c集約化管理,能夠顯著降低總運營成本。能源供給企業(yè)作為一個相對獨立的中間運營商,有利于政府施加更具針對性的扶持和優(yōu)惠政策,如電價政策、購買電池補貼政策等,容易建立起清晰的財務(wù)盈利模式,比

6、單純提供充電服務(wù)可獲得更高的經(jīng)濟回報,具有更大的發(fā)展空間。3 ) 整車充電中的快充大量發(fā)展將使得電網(wǎng)諧波污染問題突出,治理成本提高。換電池模式集中充電便于統(tǒng)一調(diào)度、管理和監(jiān)控,能夠最大程度發(fā)揮削峰填谷作用,提高電力系統(tǒng)負荷率,最大限度減少諧波污染等對電網(wǎng)的不利影響,有利于電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行和電力資源的優(yōu)化利用。 從目前電動汽車充換電的模式的宏觀研判可以看出,以電池慢充、快速換電為特征的運行模式具有明顯的優(yōu)勢及發(fā)展前途。運行模式快速換電(集中慢充)交流慢速充電直流快速充電電能補充時間5-10分鐘6-12小時1-3小時安全性和可操作性好好低或不可行電池維護專業(yè)維護和管理缺乏維護和管理缺乏維護和管理

7、對電網(wǎng)影響可有效互動成規(guī)模后,影響較大影響較大對用戶影響解除用戶對電池壽命、成本和性能顧慮用戶對電池壽命、成本和性能等有顧慮用戶對電池壽命、成本和性能等有顧慮圖1 電動汽車運行模式分析對比綜上所述,換電池模式具有更突出的優(yōu)勢和更廣闊的發(fā)展前景??紤]到差異化需求和特殊情況下電能補給的需要,以更換電池為主、整車充電為輔的運營模式將成為我國電動汽車充電站未來發(fā)展的主流模式。2011年1月國家電網(wǎng)公司確定了“換電為主,插充為輔,集中充電,統(tǒng)一配送”的電動汽車服務(wù)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展策略。在該運營模式中至少有2 種類型的工作站,其中集中型充電站實現(xiàn)對電池的大規(guī)模集中充電,而配送站則不具備充電功能,只是作為用戶獲得更

8、換電池服務(wù)的場所。這樣的運營模式的特點是: 1 )配送站不承擔充電功能,沒有電網(wǎng)接入的問題,站址選擇靈活,以滿足用戶更換電池方便為主要規(guī)劃目標; 2 )集中型充電站充電功率大,且可集中控制充電功率,有利于制定電網(wǎng)友好的充電方案,在時空隨機性方面,充電具有優(yōu)越性6。1.2 選題意義集中型充電站一般由上級110(35)/10kV直接供電,其負荷一般可達數(shù)千kW甚至更大。研究顯示,未來電動汽車充電負荷占未來電網(wǎng)負荷的20%以上甚至更高,如此大比重的電動汽車負荷的合理充放電將會對電網(wǎng)負荷特性產(chǎn)生較大的影響。圖2 電動汽車換電站接線示意圖集中型充電站可看作大型的充電負荷,作為儲能單元,在條件成熟時也可作

9、為系統(tǒng)的備用電源,在電動汽車迅速發(fā)展的條件下,研究其選址、容量、負荷曲線等特性,其意義體現(xiàn)在:(1)集中型充電站需滿足本地區(qū)的電動汽車負荷需求,所以其選址要求與電動汽車交通密度和充電需求的分布盡可能一致,并應(yīng)符合充電站服務(wù)半徑要求。研究電動汽車充電站選址及規(guī)模對促進電動汽車發(fā)展具有積極作用。(2)電動汽車集中充電站作為分布式的儲能裝置,可以通過協(xié)調(diào)控制其充放電過程,使之在系統(tǒng)負荷高峰時放電、低谷時充電,實現(xiàn)系統(tǒng)的削峰填谷。若控制不當,在電網(wǎng)高峰期充電,將加重系統(tǒng)負荷負擔,降低其經(jīng)濟性。這就要求充電站負荷曲線與原電力負荷曲線盡可能互補,保障系統(tǒng)的穩(wěn)定運行和經(jīng)濟性。研究針對不同負荷特性的配電網(wǎng)中充

10、電站選址及規(guī)模對改善電網(wǎng)負荷特性、實現(xiàn)削峰填谷,進而減少發(fā)電側(cè)裝機容量及輸配電設(shè)施規(guī)模具有顯著的經(jīng)濟效益。(3)配電網(wǎng)中電動汽車充電站在電網(wǎng)故障停電時,可以為系統(tǒng)提供電源支持,從而減少停電用戶數(shù)量及用戶停電時間,對改善配電網(wǎng)可靠性有積極作用。(4)電動汽車充電站在上級系統(tǒng)元件檢修時對用戶供電,實現(xiàn)不停電或者少停電檢修。(5)采用集中型充電站換電池模式下電動汽車數(shù)量與其動力電池數(shù)量并非嚴格一致,動力電池數(shù)量過多勢必經(jīng)濟性太差,動力電池數(shù)量太少又會影響與電網(wǎng)的互動甚至不能充到最優(yōu)惠電價的電能,造成電動汽車不能真正實現(xiàn)削峰填谷,因此研究動力電池與電動汽車數(shù)量及充電站規(guī)模的匹配對電動汽車發(fā)展及與電網(wǎng)互

11、動能力意義重大。參考文獻:1 楊孝綸電動汽車技術(shù)發(fā)展趨勢及前景( 上)J 汽車科技,2007(6):10-132 Boulanger A G ,Chu A C,Maxx S,et alVehicle electrification :status and issuesJProceedings of the IEEE,99(6):1116-1138.3 胡澤春,宋永華,徐智威,羅卓偉,占愷嶠,賈龍.電動汽車接入電網(wǎng)的影響與利用J. 中國電機工程學(xué)報,2012,,32(4):1-10.4 陳政琦. 電動汽車發(fā)展及運營模式探討(上)J.大眾用電,2012(4):175 周逢權(quán),連湛偉,王曉雷,等電動汽車充電站運營模式探析J電力系統(tǒng)保護與控制,2010,38(21):63-666 高賜威,張亮,薛飛,等.考慮集中型充電站定址分容的電網(wǎng)規(guī)劃研究J 中國電機工程學(xué)報,2012,32(7):40-467 吳憩棠我國“十城千輛”計劃的進展J新能源汽車,2009,1(24):15-198 宋永華,楊岳

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