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充換電基礎(chǔ)設(shè)施產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)及趨勢分析

作者:羅曼 來源:能源研究俱樂部 發(fā)布時間:2021-12-17 瀏覽:

中國儲能網(wǎng)訊:近年來,在政策、市場雙因素驅(qū)動下,我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展,帶動充換電基礎(chǔ)設(shè)施產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展,建成了世界最大規(guī)模的充換電設(shè)施服務網(wǎng)絡。進入新的發(fā)展階段,完善充換電標準體系、加速充換電技術(shù)創(chuàng)新,是推動產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。

01

充換電基礎(chǔ)設(shè)施產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及挑戰(zhàn)

(一)充換電基礎(chǔ)設(shè)施產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展

目前,我國已建成世界最大規(guī)模的充換電設(shè)施服務網(wǎng)絡,產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展水平增強。一是基本建成了相對完善的充電基礎(chǔ)設(shè)施體系。形成了由四類設(shè)施構(gòu)成的基礎(chǔ)設(shè)施體系,包括自用充電設(shè)施(居民個人在自有產(chǎn)權(quán)車位上加裝的充電設(shè)施)、專用公共充電設(shè)施(專為某個法人單位、企業(yè)等新能源汽車提供充電服務的設(shè)施)、共用充電設(shè)施(為已建成的住宅小區(qū)業(yè)主提供服務的充電基礎(chǔ)設(shè)施)、公用充電設(shè)施(服務于各類社會電動車輛的公共充電設(shè)施)。二是基本形成相對完善的市場體系。全國充電運營商數(shù)量已超千家,形成了相對完備的配套體系和標準體系。三是基本形成了充電設(shè)施與互聯(lián)網(wǎng)相融合的產(chǎn)業(yè)生態(tài)體系。我國已建成“互聯(lián)網(wǎng)+”的多層次平臺體系,包括從國家到地方的多級行業(yè)監(jiān)管平臺、企業(yè)聯(lián)盟形式的行業(yè)數(shù)據(jù)共享平臺。四是科技和商業(yè)創(chuàng)新取得突破進展。在大功率充電、即插即充與無感支付、換電、車網(wǎng)互動和自動充電等技術(shù)和模式創(chuàng)新方面,我國在國際上整體處于領(lǐng)先水平。

截至2021年9月,全國充電基礎(chǔ)設(shè)施總數(shù)量達222.3萬臺,同比增長56.8%,其中公共充電樁104.4萬臺,隨車配建私人充電樁102.4萬臺。同期,我國新能源汽車保有量達678萬輛,車樁比為3.05:1。從今年下半年開始,工信部與國家能源局聯(lián)合開展新能源汽車換電模式應用試點,截至9月,全國建成換電站890座,整體呈穩(wěn)步增長態(tài)勢。

(二)充換電基礎(chǔ)設(shè)施產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨挑戰(zhàn)

充電技術(shù)有待提升。一方面,充電時間較長,直流快充雖較交流慢充效率高,半小時能充電80%,但仍不能有效滿足用戶對于快速補電的需求。另一方面,充電存在一定安全風險,新能源車自燃事故普遍發(fā)生在充電期間,快充更易觸發(fā)電池熱失控進而導致失效起火現(xiàn)象。

商業(yè)模式不可持續(xù)?,F(xiàn)階段,充電運營商的主要收入手段是收取充電服務費,但由于其核心業(yè)務需要電池、整車廠商高度配合,資源的開發(fā)和整合能力成為充電運營商開展業(yè)務的關(guān)鍵,以致目前充電運營企業(yè)都是重資產(chǎn)運營,因前期投入高,大量企業(yè)尚未實現(xiàn)盈利。此外,換電尚處于探索階段,目前未形成明晰的盈利模式。

推廣過程障礙重重。一是土地使用方面,公共場地大多因早已規(guī)劃完畢,政府部門難以重新劃撥充換電站點建設(shè)用地。二是電力容量限制,老舊小區(qū)和用電量較大的商業(yè)區(qū)擴容難度大、成本高,相關(guān)方之間協(xié)調(diào)困難。三是不同廠商充電設(shè)備質(zhì)量參差不齊,設(shè)備維護缺乏規(guī)范的服務體系標準,部分舊樁存在安全隱患。四是因缺乏有效管理而產(chǎn)生的燃油車占位,以及不同運營商之間支付方式不通用而帶來的不良體驗,均影響充電基礎(chǔ)設(shè)施進一步推廣。

02

充換電基礎(chǔ)設(shè)施產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)分析

(一)完善的標準體系是充換電基礎(chǔ)設(shè)施產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的前提

2015年,國家能源局印發(fā)《電動汽車充電設(shè)施標準體系項目表(2015年版)》,開啟了國家層面電動汽車充電設(shè)施標準體系研制工作。經(jīng)過幾年的發(fā)展完善,我國已形成基礎(chǔ)通用、電能補給、服務網(wǎng)絡、建設(shè)與運行四大模塊標準。其中,基礎(chǔ)通用包含術(shù)語、標志標識、信息安全等相關(guān)標準;電能補給包含交流充電、直流充電、電池更換、試驗檢測等方面標準;服務網(wǎng)絡包含信息交互、充換電站等標準;建設(shè)與運行模塊包含計量、電能質(zhì)量、與電網(wǎng)互動、運行管理、竣工驗收等標準。標準體系建設(shè)促進了充電基礎(chǔ)設(shè)施產(chǎn)業(yè)技術(shù)產(chǎn)品化,同時有利于產(chǎn)品規(guī)?;彤a(chǎn)業(yè)規(guī)范化,下一步,可以從標識檢測認證、無線充電、大功率充電技術(shù)、充電信息安全、換電、特種車輛充電、V2X技術(shù)(vehicle to everything, 即車用無線通信技術(shù))等方面著手,制定各類細項標準。

(二)ChaoJi充電技術(shù)將大幅縮短充電時間

ChaoJi充電技術(shù)是一套完整的電動汽車直流充電系統(tǒng)解決方案,針對充電系統(tǒng)現(xiàn)有問題,在充電安全、充電功率、結(jié)構(gòu)設(shè)計、向前兼容性(能夠兼容國際四大充電系統(tǒng):GB/T2015、CHAdeMO、CCS1和CCS2)及未來應用等方面進行了全面提升,其最大充電電流達360安培,未來充電功率可達900千瓦,充電5分鐘即可行駛400公里。

2020年6月,國家電網(wǎng)與日本電動汽車快速充電器協(xié)會(日本CHAdeMO協(xié)議會)聯(lián)合在線發(fā)布《電動汽車ChaoJi傳導充電技術(shù)白皮書》和CHAdeMO3.0標準;中國電力企業(yè)聯(lián)合會與CHAdeMO協(xié)議會同步啟動ChaoJi產(chǎn)業(yè)化發(fā)展路線研究,標志著ChaoJi充電技術(shù)邁入標準制定和產(chǎn)業(yè)應用新階段。

(三)無線充電技術(shù)使充電更智能便利

自動駕駛技術(shù)的研發(fā)和應用催生了無線充電技術(shù),無線充電作為自動駕駛的一部分,將與自動駕駛汽車發(fā)展高度融合。無線充電具有占地少、充電安全便利、后期維護成本低等優(yōu)勢,但目前在產(chǎn)業(yè)化應用上存在一些問題。比如,充電效率不高,峰值效率為90%左右,比傳統(tǒng)充電效率低5個百分點;又如,缺乏統(tǒng)一的技術(shù)標準??傮w來看,無線充電目前處于探索階段,未來應用場景廣闊。

(四)V2G技術(shù)使雙向充電成為可能

V2G(Vehicle-to-grid)描述了電動汽車與電網(wǎng)的互動關(guān)系,當車載電池需要充電時,電流從電網(wǎng)向車輛補給,而當電動汽車不使用時,車載電池的電能也能銷售給電網(wǎng)。電動汽車作為分布式儲能單元,給V2G技術(shù)帶來了巨大的發(fā)展?jié)摿Α2G通過雙向充電實現(xiàn)了能量在電動車與電網(wǎng)之間的智能流動,助力電網(wǎng)削峰填谷,維護電網(wǎng)穩(wěn)定,同時通過車輛儲存電能供給電網(wǎng),促進了可再生能源的利用。

目前,V2G技術(shù)已在中新天津生態(tài)城落地,接下來,我國可以全球率先規(guī)?;逃脼槟繕?,構(gòu)建車網(wǎng)互動的國家協(xié)同推進機制。首先,保持與國際同步,積極參與國際交流和相關(guān)標準制定。其次,制定分階段路線圖,明確各階段的工作重點,制定完善的保障機制。再次,建立跨行業(yè)工作組,聯(lián)合推進V2G技術(shù)全面落地。V2G技術(shù)在發(fā)展過程中還需注意與儲能、梯次利用等技術(shù)協(xié)同發(fā)展,應用場景將更廣泛。

(五)換電安全技術(shù)體系保障換電站穩(wěn)固運行

換電安全是包括車身、電池、換電站在內(nèi)所有環(huán)節(jié)的結(jié)構(gòu)安全和流程安全。車身方面,需加強車輛底盤的結(jié)構(gòu)設(shè)計,確保整車安全和性能表現(xiàn),針對卡扣式和螺栓式分別制定5000次和1500次的質(zhì)量標準;電池方面,注重運行狀態(tài)監(jiān)測技術(shù),實時監(jiān)測電池充電的過程數(shù)據(jù),判斷電池內(nèi)部性能表現(xiàn),及時識別風險,并根據(jù)電池壽命衰減趨勢和電池變化,預測電池壽命;換電站方面,依靠態(tài)勢感知系統(tǒng)、安全加固技術(shù)和信息安全管理機制,對設(shè)備、信息和應用軟件進行全方位保護,還需配備阻燃電纜和多功能防爆車位,完善自動滅火系統(tǒng)。換電結(jié)構(gòu)對傳統(tǒng)車輛一體化設(shè)計構(gòu)成了挑戰(zhàn),這對開發(fā)全新汽車平臺和車型提出了要求,需要換電企業(yè)和OEM企業(yè)(原始設(shè)備制造商)合作,形成成熟的換電技術(shù)體系。

今年11月1日開始實施的《電動汽車換電安全要求》,是我國汽車行業(yè)在換電領(lǐng)域制定的首個基礎(chǔ)通用國家標準,明確了換電車輛的一般安全要求、整車安全要求及系統(tǒng)部件安全要求,有助于引導汽車企業(yè)的產(chǎn)品研發(fā),提升換電電動汽車的安全性,支撐新能源汽車產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

(六)共享換電站技術(shù)是推廣換電的有效方案

短期來看,OEM企業(yè)無法完全統(tǒng)一電池標準,但從場地、工程建設(shè)、人力、商務推廣等方面考慮,共享換電能有效降低換電站建設(shè)和運營成本,分階段實施共享換電將是未來選擇。當前,可實現(xiàn)的共享換電模式分三級要求。一是共享換電平臺和運營體系,即各運營商電池倉獨立,只共享換電平臺和換電結(jié)構(gòu),該情形下,底盤換電最易實現(xiàn)。二是兼容的鎖止結(jié)構(gòu)和換電設(shè)備,即除共享換電平臺、換電結(jié)構(gòu)外,電池倉位兼容,支持多種電池的存儲和更換。三是全面共享,即所有運營商電池均采用模塊化設(shè)計,制定3個左右的電池標準供不同級別車型試用。

(七)互聯(lián)互通技術(shù)優(yōu)化充電基礎(chǔ)設(shè)施運營

提高充電基礎(chǔ)設(shè)施的通用性、開放性和網(wǎng)聯(lián)性,能確保用戶找得到充電設(shè)施、充得上電并順利支付,還能實現(xiàn)用電的合理調(diào)度?;ヂ?lián)互通技術(shù)是未來龐大充電基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡的基礎(chǔ),是實現(xiàn)智慧城市的重要節(jié)點,亟需做好充電互聯(lián)互通技術(shù)的頂層設(shè)計。一是通信協(xié)議互聯(lián)互通,要求建立完善的硬件接口標準體系。二是支付方式互聯(lián)互通,不同充電運營商之間至少共用一套支付體系。三是信息互聯(lián)互通,要求建立統(tǒng)一的信息發(fā)布平臺,不同運營商向公共平臺提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù),構(gòu)建智慧能源網(wǎng)絡,打通人-車-站-電池-電網(wǎng)的信息通路。四是管理互聯(lián)互通,實現(xiàn)多個站點統(tǒng)一調(diào)度、統(tǒng)一管理,基于后臺數(shù)據(jù)和運營狀態(tài),調(diào)整充電策略和充放電時間,形成智能微電網(wǎng)。

03

充換電基礎(chǔ)設(shè)施產(chǎn)業(yè)發(fā)展展望

2020年11月國務院辦公廳印發(fā)的《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2021-2035年)》(以下簡稱《規(guī)劃》)指出,發(fā)展新能源汽車是我國從汽車大國邁向汽車強國的必由之路,是應對氣候變化、推動綠色發(fā)展的戰(zhàn)略舉措,要推動新能源產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量可持續(xù)發(fā)展,加快建設(shè)汽車強國。針對充換電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)方面,《規(guī)劃》明確了充換電基礎(chǔ)設(shè)施布局與城鄉(xiāng)建設(shè)規(guī)劃、電網(wǎng)規(guī)劃及物業(yè)管理、城市停車等統(tǒng)籌協(xié)調(diào);明確了居民側(cè)慢充為主、應急快充為輔,公共充電快充為主、慢充為輔的充電服務模式;明確了對公共充電樁建設(shè)給予財政支持。

未來,隨著新能源汽車市場占比不斷提升,充換電基礎(chǔ)設(shè)施產(chǎn)業(yè)將迎來蓬勃發(fā)展期。從用戶需求來看,因私人用戶市場將是新能源汽車的主要增量市場,這要求加大私人充電樁布局。在智能有序用電技術(shù)的發(fā)展、使用,以及新建小區(qū)提前布局等因素帶動下,私人充電樁安裝阻礙將得到緩解。從發(fā)展區(qū)域來看,燃油汽車限購和限行城市將在政策支持和需求增長帶動下,成為新能源車的主要市場,同時將配套更完善的充換電基礎(chǔ)設(shè)施。長期,將形成優(yōu)先先行區(qū)域、其他地區(qū)協(xié)調(diào)發(fā)展的大格局。

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