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为加快提升充换电基础设施服务的保障能力，更好地支撑新能源汽车产业发展，助力实现2030年前碳达峰、2060年前碳中和的目标，前不久国家发改委、能源局发布了《关于进一步提升充换电基础设施服务保障能力的实施意见（征求意见稿）》。该意见的实施，将有效促进我国充换电基础设施的发展。不过，在大规模发展电动汽车和充换电基础设施的道路上，企业需要根据电网的基本特性进行规划和设计。
电动汽车是用电作为能源来驱动车辆，电和油的差别很大，很多人用传统燃油车的思路去设计电动汽车和充电，这种做法有很大的问题。比如，充电桩就是站在传统车辆加油的角度设计的，如今为电动汽车配套的充电设备充电功率越来越大，从60kW发展到300kW，甚至有些乘用车续驶里程达到1000km、8分钟充满80％，计算下来充电最高功率需要近800kW，而一个拥有200户居民的小区变压器的平均总容量也就1000kW。当电动汽车数量少的时候，在公共充电站大功率超级充电是可以的。但是，当电动汽车大规模发展，如果都是大功率充电，将严重威胁电网安全，且在用电高峰时段电网也缺少富余容量给电动汽车大规模充电。
电和油不一样，电的实时平衡性和不易存储性，将对电动汽车大规模充电提出约束。如果不了解电和电网的特性和属性，有可能让电动汽车的设计者和充电的设计者走弯路，甚至误入歧途，影响电动汽车的大规模应用。笔者作为多年研究电力系统的老工程师，在充电网这条战线上系统研究和深度实践了7年，想谈谈自己对电动汽车、充电行业，以及对电和电网的四点理解，站在电的角度看电动汽车和充电的技术设计及趋势。
电网的总发电和总用电在同一时间必须相等
我们可以把电力系统理解为一张大电网。电网的基本结构为：发电→输电→变电→配电→用电；基本特征为：电网的总发电和总用电在同一时间必须相等，也就是说，当企业到下班时间、居民晚上关灯睡觉时，用电量将减少，通过电网的智能调度，让发电厂在同一时间减少发电功率，确保发电和用电相等，保证电网的平衡与安全；同理，在早上企业开工时，工商业用电量大幅度攀升，发电厂就要快速提升发电功率，与用电负荷相匹配。
发电和用电要求实时平衡，就是因为电不容易储存，不像油可以存在油箱、油库里。电的实时使用性，使电只能存在电池里或转化为另外一种能源形态，比如抽水蓄能电站、化学电池、飞轮储能等，这些储电技术上虽然有的已经很成熟，但还缺少大规模应用的经济性。
发电量和用电量不匹配到一定程度，电网就会失去稳定性，可能使电网解列，导致大面积停电。比如今年2月14日，美国得州最低气温较往年低10～20℃，用电量急剧增加，创下6920万千瓦的冬季用电高峰，相当于人均2千瓦的负荷，电网公司应对极端天气准备不足，一大批风机被冻住无法发电，使得发电和用电严重失衡，导致得州大面积长时间停电。
当电动汽车大规模增长后，若无序充电、大功率充电，将对电网的安全稳定及调度平衡构成极大的威胁，所以大规模发展电动汽车必须解决无序充电和用电高峰时段的大功率充电问题，惟一的技术路线不是大规模建设大功率充电桩，而是建设能够和电网实时平衡的充电网。
常规发电及电网资产每天平均利用率仅40％
从人们的工作习惯和生活习惯看，往往是白天工作、用电需求量大，晚上休息、用电需求量小。对一家企事业单位来说，在8小时工作时间段内，企业电网及变压器总负荷利用率可达70％以上；对于各居民小区来说，晚上18:00～23:00是用电的高负荷区间，其他时间电网变压器容量闲置。
总体算下来，电网不管在发电侧、输电侧还是用电侧的资产，平均功率利用率在40％左右，一天内有近60％的电源资产容量是闲置的。也就是说，在电网实际运行中，有很大的富余容量和富余电量，只是在不同地区、不同时间、空间上，富余的程度不同。
绝大多数电动汽车70％以上的时间处于停泊状态（单位或家附近），这就可以将电动汽车做成可调负荷。电动汽车规模化发展后，通过充电网链接每辆电动汽车，当企事业单位和区民小区用户都在用电时，电动汽车不充电或少充电；当用户不用电或少用电时，电动汽车通过智能调控实现有序充电，在不增加电网改造增容投入的情况下，让电网的资产利用率持续提高到50％～70％，甚至更高。
电网在用电高峰期没有富余电量
在一天当中，8:30～11:30、18:00～23:00是电力负荷最高峰。在一个区域当中，总的发电容量和输、配电容量也是按照上述用电量的最高峰值建设的。过去由于电力不足，我国城市和农村经常会拉闸限电，经过中国能源人多年的不懈努力，我国建成了世界上最坚强的电网，发电的总容量和电网的架构基本上能够满足城乡居民在高峰期的需要。也就是说，在白天用电高峰期，如果突然出现电力负荷增长的情况，电网是没有多余的电力和容量来保障的，供不应求就会导致发电和用电失衡，只能拉闸限电。比如，2020年12月由于出口业务突然增长，浙江、湖南等地就不得不拉闸限电，限制工业用户白天的用电；今年5月底，由于深圳气温持续升高，用电负荷迅速攀升，当地电力供应紧张，深圳供电局也要求部分企业错峰用电，在用电高峰时段停止生产安排。
可见，电网在用电高峰期是没有富余容量的。如果这时候电动汽车正好在单位停泊，链接在充电网上的话，就可以把当天电池富余的电量以高峰价格卖给企业或电网（V2G）。2020年11月，广东省能源局发布的《广东省市场化需求响应实施方案（试行）》提到：用户侧储能、电动汽车、充电桩等其他具备负荷调节能力的资源可以作为市场主体参与，响应能力不低于1MW，需求响应时长不低于1小时；削峰响应（电动汽车卖电）补偿价格最高为4500元/MWh，填谷响应补偿价格最高为120元/MWh。
对于住宅小区来说，晚上18:00～23:00是用电高峰期，这时候小区变压器也没有太多富余容量，如果电动汽车无序充电，就会和居民小区争负荷、抢容量，所以很多小区以没有电源容量为理由，拒绝安装充电桩。但实际上，每天23：00后电源和配电容量是有很大富余的，所以大量的电动汽车应尽量避免白天尤其是高峰期在公共充电站大功率充电，也避免18:00～23:00之间在住宅小区充电。
电价分为峰、谷、平三档，有3倍差价
为了平抑用户在用电紧张的时间段使用电能，政府采用经济杠杆，制定了峰谷平电价政策。峰谷电价，也称“分时电价”，指用电高峰、用电低谷、用电一般情况采用不同的电价政策，按高峰用电和低谷用电分别计算电费的一种电价制度，以改变用电习惯。这样就可以使电网高峰时节约用电，低谷时多用电，实现电网负荷移峰填谷的作用。
目前公共充电按照大工业电价政策计量计费，免收基本费，主要分为平时段、高峰时段、低谷时段，平时段采用基础电价，高峰时段和低谷时段分别在基础电价上进行上浮50％～70％和下调50％。电动汽车充电用户如果掌握了峰谷平三段电价的收费标准，利用充电网智能调控有序充电，就可以自动选择在低谷低价时充电，这样既能节省不少电费，又能为电网的稳定运行提供支持。
应结合电网特性采用充电网技术路线
作为电动汽车和充电技术的设计工程师，了解电网的基本特性后，面对电动汽车的规模化发展，在设计电池容量、充电功率、充电基础设施的技术路线时，就不能采用无序充电的充电桩模式，而需要用充电网技术路线，以保证电动汽车的大规模使用。
充电桩通过物理插头把电充到车辆里，它只是电动汽车的附属配套设备。而充电网是链接用户、汽车、电池和能源的新型基础设施，不同于充电桩只是一个单向的充电物理插头，充电网是由变配电设备、电力电子能量转换和分配设备、智能调度控制系统及大数据和云计算平台组成的有机系统，能支撑大规模人-机及海量物-物之间的安全高效交互，实现信息、能源、价值的深度互动，是电动汽车大规模发展的基础支撑和前置条件，是新能源和新交通双向融合的全新生态和产业。
充电网的基本单元是微电网，将充电终端有机纳入交直流混合微电网，支撑电动汽车成为可双向充放电的移动储能载体，能够和分布式光伏、固定储能及大电网无缝链接、高效互动，通过优化调度和精准控制，提升新能源就地消纳、就地平衡水平，实现新能源车辆充新能源电、随风而充（风力充电）、随光而充（光伏充电），高峰可放。
充电网是储能网，它通过有效聚合基本单元中的电动汽车移动储能及梯次利用固定储能电池，形成超大规模储能资源池，构成虚拟电厂参与电网互动和调度，以突出的成本优势、规模优势和性能优势，成为未来以新能源为主体的新型电力系统中最关键的灵活性资源，是实现碳中和目标的重要支撑。
充电网也是数据网，它深度链接着人、车、能源。充放电是一个数据链接和能源交互过程，可保持实时在线、高黏性和高强度交互，在管理充电及车辆电池安全的同时，形成基于用户、车和电池的行为大数据、工业大数据和能源大数据。可以说，充电网是工业互联网最大的应用场景之一。
（作者系特锐德/特来电董事长）
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