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任志强说:汽车用电只是把污染换了个位置 你以为呢?

  在新能源车不断推广普及的今天,围绕“汽车用电是否也属于污染”的争议一直不断。很多人认为,供能设备的制造也是耗能和产生污染的过程,同时电池组衰减后的处理问题也属于“二次污染”。

  新能源车究竟会产生多少污染?是否如任志强所说,“汽车用电只是把污染换了个位置”?

  南安普顿大学电气工程与可再生能源硕士。现任上海蔚来汽车总部产品经理、数据分析师。主要研究电动汽车充换电设施选址、机器学习、电动汽车与新能源/电网互动领域。

  电动汽车的确实现了污染转移,但在配套上电力系统后的电动汽车,对能源的消耗远没有直接烧化石燃料产生碳排放这么简单,特别是在现在煤电产能过剩,社会用电量也在逐年下降的背景下。

  因为电网的负荷在一定时间区间内有一个最低值和一个最高值,为了保证经济性,保证最低发电量的机组一般选择相对不灵活但发电边际成本低的能源形式来保证,这部分机组成为基荷机组。

  这部分机组的灵活性相对会较差,典型的基荷机组就是核电,几乎只能一直稳定在最大功率输出点,但一旦稳定在最大功率输出点,发电边际成本就几乎为0,所以这部分负荷最好是能一直稳定在功率最大输出点出力。

  煤电也有六个小时左右的响应时间,而机组正常运行时也需要维持至少50%上下的最低发电功率。其他运用在基荷机组能源形式有煤电、丰水期的水电、生物质等等。

任志强说:汽车用电只是把污染换了个位置 你以为呢?

  基荷机组虽然建成之后每发一度电的边际成本虽然很低,但是一般有初期投资高的特点,所以要通过后期的尽量满负荷运作售电才能赚回成本,这部分机组通常有很高的容量因数(Capacity factor,或称利用率)来保证投资的回报率。

  峰荷机组主要用来调节最低负荷和最高负荷之间的负荷变动,因为电力的不可储存和电网的发电用电时刻平衡的特性,这部分机组要求相应时间快、可以灵活投切。

  当然因为这部分机组是根据电网的供需时刻变动发电量的,所以这部分机组的容量因数通常比较低。

  为了保证经济性,通常采用初期投资少,但是边际成本高的能源形式来保证经济性。

  如燃气发电,燃气发电的燃料价格可以占到发电成本的80%上下有非常高的边际成本,适合用来做峰荷机组,而煤电只有30%,核电更是只有18%上下。

  电网之所以存在基本负荷,是因为有一些用电设备是24/7一直运作的,这些设备常见于工业、物流或者商业领域,发电厂可以根据这些设备的用电量来估算基本符合的大小,从而确定基荷机组的装机容量。

  但是“基本负荷”并不是不变的,随着我们国家的工业化角度放缓,GDP增速要实现软着陆和各种供给侧的去产能,社会用电量呈现持续走低的趋势,原本应该是“基本负荷”的负荷量也在不断走低,而这个时候,基荷机组的产能也过剩了。

  我们听过可再生能源有弃风弃光弃水,但随着基本负荷低于基荷机组装机容量,“弃火”的现象也出现了。

  原本应该时刻满负荷运转稳定在最佳效率点的基荷机组也不得不被挤进“调峰机组”的调度区间,随着电网的用电量时刻保证发电量。

  对于灵活性不佳、拥有最低发电功率要求、响应时间不够迅速但发电边际成本又非常低的基荷机组来说,最经济的策略反而是时刻多发电,多出来的电弃掉,从而保证上网电量的时刻满载。

  近年来最受瞩目的去产能估计要数煤炭和钢铁的去产能,产能过剩导致煤炭低煤价,而钢铁的去产能又让这个能源消耗大户进一步减少能耗,从而进一步压低煤价,煤炭价格一直呈现走低的趋势。

  近期又由于2014-2016年上半年的高上网电价以及2015年初火电项目审批权的彻底下放等多重因素反而又导致了煤炭的投资过热,加剧了煤电的产能过剩。

  全球煤炭研究网络(CoalSwarm)统计,截至2016年底全国已运行煤电装机量为9.14亿千瓦,全国煤电过剩产能为1.14亿千瓦,占全国煤电装机量的12.5%。

  随着煤电的利用小时不断探底,将煤电或核电发出来却没有上网的那部分电力充入电动汽车,替代掉一部分交通的石油需求,已经是一种环保的体现,而在谷底充电熨平负载曲线,让发电机组尽量稳定在最高效出力点,也是现阶段提升能效,间接减排的一种体现。

  加上火电厂是集中排放,集中的污染的处理比治理分散汽车的排放效果和成本都要更优。有人把汽车的分散排放比作随地大小便,而火电厂的集中排放比作公共厕所,就算排放量是一样的,集中式的治理效果和成本都要远优于后者。

  很多人在谈及电动汽车的时候都会谈到它大规模充电时对电网的冲击,实际电动汽车对电网的冲击可能没有想象中那么严重。

  电动汽车主要分为商用车和乘用车两种应用场景,商用车如电动巴士、电动的士不少都有专门的充电站,铺设专门的线路,不会对电网产生容量上的大冲击。

  而乘用车如私家车又一般是在夜间回家后没有出行需求的时段充电,这段时间处于电网负荷低谷,反而起到了熨平电网负荷曲线的作用。

  乘用车的充电功率大小可能会对原有的配电网产生冲击,但由于家用车的闲置时间很长,利用低功率的慢充在不造成电网大冲击的前提下保证充电需求也是可以实现的。

  对于电网来说负荷系数(Load factor,或称满载率)是非常重要的一个指标,负荷系数等于一段时间内的平均负荷除以一段时间内的最大负荷。

  负荷系数越大,说明电网的平均负荷越接近最大负荷,而电网的容量是根据最大负荷来配置的,平均负荷越接近最大负荷,说明线网设备的利用率越高,经济性越好。

任志强说:汽车用电只是把污染换了个位置 你以为呢?

  居民负荷的用电时间比较集中,而大家关灯睡觉了之后又几乎不用电,所以居民负荷的负荷系数是相对比较小的。

  如果在大家关灯睡觉的时候给电动汽车充电,则稳定了居民负荷的负荷曲线,提高了负荷因数,提高了线网和设备使用率,这对电网来说也是好事,所以有些电网会实行梯度电价,鼓励大家在用电低谷时多用电。

  前面说到了随着社会用电量的下降和基荷机组装机容量过剩,在用电低谷充电其实也是有助于减少“弃火”现象。

任志强说:汽车用电只是把污染换了个位置 你以为呢?

  控制电动汽车在用电低谷或电价低谷时的充电则牵扯出另一个话题:电动汽车的有序充电

  直接控制的方式有加装智能充电桩和其他控制设备来直接控制电动汽车的充电状态,有些智能充电桩甚至被设计成可以V2G反向向电网放电。

  这种方式响应速度快,控制精度高。但需要加装大规模设备成本高昂,控制难度大,车主也很难愿意将自己车的充电权限交给电网这样的公共事业公司来直接控制,所以目前主流的控制方式是间接控制。

  间接控制主要通过价格作为信号完成,电网通过变动电价来鼓励或压制电动汽车的充电行为,电动汽车通过感知价格的变动在低电价时进行充电,这样激发了车主的参与意愿,更多电动汽车愿意参与负荷调节,形成一个车主和电网之间的双赢。

  现在也有一部分售电公司在尝试作为中间代理,在感知价格和售电上面作为入口。

  甚至有可能出现价格一低,大量电动汽车一拥而上集体充电,造成新高峰的风险。

任志强说:汽车用电只是把污染换了个位置 你以为呢?

  1、电网分为基荷机组和峰荷机组,随着社会用电量下滑,基荷机组也出现了“弃火”现象。

  2、电动汽车的谷底充电有助于提高电网的负荷因数和发电机组的容量因数,实现负荷转移熨平负荷曲线的作用,提高了电网的容量利用率。

  4、社会用电量持续下行、煤电装机容量反而因为过热投资,而造成的高度容量过剩的背景下,谷底充电能减少“弃火”,在更具备能源的高效利用和经济性。

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