电动汽车转型解释:电网能应付吗?

有激烈的辩论箴而且反对在美国和在其他地方电网是否能大规模支持电动汽车。答案是一个微妙的“也许”。这取决于几个因素，包括电网组件现代化的速度、电动汽车销量、发生的地点和时间、电动汽车充电的类型和时间、监管机构和政治决策，以及关键的经济因素。

这座城市加州帕洛阿尔托是许多问题的缩影。帕洛阿尔托拥有电动汽车的采用率最高美国:2020年，该镇2.5万户家庭中有六分之一拥有电动汽车。在该市5.2万辆注册车辆中，有4500辆是电动汽车，在工作日，通勤者还会驾驶另外3000至5000辆电动汽车进城。居民可以使用分布在各地的大约1000个充电端口277个公共充电站美国还有3500个左右的充电口位于居民住宅。

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帕洛阿尔托政府制定了一个非常激进的计划可持续发展和气候行动计划中国的目标是到2030年将温室气体排放量减少到比1990年水平低80%。相比之下，该州的目标是到2050年实现这一目标。为了实现这个减少，帕洛阿尔托必须在未来八年内，80%在城市登记(和往返)的车辆都是电动汽车(总数约为10万辆)。的预计充电端口数将需要增加到约6,000至12,000个公共端口(约300个是直流快速充电器)和18,000至26,000个住宅端口，其中大部分是l2型充电口．

“即使在今天，有些地方，如果不重建系统的一部分，我们甚至不能再使用一个热泵。或者我们连一个电动汽车充电器都装不进去。”—Tomm Marshall

为了实现帕洛阿尔托2030年的减排目标，拥有并运营电力设施的帕洛阿尔托市希望大幅增加用于发电的本地可再生能源(比如屋顶太阳能)，包括使用电动汽车作为分布式能源的能力。车辆到电网(V2G)连接)．这个城市有提供激励用于购买电动汽车和充电端口的安装热泵热水器以及太阳能和电池存储系统的安装。

然而，为了实现该市2030年的排放目标，还有一些漏洞需要填补。在一个2月会议的帕洛阿尔托公用事业咨询委员会他说:“即使在今天(城市中)有些地方，如果不重建(配电)系统的一部分，我们甚至不能再增加一个热泵。或者我们连一个电动汽车充电器都装不进去。”

峰值负载是首要考虑的问题。帕洛阿尔托的配电系统是为20世纪五六十年代的电力负荷在美国，家庭供暖、供水和做饭主要依靠天然气。马歇尔表示，配电系统不具备大规模支持电动汽车和所有电器的能力。此外，该系统是为单向供电而设计的，而不是为分布式可再生能源设备将电力送回系统。

马歇尔指出，一个大问题是该市的3150台配电变压器。一个2020electrification-impact研究如果不进行改进，如果帕洛阿尔托到2030年实现其电动汽车和电器目标，95%以上的住宅变压器将过载。

帕洛阿尔托的电力分配系统需要全面升级，以平衡高峰负荷。

例如，Marshall说，一个37.5千伏安培的变压器支持15个家庭是很正常的，因为配电系统最初是为每个家庭使用2千瓦的电力设计的。例如，将燃气器具转换为热泵将消耗4至6千瓦，而电动汽车的L2充电器将消耗12至14千瓦。一个不协调L2充电簇可能会产生过大的峰值负载，导致变压器过载或爆炸，尤其是当它们接近寿命尽头时，很多已经是这样了。没有智能电表，先进的计量基础设施(AMI)将于2024年在帕洛阿尔托市投入使用，该公司对家庭用电高峰负荷几乎没有任何了解。

帕洛阿尔托的配电系统需要全面升级，以平衡高峰负荷，管理双向电力流，安装必要数量的电动汽车充电端口和电器，以支持城市的减排目标，并以安全、可靠、可持续和网络安全的方式提供电力。该系统还必须能够应对几个小时的停电情况，在这种情况下，电力恢复后，未来的电器和电动汽车充电将同时开始，给配电系统带来沉重的峰值负荷。

PlugShare.com来自PlugShare.com的帕洛阿尔托电动汽车充电站地图

帕洛阿尔托正在考虑投资1.5亿美元实现其配电系统的现代化，但这需要两到三年的规划，以及另外三到四年或更长时间来完成所有必要的工作，但前提是电力公司能得到工程和管理人员，这持续供应不足There和at全国其他公用事业．此外，像其他行业一样能源业务已经数字化，这意味着所需要的技能与以前所要求的不同。

马歇尔承认，在实现配电网络现代化之前，公用事业必须继续应对愤怒和困惑的客户，他们被市政府鼓励投资电动汽车、充电端口和电器，结果却被告知他们可能很快就无法满足需求。

政策与工程现实相悖

帕洛阿尔托的情况是不是独一无二的．美国大约有465个城市人口众多的美国大约有5万到10万居民，还有315个更大的居民，许多人面临着类似的挑战。有多少汽车能真正支撑数以千计的新电动汽车的快速涌入?比如凤凰城，希望到2030年，将有28万辆电动汽车行驶在街道上七次和现在一样多。气候政策愿望与无法支持这些政策的能源基础设施之间的类似不匹配将会继续下去不仅在美国，而且在其他地方在未来20年，随着电动汽车和家用电器的大规模普及，将以这样或那样的形式出现。

就像在帕洛阿尔托一样，它很可能是变压器爆炸或不断闪烁的灯光，表明电动汽车有充电负载问题。教授迪帕克沙发，主任分布式能源中心他的团队发现，在居民区，“一个配电变压器上的多个L2充电器可以将其寿命从预期的30到40年缩短到3年。”考虑到美国数百万变形金刚中的大多数都是接近尾声在它们的使用寿命中，更换变压器可能会成为公用事业公司的一个重大而昂贵的难题，假设他们能得到它们．

配电变压器的供应很低，而且成本很高飙升每人3000到4000到20000美元不等。支持电动汽车可能需要更大，更重的变压器，这意味着许多1.8亿根电线杆这些需要坐的地方需要更换，以支撑额外的重量。

迪万说，使变压器负荷问题更加严重的是，许多公用事业公司“除了变电站之外没有任何可见性”，不知道电力是如何以及何时被消耗的。他的团队调查了“29家公用事业公司的AMI系统的详细电压数据，但没有一家拥有这些数据。”

这种情况并非普遍存在。Xcel能源例如，在明尼苏达州已经开始升级配电变压器，因为潜在的住宅电动汽车负载问题。Xcel总裁克里斯·克拉克告诉明尼阿波利斯明星论坛报四五个家庭购买电动汽车会显著影响一个社区的变压器负荷，一个家庭购买电动汽车“又增加了他们房子的一半”。

乔伊斯把他是弗吉尼亚州能源解决方案和清洁能源部门的主管拉帕汉诺克电力合作社(REC)是弗吉尼亚州中部的一家公用事业分销商，他说:“REC的领导层真的非常支持电气化、能源效率和电动交通。”然而，她补充说，“所有这些都不是魔杖。如果没有大量的前瞻性思考和计划，你不可能同时实现这三件事。”

Bodoh说，作为计划工作的一部分，REC一直在积极进行“一项工程研究，研究我们系统和变压器的线路损耗，并说，‘如果这个变压器有一个L2充电器，会发生什么?如果它有2l2，会发生什么，等等?’”她补充说，REC“正在努力进行尽职调查，所以当一个死胡同里有一堆L2充电器，出现停电时，我们不会感到惊讶。”

REC还拥有每小时的能源使用数据，从中可以发现由于电动汽车充电的负载分布，L2充电器可能正在使用。然而，Bodoh说，REC不仅想知道L2充电器的位置，还想鼓励电动汽车用户在非高峰时段充电，即晚上9点到早上5点，上午10点到下午2点。REC最近成立了一个电动汽车充电试点项目为200名电动汽车车主提供每月7美元的优惠，如果他们在非高峰时段充电。REC或其他公用事业公司能否说服足够多的电动汽车车主在非高峰时段持续充电仍有待观察。

“一个配电变压器上的多个L2充电器可以将其寿命从预期的30到40年降低到3年。——迪帕克·迪万

即使电动汽车车主的行为有所改变，一旦电动汽车拥有量真正上升，非高峰充电可能也无法完全解决峰值负荷问题。“变形金刚是被动冷却设备，”专门为夜间冷却而设计，迪万说。“当你在晚上通过添加几辆使用L2充电器的电动汽车来改变(功率)消耗情况时，变压器就会变热。”由于夜间充电不协调，变压器故障的风险可能在夏季热浪期间尤其加剧问题这让帕洛阿尔托的公用事业经理们忧心忡忡。

有技术解决方案可以帮助分散电动汽车充电峰值负荷，但公用事业公司必须投资于更好的变压器和智能计量系统并获得监管机构的许可，改变电价结构，鼓励非高峰时段充电。汽车电网(V2G)该技术允许电动汽车充当存储设备，以缓解电网负荷另一个解决方案但对于美国的大多数公用事业公司来说，这是一个长期的选择。许多问题需要解决，例如数百万家庭的更新电子板而且智能电表以适应V2G，创造商定国家技术标准用于电动汽车与当地公用事业公司之间所需的信息交换、V2G监管政策的制定以及住宅和商业商业模式，包括合理的补偿利用电动汽车储存的能量。

作为能源专家克里斯Nelder指出在一个国家科学院电动汽车研讨会，“汽车到电网还没有真正实现，至少现在还没有。我认为在很长一段时间内，直到我们解决各个州、各个费率的各种公用事业委员会的许多问题。”

在本系列的下一篇文章中，我们将研究创建电动汽车充电基础设施的复杂性。