电动汽车充电基础设施建设与运营的优化解决方案-以上海为例-研究报告--自然资源保护协会.pdf

2023年 05月 电动汽车充电基础设施建设 与运营的优化解决方案 null 以上海为例 研究报告 致谢 特别感谢上海联联充电、上海蔚来汽车有限公司、国网上海市电力公司、奥动 新能源、上海依威能源科技有限公司、北京e充网、小桔充电特来电、上海国 际汽车城集团、国网智慧车联网等单位或部门在本研究中所提供的支持。 课题组成员 自然资源保护协会 清洁电力项目组 张 聪 邹以宁 刘明明 游梦娜 王万兴 陈艺昕 周晓航 中国电动汽车百人会 张永伟 刘小诗 熊 英 国家发改委能源研究所 刘 坚 感谢能源基金会 （ Energy Foundation China） 对本研究的资金支持。 i 摘 要 作为一种绿色环保且高效的交通工具，新能源汽车受到越来越多的青睐。我国 新能源汽车保有量占比从2016年的不足0.3增加到2022年的约5，预计2030 年将增至近 20。新能源汽车的快速增长对充电基础设施的建设和运营提出更高的 要求，但充电基础设施的发展正面临多重挑战。一方面，建设难、资源制约现象突 出，停车位、土地资源、配网容量，制约了充电基础设施的建设。另一方面，运营 难、市场投资意愿减弱，运营商对市场机会识别能力不足、盈利空间有限，僵尸桩 频频出现。同时，由于基础设施的建设难度大、运营管理不佳，造成充电便利性差、 服务体验不佳，电动汽车车主普遍存在充电焦虑、里程焦虑等问题。 2022 年，上海的新能源汽车销量为 33.4 万辆，渗透率达到 47.8。截止 2023 年 3 月份，全市新能源汽车保有量超过 100 万辆，在汽车保有量中占比为 18.8。 但相比新能源汽车 2021 年 110、2022 年 32 的增幅，2022 年上海市实际运营的 充电设施增幅仅 8.4 [1] 。与此同时，充电设施运营商面临较高的盈亏压力，后期充 电设施也难以保持快速增长。未来，上海充电设施的进一步发展，除了继续提高运 营水平之外，还需要解决进社区困难等充电设施落地问题。 为满足我国持续增长的电动汽车充电需求，亟需建立和完善健康有序的充电基 础设施建设和运营环境，提升建设和运营效率，从而支持电动汽车的规模化以及车 网协同化发展。在此背景下，NRDC 联合中国电动汽车百人会、国家发改委能源所的 专家开展课题研究，对我国电动汽车充电基础设施的现状和面临的挑战进行梳理和 分析，并以上海为重点，探索我国主要城市如何优化电动汽车充电基础设施的建设 和运营，提高其效率和可靠性，支持电动汽车在新型能源体系建设中发挥更大的作用。 研究发现，一方面，上海电动汽车与充电基础设施的发展节奏尚无法全面匹配， 充电基础设施对电动汽车发展的制约已经凸显。同时，电动汽车智能有序充电普及 度还不高，电力负荷与分布式储能的潜力未能得到有效挖掘。上海市电动汽车渗透 率和基础设施建设已领先全国，随着电动汽车的进一步的成熟发展，充电基础设施 的精细化运营应当是下一步的重点。另一方面，上海市电动汽车基础设施的响应潜 ii 力和经济性都很可观。上海市夏季电力最高负荷节节攀升，对车网互动灵活性的需 求巨大。同时，上海市峰谷价差大、需求响应补偿机制完善，在很大程度上激励了 电动汽车参与提供电网灵活性。上海市的车网互动实践和经济性分析显示，公共、 居民等各类充换电基础设施具有响应能力，并且能获得可观的收益。 从上海的情况来推测全国主要城市的充电基础设施发展情况，课题组认为，一 方面，充电基础设施的专项规划和监管有待加强，以解决充换电基础设施未纳入城 市整体规划、充电设施建设与电网规划建设缺少有效衔接等问题。另一方面，充电 基础设施“重建设、轻运营”的局面有望被打破，在国家市场和价格机制推动下， 电动汽车作为重要的参与主体，充电和储能一体化发展、充电和分布式发电等多种 发展模式，为基础设施参与电力市场、扩宽盈利模式提供了机遇。 针对上述发现，课题组提出的政策建议如下 1. 加强顶层设计和规划，优化基础设施的建设和布局。成立专门协调机构，明 确各部门在充电基础设施建设和运营中的分工和协作关系。优化充电基础设 施的规划和布局。编制充电基础设施专项规划，综合考虑土地规划、物业管理、 停车资源、电网容量等因素。推进基础设施建设规划的超前性和整体性。 2. 开放资源和市场，提升基础设施的运营能力。加快电力市场改革，推进车网 互动商业化运营示范，参与现货市场和辅助服务市场。鼓励车网双向互动 （V2G）商业运营试点示范，支持电动汽车基础设施与新能源、储能一体化发展。 3. 借助产业优势，推动技术落地和创新。统一国家标准体系，推进充电基础设 施的智能化建设。进行车网协同计量设备的创新。从技术上解决计量问题， 从而降低车辆参与车网互动的门槛，增加用户进行智能充电的便捷性。加强 充电基础设施与停车资源的整合。探索“一头双枪”“一头多枪”等模式。 4. 因时制宜，车网协同发展需要分阶段进行。建立和完善健康有序的电动汽车 基础设施环境，挖掘电动汽车提供电网灵活性的潜力，需要结合电动汽车的 规模和技术情况，分阶段制定车网协同的任务和目标。 iii 目录 第一章 电动汽车与充电基础设施发展现状 1 一、中国电动汽车和充电设施产业发展概况 1 二、国际情况 4 （一）挪威经验高车桩比支持了电动汽车的高渗透率 4 三、小结 7 第二章 上海地区电动汽车与基础设施 8 一、上海市电动汽车与基础设施发展情况 8 （一）电动汽车发展情况 8 （二）充换电基础设施建设情况 9 （三）电动汽车与基础设施建设的十四五规划 11 二、电动汽车出行特征与充电行为 11 （一）出行特征 12 （二）充电特征 14 （三）上海电动汽车的出行特征和充电行为画像 15 三、上海优化充电基础设施的政策措施 16 四、小结 17 第三章 上海市电动汽车与电网协同发展实践与效益 18 一、上海市电力供需情况 18 二、上海市对车网协同发展的需求 19 三、上海市车网协同发展的实践 21 四、车网互动的潜力与经济性 22 （一）错峰充电价格 22 （二）需求响应补偿 23 （三）经济性分析 25 五、小结 28 第四章 充电基础设施的建设与运营 29 一、商业模式分析 29 （一）运营商主导模式 29 （二）车企主导模式 29 iv （三）充电服务平台主导模式 30 （四）三种模式的对比分析 30 二、基础设施建设和运营面临的挑战 31 （一）建设难、资源制约现象突出 31 （二）运营难、市场投资意愿减弱 32 （三）充电难、车主体验不佳 33 三、基础设施建设与运营的机遇 33 四、小结 34 第五章 研究发现与政策建议 35 一、研究发现 35 （一）现阶段充电基础设施基本能够满足电动汽车的发展速度 35 （二）上海市电动汽车渗透率和基础设施建设领先全国 35 （三）上海市电动汽车基础设施的响应潜力和经济性都很可观 35 （四）基础设施“重建设、轻运营”的局面有望被打破 36 （五）基础设施的专项规划和监管都有待加强 36 二、政策建议 36 （一）加强顶层设计和规划，优化基础设施的建设和布局 36 （二）开放资源和市场，提升基础设施的运营能力 37 （三）借助产业优势，推动技术落地和创新 37 （四）因时制宜，车网协同发展需要分阶段进行 38 v 图表目录 图 1 中国电动汽车销量 1 图 2 我国充电桩保有量变化趋势（万台） 2 图 3 我国车桩比变化趋势 2 图 4 我国车桩比（仅限公共充电桩）变化趋势 3 图 5 我国不同类型充电桩保有量的比例 3 图 6 2022 年主要国家和地区的新能源汽车销量（万辆）和全球份额占比 4 图 7 挪威新能源汽车销量  5 图 8 挪威新能源汽车渗透率 5 图 9 典型国家的能源价格 6 图 10 典型国家 2022 年的车桩（公共桩）比 6 图 11 上海新能源汽车销量 万 和渗透率 8 图 12 上海市 2022 年各类实际运营充电桩保有量 9 图 13 公共充电桩充电量与同比增速 10 图 14 上海各区充电设施利用率 10 图 15 “十四五”期间充电设施需求设计（万标准桩） 11 图 16 电动私家车出行时间分布 12 图 17 上海新能源汽车出行时刻分布（0-23 点） 13 图 18 上海新能源汽车日均出行时长（小时） 13 图 19 上海新能源汽车日均出行里程分布 14 图 20 上海新能源汽车私家车充电频率分布 14 图 21 上海新能源汽车充电时刻分布 15 图 22 2018-2022 年上海市夏季用电负荷峰值 19 图 23 上海市六级电力负荷管理方案 21 图 24 电动汽车需求响应参与主体与聚合流程 23 图 25 非居民需求响应电量结构 24 图 26 居民需求响应补偿资金与价格 24 图 27 上海市某换电站需求响应负荷对比 27 图 28 三种充电桩建设运营模式对比 31 vi 表目录 表 1 近期上海市智能有序充电设施政策 16 表 2 上海地区电动汽车充电负荷预测 20 表 3 上海市居民及工商业分时电价（元） 22 表 4 电动乘用车车网互动经济性 25 表 5 电动物流车车网互动经济性 26 表 6 换电站网互动经济性 27 表 7 从上海的电动汽车充电市场容量角度看行业营收  32 电动汽车充电基础设施建设与运营的优化解决方案 1 第一章 电动汽车与充电基础设施发展 现状 一、 中国电动汽车和充电设施产业发展概况 中国电动汽车市场规模持续快速增长，连续 8 年保持销量全球第一。2022 全年 新能源汽车 1 销量达到688.7万辆，占全国汽车总销量的25.6；截至2022年底，全 国新能源汽车保有量达到 1310 万辆，占汽车总量的 4.1。其中，电动汽车年销量 536.5 万辆、保有量 1045 万辆，约占新能源汽车总量的八成 [2] 。 1.46 4.5 24.75 40.9 65.2 98.4 97.2 111.6 291.6 536.5 -156.25 0.00 156.25 312.50 468.75 625.00 0. 150. 300. 450. 600. 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 电动汽车销量（万辆）增长率 图1中国电动汽车销量 图 1 中国电动汽车销量 数据来源中国汽车工业协会 根据中国电动汽车充电基础设施促进联盟（“充电联盟”）统计，截至 2022 年 底，我国充电桩保有量达到 520 万台，同比增加 99.1；其中，公桩约 180 万台， 随车配建私桩约 341 万台。2022 年全国新增充电桩 259.3 万台、换电站 675 座。私 1 新能源汽车包括纯电动汽车（电动汽车）、插电式混合动力汽车、燃料电池电动汽车等， 本报告主要关注纯电动汽车。 电动汽车充电基础设施建设与运营的优化解决方案 2 人充电桩 2 增速远超公共充电桩增速私桩新增 194.5 万台，同比上升 225.5；公桩 新增约 64.8 万台，同比增加 91.6。 122 168 261 520 0 100 200 300 400 500 600 2019 2020 2021 2022 图2 我国充电桩保有量变化趋势（万台） 图 2 我国充电桩保有量变化趋势（万台） 数据来源中国电动汽车充电基础设施促进联盟 相比较于1310万辆的新能源汽车保有量，实现了2.52的车桩比（图3）；如 果仅考虑公桩，车桩比达到 7.28（图 4） [3] 。 3.13 2.93 3 2.52 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 2019 2020 2021 2022 图3 我国车桩比变化趋势 图 3 我国车桩比变化趋势 数据来源中国电动汽车充电基础设施促进联盟 2 私人充电桩（私桩）指安装于私人领域的自用充电桩 , 不对外开放。 电动汽车充电基础设施建设与运营的优化解决方案 3 7.38 6.10 6.84 7.28 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 2019 2020 2021 2022 图4 我国车桩比（仅限公共充电桩）变化趋势 图 4 我国车桩比（仅限公共充电桩）变化趋势 数据来源中国电动汽车充电基础设施促进联盟 如 图 5 所示，2022年公桩和私桩的保有量比值为0.53，近似12的关系。 公共充电领域，根据2022年底的数据，公共直流桩是76.10万台，公共交流桩是 103.6万个，直流桩的数量与交流桩的保有量之比为0.731。因为交流桩的成本低， 铺设容易，在数量上处于领先位置。 0.71 0.62 0.69 0.73 0.74 0.93 0.78 0.53 0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 2019 2020 2021 2022 公私桩比直流交流比 图5我国不同类型充电桩保有量的比例 图 5 我国不同类型充电桩保有量的比例 数据来源中国电动汽车充电基础设施促进联盟 电动汽车充电基础设施建设与运营的优化解决方案 4 二、 国际情况 2022 年，美国、欧洲和中国的新能源汽车销量分别是 92 万辆、259 万辆和 688 万辆，分别占全球份额的 8、24 和 64（ 图 6），这三个地区占全球总份额的 96。中国新能源汽车市场规模在全球处于绝对领先地位。2022 年，中国新能源汽 车的渗透率已达到 25.6，而美国仅为 6.7 [4] 。 电动汽车充电基础设施的建设和运营在全球范围内都面临挑战。虽然许多国家 都在加快充电基础设施的建设，但情况存在差异。 中国, 688, 64 美国, 92, 8 欧洲, 259, 24 其他, 43, 4 中国 美国 欧洲 其他 图6 2022年主要国家地区的新能源汽车销量（万辆）和全球份额占比 图 6 2022 年主要国家和地区的新能源汽车销量（万辆）和全球份额占比 数据来源International Energy Agency （一） 挪威经验高车桩比支持了电动汽车的高渗透率 挪威总人口 550 万 [5] ，拥有约 280 万辆乘用车 [6] 。在冬季，挪威的平均温度为 零下 6.8 摄氏度 [7] ，内陆的气温可能达到零下 10-20 摄氏度，有些地方甚至能达到零 下 40 摄氏度。尽管自然条件并不适合汽车电动化发展，但挪威的新能源汽车渗透率 在 2021 年就达到了 65，并在 2022 年达到 80，基本实现了全面电动化，成为全 球新能源汽车渗透率最高的国家。 电动汽车充电基础设施建设与运营的优化解决方案 5 -50.0 0.0 50.0 100.0 150.0 200.0 250.0 0 20000 40000 60000 80000 100000 120000 140000 160000 180000 挪威新能源车销量增长率/ 图7 挪威新能源汽车销量 图 7 挪威新能源汽车销量 [6] 数据来源网络公开数据 图8 挪威新能源汽车渗透率 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 柴油、汽油和混合动力汽车销量占比/电动汽车销量占比/ 图 8 挪威新能源汽车渗透率 数据来源挪威公路联盟（OFV） 究其原因，在于挪威电价便宜而油价高。挪威电力的 88 来自水电 [8] ，资源丰 富且电价便宜。根据2022年12月的数据，挪威每度电仅为0.8元。同时，挪威的 汽油价格较高，为每升 19 元，是美国和中国油价的两倍多。因此，相比于传统的燃 油汽车，新能源汽车更有经济优势。除此之外，挪威政府对电动汽车的购买和使用 实行了多项税收优惠政策，包括免除销售税和道路使用费等。 电动汽车充电基础设施建设与运营的优化解决方案 6 0.55 0.8 0.8 3 7.2 7 19 14 0 5 10 15 20 中国美国挪威德国 电价元/kWh油价元/L 图9 典型国家的能源价格 图 9 典型国家的能源价格 数据来源 International Energy Agency 与电动汽车的快速发展不同，挪威电动汽车基础设施的建设速度相对较缓。从 充电基础设施的角度来看，挪威的车桩（公共桩）比高达33.6，是美国的1.8倍、 中国的 4.6 倍。 图10典型国家2022年的车桩（公共桩）比 7.2 15.5 18.2 33.6 0 5 10 15 20 25 30 35 40 中国欧洲美国挪威 图 10 典型国家 2022 年的车桩（公共桩）比 数据来源International Energy Agency 电动汽车充电基础设施建设与运营的优化解决方案 7 在如此高的车桩比情形下，挪威依然实现了电动汽车的高渗透率，主要原因有 以下几点 （1）私人充电设施便利。挪威82的充电桩位于私人住宅，高于欧洲平均水平， 而中国仅有 30 左右的电动汽车拥有私人充电桩。这意味着挪威民众可以方便地在 家充电，弥补公共充电桩不足的问题，而我国的 70 的电动汽车用户需要借助公共 充电桩来补充电能。 （2）通过政策全方位引导用户拥抱电动汽车。在电动汽车的出行、停车、充电、 购买等方面，挪威都对电动汽车进行了政策倾斜，培养了用户对电动汽车的接受度。 （3）挪威在环境保护和拥抱新能源技术上，培养了很高的国民意识，使得民众 在接收新能源产品上具备更高的积极性。 三、 小结 各国电动汽车正在蓬勃发展，充电基础设施的建设和运营都面临新的挑战和机 遇。通过借鉴国际相关国家的新能源汽车发展现状，了解到充电基础设施建设需要 充分考虑用户需求、技术发展和政策支持等方面。挪威作为全球新能源汽车普及率 最高的国家，尽管车桩比并不具有领先优势，但是仍然能够实现如此高的新能源汽 车普及率，与挪威在充电基础设施方面的建设和政策支持息息相关。 电动汽车充电基础设施建设与运营的优化解决方案 8 第二章 上海地区电动汽车与基础设施 一、 上海市电动汽车与基础设施发展情况 （一） 电动汽车发展情况 2022 年，上海地区的新能源汽车销量为 33.5 万辆，是 2020 年销量的 2.8 倍， 且占2022年汽车总销量的47.8，新能源汽车渗透率高于全国的25.6。截止 2022年底，上海的新能源汽车保有量已经达到94.5万辆，占全市汽车保有量的 19.8。 从 2023 年 1 月 1 日起，在上海购买插电混动和增程电动车将不再享受免费牌照 福利，而是需要同燃油车一样竞拍牌照。这一政策变化会影响插混车型的后续销售， 但是新能源汽车在上海的高渗透率已成定局。 12.1 25.4 33.5 18.91 34.47 47.80 0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00 0 5 10 15 20 25 30 35 40 2020 2021 2022 上海新能源汽车年销量上海新能源汽车渗透率 图11 上海新能源汽车销量万和渗透率 图 11 上海新能源汽车销量 万 和渗透率 数据来源网络公开数据 电动汽车充电基础设施建设与运营的优化解决方案 9 （二） 充换电基础设施建设情况 按照过往期间上海的新能源沪牌推广要求，安装充电桩是申请沪牌的必要条件 之一，这也推动了上海的车桩比处于较低水平。在充电基础设施监测方面，上海建 成了全国最大的省 / 市级监控平台联联充电。根据其统计数据，截至 2022 年 12 月底，市级平台接入的实际运营充换电设施运营商达 280 家，市级平台已累计接入 全市公用及专用充换电设施共计 14.48 万个，其中公用充电桩 9.06 万个、专用充电 桩 5.42 万个，叠加私桩 55.22 万个，全市的充换电设施共计约 65.26 万个，支撑了 94.5 万辆新能源车的充换电需求，车桩比约 1.41。截至 2022 年 12 月底，全市实际 运营充换电设施共计 10.04 万个，其中公用充电桩 7.17 万个、专用充电桩 2.87 万个， 而 2021 年年底实际运营的充换电设施为 9.26 万个，意味着 2022 年实际运营充换电 设施的增长率为 8.4 [9] 。 5.73 2.05 3.98 0.99 5.07 2.1 1.79 1.08 0 1 2 3 4 5 6 7 公用交流公用直流专用交流专用直流 2021 2022 万台 图12上上海海市市2022年年各各类类充充电电桩桩保保有有量量 图 12 上海市 2022 年各类实际运营充电桩保有量 数据来源2022 上海市充换电设施大数据年度报告 上海市公共充电桩充电量维持稳步上升趋势。2022年，全年公桩充电量超12 亿千瓦时，同比增加 23；充电时长超过 4 千万小时，同比增速 23。 电动汽车充电基础设施建设与运营的优化解决方案 10 0.00 20.00 40.00 60.00 80.00 100.00 0 2 4 6 8 10 12 14 2018 2019 2020 2021 2022 充电量（亿kWh）年充电时长（千万h） 充电量同比增速年充电时长同比增速 图13 公公共共充充电电桩桩充充电电量量与与同同比比增增速速 图 13 公共充电桩充电量与同比增速 数据来源2022 上海市充换电设施大数据年度报告 公用站点、小区站点、单位站点的充电时长及利用率 3 持续增长，公交站点充电 时长与利用率都出现下滑。 上海市充电设施利用率整体维持在 10 以内，其中直流桩的利用率远高于交流 桩。宝山区各类设备利用率的表现均为全市最高，另外，设备数量最多的浦东新区 各类设备利用率虽不如宝山区，但比较均衡，且略高于全市平均值（图 14）。 0 2 4 6 8 10 12 14 公用直流公用交流专用直流专用交流 图14上上海海各各区区充充电电设设施施利利用用率率 图 14 上海各区充电设施利用率 数据来源2022 上海市充换电设施大数据年度报告 3 充电设施的利用率分为时间利用率和功率利用率。本研究中，利用率指的是时间利用率。 电动汽车充电基础设施建设与运营的优化解决方案 11 （三） 电动汽车与基础设施建设的十四五规划 根据上海市充（换）电设施“十四五”发展规划，要求在 2025 年全市充电 基础设施应该满足 125 万辆新能源电动汽车的充电需求，其中，乘用车（私家车） 约 100 万辆，单位用车和公共领域车辆约 25 万辆。 到 2025 年建成标准桩 4 约 60.5 万个，其中自用标准桩 53 万个，专用标准桩 3.5 万个，公共标准桩 4 万个。配合品牌乘用车、出租车、物流车、重卡等换电需求， 建成换电站约 300 座 [10] 。 0 10 20 30 40 50 60 自用充电桩专用充电桩公共充电桩 图15 “十四五”期间充电设施需求设计（万标准桩） 图 15 “十四五”期间充电设施需求设计（万标准桩） 数据来源上海市充（换）电设施“十四五”发展规划 根据目前的增速，如果 2023-2025 年每年新能源汽车新增至少 33 万辆（保守估 计与 2022 年持平），充电基础设施的建设将面临考验。 二、 电动汽车出行特征与充电行为 在研究电动汽车充电基础设施建设与运营的优化解决方案时，描述电动汽车的 行车特征与充电特征非常重要 ˙ 电动汽车的行车特征，包括行驶时间、行驶里程等，可帮助确定充电站的位 置和布局，以确保电动汽车在行驶途中充电便捷。 4 自用（私人）充电桩按7kw为一个标准量核定，专用、公共充电桩按60kW为一个标准量核定。 电动汽车充电基础设施建设与运营的优化解决方案 12 ˙ 电动汽车的充电特征，包括充电速度、充电时间和充电需求量，可帮助确定 充电站所需的充电设施和电力供应，以及优化充电站的运营模式。 2022年发布的中国新能源汽车大数据研究报告（2022）将全国城市分为五档， 对这些城市的电动私家车出行情况进行了统计。另外，上海市新能源汽车公共数据 采集与监测研究中心定期发布的上海新能源汽车监测报告 2022，也给出了关于 上海地区新能源汽车的出行和充电特征行为。在本研究中，我们主要针对上海地区 的出行情况进行分析。根据上海市新能源汽车公共数据采集与监测研究中心的数据， 截止到 2023 年 3 月底，已经有 104.9 万辆汽车接入，其中乘用车为 101.2 万辆，占 比为 96。 （一） 出行特征 根据不同城市的统计，可以看出私家车的出行时间集中在早晨7点至傍晚6点， 而且每个时段最高的出行比例不超过 10。可以理解为每一时段，至少超过 90 的 车辆处于停驶状态，而且各类型城市在这方面的表现总体一致（图 16） [11] 。 0 2 4 6 8 10 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 比例 Time First-�er city Second-�er city Third-�er city Fourth-�er city Fi�h-�er city 图 16 电动私家车出行时间分布 数据来源中国新能源汽车大数据研究报告（2021 电动汽车充电基础设施建设与运营的优化解决方案 13 图17上海新能源汽车出行时刻分布（0-23点） 0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 车辆数占比 私人出租 图 17 上海新能源汽车出行时刻分布（0-23 点） 数据来源上海市新能源汽车公共数据采集与监测研究中心 , 上海新能源汽车监测报告 2022. 从 图 17 当中可以看出 [12] ，上海地区的私家车辆的出行时刻特征与 图 16 所示趋 势基本一致，出行时刻的高峰出现在下午五点钟。上海地区的出租车出行时刻分布 相对均衡，最高峰出现在下午一点左右。 图18上海新能源汽车日均出行时长（小时） 0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00 01 12 23 34 45 56 67 78 89 910 10 车辆数占比 私人出租 图 18 上海新能源汽车日均出行时长（小时） 数据来源上海市新能源汽车公共数据采集与监测研究中心 , 上海新能源汽车监测报告 2022. 从上海新能源汽车日均出行时长上可以看出，对于私人车辆，有接近六成的比 例的车辆的出行时长处于 1-2 个小时，出行时间超过 3 个小时的车辆比例不到 5。 而对于出租车辆，普遍的每日出行时长都在 7 小时以上，比例高达 84。 电动汽车充电基础设施建设与运营的优化解决方案 14 图19电动乘用车每次出行行驶里程分布 0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00 车辆数占比 私人出租 图 19 上海新能源汽车日均出行里程分布 数据来源上海市新能源汽车公共数据采集与监测研究中心 , 上海新能源汽车监测报告 2022. 从新能源汽车每天出行里程来分析，高达95的私家的日均行驶里程少于90 千米，超过一半的私家车的出行距离位于 30 到 60 千米之间。与之相对比的是，超 过 95 的出租车的日均行驶距离超过 150 千米。 （二） 充电特征 [13] 从私家新能源车辆的平均每周充电天数来看，接近八成的比例不超过两次，有 接近四成的私家车平均每周充电仅需 1 次。 图20 上海新能源汽车私家车充电频率分布 0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 1 1 2 3 4 5 6 车辆数占比 周充电天数（天） 图 20 上海新能源汽车私家车充电频率分布 数据来源上海市新能源汽车公共数据采集与监测研究中心 , 上海新能源汽车监测报告 2022. 电动汽车充电基础设施建设与运营的优化解决方案 15 从上海地区的新能源汽车充电时刻分布来看（ 图 21），私人车辆的充电峰值出 现在晚上 10 点，其中的原因主要有两个一是此时电价进入谷电区间，充电便宜； 二是具有有序充电功能的充电设施的普及。而出租车在充电时刻上，从上午 11 点到 凌晨之间，充电行为的时间分布呈现稳定的状态。 图21上海新能源汽车充电时刻分布 0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 14.00 16.00 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 车辆数占比 充电时刻（0 -23点） 私人出租 图 21 上海新能源汽车充电时刻分布 数据来源上海市新能源汽车公共数据采集与监测研究中心 , 上海新能源汽车监测报告 2022. （三） 上海电动汽车的出行特征和充电行为画像 基于以上的调研分析，得出上海电动汽车的出行特征和充电行为主要有 ˙ 车辆的出行时刻比较分散，每个时段最高的出行比例不超过 10； ˙ 私家车在早晚高峰出行较为集中，而出租车的出行峰值出现在下午 1 点钟； ˙ 私家车和出租车的日均出行时长差异巨大，私家车超过 3 小时的不足 5， 而出租车超过 7 小时的占 84； ˙ 高达 95 的私家的日均行驶里程少于 90 千米； ˙ 超过 95 的出租车的日均行驶距离超过 150 千米； ˙ 私人车辆的充电峰值出现在晚上 10 点； ˙ 凌晨 2-6 点之间，充电负荷处于低位。 电动汽车充电基础设施建设与运营的优化解决方案 16 因此，上海市电动汽车车主充电时段趋于集中，比如快充会集中在中午，有可 能叠加到电网午间峰荷时段，因此对电网的影响不可忽略。但由于电动汽车大部分 时间都处于停驶状态，若能发挥其有序充电和放电功能，则是很好的调峰和填谷资源。 通过有序充电和车网协同，将有助于提高充电波谷时段内的充电桩利用效率，进一 步抑制整体的充电负荷波动。 三、 上海优化充电基础设施的政策措施 由于电动汽车的充放电行为通过基础设施与电网产生互动，为挖掘电动汽车的 灵活调节潜力，2020 年以来上海市连续发布智能充电基础设施标准及建设政策文件、 落实分时电价政策、持续开展电力需求响应工作，为车网互动的落地提供了条件。 具体的政策内容如 表 1 所示 表 1 近期上海市智能有序充电设施政策 政策文件 [14-15] 重点内容 上海市促进电动汽车充（换） 电设施互联互通有序发展暂行 办法，市发改等，2020 年 3月31日 新增自用充电设施的，车企提供的充电桩应具备智能充 电功能。 鼓励居民区已有充电桩通过加装能源路由器等方式进行 智能化改造，并按每桩 200 元标准给予财政补贴。 电动汽车智能充电桩智能 充电及互动响应技术要求 （DB31/T 1296-2021）, 市 场监督局 , 2021 年 6 月 1 日 国内首个车网互动领域地标，规定了电动汽车智能充电 桩智能充电及互动响应的适用场景、通用要求、智能充 电要求、互动响应要求及平台交互要求。适用于智能交 流充电桩和智能非车载充电机。 关于本市进一步推动充换电 基础设施建设的实施意见， 市政府，2022 年 1 月 25 日 开展新能源汽车有序充电试点。支持电网企业、市级平 台和充电企业通过需求侧响应等方式，开展智能有序 充电，探索车网双向互动。打造“新能源汽车有序充电 示范市”，力争“十四五”期间，形成50万辆车、50 万千瓦有序充电能力。 上海市能源电力领域碳达 峰实施方案，市发改委， 2022年8月1日 引导电动汽车充电网络等参与系统调节。通过市级互联 互通充电桩平台提升充电设施的智能化水平和协同控制 能力，引导电动汽车发挥削峰填谷作用，至2025年全 市新增智能充电设施 20 万个。 上海市充（换）电设施 “十四五”发展规划，市交 通委， 2022 年 11 月 2 日 利用电动汽车储能特性，推进充电设施有序充电、电网 互动响应试点示范。 电动汽车充电基础设施建设与运营的优化解决方案 17 （1）上海市实行“共建共享”模式，即由电网企业建设电动汽车充电基础设施， 由不同的充电运营企业运营。这种模式可以提高充电设施的利用率，减少建设和运 营成本。 （2）推动电动汽车基础设施互联互通 [14] 。上海市发布文件，提出从重建设转 向重运营，支持方向从设备补贴转为度电补贴；从全面推转向抓重点，通过度电补 贴和示范站建设重点解决电动出租车充电难问题，着力破解进社区难题；从无序充 转向有序管，依托市级平台加强充电运营企业管理，依托企业平台加强社区有序充 电和安全充电管理。 （3）加强充电企业在选址建桩上的科学引导、规范运营和互联互通管理，为电 动汽车车主提供更优质的服务。 通过上述措施，上海市电动汽车的基础设施建设和运营持续改善和提升，充电 效率和设施利用率也有所提高，同时电动汽车有序充电方面也取得了一定的成绩。 目前，上海地区电动汽车用户在安装私人充电桩时，还普遍存在一些困难，比如业 主委员会和物业公司的配合热情有限。路边进行充电设施建设，也需要电力、路政、 交通等多个部门的合作，往往会影响业务开展的效率。 四、 小结 在新能源汽车渗透率和充电基础设施的建设领先全国的情况下，随着上海电动 汽车市场进一步的发展，充电基础设施的精细化运营应当是下一步的重点。上海市 电动汽车车主充电时段较为集中，若叠加到电网峰荷时段，将对电网的安全运行产 生影响。由于电动汽车大部分时间都处于停驶状态，若能发挥电动汽车，尤其是私 家车有序充电和放电功能，则是很好的调峰和填谷资源。采用有序充电和车网协同 的充电方式，有助于提高充电波谷时段内的充电桩利用效率，进一步抑制整体的充 电负荷波动。由于电动汽车的充放电行为通过基础设施与电网产生互动，上海市已 经采取措施，在智能充电基础设施标准及建设政策文件、落实分时电价政策、开展 电力需求响应等方面开展大量工作，为车网互动的落地提供了条件。 电动汽车充电基础设施建设与运营的优化解决方案 18 第三章 上海市电动汽车与电网协同发 展实践与效益 一、 上海市电力供需情况 上海火电的装机容量近年来已呈下降趋势。根据 2021 年中国电力行业的数据， 上海火电的装机容量占比从 2010 年的 99.16 下降到 2016 年的 95.5， 2021 年进 一步下降到90，几乎每年下降一个百分点。同时，新能源的装机容量比例持续增加。 上海市提出在“十四五”期间全面推广光伏应用并启动百万千瓦级深远海海上风电 示范，规划到 2025、2030 年全市风光装机将分别达到 669 万千瓦和 1200 万千瓦。 电源结构在清洁化的同时，也带来间歇性和波动性。 电力送入方面，上海市进一步加大市外非化石能源电力的消纳规模，规划通过 宾金直流、复奉直流等特高压输电通道消纳金沙江下游水风光电力，力争 2025 年新 增新能源电量不少于 50 亿千瓦时 [15] 。 在用户侧，空调负荷是推高上海市用电高峰的主要驱动因素。电网最高负荷一 般出现在 7-8 月，在持续高温或极端高温天气时，空调制冷负荷激增，可达全社会 最大用电负荷 40 以上，并造成上海电网用电负荷高峰大幅攀升 [16] 。与此同时，随 着电动汽车保有量不断增大，上海市电动汽车充电负荷不断增加，尤其是高峰时间 的充电行为，将推动电峰谷差进一步扩大。 电动汽车充电基础设施建设与运营的优化解决方案 19 3094 3123 3312 3353 3807 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 2018 20