《电子技术应用》

智能电力驱动未来城市绿色交通 创新体系模式打造智能互动体系

2017/11/27 19:10:00

  2017年4月1日,中共中央、国务院印发通知设立国家级雄安新区。雄安新区是千年大计、国家大事,规划建设重点任务之一是“构建快捷高效交通网,打造绿色交通体系”。交通电气化是实现交通绿色化的关键,因此应该以智能电力驱动雄安绿色交通。

  其实,不独是雄安,对于所有面向未来的城市来讲,交通电气化都是绕不过去的话题。

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  长久以来,由于动力电池等移动储能供电的研究进展缓慢,导致汽车等交通工具仍以直接燃烧化石能源为主要动力来源,使得交通行业成为仅次于能源行业的第二大碳排放行业。从能源视角来看,1971~2013年,电能在非交通领域终端能源消费占比从12.1%提升到27.9%,但是在交通领域终端能源消费占比仅从1%提升到1.2%。反过来,石油在非交通领域终端能源消费占比从28.8%下降到12.5%,但是在交通领域仅从93.4%下降到92.6%。这一“此消彼涨”的趋势,表明大幅提高交通领域电气化比例,是降低全球化石能源消耗水平和碳排放水平,确保人类可持续发展的下一个主要战场。

  近年来,在动力锂离子电池技术突破的“内生动力”,以及国内外能源转型升级和抢占汽车产业制高点的“外在压力”的双轮驱动下,国内外电动汽车与充电基础设施市场规模快速增长,产品竞争力显著提升,已经积累了较为丰富的实际运行经验,全面推广交通领域电气化发展恰逢其时。

  绿色目标:100%电气化交通

  未来城市交通将由多元化多层次的城市轨道交通(地铁、轻轨等)、公共交通(公交车、出租车等)、货运交通、个人交通等交织构成,向外衔接城际高铁交通,形成立体高效的交通体系。

  优先发展轨道交通和公共交通电气化。轨道交通和公共交通的单位运量能耗低、运量大。在国际发达城市,城市轨道交通客运量占城市公共交通客运总量比例可达80%,适宜优先发展。目前,我国高铁和地铁基本全部实现电力牵引,公交车和出租车已取得全面电气化的运营实践经验。

  重点发展货运交通和个人交通电气化。货运物流车、环卫车、通信车等专用领域用车占用道路资源多,排放水平高;私家车大规模增长也是城市交通拥堵,污染严重的主要原因,推动这两个领域的电气化发展是实现绿色交通的重点。目前电动货运车已取得运营实践经验,电动私家车初期可考虑纯电动汽车与插电式混合动力汽车共同发展,远期具备全部采用纯电动汽车的条件。

  硬件基础:全面布局绿色交通基础设施

  一是布局多类型充电设施,满足多样化充电需求。不同停驶特性交通工具的充电需求不同。电动公交车行驶路线与运行班次相对固定,适合配备专用充电设施。电动出租车则具有更大的随机性和灵活性,主要依靠公共快充站充电。货运物流车在夜间非作业时段和白天运输配送作业时将分别主要利用专用充电和公共快充设施。对于私家车,除了使用住宅和办公场所的专用充电桩外,长途行驶时会通过公共快充设施临时快速补电,在商业场所、文体场所、旅游景区等也会通过“消费+充电”、“停车+充电”等方式使用公共慢充设施。考虑多样化的充电需求特性,应优化配置公共、专用、快充、慢充设施,实现“快慢互济”、“公专互补”。

  二是打造“无处不在”的公共快充网络覆盖全区域快充需求。除了在专用充电桩充电满足基本充电需求外,电动汽车用户在行驶途中不可避免有快速临时充电的需求,建立数量充足、分布合理、覆盖全面的公共快充桩网络是满足用户应急充电的必要措施。根据未来城市的整体城市发展格局、产业布局、道路基础设施、交通流量时空分布等,科学研判公共充电需求的分布与密度特征。在此基础上,系统划分未来城市的多级网格化充电片区,合理配备各级片区内公共快充站址数量与充电桩的配置模式,重点满足交通枢纽、重要城镇核心区、商务办公居民区等车流量大、应急充电需求旺盛区域,构建服务半径最小、服务能力最强、服务效益最高的“三最”网络。

  三是创新发展新型充电技术,发挥示范引领作用。更快的充电速度与更便捷的充电方式是用户对充电服务的要求与期望,也是实现100%交通电气化发展的核心驱动力。一方面,开展350千瓦及以上电动乘用车超大功率充电技术示范工程建设运营,开展电缆与动力电池高性能液冷技术、超大功率充电连接组件技术、宽电压范围与高转换效率充电模块技术、高电压平台电动汽车技术等一系列先进充电技术的示范应用,实现电动汽车充电时间的大幅度缩减。另一方面,推进静态无线充电试点示范,突破创新动态无线充电技术,达到无需停车即可充电的效果,大幅提升电动汽车用户的充电体验。

  体系模式:创新打造智能互动体系

  一是构建“源-网-桩-车”双向通信与控制体系。可再生能源发电功率取决于自然资源情况,具有随机性和峰谷特性;电网调度随着电力电子技术的发展,具有更好的灵活性和柔性;充电桩功率随着信息与控制技术的发展,具有更强的可控性和智能性;电动汽车充放电取决于用户的需求与决策,具有一定的随机性和可引导性。构建“源-网-桩-车”实时高效的双向通信与准确快速的控制系统,实现新能源发电出力状态、电网运行状态、充电桩输出功率状态、电动汽车行驶以及电池状态等海量实时数据的深度融合,分阶段推进“本地优化”和“全网优化”的智能充(放)电模式,可以有效促进新能源消纳、保障电网安全高效运行、引导负荷削峰填谷,确保“新能源汽车”消纳“新能源电”。

  二是全面实施电动汽车充电智能动态定价体系。改变以政府指导价为主的“电费+服务费”充电定价模式,利用价格引导驱动电动汽车用户实践绿色交通。一方面,全面执行分时动态充电电价政策。根据电网负荷峰谷波动情况,制定分时电价,引导电动汽车在电网负荷低谷充电;结合新能源发电出力波动情况,制定消纳新能源富裕电力的动态电价,引导电动汽车多消纳新能源电力。另一方面,全面实行市场化充电服务费定价机制。根据电动汽车充电需求的时空分布特征,制定动态价格,利用价格杠杆优化用户的充电行为;针对不同类型、不同服务能力的充电设施制定差异化的服务价格,发挥市场在调节充电设施资源中的决定性作用。此外,探索电动汽车向电网放电及提供辅助服务的市场化定价机制。

  软件平台:构建覆盖电动汽车全业务的车联网平台

  一是创新实践车联网平台的智能技术。车联网平台聚合电动汽车用户、电动汽车、充电桩、服务提供商等参与主体,联通硬件基础设施,是绿色交通体系模式实践的载体,需要与时俱进的智能技术的支持。采用微服务技术,抽象各业务功能通用需求形成可共享的微服务块,平台通过调用已有的微服务,快速构建面向各业务线的应用功能,快速响应市场需求和业务变化。发展“平台-车”高速双向智能通信技术,保证车与平台之间频繁及时可靠的信息交互。建立高精度地理信息体统,利用大数据技术分析海量实时交通和电动汽车状态信息,对全网范围内充电桩充电功率进行智能分配调度。

  二是构建覆盖全业务需求的服务体系。充电需求是电气化交通的核心需求,信息平台应从公共充电、专用充电、充电社区、电网互动等多方面为充电需求提供便捷智能的服务。在充电服务基础上,围绕电动汽车全业务需求服务的车辆购置与租赁、车辆维修与保障、车辆使用与运营、车辆后处理等环节开展用车增值服务,采用“互联网+”的方式整合多方资源,实现电动汽车及充电网络相关各方资源有效对接与高度共享。


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