电网能否应对新一波浪潮的电动汽车？ - 《华尔街日报》

随着电动汽车销量持续攀升，电网将面临考验。图片来源：caroline brehman/Shutterstock在汽车厂商的积极推广、车辆续航里程提升、环保法规和政府激励措施的推动下，一波由电动轿车、SUV和皮卡组成的浪潮正涌向美国公路。

专家预测，到2030年，电动汽车将占美国轻型车年销量的三分之一甚至一半，而2022年这一比例仅为7%。

若预测成真，一个重大问题随之而来：电网能否为数千万辆电动汽车提供充电支持？

部分电网运营商已难以满足特定区域和时段的用电需求——例如去年9月热浪期间，加州电力部门要求居民避免在晚间为电动车充电以防电网过载，其他地区的公用事业官员也曾警告可能采取轮流停电措施防止系统崩溃。

首先带来好消息：得益于耗资数千亿美元的扩容计划，许多专家认为电力行业能够为即将到来的电动汽车浪潮提供充足电力。

但问题不止于此。更严峻的瓶颈可能出现在为家庭和企业供电的本地电网环节，这些社区配电系统或需进行昂贵升级。随着电动卡车和货运车的普及，还需额外投入资金强化商业场所的电线与变压器设施。

许多行业分析师表示，这些投资加在一起很可能会导致电费上涨。

“他们在电网上的投资越多，这些成本就越会转嫁给消费者，“审计和咨询公司毕马威的美国能源咨询负责人布拉德·斯坦斯伯里说。

控制电动汽车充电时间有助于电网各部分应对更高需求，例如在用电高峰的傍晚和夜间限制充电。有几种方法可以实现这一目标，比如按一天中的不同时段调整电价，以及为车主提供夜间充电激励措施。

以下是大规模采用电动汽车可能对电力系统的三个主要组成部分——发电、远距离输电和本地配电——产生的影响，以及需要做哪些准备工作。

发电

美国约1.2万座公用事业规模发电厂通过燃烧天然气、煤炭、核裂变或利用阳光、风能和水能来发电。到目前为止，电动汽车充电只占发电量的极小部分。

阿贡国家实验室最近的一项研究发现，2021年美国道路上210万辆电动汽车消耗的电力不到当年总用电量3930万亿瓦时的0.2%。

对未来几年电动汽车耗电量的预测差异很大。为电力行业提供指导的非营利组织电力研究协会估计，到2030年，包括公共汽车和商用卡车在内的各类电动汽车将使全国总用电量比2021年增加8%至13%。该组织估计，到那一年，这些车辆将消耗美国总发电量的7%至11%。

新的电力需求还将源于一些政府为限制燃气灶安装而推广电灶，以及用电动热泵替代燃气炉的强制措施。

电力公司曾应对过需求大幅增长的情况，例如约50年前空调的普及安装，以及近年来为云存储建设的大型数据中心。

但电动汽车带来了不同的挑战。电动汽车的普及率无法可靠预测，这涉及诸多变量，包括汽油价格、电动汽车的价格和供应情况、公共充电站的建设以及政府激励政策的持续性。

相比之下，电力公司通常能提前数年预知其他高耗能客户的到来，如大型住宅开发项目、购物中心和工厂，从而有时间进行升级，爱迪生电力研究所（投资者所有的电力公司贸易组织）的电动交通高级总监凯伦·谢夫特表示。

电力行业还面临监管机构、环保团体和一些投资者要求关闭燃煤和燃气电厂的压力。这意味着需要新增发电容量和公用事业规模的可再生能源电池存储，以弥补关闭化石燃料电厂和电动汽车需求增长带来的缺口。

尽管如此，大多数专家相信该行业能够跟上需求。

电力研究院预测，到2030年，电力公司将在基础设施和运营上总计投入1.5万亿至1.8万亿美元。该机构表示，其中约22%至30%将用于增加发电和电力存储容量。

一项2019年研究由能源部监督得出结论：“基于历史[发电]增长率，预计将有足够的能源生产和发电能力来支持不断增长的电动汽车车队随时间发展。”

此外，电力系统在一天中的某些时段已经存在过剩容量。毕马威的分析指出，美国目前具备足够的发电能力，可在夜间为8000万辆电动汽车充电——因此需要控制充电时间。爱迪生电力研究所估计，到2030年，道路上将有2600万辆电动汽车，而目前约为320万辆。

远距离输电

电力离开发电站后，会通过升压使其能够沿着高塔上纵横交错的长距离高压输电线路传输。

电力研究院预计到2030年需要扩大10%的高压输电容量，部分是为了将新的太阳能和风能设施接入电网，但较小程度上是为了应对电动汽车充电的电力需求。该研究机构估计这些升级将耗资300亿至400亿美元，但表示此类预测受通货膨胀和劳动力成本等变量影响。

政府资金可能有所帮助。2022年联邦《降低通胀法案》为输电网络提供了近30亿美元资金，而2021年的基础设施法案则拨款1050亿美元用于全面升级电网。

然而这些改进面临挑战。其一是获取通行权和政府许可——新建或扩建的电力线路常常会引发民众和社区"别在我家后院"的抵制。采购所需材料也可能成为难题。电力研究院电网运营与规划研究主任杰夫·史密斯表示，目前电线杆、输电线路等组件都存在供应链积压问题。

本地配电系统

当电力输送到地方层面时，必须通过变电站降低电压才能安全接入本地电网。随后电线将电力输送至社区、商店和办公园区，变压器会进一步将电压降至家庭和企业使用的120或240伏标准。

电网的这一环节潜藏着最大隐忧。

根据波士顿咨询公司分析，为电动汽车充电可能需要将服务该家庭的电线及变压器输电能力提升70%至130%（具体取决于充电器功率）。

该咨询公司预测，到2030年前，公用事业公司可能需为每辆售出的轻型电动汽车投入1,700至5,800美元的电网改造费用。

波士顿咨询集团董事总经理兼合伙人托马斯·贝克表示，对电力行业整体而言，到2030年这项工作可能在全美范围内耗资100亿美元。

贝克指出，公用事业公司将从电动车用户处获得新收入，但不足以覆盖所需的升级费用。他表示，假设监管机构批准，最终结果可能是公用事业公司将寻求最高达12%的费率上调。

在工业园区、包裹配送中心和仓库为商用车辆充电将带来另一项挑战。这类车辆的用电量可能远超普通轿车。

地方电网还需为公共充电站供电。其数量与电力需求是另一个不确定因素。

与输电网升级类似，加强本地配电网可能面临设备积压和安装工人短缺的问题。

“遗憾的是，这些新基础设施可能需要数月乃至数年才能到位，“电力研究院的史密斯先生表示。

史密斯称，部分公用事业公司正在研究过渡性创新方案，例如可临时部署在当地的移动电池储能系统或移动发电装置，以应对新增需求。

电动车充电管理

为帮助电网各环节更轻松应对更高需求，部分公用事业公司正与汽车制造商和技术供应商合作开发所谓"可延迟充电"“托管充电"或"智能充电"技术。

加州一项由萨克拉门托市政公用事业区、通用汽车公司、福特汽车公司和宝马集团参与的试点项目，会根据车主的出行计划询问最佳充电时间。该技术会结合用电低谷期协调确定最优充电时段。

客户注册即可获得150美元，并每季度获得20美元付款，还可根据需要调整充电计划。

在密歇根州，DTE能源公司正与通用汽车、福特和宝马合作测试一项计划，允许电力公司在用电高峰时段暂停电动汽车充电。参与客户将获得价值100美元的礼品卡，暂停充电前会收到短信通知并可选择退出。

“少量可延迟充电（对缓解高峰需求压力）能产生显著效果。不需要所有人参与，“EPRI能源系统与气候分析组项目经理约翰·比斯特林表示。

包括杜克能源和太平洋天然气与电力公司在内的一些公用事业公司，正在试验更先进的双向充电系统。这种技术让电动汽车在高峰时段通过电池向电网回输电力来支援电网——使其成为问题解决方案的一部分。当需求降低时，公用事业公司会为车辆电池重新充电。

大多数此类系统需要对家庭内部电网线路进行升级，并在电动汽车内安装特定充电技术。

齐格勒先生是《华尔街日报》前编辑。联系方式：[email protected]。