電網能否應對新一波浪潮的電動汽車？ - 《華爾街日報》

隨着電動汽車銷量持續攀升，電網將面臨考驗。圖片來源：caroline brehman/Shutterstock在汽車廠商的積極推廣、車輛續航里程提升、環保法規和政府激勵措施的推動下，一波由電動轎車、SUV和皮卡組成的浪潮正湧向美國公路。

專家預測，到2030年，電動汽車將佔美國輕型車年銷量的三分之一甚至一半，而2022年這一比例僅為7%。

若預測成真，一個重大問題隨之而來：電網能否為數千萬輛電動汽車提供充電支持？

部分電網運營商已難以滿足特定區域和時段的用電需求——例如去年9月熱浪期間，加州電力部門要求居民避免在晚間為電動車充電以防電網過載，其他地區的公用事業官員也曾警告可能採取輪流停電措施防止系統崩潰。

首先帶來好消息：得益於耗資數千億美元的擴容計劃，許多專家認為電力行業能夠為即將到來的電動汽車浪潮提供充足電力。

但問題不止於此。更嚴峻的瓶頸可能出現在為家庭和企業供電的本地電網環節，這些社區配電系統或需進行昂貴升級。隨着電動卡車和貨運車的普及，還需額外投入資金強化商業場所的電線與變壓器設施。

許多行業分析師表示，這些投資加在一起很可能會導致電費上漲。

“他們在電網上的投資越多，這些成本就越會轉嫁給消費者，“審計和諮詢公司畢馬威的美國能源諮詢負責人布拉德·斯坦斯伯裏説。

控制電動汽車充電時間有助於電網各部分應對更高需求，例如在用電高峯的傍晚和夜間限制充電。有幾種方法可以實現這一目標，比如按一天中的不同時段調整電價，以及為車主提供夜間充電激勵措施。

以下是大規模採用電動汽車可能對電力系統的三個主要組成部分——發電、遠距離輸電和本地配電——產生的影響，以及需要做哪些準備工作。

發電

美國約1.2萬座公用事業規模發電廠通過燃燒天然氣、煤炭、核裂變或利用陽光、風能和水能來發電。到目前為止，電動汽車充電只佔發電量的極小部分。

阿貢國家實驗室最近的一項研究發現，2021年美國道路上210萬輛電動汽車消耗的電力不到當年總用電量3930萬億瓦時的0.2%。

對未來幾年電動汽車耗電量的預測差異很大。為電力行業提供指導的非營利組織電力研究協會估計，到2030年，包括公共汽車和商用卡車在內的各類電動汽車將使全國總用電量比2021年增加8%至13%。該組織估計，到那一年，這些車輛將消耗美國總髮電量的7%至11%。

新的電力需求還將源於一些政府為限制燃氣灶安裝而推廣電灶，以及用電動熱泵替代燃氣爐的強制措施。

電力公司曾應對過需求大幅增長的情況，例如約50年前空調的普及安裝，以及近年來為雲存儲建設的大型數據中心。

但電動汽車帶來了不同的挑戰。電動汽車的普及率無法可靠預測，這涉及諸多變量，包括汽油價格、電動汽車的價格和供應情況、公共充電站的建設以及政府激勵政策的持續性。

相比之下，電力公司通常能提前數年預知其他高耗能客户的到來，如大型住宅開發項目、購物中心和工廠，從而有時間進行升級，愛迪生電力研究所（投資者所有的電力公司貿易組織）的電動交通高級總監凱倫·謝夫特表示。

電力行業還面臨監管機構、環保團體和一些投資者要求關閉燃煤和燃氣電廠的壓力。這意味着需要新增發電容量和公用事業規模的可再生能源電池存儲，以彌補關閉化石燃料電廠和電動汽車需求增長帶來的缺口。

儘管如此，大多數專家相信該行業能夠跟上需求。

電力研究院預測，到2030年，電力公司將在基礎設施和運營上總計投入1.5萬億至1.8萬億美元。該機構表示，其中約22%至30%將用於增加發電和電力存儲容量。

一項2019年研究由能源部監督得出結論：“基於歷史[發電]增長率，預計將有足夠的能源生產和發電能力來支持不斷增長的電動汽車車隊隨時間發展。”

此外，電力系統在一天中的某些時段已經存在過剩容量。畢馬威的分析指出，美國目前具備足夠的發電能力，可在夜間為8000萬輛電動汽車充電——因此需要控制充電時間。愛迪生電力研究所估計，到2030年，道路上將有2600萬輛電動汽車，而目前約為320萬輛。

遠距離輸電

電力離開發電站後，會通過升壓使其能夠沿着高塔上縱橫交錯的長距離高壓輸電線路傳輸。

電力研究院預計到2030年需要擴大10%的高壓輸電容量，部分是為了將新的太陽能和風能設施接入電網，但較小程度上是為了應對電動汽車充電的電力需求。該研究機構估計這些升級將耗資300億至400億美元，但表示此類預測受通貨膨脹和勞動力成本等變量影響。

政府資金可能有所幫助。2022年聯邦《降低通脹法案》為輸電網絡提供了近30億美元資金，而2021年的基礎設施法案則撥款1050億美元用於全面升級電網。

然而這些改進面臨挑戰。其一是獲取通行權和政府許可——新建或擴建的電力線路常常會引發民眾和社區"別在我家後院"的抵制。採購所需材料也可能成為難題。電力研究院電網運營與規劃研究主任傑夫·史密斯表示，目前電線杆、輸電線路等組件都存在供應鏈積壓問題。

本地配電系統

當電力輸送到地方層面時，必須通過變電站降低電壓才能安全接入本地電網。隨後電線將電力輸送至社區、商店和辦公園區，變壓器會進一步將電壓降至家庭和企業使用的120或240伏標準。

電網的這一環節潛藏着最大隱憂。

根據波士頓諮詢公司分析，為電動汽車充電可能需要將服務該家庭的電線及變壓器輸電能力提升70%至130%（具體取決於充電器功率）。

該諮詢公司預測，到2030年前，公用事業公司可能需為每輛售出的輕型電動汽車投入1,700至5,800美元的電網改造費用。

波士頓諮詢集團董事總經理兼合夥人托馬斯·貝克表示，對電力行業整體而言，到2030年這項工作可能在全美範圍內耗資100億美元。

貝克指出，公用事業公司將從電動車用户處獲得新收入，但不足以覆蓋所需的升級費用。他表示，假設監管機構批准，最終結果可能是公用事業公司將尋求最高達12%的費率上調。

在工業園區、包裹配送中心和倉庫為商用車輛充電將帶來另一項挑戰。這類車輛的用電量可能遠超普通轎車。

地方電網還需為公共充電站供電。其數量與電力需求是另一個不確定因素。

與輸電網升級類似，加強本地配電網可能面臨設備積壓和安裝工人短缺的問題。

“遺憾的是，這些新基礎設施可能需要數月乃至數年才能到位，“電力研究院的史密斯先生表示。

史密斯稱，部分公用事業公司正在研究過渡性創新方案，例如可臨時部署在當地的移動電池儲能系統或移動發電裝置，以應對新增需求。

電動車充電管理

為幫助電網各環節更輕鬆應對更高需求，部分公用事業公司正與汽車製造商和技術供應商合作開發所謂"可延遲充電"“託管充電"或"智能充電"技術。

加州一項由薩克拉門託市政公用事業區、通用汽車公司、福特汽車公司和寶馬集團參與的試點項目，會根據車主的出行計劃詢問最佳充電時間。該技術會結合用電低谷期協調確定最優充電時段。

客户註冊即可獲得150美元，並每季度獲得20美元付款，還可根據需要調整充電計劃。

在密歇根州，DTE能源公司正與通用汽車、福特和寶馬合作測試一項計劃，允許電力公司在用電高峯時段暫停電動汽車充電。參與客户將獲得價值100美元的禮品卡，暫停充電前會收到短信通知並可選擇退出。

“少量可延遲充電（對緩解高峯需求壓力）能產生顯著效果。不需要所有人蔘與，“EPRI能源系統與氣候分析組項目經理約翰·比斯特林表示。

包括杜克能源和太平洋天然氣與電力公司在內的一些公用事業公司，正在試驗更先進的雙向充電系統。這種技術讓電動汽車在高峯時段通過電池向電網回輸電力來支援電網——使其成為問題解決方案的一部分。當需求降低時，公用事業公司會為車輛電池重新充電。

大多數此類系統需要對家庭內部電網線路進行升級，並在電動汽車內安裝特定充電技術。

齊格勒先生是《華爾街日報》前編輯。聯繫方式：[email protected]。