麦肯锡：充电难、电费高成电动汽车推广瓶颈 大容量电池有妙用

由于担心充电问题，人们不愿购买电动汽车。

但公共的、快速充电的基础设施尚未普及或盈利。

有一种方法可以解决这个难题。

电动汽车开始赢得相当多的关注，但在美国的道路上仍然很少见到。

到2017年上半年，美国已经售出不到80万辆电动汽车(BEVs)，占所有汽车的1%。

但是，由于消费者接受度的提高、技术的改进和支持性的监管措施，经济增长近来一直很强劲。

据麦肯锡估计，到2030年，美国公路上可能会有10到1100万辆电动汽车。

不过，要实现这一目标，就必须改善基础设施的配备。

尽管许多电动汽车是在家里收费的，但是对于那些正在旅行的人或者没有自己的车库的人来说，公共充电收费站是必要的。

目前，美国只有大约16000个公共充电站;而加油站的数量是这个数目的7倍。

其中只有不到2000家是快速充电站，因为它们的价格昂贵，而且目前没有盈利，交易量也很少，甚至不可能达到收支平衡。

这是典型的先有鸡还是先有蛋的情况。如果人们担心买电动汽车可能会陷入没电的境地，人们就不会愿意买电动汽车。

但除非出售更多的电动汽车，否则将不会为它们提供更多的充电基础设施。

电动汽车有两个主要问题。首先是方便。

现在大多数的公共充电站都是“二级”，意思是他们每小时提供7到19千瓦时的能量(一千瓦时等于一加仑的汽油)。

一辆60千瓦时的电动轿车需要5到10个小时的时间才能在常规(而不是快速充电)的2级站“加油”。

拥有这么少的站点和如此长的服务时间会让潜在的买家望而却步(见图1)。

第二，经济性。

虽然直流电快速充电(DCFC)站150千瓦的功率可以在30分钟内充满一辆电动轿车，但安装成本高达15万美元;一个50千瓦的DCFC空间站需要5万美元。

更高的千瓦能更快地提供更多的电力。但DCFC的运行也很昂贵。

费用背后的一个原因是“需求收费”。

所有的电力用户都要为他们消耗的能量付费，这是在kWh中测量的;这个费用就像用了加仑的水。

包括充电站在内的非住宅用户，在一个月内的15到30分钟内使用的最大能源也需支付一笔费用。

以千瓦(kW)为单位，这种用电方式简直是挥霍无度。

它被评估以补偿发电厂、电力线、变压器等的固定成本，即使在需求旺盛的时候，也能将客户连接到电网和供电电源。

需求费用占了消费者电费的很大一部分，并且可以使电动汽车充电站无利可图(见图2)。

在电动汽车充电的具体情况下，只要一辆汽车插上插头，站长就必须支付一次充电费用。

这是基于几个因素，包括站点上充电器的数量，汽车插头使用时所使用的千瓦的最大功率，以及在15- 30分钟内充电的汽车数量。

假设一个DCFC站有4个150千瓦的充电器。平均一个月，每天有两到三辆车来充电，但不是同时。

每辆车充电的速度为150千瓦，收费至少15分钟;因此，这个月的峰值是150千瓦。

如果两辆车在15分钟内出现，那么使用的峰值能量将是300千瓦，这将使这个月的需求增加一倍。

需求的价格最低可达每千瓦时2美元，最高可达每千瓦时90美元;矛盾的是，在电动汽车更受欢迎的州，比如加利福尼亚、马萨诸塞州和纽约，价格往往更高。

在一个高收费的国家，没有汽车同时充电，每月的需求费用可能是3000到4500美元。

对于电动汽车的所有者来说，这可以转化为每期30到50美元，加上实际能源的成本。

客户就是不愿意支付这种成本。很明显，如果有更多的客户，每次充电的成本将会下降。

但由于目前的成本如此之高，投资者在建站的速度很慢，而且由于充电站数量不足，消费者购买电动汽车的速度也很慢。

有一种方法可以解决这个难题:固定电池存储(见表3)。充电站中的电池可以使用直流(DC)充电和放电，并通过一个大的逆变器连接到电网。

他们可以在成本较低的时候向电网交费，储存电力，并在需求较高时发电(这种做法称为高峰调节)。

当一辆汽车到达时，电池可以在不需要电网的情况下，以150千瓦的速度输送电力。

如果两辆车到达，其中一辆可以用电池充电，另一辆从电网充电。

在这两种情况下，经济性都在改善，因为电力本身的成本和需求费用都大大降低了。

此外，根据麦肯锡的研究，电池的成本正在下降，从2010年的每千瓦时1000美元降至2016年的每千瓦时230美元。

其他系统的费用，如逆变器、容器、软件和控制、场地设计、施工和连接到电网的费用也都在降低。

下文是其工作原理。

一个站长安装了一个电池系统，能以150千瓦的功率充电和放电，并以300千瓦时的电池电量来储存能量。

在没有车辆的情况下，电池系统会充电，以确保能源可用，不会引发更高的需求。

当一辆汽车到达时，静止的电池在不需要电网的情况下就能提供所需的电量。当两辆车进来时，电池可以提供电力给一辆，而电网可以提供给另一辆。

一个拥有300千瓦时容量的电池可以通过几个类似这样的充电和充电来管理峰值需求，从而使峰值需求保持在150千瓦以下。

通过这种方式配置的系统可以将需求费用降低到最低限度;这将是每月3000美元，不需要转嫁给消费者，这将大大降低成本。

特斯拉已经表示将朝着这个方向发展，而其他公司可能会“效仿”。

但如果电动汽车在高速公路上行驶时，电池将不再能够有效地减少高峰需求，因为没有足够的时间给它们充电，因为汽车排着队等待电力。

不过，在这一点上，规模经济将会开始发挥作用，而需求费用将会被通过车站的许多汽车所吸收。

这并不意味着配备在充电站的电池将会过时。它们仍然可以成为价值的来源。

在每个小时，如在加州，电池的成本相差很大，电池可以降低每千瓦时的电力成本。

它们还可以通过提供额外的电网服务(如频率调节和需求响应)来产生收入。

鉴于人们对环境的担忧、油价的波动以及成本的下降，人们对电动汽车的前景相当乐观。

麦肯锡估计，到2030年，电动汽车占全球汽车总量的不到1%，到2030年将达到20%(汽车)和12%(商用车辆)。

但这些都是假设的情况。事实上，最终决定电动汽车命运的是消费者。

习惯了传统汽车的安逸，他们也想从电动汽车中得到相同的东西。要实现这一点，收费必须变得更便宜、更容易。

通过降低运营成本，增加收入，提高可靠性，电池存储在这一进化过程中扮演着至关重要的角色。