能源轉(zhuǎn)型背景下石化行業(yè)充換電站建設(shè)的思考

關(guān) 宇 柴思遠(yuǎn)

〔中國石化北京城區(qū)石油分公司 北京 100076〕

“十四五”時期是我國生態(tài)文明建設(shè)的關(guān)鍵時期,對石化能源的消費總量和強(qiáng)度進(jìn)行雙重控制提出了更高的要求[1]。在此背景下,2022年1-6月,中國新能源汽車銷售量達(dá)到汽車銷售總量的21.6%,已超過《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》中提出的“十四五”末發(fā)展目標(biāo)[2],新能源汽車對成品油的替代影響日益凸顯。據(jù)新能源汽車國家大數(shù)據(jù)平臺的數(shù)據(jù)顯示,2022年新能源汽車?yán)塾嬓旭偫锍虨? 724.8億km,同比增長70.87%,相當(dāng)于替代油品消費1 007 萬t。預(yù)計2025年新能源汽車保有量超過4 000萬輛,在汽車保有量中占比達(dá)12%,2030年保有量預(yù)計達(dá)到1.25億輛,在汽車保有量中占比達(dá)到31%。據(jù)此推算,2025年和2030年新能源汽車補(bǔ)能替代成品油規(guī)模分別在3 000萬t和9 000萬t左右。因此,合理安排轉(zhuǎn)型升級的節(jié)奏,把握業(yè)務(wù)間的轉(zhuǎn)換進(jìn)度,加速新能源汽車加能站,尤其是充換電站的規(guī)劃布局應(yīng)作為石化企業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展重點關(guān)注和探討的課題。

1 充換電站市場預(yù)測及情景聚焦

1.1 充換電應(yīng)用場景及需求分析

從電動汽車充電設(shè)施用戶使用類別來看,因電動汽車的用途不同,對應(yīng)的充電樁類別也有較大區(qū)別。目前城市中電動汽車按用途可劃分為五大類:公交車、出租車、私家車、物流環(huán)衛(wèi)車以及公務(wù)車。

1.1.1 公交車

此類電動車型的主要特點是行駛時間、路線較為固定,對每日的電力能耗可進(jìn)行量化和預(yù)期。由于公交車運(yùn)行的電力需求較高,其充電需求主要集中在日間非運(yùn)用高峰時段的快速補(bǔ)電及夜間的集中充電,充電功率主要以快充(120 kW及以上)為主,慢充(20 kW及以下)為輔。

1.1.2 出租車

出租車的運(yùn)營性質(zhì)決定了該類車型每日的行駛路線、運(yùn)行區(qū)域與充電時間具有較大隨機(jī)性,且一般由2人交接班保持車輛處于24 h不停運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài),其充電需求與司機(jī)的吃飯、休息時間關(guān)系密切,充電功率主要以快充(60 kW及以上)和換電為主,少見慢充。

1.1.3 私家車

相較于出租車而言,私家車的應(yīng)用場景較為固定,工作日的主要啟停地點為居住區(qū)和工作所在地,非工作日則主要集中在商超、居住區(qū)和公園等公共區(qū)域。因其每天的使用時間相對固定,對快充樁的需求相對較低,充電功率主要以慢充為主,應(yīng)急快充為輔。

1.1.4 物流環(huán)衛(wèi)車

電動物流環(huán)衛(wèi)車與公交車特點相似,工作路線相對固定,時間比較確定而且較長,受影響較小,一般均在白天作業(yè),夜晚休息,主要依靠環(huán)衛(wèi)車?？奎c和物流轉(zhuǎn)運(yùn)點進(jìn)行充電,對充電功率要求較低。除作業(yè)強(qiáng)度較高的作業(yè)點外,充電功率主要以慢充為主。

1.1.5 公務(wù)車

考慮到當(dāng)前新能源汽車的發(fā)展時間相較于傳統(tǒng)燃油車較短,其技術(shù)穩(wěn)定性有待增強(qiáng),目前以企業(yè)名義進(jìn)行登記的公務(wù)用車新能源覆蓋率相對較低。通過對現(xiàn)有數(shù)據(jù)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn),除個別外出業(yè)務(wù)較多的企業(yè)外,公務(wù)用車的使用率普遍偏低,在無公務(wù)出行需求時車輛主要停放在單位的停車區(qū)域,為電能補(bǔ)給提供了大量的時間,對充電功率要求較低。

1.2 充換電站建設(shè)位置分析

由于電力系統(tǒng)和電動汽車的動力結(jié)構(gòu)、補(bǔ)能方式和技術(shù)發(fā)展與加油站和燃油汽車存在較大差異,充換電站建設(shè)位置的規(guī)劃與加油站點的規(guī)劃存在顯著區(qū)別,主要表現(xiàn)在以下幾方面:一是由電力自身性質(zhì)決定的,電力本身具有實時平衡性和不易儲存性,電力系統(tǒng)的總發(fā)電和總用電在同一時刻必須保持一致,而電動汽車的無序、大功率集中充電(充換電站內(nèi))對電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行和調(diào)度平衡提出了新的挑戰(zhàn)[3];二是燃油車用戶的加油位置比較單一,在通過率較高的加油站用時一般不會超過5 min。而電動汽車的充電位置隨機(jī)性較強(qiáng),同時充電方式上可以靈活選擇快充、慢充、換電等不同速率的充換電方式;三是充換電站的技術(shù)突破較為迅速,電池的容量、安全性等也越來越高,使得未來充換電站的發(fā)展方向存在相對不確定性。以上因素決定了電動汽車充換電站的規(guī)劃需要考慮更多的影響因素。

此外,充電樁建設(shè)位置的不同,同樣對電動汽車充電設(shè)施的利用率有較大影響。根據(jù)城市內(nèi)充電設(shè)施利用率數(shù)據(jù)調(diào)研發(fā)現(xiàn),在公園(包括便民綠地等)、綜合性商場(商圈)和帶充電樁的街道等場所,電動汽車充電設(shè)施利用率較高、快充使用時間占比較大;機(jī)場和醫(yī)院等類別利用率較低,快充使用時間占比較小;同時充電站內(nèi)的充電樁利用率整體也高于零散充電樁利用率。據(jù)此,在充電設(shè)施選址時,應(yīng)對周邊情況進(jìn)行充分調(diào)研,著重考慮停車便利性、商圈輻射性、人流量等,采用科學(xué)的充電需求估計方法,從電動汽車和充電站兩方面出發(fā),結(jié)合流體動力學(xué)交通模型、排隊論模型、時間序列分析模型等對充電車輛的到達(dá)率、服務(wù)率進(jìn)行評估;在建設(shè)上,充換電站應(yīng)采取多階段規(guī)劃的方法,充分利用投資的同時實現(xiàn)對動態(tài)充電需求變化的覆蓋[4]。

2 充換電網(wǎng)絡(luò)發(fā)展及經(jīng)營模式

對石化企業(yè)而言,充換電站網(wǎng)絡(luò)發(fā)展應(yīng)當(dāng)予以高度重視,但當(dāng)前機(jī)動車對傳統(tǒng)石化燃料的硬需求仍然存在,如何把握成品油銷售和充換電業(yè)務(wù)間的轉(zhuǎn)換是當(dāng)前面臨的重點和難點。根據(jù)石化企業(yè),尤其是油品銷售企業(yè)的經(jīng)營現(xiàn)狀,對充換電站布局主要可分為三個方面,即在營加油站、關(guān)停閑置站庫以及社會土地資源。

2.1 在營加油站充電業(yè)務(wù)發(fā)展

隨著新能源汽車保有量的不斷提升,不可避免地造成加油站原有燃油車用戶的流失,部分網(wǎng)點的客流量大不如前,針對有條件的加油站布局快充充電樁可以較好地與加油站原有業(yè)務(wù)進(jìn)行配套,吸引顧客回流。企業(yè)應(yīng)充分利用加油站已有營業(yè)室等室內(nèi)資源,在充電基礎(chǔ)上配套包括但不限于洗手間、休息室、便利店、汽服維修等綜合業(yè)態(tài),將加油站升級為多功能、多服務(wù)的綜合加能站。

2.2 關(guān)停閑置庫站充換電業(yè)務(wù)發(fā)展

因城市規(guī)劃、地方建設(shè)等問題部分關(guān)停、閑置的石油庫和加油站擁有較為豐富的土地資源,可在此基礎(chǔ)上對原有場地和建筑進(jìn)行綜合改造,聯(lián)合新能源車企共同開發(fā),打造新能源汽車大型綜合服務(wù)體。涉及業(yè)態(tài)包括充換電、新能源汽車銷售、餐飲服務(wù)、汽車服務(wù)、休閑服務(wù)、生活服務(wù)等。

2.3 利用社會土地資源發(fā)展充換電業(yè)務(wù)

充分利用大型商圈的聚集效應(yīng),依托已有停車場進(jìn)行改造升級。針對公園類、綜合性商場和街道等場所的電動汽車充電設(shè)施利用率較高、快充使用時間占比較大的特點進(jìn)行重點布局,深入挖掘潛在商業(yè)價值,配套自動售貨機(jī)、售賣亭等便民設(shè)施,打造品牌影響力和認(rèn)同感,提升企業(yè)形象,為未來企業(yè)的轉(zhuǎn)型發(fā)展打造社會基礎(chǔ)。

3 充換電站站點安全管理

安全管理作為石化企業(yè)的重中之重,在充換電站建設(shè)發(fā)展方面具備著先天的意識優(yōu)勢、制度優(yōu)勢和文化優(yōu)勢。從電動汽車的事故報道來看,目前充換電站主要面臨的安全風(fēng)險為電動汽車鋰電池的爆燃風(fēng)險。作為電動汽車唯一的動力來源,鋰電池的技術(shù)發(fā)展尚未完善,在受到溫濕度變化、自身設(shè)計缺陷或外部撞擊等因素的影響下,鋰電池由于其自身元素的不穩(wěn)定性將會出現(xiàn)燃燒、爆炸等情況,進(jìn)而導(dǎo)致整車起火事故。因此,電動汽車充換電業(yè)務(wù)的安全風(fēng)險及其與目前油、氣、氫等業(yè)務(wù)相結(jié)合所帶來的疊加風(fēng)險亟需深入研究,為石化企業(yè)能源轉(zhuǎn)型發(fā)展過程中涉及的安全、環(huán)保、消防和應(yīng)急管理等方面提供新思路。

3.1 面臨的主要安全問題

(1)電池本身存在問題。鋰電池在使用過程中會因使用時長、使用環(huán)境的不同不斷發(fā)生性能變化,其安全性能(耐熱、耐過充性能等)也會隨之變化。同時每顆電池因排布位置不同產(chǎn)生性能、性狀上的不一致也會隨著時間進(jìn)程不斷累積,進(jìn)而降低整個電池系統(tǒng)的可靠性和安全性。

(2)電池管理系統(tǒng)可能存在問題。除電池本身存在的問題外,電池管理系統(tǒng)同樣是引發(fā)安全問題的一大因素,涉及到電動汽車廠商的智能系統(tǒng)設(shè)計、電池與車輛系統(tǒng)的適配度以及用戶在使用電動汽車過程中的人車交互等。因此,更好的電池管理對基于整車的安全管理系統(tǒng)提出了更高的要求。

(3)電池和電池組性能參數(shù)檢測的有效性和可靠性有限,受到系統(tǒng)中傳感器數(shù)量和布局的影響。

(4)其他如儲能系統(tǒng)缺乏致災(zāi)危害評估、電池組管理硬件安全響應(yīng)的及時性不能保證等,一旦故障發(fā)生,管控硬件如何聯(lián)動,如何配合都會影響充換電站點的安全。

3.2 安全措施及建議

(1)制定專項應(yīng)急預(yù)案。針對電動汽車起火燃爆的特性,結(jié)合站點本身的消防要求,制定專項應(yīng)急響應(yīng)和預(yù)案。

(2)提高夏季防護(hù)等級。6～8月是電動車輛起火的高發(fā)期,特別是要針對高溫地區(qū),結(jié)合氣象部門高溫及火險預(yù)警來加強(qiáng)管理。

(3)減少車輛充電后滯留。一些電動車在充電后把車輛繼續(xù)停留在站內(nèi),車輛在快充、超充之后的情況下,電池不穩(wěn)定性提高,更易發(fā)生起火情況,風(fēng)險較大。

(4)控制服務(wù)范圍。質(zhì)量良好的電池和車輛系統(tǒng)能最大限度地減少起火事故發(fā)生。充換電站點運(yùn)營過程中要對高風(fēng)險車型進(jìn)行重點監(jiān)控,如老舊電動車、油改電車、箱式貨車、設(shè)計缺陷類電車、統(tǒng)計事故多或比例高的車型。

(5)配備防火隔擋器材和專用滅火器。電動汽車鋰電池起火初期可使用二氧化碳或干粉滅火器對火勢進(jìn)行控制。當(dāng)火勢較大、起火點難以施救時可通過絕熱阻燃材料對事故進(jìn)行硬隔離,防止引燃其他車輛,造成事態(tài)蔓延擴(kuò)大。

(6)增加熱檢測或物質(zhì)檢測技術(shù)。電池起火早期會產(chǎn)生大量高熱氣體,可利用熱感應(yīng)或物質(zhì)檢測技術(shù)實現(xiàn)實時監(jiān)測,傳感報警。同時充換電站應(yīng)設(shè)置值班點人員應(yīng)急值守,收到預(yù)警信息時應(yīng)采取合適的措施控制火災(zāi)或減少損失,對加油站防火安全和財產(chǎn)安全非常重要。

(7)充電樁選址要求。加油站內(nèi)設(shè)置充電樁時應(yīng)充分考慮充電需求、車輛通過需求、電力增容可行性以及應(yīng)急處置便利性。加油站內(nèi)增加充電樁,要優(yōu)先選擇面積和安全距離較大的站點。

4 結(jié)束語

本文從發(fā)展背景及規(guī)模、充換電市場需求分析、發(fā)展經(jīng)營模式及安全管理方面綜合討論了石化企業(yè)對城市內(nèi)充換電站的布局規(guī)劃,重點討論了不同用戶群體在不同情境下的充換電站站點選擇和經(jīng)營管理,為加速布局綜合加能站點建設(shè)和企業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展提出了建設(shè)性意見。