重慶市公共交通控股(集團)有限公司 廖 濤
新能源汽車的發(fā)展到底是走快充路線還是慢充路線,是一個廣泛爭議的話題。筆者認為:快充應(yīng)是新能源汽車的主要發(fā)展方向,慢充是補充。主要體現(xiàn)在幾個方面。
城市公交客車日平均行駛里程200km左右,一次燃料加注應(yīng)能滿足運行一天的燃料要求,為了保證早晚高峰時段運力,車輛通常會利用中午營運空閑時段或晚上收班后的時間加注燃料。充電是對新能源公交車“加注燃料”,新能源車為動力電池充電有快充和慢充,是采用快充還是慢充,要看具體情況。
(1)快充。以重慶兩江公交公司666線路為例,該線路從軟件園渝興廣場—互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)園,全程5km,運行一圈10km,上、下午各運行5圈,一天共運行10圈,全天運行100km;雖然線路短,但由于該線路起、終點站均在產(chǎn)業(yè)園區(qū),除高峰時段客流非常集中,平時的人流也非常多,車輛使用頻率較高,兩江公交公司為這條線路投入15輛8.5m的純電動公交車,該車配置有596V /108A·h的64.3kW·h 多元復(fù)合鋰動力電池,電機額定功率80kW,平均耗電量0.8 kW·h/km左右,上午運行5圈、50km的耗電量約40 kW·h,SOC余量為37%左右;中午低峰時段各車陸續(xù)前往充電站補充電量,由于裝備多元復(fù)合鋰動力電池,可以2C—3C的倍率快速充電,充電電流為216—324A,每分鐘充電可達2.15 —3.22 kW·h,40 kW·h不到20min即可充滿,一個充電樁一小時可為3臺車充電,國網(wǎng)康莊美地的充電站配置450kVA大功率充電樁6個,5用1備,一小時即可完成15臺營運車的充電??梢钥闯觯褂每斐潆姵氐募冸妱庸卉?,充電過程對營運生產(chǎn)的影響非常小;為保證第二天上午的運行,車輛在晚上收班后會再充一次電,同樣在不到20min的時間內(nèi)即可完成,既不會影響車輛歸場,也不會影響駕駛員正常下班。
(2)慢充。如果使用充電倍率只有0.5C—1C的慢充電池,充電時間將會翻倍甚至更長,給營運生產(chǎn)組織帶來困難,如通過增加車輛電池配置量和增加車輛數(shù)量的方案來解決,既增加了購車成本,也增加了人工成本,給企業(yè)經(jīng)營帶來壓力。
不難看出,無論是家用還是公交客車,使用快充新能源技術(shù),在便利性方面更有優(yōu)勢。
(1)當前技術(shù)發(fā)展水平下的純電動公交車經(jīng)濟性分析。我們測算一下慢充和快充純電動新能源車在購車成本方面的差異,以10.5m純電動城市公交客車為例,現(xiàn)階段國內(nèi)10.5m純電動公交車電量單耗平均在1 kW·h /km左右,由于大多數(shù)城市公交客車每日運行里程在200km左右,為滿足運行需要,使用慢充電池的純電動公交車,國內(nèi)主要客車廠家配置的電量通常在250 kW·h左右,而對于使用快充電池的純電動公交車,因為中途可快速補電,配置的電量通常在140 kW·h左右,慢充電池以磷酸鐵鋰電池為代表,約1500元/ kW·h,250 kW·h電池共需37.5萬元,準快充電池以錳酸鋰電池為代表,約2200元/ kW·h,140 kW·h電池共需30.8萬元。因此,就10.5m純電動公交客車作比較,采用快充電池比慢充電池的電池費用要節(jié)約6.7萬元,在新能源客車補貼逐年退坡、而車身配置等價格差異不大的情況下,電池的價差將直接體現(xiàn)在用戶的購車成本中,讓用戶受益。
而用電成本則是采用慢充電池的純電動車有一定的優(yōu)勢。仍以10.5m純電動公交車為例,因采用快充電池的客車配置電量較少,運行中途必須補電一次,這次補電通常都會發(fā)生在營運生產(chǎn)的低峰期、中午時段,此時充電享受不到便宜的低谷電價,以1.1元/ kW·h、充電100 kW·h計算,中途補電將產(chǎn)生電費110元,夜間再補電時,享受低谷電價0.3元/ kW·h,充電100 kW·h,產(chǎn)生電費30元,全天共產(chǎn)生電費140元;而采用慢充電池的新能源車由于配置電量較多,基本能滿足一天運行的要求,通常只需夜間充電一次,享受0.3元/ kW·h低谷電價,200km共產(chǎn)生電費60元左右;快、慢充兩種方式在電費上的差異為80元/天左右,運行一年,配置慢充電池的純電動公交車,其用電成本將節(jié)約近3萬元,不到3年的時間,將追回購車時高出的成本。
經(jīng)過綜合測算,在當前技術(shù)水平下考慮經(jīng)濟性,則采用慢充電池的純電動客車更實惠。
(2)從技術(shù)發(fā)展的趨勢分析,快充純電動公交車更有經(jīng)濟潛力。前面以10.5m純電動公交客車為參照所做的經(jīng)濟測算,都是以平均電量消耗1 kW·h /km作為基準,但隨著動力電池、半導(dǎo)體變流和控制技術(shù)的進步,純電動公交客車電量消耗水平將會進一步降低,其主要原因是因為使用快充電池的新能源車在通過再生制動實現(xiàn)能量回收方面可以做到更高效(經(jīng)實驗,將質(zhì)量1500kg的車輛從100km/h車速制動到零車速,消耗了0.16kW·h的能量;在典型的市區(qū)中,制動能量回收最高可達到總牽引能量的25%以上)。汽車運行時,不僅有加速、爬坡,也會遇到制動、下坡等情況,當運行在制動、下坡狀況時,純電動車可以通過再生制動實現(xiàn)能量的部分回收。由于汽車在行駛過程中,道路情況千變?nèi)f化,將勢能、動能轉(zhuǎn)化成電能、再回傳至動力電池組存儲的情況,通常發(fā)生突然且能量較高,對控制系統(tǒng)、逆變系統(tǒng)、動力電池組的瞬時響應(yīng)速度、短時過載能力都提出了很高的要求,在這些方面,能以3C及以上倍率充電的快充電池較慢充電池?zé)o疑更有優(yōu)勢,也就是說,隨著技術(shù)的進步,快充式純電動公交車節(jié)能效果更好,經(jīng)濟性更佳。
新能源車的推廣離不開充電場地、充電設(shè)施的配套跟進,但在一些地形條件復(fù)雜、土地資源緊張、土地經(jīng)濟比重較高的城市,短期內(nèi)全面落實這些新能源配套環(huán)節(jié)有諸多難處。以重慶為例,三山夾兩江,丘陵地形為主,平地少,渝中半島、沙坪壩區(qū)、九龍坡區(qū)、江北區(qū)等主城核心區(qū)域,人口密度超過2000人/km2,土地資源非常緊缺,拆遷還牽涉到社會穩(wěn)定等敏感問題。而快充純電動公交車在充電設(shè)施和土地資源的利用上明顯更加高效。根據(jù)重慶公交快充式新能源車的使用經(jīng)驗,采用快充新能源技術(shù),樁車比可達1:6,而配置慢充電池的新能源公交車,樁車比通常只能是1:2;也就是說,一個功率滿足要求的充電樁,在一個時間段內(nèi),可以完成對6輛配置快充電池的新能源公交車充電;而同等條件、同樣時長,則僅能完成對2輛配置慢充電池的新能源車充電。顯然,采用慢充技術(shù)路線,對充電場地和設(shè)備數(shù)量的要求都更高。在場地和設(shè)備設(shè)施的利用上,快充式新能源車更具優(yōu)勢。
我們從便利性、經(jīng)濟性和場地要求等三個方面,對新能源車快、慢充技術(shù)路線進行了比較和綜合評估,快充技術(shù)更具優(yōu)勢。尤其是在大中型城市的核心區(qū)域,發(fā)展快充式新能源公交客車更加適宜。
但在一些規(guī)模較小的縣市、電力基礎(chǔ)設(shè)施薄弱的鄉(xiāng)村和班線客運車輛上,采用什么樣的新能源技術(shù)路線,則要具體問題具體分析。在一些縣市、城鄉(xiāng)結(jié)合部和鄉(xiāng)村,土地資源相對較好,具備建設(shè)充電站的場地條件;鄉(xiāng)村班線客運客流主要集中在早晚,其他時段客流極少,車輛全天班次較稀、站場停放時間較長。這種運行特點,使配置慢充電池的新能源公交車充電時間得到了保障,只要合理選擇配置的電池容量,就可以滿足運營需求。
綜上所述,筆者認為:發(fā)展新能源公交客車,應(yīng)因地制宜,優(yōu)先考慮發(fā)展快充技術(shù),將慢充作為有益的補充。