電動(dòng)車(chē)在環(huán)保、健康、經(jīng)濟(jì)性等諸多方面都具有優(yōu)勢(shì)，但如果未得到妥善管理，它們反而會(huì)給建筑業(yè)主帶來(lái)高昂的電費(fèi)成本。
針對(duì)電動(dòng)車(chē)在辦公場(chǎng)所充電的場(chǎng)景深入研究分析后發(fā)現(xiàn)，在未經(jīng)管理的情況下，電動(dòng)車(chē)可能會(huì)帶來(lái)45%~89%的用電成本增加。而在管理得當(dāng)?shù)那闆r下——例如給充電樁安上獨(dú)立電表，并將其信息與大樓的管理系統(tǒng)同步加以管理——業(yè)主們就可以既控制住電費(fèi)，又保留廣受歡迎的充電便利設(shè)施，同時(shí)還能支持加速電動(dòng)車(chē)的應(yīng)用和節(jié)能減排。這也將成為未來(lái)電網(wǎng)和建筑互通互聯(lián)運(yùn)作模式的一個(gè)重要組成部分。
商業(yè)建筑用電賬單分析
在美國(guó)，商業(yè)建筑用電賬單由兩部分組成：一是以千瓦時(shí)計(jì)算的總用電量，二是以千瓦計(jì)算的需量電費(fèi)。圖1中建筑在一天內(nèi)的用電負(fù)荷分布展示了二者的區(qū)別。
總用電量考慮的是一整段計(jì)費(fèi)時(shí)間內(nèi)的能源消耗總量，也就是圖中曲線下面部分的總面積。與之相對(duì)的，建筑的用電需量卻在每時(shí)每刻發(fā)生著變化。某個(gè)月的需量電費(fèi)常常是根據(jù)建筑用電量最大的15或30分鐘之中的用電量來(lái)計(jì)算，其影響可能達(dá)到當(dāng)月用電總成本的50%以上。
圖4展示了科羅拉多州博爾德市一座高能效商業(yè)建筑每月電費(fèi)賬單的構(gòu)成。在一些月份里，需量電費(fèi)高達(dá)賬單總額的近80%。雖然提高能效可以降低總用電量，但短時(shí)間內(nèi)的用電需量激增卻依然會(huì)極大地增加成本。
值得注意的是，電動(dòng)車(chē)與其他用電設(shè)備最大的區(qū)別在于它的需求負(fù)荷更高，且充電需求發(fā)生的時(shí)間非常不規(guī)律。例如，一臺(tái)電動(dòng)車(chē)充電樁的峰值需求就相當(dāng)于一整棟住房的峰值需求總量，而且無(wú)論何時(shí)只要一插入電動(dòng)車(chē)用電負(fù)荷就會(huì)立刻飆升，這就有可能產(chǎn)生大量用電成本。正因?yàn)樾枇侩娰M(fèi)是用電成本的主要部分，分析了如何減少電動(dòng)車(chē)充電帶來(lái)的的高額需量電費(fèi)才顯得至關(guān)重要。
電動(dòng)車(chē)充電挑戰(zhàn)
很多時(shí)候建筑中的充電樁并未配有專(zhuān)門(mén)的電表，這一方面是因?yàn)槿藗儧](méi)有意識(shí)到電表的重要性，另一方面是因?yàn)榘惭b起來(lái)格外復(fù)雜。它們大多與建筑的整體供電系統(tǒng)捆綁在一起，所以建筑業(yè)主常常需要承擔(dān)全額的需量電費(fèi)，而不會(huì)將其轉(zhuǎn)移到電動(dòng)車(chē)用戶(hù)。因此在建筑中充電的成本（業(yè)主承擔(dān)）和充滿(mǎn)電所獲取收益（電動(dòng)汽車(chē)用戶(hù)獲?。┑睦嬷黧w產(chǎn)生了差異。
同時(shí)，工作場(chǎng)所中的人們常常選擇在上午進(jìn)行充電，此時(shí)建筑也正好處在供電壓力逐漸增加的狀態(tài)。由于大多數(shù)建筑物選擇用電力供暖，上午時(shí)段的用電負(fù)荷就更加沉重和集中，也給電網(wǎng)帶來(lái)更大的挑戰(zhàn)。而在下午特別炎熱的日子里，建筑還可能在上午提前啟動(dòng)制冷。當(dāng)所有這些用電負(fù)荷疊加在一起時(shí)，電力公司面對(duì)的可能就不再是晚間用電高峰，而是早間用電高峰，甚至是早晚雙峰的局面。這些峰值需求的大幅上升會(huì)增加對(duì)發(fā)電、輸電和配電基礎(chǔ)設(shè)施的需求，進(jìn)而增加所有電力用戶(hù)的碳足跡與用電成本。
為電動(dòng)車(chē)的大規(guī)模推廣應(yīng)用提前做好規(guī)劃
在美國(guó)，許多城市和村鎮(zhèn)都制定了相關(guān)建筑規(guī)范，要求建筑保有一定數(shù)量的電動(dòng)車(chē)充電設(shè)施，其中包括電動(dòng)車(chē)充電預(yù)備兼容設(shè)施（已預(yù)置線管但未安裝線路/插座）和電動(dòng)車(chē)充電設(shè)備（EVSE，已完全安裝并可以運(yùn)行的充電樁）。國(guó)際建筑規(guī)范（IBC）和國(guó)際節(jié)能規(guī)范（IECC）等標(biāo)準(zhǔn)建筑規(guī)范組織也都制定了電動(dòng)車(chē)相關(guān)方面的規(guī)范。這些規(guī)范要求電動(dòng)車(chē)停車(chē)位必須達(dá)到停車(chē)位總數(shù)的一定比例，從2%到90%不等。例如，科羅拉多州博爾德市采用的IBC2017年規(guī)范就要求商業(yè)建筑中必須有10%的停車(chē)位具備電動(dòng)車(chē)充電預(yù)備兼容設(shè)施。建筑業(yè)主應(yīng)提前為這些規(guī)范上的變化做好準(zhǔn)備以防止用電成本的激增。
電動(dòng)車(chē)充電負(fù)荷和需量電費(fèi)
通過(guò)分析科羅拉多州丹佛市一座建筑面積為10萬(wàn)平方英尺（約9290平方米）的建筑用電負(fù)荷分布，我們認(rèn)為在標(biāo)準(zhǔn)辦公/通勤時(shí)間模式下，當(dāng)電動(dòng)車(chē)的數(shù)量超過(guò)56輛，充電負(fù)荷就將會(huì)超過(guò)建筑本身的峰值需求，進(jìn)而觸發(fā)需量電費(fèi)。由于電動(dòng)車(chē)充電與建筑用電高峰（包括供熱、制冷、插座負(fù)荷等）同時(shí)發(fā)生，新的建筑用電需求或總用電需求將會(huì)增加44%，達(dá)到454千瓦，每年增加4600美元的額外成本。
在此基礎(chǔ)上推算，我們就可以確定要將建筑負(fù)荷保持在峰值需求以?xún)?nèi)，各種不同面積的建筑可支持的最大電動(dòng)車(chē)數(shù)量（圖5），并以此幫助建筑業(yè)主利用簡(jiǎn)單的策略避免額外的電費(fèi)。
電動(dòng)車(chē)負(fù)荷管理策略
基于分析，我們建議建筑業(yè)主們可以使用下列三種策略來(lái)避免建筑用電需求的增加以及隨之而來(lái)的需量電費(fèi)。
首先是獨(dú)立電表計(jì)量。建筑業(yè)主至少應(yīng)該為電動(dòng)車(chē)充電樁安裝單獨(dú)的電表，從而了解電動(dòng)車(chē)用電量及其充電成本，并與電動(dòng)車(chē)駕駛員分享這些信息。監(jiān)控電動(dòng)車(chē)充電可以讓用電量和用電成本更透明，在實(shí)現(xiàn)能效目標(biāo)的同時(shí)讓環(huán)保與財(cái)務(wù)管理實(shí)現(xiàn)雙贏。
在充電管理方面，充電管理系統(tǒng)使電力公司或第三方能夠遠(yuǎn)程控制電動(dòng)車(chē)充電，通過(guò)將充電功率調(diào)大、調(diào)小甚至關(guān)閉來(lái)更好地應(yīng)對(duì)電網(wǎng)的需要。這種能力可以轉(zhuǎn)移用電時(shí)間，進(jìn)而最小化用電需求強(qiáng)度，并通過(guò)更低、更平緩、更靈活的用電負(fù)荷模式來(lái)享受更低的電價(jià)方案。建筑業(yè)主可以安裝智能充電樁來(lái)管理電動(dòng)車(chē)充電，根據(jù)電網(wǎng)信號(hào)、碳排放信號(hào)或成本信號(hào)，或根據(jù)符合電力公司定價(jià)結(jié)構(gòu)的預(yù)置計(jì)劃來(lái)調(diào)節(jié)電動(dòng)車(chē)充電行為。智能充電樁可以通過(guò)預(yù)先編程，或者通過(guò)接收電網(wǎng)信號(hào)來(lái)避免在峰值時(shí)段充電。充電管理可以將整個(gè)充電過(guò)程分?jǐn)傆谳^長(zhǎng)的時(shí)間段內(nèi)，從而降低峰值需求強(qiáng)度。這不僅可以為建筑業(yè)主減少需量電費(fèi)，在靈活利用低碳電力和降低電網(wǎng)負(fù)荷等方面也能夠發(fā)揮非常大的作用。
最后一點(diǎn)，我們需要將充電樁與建筑管理系統(tǒng)同步。充電樁應(yīng)與建筑管理系統(tǒng)同步，進(jìn)而管理建筑的峰值需求強(qiáng)度（確保電動(dòng)車(chē)不在建筑制冷高峰時(shí)刻充電）。這需要在建筑和電動(dòng)車(chē)充電樁之間實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)通信。這種通信可以根據(jù)建筑本身的負(fù)荷分布調(diào)整建筑與充電負(fù)荷，從而降低整體峰值需求。例如，電動(dòng)車(chē)應(yīng)在光伏系統(tǒng)發(fā)電的時(shí)段進(jìn)行充電。動(dòng)態(tài)通信機(jī)制對(duì)于同步管理十分重要，因?yàn)樗粌H可以降低建筑業(yè)主的需量電費(fèi)，還可以?xún)?yōu)化電力消耗，以達(dá)到兼顧電網(wǎng)服務(wù)、用戶(hù)需求、業(yè)主偏好、低碳減排、成本縮減的目的。
為實(shí)現(xiàn)清潔能源未來(lái)，電動(dòng)車(chē)數(shù)量的增長(zhǎng)是令人欣喜且必要的。但在提高電動(dòng)車(chē)用量的同時(shí)，不應(yīng)當(dāng)給電網(wǎng)帶來(lái)更多壓力或給建筑業(yè)主帶來(lái)額外成本。幸運(yùn)的是，通過(guò)一些簡(jiǎn)單的方法，我們可以在提供電動(dòng)車(chē)充電服務(wù)的同時(shí)，更好地管理我們的建筑用電負(fù)荷。
（作者：Angelique Fathy，Cara Carmichael ）
