农村地区如何从电动汽车和数字化中获益!

当我们拿城市与农村相比时,农村往往处于下风,因为农村的机会明显受到了诸多条件的限制。而相比与城市及其所能提供给居民的所有机遇条件相比,乡村区域仍落在后面。这尤其反映在面向未来的电动汽车和数字化趋势的主题。城市空间通常作为示范项目,而智慧城市这个词也十分流行。许多国内外项目推进着更智慧城市的发展。例如:德国联邦环境、自然保育及核能安全部的对智慧对话平台城市

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然而,诸如电动交通和数字化只能在城市和城市中进一步发展?农村是否依旧是“原始农村”?

下面我们要详细描述公共服务的计划,以及在农村地区应用新技术和实现资源节约型经济和生活。

什么是智慧城市?

首先,应该简要定义一下智慧城市。基本上,这个术语涵盖了数字技术的发展和应用,同时也为城市发展的不同领域寻找解决方案。

对于德国城市化发展研究所来说,智慧城市是一个使用创新(尤其是信息和通信(ICT))技术为其发展的不同领域实现智能解决方案的城市,如基础设施,建筑,移动出行,服务及安全。在基础设施方面,这涉及某个领域内(例如,不同系统利用可再生能源)或跨领域(例如,电动汽车作为电能储存装置)的智能网络,“智慧城市”通常被用作高效城市的代名词。

跨行业利用数字技术将在智慧城市中发挥着重要作用。能源行业的电力,供热和交通部门的智能互联有望提高效率和提高生活质量。

但是为什么这种智慧互联只发生在城市地区而不是农村地区?

因为大量的人口和因此创造的规模经济,使得城市的基础设施通常比农村区域的便宜,人口少的地区也意味着居民出行不得不长途跋涉。对于传统的基础设施供应商,例如水、电,燃气和网络运营商或交通运输公司,意味着他们的成本须分配给更少的用户。反过来,个人用户需要支付更多 。

上述几点首先反映了现状,就目前的发展状况和新技术水平来看,焦点将向农村地区转移。

哪些发展将会在这方面发挥主要作用?

长期以来,能源行业的特点是电厂集中式发电并用电网进行输电,而分布式可再生能源(如风能和光伏)的能源转换和不断降低的电力成本正在改变这种状况。

如今,电力越来越多地从低压和中压电网并入到高电压电网,在这种情况下,分布式可再生能源越来越能够满足农村地区电力需求。

这可以用下面的例子来说明:图1和图2说明了 (Elektrizitätswerke Schönau) EWS公司在黑森林中的高压电网中的电流,和巴伐利亚州西南部的Lechwerke公司的区域高压电网的电流。这两幅图显示了2015年夏季和2016年夏季电力从较高电压到较低电压的流量。

图一:2015年夏天某周EWS公司中压至低压等级电流

Electricity flow from the ultra-high voltage level to distribution grid of Lechwerke in five days of summer 2016.

图2: 2016年夏天某五天Lechwerke公司特高压至配电网电流

特别是在夏季,有时候分布式可再生能源的发电能够满足较低级电网的需求。因此,不仅不需要从高电压购电,而且还可以把来自可再生能源的电力并入高压和特高压电网。

在分布式电力系统中,低电压等级的就抵消纳与管理将显得尤为重要。图三显示了根据电压等级,2016年底德国可再生能源的装机容量的百分比。

Percentage of the installed capacity of renewable energies at the end of 2016 according to voltage level in Germany 2016 (Source: Übertragungsnetzbetreiber, EEG-Anlagenstammdaten)

图3:截至2016底,德国按电压等级分类的可再生能源装机容量比例(资料来源:Übertragungsnetzbetreiber, EEG-Anlagenstammdaten)

显然,只有不到四分之三的可再生能源装机容量并入低压和中压等级电网,相当于超过70GW的发电潜力。

2018年4月1日风力与光伏联合招标表明了配电网将变得尤为重要。在联合招标过程中,所谓的电网组件的成本将被添加到风电和光伏投标报价中,以此来控制可再生能源的扩张。在风电和光伏容量大且电力负荷较低的地区,可再生能源的发展将会受到一定限制。其目的是避免这些地区电网扩张导致成本提高。

此外,为符合巴黎气候协定和2016年制定的至2050年气候保护计划,德国已作出降低温室气体排放的承诺。由于德国基民盟/基社盟和社会民主党政府已经正式放弃2020年的气候目标,而至2030年德国的温室气体排放量相比1990年至少要减少55%,这一计划将在未来的十年里变的更加紧迫。

电力、热力和交通等不同部门在德国总排放量中占比不尽相同。交通业的排放量大约占德国温室气体排放量20%,考虑到目前汽车等运输工具的数量仍在增加,其排放量不减反增。交通行业在2020年达到10%可再生能源使用份额的目标按目前的发展状况也将无法达成。通常的,电动汽车可能是把交通领域的气候目标和可再生能源发展目标带回正轨的最合适的方法。尤其是当电动汽车所使用的电力是可再生能源电力时,在降低当地污染物的排放的同时,还减少了温室气体的排放。倘若电动汽车中存储的可再生电能在电力可以并入高电压等级电网中,扩建电网所需成本将在配电网中得到分销。

教科书式的双赢局面。

在这个情况下,信息与通信技术可以创造出很多机会并从而发挥协同作用。更准确的新能源发电量预测,并根据当地电网情况进行调度,将大大有利于低排放电动汽车的发展。例如:当可再生能源电力对农村配电网造成较大负载压力的时候,则可以对电动汽车进行调度并准确充电,从而对过多负荷进行消纳。

在未来,电动汽车将逐渐去私有化,而自动驾驶以及相应的辅助服务将大大提高出行的灵活性。

智慧农村是什么概念?它又有哪些特点呢?

智慧农村地区首先是非城市区域,其中使用先进的信息和通信技术对资源的交换实现优化,以更好的满足当地的需求。如上所示,可再生能源发电和电动汽车相结合将注定是优化能源系统的优选方案而可再生能源固有的不稳定性也将通过电动汽车来更好的调节。

图4简要展现了一个典型智慧农村区域。配电网、分布式发电(包括光伏与风电)以及终端用户(包括电动汽车与储能)都集成到电网拓扑中。

图4:智慧农村示意图

当然,这类拓扑结构必须同时考虑到可再生能源发电的波动性,以及用电负荷分布和电网中的负载流量。而智能充电过程,例如,通过调整充电时间,在电网负载相对较小时对电动汽车进行充电,以此缓解电动汽车对电网的压力。而对充电时间进行灵活调节对于高比例可再生能源的电网来说将更加必要。

智能农村也将给家庭和私人用户带来好处,企业自有的光伏+储能系统将很大程度上让电动汽车摆脱对化石燃料的依赖,同时,进一步优化成本的充电过程以及自动驾驶等服务将大大便利智能农村的交通出行。

基础设施和其他服务提供商可以从新用户和新业务领域中受益。例如,德国邮政等服务提供商已经为电动汽车的进一步普及做好了准备,并正在制造自己的电动物流车。随着自动化程度的提高和自动驾驶的发展,农村地区可以成为智能控制,分布式可再生能源系统的核心。例如:石勒苏益格-荷尔斯泰因州的“农村自动驾驶网络”将电动汽车与可再生能源结合起来,实现自动驾驶理念。另一个例子是在德国巴伐利亚州南部的德国铁路公司应用无人驾驶电动巴士,穿梭于火车站,城镇中心和村庄的温泉浴场之间,虽然这种巴士目前只采用一条规定的路线,但在将来还可以根据乘客的偏好前往特定地点。

通过合适的项目和高级信息通信技术,农村地区可以从能源系统的转型中获益良多。同时,为了智慧农村更好的发展,设计师,企业家和用户以及当地或合作运营的企业都应参与进来并发挥不同的作用,为 “智慧农村”的发展带来生机。