优化电动汽车充电模式与基础设施以实现电网脱碳

为什么汽车的插头对地球很重要

电动汽车常被宣传为气候救星，但当数百万辆车同时插上电，会发生什么？本研究以全球最大的电动汽车城市之一——上海为例，提出一个看似简单的问题：如果我们聪明地安排电动车的充电时间和地点，能否在保证供电的同时避免兴建昂贵的新电厂，并减少碳排放？作者的结论是可以——前提是城市将驾驶者的充电习惯与经过良好规划的充电站和更清洁的电网相协调。

清洁汽车背后隐藏的问题

目前，上海大多数电动车主在下班回家后在家中充电，使充电负荷叠加在城市正常的晚间用电高峰上。这意味着电力公司必须在污染本已严重的时段启动更多燃烧化石燃料的发电机组。研究显示，家庭充电主导了需求，充电峰值从傍晚早些时候持续到午夜，与全市最高的电网负荷几乎完全重合。公共充电（如在工作场所或购物区）所占比例较小且在城市内分布不均，导致部分社区缺乏便于错峰充电的选择。若缺乏更好的协调，电动车普及的上升可能会加剧电网压力，并将城市街道的排放转移回远端的发电厂。

更聪明的充电方式

研究人员利用2018至2024年间数千辆电动车的逐秒行驶与充电数据，测试了一种“灵活调度”策略。该策略不改变人们的出行路线，仅在司机已到访的地点与时间范围内调整充电时段。例如，一辆深夜回家、次日下午又会开到公共场所的车辆，可以将部分充电延后到那次公共停车时段，在电网压力较小的时候完成。模型限制了这些调整以避免严重打扰司机：它只在停车点之间转移一小部分充电事件，并在每个停车期内把充电延迟到适度的时间。即便在这些审慎的规则下，全市效应仍然显著——一周内的充电功率峰值可下降超过40%，因为能量使用从最繁忙的晚间时段向更安静的夜间或中午时段分散。

在合适地点建设合适的充电站

仅靠调度并不足够；还需要布局合理的充电站。研究团队预测了到2035年上海的经济、人口、电动车队规模和公共充电网络可能的增长，然后设计了一项部署计划，将各区域新增充电站的数量与当地人口和预期充电需求挂钩。关键在于，仅约十分之一的新公共充电桩专门用于支持灵活调度，其余则满足日常使用需求。即使这部分专用充电桩比例较小，城市仍能支持更多的错峰充电、减少局部过载，并使司机更容易将充电从傍晚高峰转移到其他行政区或其他时段的公共充电点。

缓解电网压力的同时减少碳排放

由于中国东部电网在峰值时段仍严重依赖化石燃料，削减峰值具有明确的气候效益。研究将充电仿真与该区域电力结构变化的预测结合起来，考虑了风能、太阳能和水电的增长。研究估算，在2018至2035年间，更智能的充电和有针对性的充电站部署可避免超过1万吉瓦时的峰值时段用电，并减少约4.6万吨与为电动车充电而额外调度的发电直接相关的二氧化碳排放。按每辆车计算，随着车队扩大、随后电网变得更清洁并且调度措施生效，用于满足电动车需求的输电导致的额外排放会先上升然后下降。即使并非所有司机都遵循调度方案，效益依然存在：更高的参与率带来不成比例的收益，因为最大的改善来自那些愿意把尽可能多充电从最紧张峰值时段移开的司机。

这对未来城市意味着什么

对非专业读者而言，核心信息很清楚：电动汽车要完全兑现其气候承诺，必须使充电与更清洁、管理良好的电网相协调。在上海，谨慎安排充电的时间与地点——而不改变人们的居住或工作地点——可以避免昂贵的新电厂、减少污染并更好地利用可再生能源。作者认为，其他快速增长的电动车城市可以通过结合真实世界的行驶数据、为错峰充电提供适度激励以及对公共充电桩进行周到布局，走上类似路径。如果做到位，给电动车充电不仅比加油更清洁，而且还能帮助稳定电网，加速向低碳电力的转型。

引用: Liao, C., Deng, J., Chen, X.M. et al. Optimizing electric vehicle charging patterns and infrastructure for grid decarbonization. Commun. Sustain. 1, 43 (2026). https://doi.org/10.1038/s44458-026-00037-7

关键词: 电动汽车充电, 智能电网, 城市出行, 充电基础设施, 脱碳