雙碳目標下光儲充一體化充電站綜合能源服務建設模式分析

安科瑞 陳聰

摘 要：本文以“雙碳”目標為基礎，從電站電池管理能源管理能力管理對策等方面的關鍵要點，分析了光儲充一體化充電站設計和綜合能源服務建設模式。通過對這些方面的深入探討，揭示了綜合能源服務在實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展、促進能源轉(zhuǎn)型過程中的重要性。作為一種多能源互補、一體化的服務模式，綜合能源服務能夠為電動汽車充電站的未來發(fā)展提供強有力的支撐，全面滿足用戶對清潔、智能、可靠能源的需求。

關鍵詞：雙碳；光儲充；一體化充電站；能源服務；建設模式

0引言

我國對清潔能源和可持續(xù)發(fā)展的需求隨著“雙碳”目標的提出而不斷增加。在此背景下，作為新能源基礎設施代表的光儲充一體化充電站，為發(fā)展一體化能源服務建設模式提供了強有力的支撐。針對光儲充一體化充電站如何實現(xiàn)綜合能源服務，從電池管理、能量管理、能力管理對策等方面進行分析。旨在通過這些分析，為中國能源轉(zhuǎn)型提供有益的參考，為“雙碳”目標提供有益的借鑒。

1 基于“雙碳”目標的光儲充一體化充電站概述

"雙碳"目標是指到2030年碳排放達到峰值，2060年實現(xiàn)碳中和，中國在應對氣候變化和促進綠色能源發(fā)展方面提出的重要目標[1]。在此背景下，光儲充一體化充電站成為推廣普及新能源汽車的重點基礎設施之一。該充電站集太陽能光伏發(fā)電、儲能系統(tǒng)、電動汽車充電功能于一體，旨在實現(xiàn)清潔生產(chǎn)、高效儲能、低碳傳輸?shù)哪茉匆惑w化解決方案。一是以太陽能光伏發(fā)電為主要能源來源，直接將太陽光通過光電轉(zhuǎn)換技術轉(zhuǎn)化為電能，實現(xiàn)電力生產(chǎn)的*排放。這不僅有助于減緩對傳統(tǒng)化石能源的依賴，而且對于滿足“雙碳”目標要求的排放量的削減也大有裨益。其次，儲能系統(tǒng)對這個充電站起著舉足輕重的作用。儲能系統(tǒng)可以通過高效的儲能和釋放，彌補太陽能發(fā)電時斷時續(xù)、不穩(wěn)定的特點，保證充電站在沒有陽光照射的情況下，仍能提供穩(wěn)定可靠的電力保障。這種儲能技術在提高能源利用效率的同時，也增強了充電站的可靠性和可持續(xù)性，電動汽車充電功能的充電站為新能源汽車提供了便利的充電服務。用戶通過充電技術，可以在短時間內(nèi)完成充電，在推動更多人使用清潔能源交通工具的同時，提高了電動車的使用便捷性。

2 光儲充一體化充電站建設的基本原則

2.1 技術可行性

建設光儲充一體化充電站，保證技術可行性是一原則。各種技術的成熟度、穩(wěn)定性和可靠性，都在選擇太陽能光伏發(fā)電、儲能系統(tǒng)和電動車充電設備時進行評估。太陽能光伏技術需要在不同區(qū)域的光照條件下保持高效轉(zhuǎn)化，儲能系統(tǒng)需要具備高效的儲能和釋能能力，而電動汽車充電技術則要滿足不同車型汽車的充電需求，因此,太陽能光伏技術在應用過程中充電站可在實際運行中通過確保各種技術的可行性,提供持續(xù)可靠的清潔能源服務。

2.2 可持續(xù)性

建設光儲充一體化充電站，保證可持續(xù)性是另一項基本原則。可持續(xù)性涵蓋了綠色的能源供應鏈、保護環(huán)境生態(tài)和可持續(xù)發(fā)展的社會經(jīng)濟。在施工過程中優(yōu)先選用環(huán)保材料，減少施工作業(yè)時對環(huán)境的影響。此外，還應與當?shù)厣鐓^(qū)合作，在充電站的建設和運營過程中，促進經(jīng)濟發(fā)展，確保工程社會效益和經(jīng)濟效益相統(tǒng)一,以實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的目標。

3 基于“雙碳”目標的光儲充一體化充電站設計分析

3.1 電站電池選擇分析

在光儲充一體化充電站設計中，以“雙碳”目標為基礎，選擇電站電池既是關鍵決策，也是保障系統(tǒng)高效運行、永續(xù)發(fā)展的根本。首先，考慮到電池的化學成分對于性能的影響，鋰離子電池以其優(yōu)異的高能量密度、長壽命和輕量化等特性，成為人們的*選電池。它的高能量密度意味著能夠?qū)⒏嗟哪芰績Υ嬖谙鄬^小的體積內(nèi)，以滿足高峰期對充電站的能量需求。長壽命特性則保證了電池在多次循環(huán)充放電、降低更換和維護頻率、降低總體運行成本等方面，都能保持較高的性能水平。另外,輕量化設計可以幫助充電站整體減重，增加安裝的靈活度與效率。

其次，電站電池的循環(huán)使用壽命、充放電效率、安全性等也都是考量的決定性要素。電池在實際運行中需要經(jīng)受多次充電和放電周期的考驗，所以它的周期長短與系統(tǒng)的直接的關系。選擇循環(huán)使用時間更長的電池類型，可以降低更換電池的頻率，使整套系統(tǒng)的穩(wěn)定性得到提高。

3.2 電池管理系統(tǒng)設計

電池管理系統(tǒng)在光儲充一體化充電站中的設計尤為重要，它不僅直接影響著電池性能的利用，而且與整個系統(tǒng)的安全可靠性有著密切的關系。首先,系統(tǒng)要有對電池組件狀態(tài)進行全面監(jiān)測的能力，覆蓋溫度、電壓、充放電速率等電池關鍵參數(shù)。該系統(tǒng)通過實時監(jiān)控,在運行過程中捕捉電池的實時數(shù)據(jù)，對潛在故障或異常情況的及時發(fā)現(xiàn)有所幫助。當電池管理系統(tǒng)監(jiān)測到電池溫度升高或電壓異常情況時，為了防止電池過過壓等可能造成安全隱患的情況發(fā)生，該系統(tǒng)可以立即采取停止充電或放電等保護性措施。其次,電池管理系統(tǒng)需要采用均衡充電技術，以確保電池組內(nèi)各單元的電荷水平保持一致。均衡充電技術可以實現(xiàn)電荷在電池組各單元間的均勻分布,防止由于某一單元充電過度而造成的電池不均勻損耗，從而達到平衡充電技術的目的。這對于提高整體能效和延長電池續(xù)航能力都有幫助。電池管理系統(tǒng)可以通過有效的均衡充電管理，確保電池組件的長期穩(wěn)定運行，減緩電池的老化進程,從而使系統(tǒng)的可靠性和可持續(xù)性得到提高。

3.3 能量管理系統(tǒng)設計

能量管理系統(tǒng)的設計在協(xié)調(diào)太陽能光伏發(fā)電、儲能系統(tǒng)與電動車充電功能之間的能量流動,以達到穩(wěn)定的電力供應,是光儲充一體化充電站的關鍵角色。首先,該系統(tǒng)需要了解目前光伏發(fā)電系統(tǒng)的能量輸出情況,通過實時監(jiān)測和分析太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)能。該系統(tǒng)通過能量調(diào)度,靈活分配不同光照條件下的能量,確保太陽能發(fā)電在陽光充足的晴天也能得到限度的利用。二,能源管理系統(tǒng)設計的另一個重要方面是對儲能系統(tǒng)的智能控制。儲能系統(tǒng)在能量調(diào)度中起到儲備和釋放的作用,在太陽能不足或電動汽車需求激增的情況下,需要提供迅速可靠的能量支持。能量管理系統(tǒng)儲能系統(tǒng)的充電放電過程進行智能控制,根據(jù)當前電網(wǎng)負荷及儲能狀態(tài),確保在需要時能快速供能,使充電站保持穩(wěn)定供電。綜合來看,能源管理系統(tǒng)的設計既需要充分考慮光伏發(fā)電、儲能系統(tǒng)與電動汽車充電的協(xié)同運轉(zhuǎn),又需要具有智能調(diào)度、控制等功能。光儲充一體化充電站通過能量的合理分配和儲能系統(tǒng)的智能控制運行,能夠更好地適應不同用電條件,提高能效,實現(xiàn)能源供給的清潔穩(wěn)定。

3.4 能力管理對策設計

在光儲充一體化充電站的設計中,能力管理對策的設計是為了保證充電站在面臨電站規(guī)模擴大、使用需求增大的情況下,依然可以做到永續(xù)經(jīng)營。首先,系統(tǒng)需要具備適應未來能源需求動態(tài)變化的良好擴展性和靈活性。充電站采用電網(wǎng)互聯(lián)技術,可與電網(wǎng)實現(xiàn)智能對接,實時調(diào)節(jié)能源供給,確保在高峰時段或突發(fā)事件發(fā)生時，為滿足用戶需求，靈活進行能源調(diào)配。其次，智能預測模型的建立是能力管理的關鍵對策。該系統(tǒng)通過對電動車的歷史數(shù)據(jù)、天氣預報以及使用方式等信息的分析,對未來的用電需求進行提前預測。這有助于該系統(tǒng)為適應氣象條件的波動和電動汽車充電需求的不確定性，提前做好充電站運行計劃，調(diào)整能源分配策略。能力管理對策通過準確預測、及時調(diào)整,使充電站在各種情況下都能保證系統(tǒng)運行平穩(wěn),提供高效可靠的服務。

4 綜合能源服務建設模式分析

4.1 綜合能源服務服務分析

作為一種以多能源互補與集成為核心的創(chuàng)新服務模式，綜合能源服務致力于提供*方位的能源解決方案。這一服務模式涵蓋了通過智能能源管理系統(tǒng)實現(xiàn)對這些能源的多種能源形式,包括太陽能、儲能和電動汽車充電等。太陽能作為一種與儲能系統(tǒng)相結合的清潔、可再生的能源形式，與電動汽車充電相結合,形成了一個高效的一體化能源服務系統(tǒng)。其核心目標是在不斷升級的能源市場中，在降低、降低環(huán)境影響的同時，為用戶提供高效、可靠、清潔的能源。這種服務模式的優(yōu)點在于靈活、全面。綜合能源服務可以通過多種能源形式的整合，靈活應對電力需求的波動。舉例來說，在太陽能產(chǎn)能豐富的時期，該系統(tǒng)儲能系統(tǒng)儲存多余能量以備不時之需的同時，程度地利用太陽能發(fā)電。智能能源管理系統(tǒng)的存在可以實現(xiàn)智能調(diào)度這些能源，保證系統(tǒng)隨時提供穩(wěn)定電力。此外，這種服務模式的綜合化，使用戶可以方便地在一個平臺上獲得多種能源服務，使整體使用便捷性得到提升。

4.2 綜合能源服務發(fā)展前景

一體化能源服務的發(fā)展前景更加廣闊，而其將多能源形態(tài)的服務特性充分融合，則離不開“雙碳”目標的推行。綜合能源服務有望在未來迎來更廣泛的應用，隨著清潔能源技術的日益創(chuàng)新和成熟。這種服務模式不僅能為能源系統(tǒng)提供更高水平的整體智能化，還能為實現(xiàn)城市更智能的能源供應目標提供切實可行的解決方案。綜合能源服務通過將太陽能、儲能和電動汽車充電等多種能源形式緊密融合，可以更好地適應未來能源需求的多樣性，形成更更靈活的能源體系。特別值得注意的是,綜合能源服務將在電動汽車充電基礎設施方面發(fā)揮關鍵作用，隨著電動汽車的需求的不斷增長。通過將電動汽車充電功能集成到綜合能源服務中,不僅可以提升城市充電基礎設施水平，還可以創(chuàng)造更加便利的充電環(huán)境,普及電動汽車。此舉將進一步促進電動運輸?shù)陌l(fā)展,為綠色升級的城市運輸體系提供強有力的支撐。

4.3 典型用戶用能特點分析

一體化能源服務的用戶群具有直接影響服務模式設計和推廣策略的一系列典型特征。一是這部分用戶對清潔能源的認同度普遍較高,對低碳、環(huán)保的生活方式積極追求。這體現(xiàn)在他們當初選擇能源綜合服務的初衷，就是希望通過清潔能源的使用,達到積極為環(huán)境做貢獻的目的。二是典型用戶往往擁有電動車，對電動車充電設施的便利性、可靠性要求更高。這使得一體化能源服務的設計需要在滿足用戶日常生活中對電動交通需求的情況下，充分考慮電動汽車充電的場景。另外，一體化能源服務的用戶對智能管理能源的預期通常也比較高。他們希望通過科技手段,程度地提高能源利用效率,實現(xiàn)對能源的實時監(jiān)控和優(yōu)化調(diào)度。這就要求一體化的能源服務擁有智能能源管理系統(tǒng)，可以對用戶的需求做出實時反應，對不同能源形態(tài)的變化做出響應。典型用戶對服務的智能化和高度可控性需求明顯，這將直接影響到技術創(chuàng)新和系統(tǒng)設計的一體化能源服務。

5安科瑞微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)

Acrel-2000MG微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)能夠?qū)ξ㈦娋W(wǎng)的源、網(wǎng)、荷、儲能系統(tǒng)、充電負荷進行實時監(jiān)控、診斷告警、全景分析、有序管理和高級控制，滿足微電網(wǎng)運行監(jiān)視全面化、安全分析智能化、調(diào)整控制前瞻化、全景分析動態(tài)化的需求，完成不同目標下光儲充資源之間的靈活互動與經(jīng)濟優(yōu)化運行，實現(xiàn)能源效益、經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。

5.1 主要功能

實時監(jiān)測；

能耗分析；

智能預測；

協(xié)調(diào)控制；

經(jīng)濟調(diào)度；

需求響應。

5.2 系統(tǒng)特點

平滑功率輸出，提升綠電使用率；

削峰填谷、谷電利用，提高經(jīng)濟性；

降低充電設備對局部電網(wǎng)的沖擊；

降低站內(nèi)配電變壓器容量；

實現(xiàn)源荷匹配效能。

5.3 相關控制策略

1. 削峰填谷：配合儲能設備、低充高放

2. 需量控制：能量儲存、充放電功率跟蹤

1. 備用電源

1. 柔性擴容：短期用電功率大于變壓器容量時，儲能快速放電，滿足負載用能要求

5.4 核心功能

1）多種協(xié)議

支持多種規(guī)約協(xié)議，包括：Modbus TCP/RTU、DL/T645-07/97、IEC60870-5-101/103/104、MQTT、CDT、三方協(xié)議定制等。

2）多種通訊方式

支持多種通信方式：串口、網(wǎng)口、WIFI、4G。

3）通信管理

提供通信通道配置、通信參數(shù)設定、通信運行監(jiān)視和管理等。提供規(guī)約調(diào)試的工具，可監(jiān)視收發(fā)原碼、報文解析、通道狀態(tài)等。

4）智能策略

系統(tǒng)支持自定義控制策略，如削峰填谷、需量控制、動態(tài)擴容、后備電源、平抑波動、有序充電、逆功率保護等策略，保障用戶的經(jīng)濟性與安全性。

5）全量監(jiān)控

覆蓋傳統(tǒng)EMS盲區(qū)，可接入多種協(xié)議和不同廠家設備實現(xiàn)統(tǒng)一監(jiān)制，實現(xiàn)環(huán)境、安防、消防、視頻監(jiān)控、電能質(zhì)量、計量、繼電保護等多系統(tǒng)和設備的全量接入。

5.5 系統(tǒng)功能

系統(tǒng)主界面，包含微電網(wǎng)光伏、風電、儲能、充電樁及總體負荷情況，體現(xiàn)系統(tǒng)主接線圖、光伏信息、風電信息、儲能信息、充電樁信息、告警信息、收益、環(huán)境等。

1. 儲能監(jiān)控

系統(tǒng)綜合數(shù)據(jù)：電參量數(shù)據(jù)、充放電量數(shù)據(jù)、節(jié)能減排數(shù)據(jù)；

運行模式：峰谷模式、計劃曲線、需量控制等；

統(tǒng)計電量、收益等數(shù)據(jù)；

儲能系統(tǒng)功率曲線、充放電量對比圖，實時掌握儲能系統(tǒng)的整體運行水平。

1. 光伏監(jiān)控

光伏系統(tǒng)總出力情況

逆變器直流側(cè)、交流側(cè)運行狀態(tài)監(jiān)測及報警

逆變器及電站發(fā)電量統(tǒng)計及分析

并網(wǎng)柜電力監(jiān)測及發(fā)電量統(tǒng)計

電站發(fā)電量年有效利用小時數(shù)統(tǒng)計，識別低效發(fā)電電站；

發(fā)電收益統(tǒng)計(補貼收益、并網(wǎng)收益)

輻照度/風力/環(huán)境溫濕度監(jiān)測

并網(wǎng)電能質(zhì)量監(jiān)測及分析

1. 光伏預測

以海量發(fā)電和環(huán)境數(shù)據(jù)為根源，以高精度數(shù)值氣象預報為基礎，采用多維度同構異質(zhì)BP、LSTM神經(jīng)網(wǎng)絡光功率預測方法。

時間分辨率：15min

超短期未來4h預測精度＞90%

短期未來72h預測精度＞80%

短期光伏功率預測

超短期光伏功率預測

數(shù)值天氣預報管理

誤差統(tǒng)計計算

實時數(shù)據(jù)管理

歷史數(shù)據(jù)管理

光伏功率預測數(shù)據(jù)人機界面

1. 風電監(jiān)控

風力發(fā)電系統(tǒng)總出力情況

逆變器直流側(cè)、交流側(cè)運行狀態(tài)監(jiān)測及報警

逆變器及電站發(fā)電量統(tǒng)計及分析

并網(wǎng)柜電力監(jiān)測及發(fā)電量統(tǒng)計

電站發(fā)電量年有效利用小時數(shù)統(tǒng)計，識別低效發(fā)電電站；

發(fā)電收益統(tǒng)計(補貼收益、并網(wǎng)收益)

風力/風速/氣壓/環(huán)境溫濕度監(jiān)測

并網(wǎng)電能質(zhì)量監(jiān)測及分析

1. 充電樁系統(tǒng)

實時監(jiān)測充電系統(tǒng)的充電電壓、電流、功率及各充電樁運行狀態(tài)；

統(tǒng)計各充電樁充電量、電費等；

針對異常信息進行故障告警；

根據(jù)用電負荷柔性調(diào)節(jié)充電功率。

1. 電能質(zhì)量

對整個系統(tǒng)范圍內(nèi)的電能質(zhì)量和電能可靠性狀況進行持續(xù)性的監(jiān)測。如電壓諧波、電壓閃變、電壓不平衡等穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)和電壓暫升/暫降、電壓中斷暫態(tài)數(shù)據(jù)進行監(jiān)測分析及錄波展示，并對電壓、電流瞬變進行監(jiān)測。

5.6 設備選型

6結語

光儲充一體化充電站應用綜合能源服務建設模式意義重大。清潔、高效、可靠的能源服務可以通過對電池、管理系統(tǒng)系統(tǒng)的全面優(yōu)化來實現(xiàn)。未來,綜合能源服務將隨著清潔能源技術的不斷創(chuàng)新而進一步成熟和普及,為中國提供可行的解決方案,以達到碳中和目標,促進新能源運輸?shù)钠占啊Ｒ惑w化的能源服務建設模式將成為為建設綠色智能社會提供堅實支撐的新能源基礎設施的重要組成部分。

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