雙碳目標下光儲充一體化充電站綜合能源服務(wù)建設(shè)模式分析

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(chǔ)設(shè)施代表的光儲充一體化充電站，為發(fā)展一體化能源服務(wù)建設(shè)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(wù)，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(yīng)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(chǔ)設(shè)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(shù)轉(zhuǎn)化為電能。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(shù)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(wù)。用戶通過充電技術(shù)，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(shè)的基本原則

2.1 技術(shù)可行性

建設(shè)光儲充一體化充電站，保證技術(shù)可行性是一原則。各種技術(shù)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(shè)備時進行評估。太陽能光伏技術(shù)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(shù)則要滿足不同車型汽車的充電需求，因此,太陽能光伏技術(shù)在應(yīng)用過程中充電站可在實際運行中通過確保各種技術(shù)的可行性,提供持續(xù)可靠的清潔能源服務(wù)。

2.2 可持續(xù)性

建設(shè)光儲充一體化充電站，保證可持續(xù)性是另一項基本原則?？沙掷m(xù)性涵蓋了綠色的能源供應(yīng)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(yīng)與當?shù)厣鐓^(qū)合作，在充電站的建設(shè)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(shè)計分析

3.1 電站電池選擇分析

在光儲充一體化充電站設(shè)計中，以“雙碳"目標為基礎(chǔ)，選擇電站電池既是關(guān)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(xué)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。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(shè)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(guān)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(shè)計

電池管理系統(tǒng)在光儲充一體化充電站中的設(shè)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(guān)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(guān)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(shù)，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(shù)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(shù)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(shè)計

能量管理系統(tǒng)的設(shè)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(yīng),是光儲充一體化充電站的關(guān)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(shè)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(shè)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(yīng)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(shè)計

在光儲充一體化充電站的設(shè)計中,能力管理對策的設(shè)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(yīng)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(shù),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(yù)測模型的建立是能力管理的關(guān)鍵對策。該系統(tǒng)通過對電動車的歷史數(shù)據(jù)、天氣預(yù)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(yù)測。這有助于該系統(tǒng)為適應(yīng)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(yù)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(wù)。

4 綜合能源服務(wù)建設(shè)模式分析

4.1 綜合能源服務(wù)服務(wù)分析

作為一種以多能源互補與集成為核心的創(chuàng)新服務(wù)模式，綜合能源服務(wù)致力于提供能源解決方案。這一服務(wù)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(jié)合的清潔、可再生的能源形式，與電動汽車充電相結(jié)合,形成了一個高效的一體化能源服務(wù)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(wù)模式的優(yōu)點在于靈活、全面。綜合能源服務(wù)可以通過多種能源形式的整合，靈活應(yīng)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(wù)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(wù)，使整體使用便捷性得到提升。

4.2 綜合能源服務(wù)發(fā)展前景

一體化能源服務(wù)的發(fā)展前景更加廣闊，而其將多能源形態(tài)的服務(wù)特性充分融合，則離不開“雙碳"目標的推行。綜合能源服務(wù)有望在未來迎來更廣泛的應(yīng)用，隨著清潔能源技術(shù)的日益創(chuàng)新和成熟。這種服務(wù)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(yīng)目標提供切實可行的解決方案。綜合能源服務(wù)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(yīng)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(wù)將在電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施方面發(fā)揮關(guān)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(wù)中,不僅可以提升城市充電基礎(chǔ)設(shè)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(wù)的用戶群具有直接影響服務(wù)模式設(shè)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(wù)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(shè)施的便利性、可靠性要求更高。這使得一體化能源服務(wù)的設(shè)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(wù)的用戶對智能管理能源的預(yù)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(wù)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(yīng)，對不同能源形態(tài)的變化做出響應(yīng)。典型用戶對服務(wù)的智能化和高度可控性需求明顯，這將直接影響到技術(shù)創(chuàng)新和系統(tǒng)設(shè)計的一體化能源服務(wù)。

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(yù)測；

協(xié)調(diào)控制；

經(jīng)濟調(diào)度；

需求響應(yīng)。

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(shè)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(guān)控制策略

.       削峰填谷：配合儲能設(shè)備、低充高放

.       需量控制：能量儲存、充放電功率跟蹤

.       備用電源

.       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(shè)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(shè)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(shè)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。

.       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。

.       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

.       光伏預(yù)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(yù)報為基礎(chǔ)，采用多維度同構(gòu)異質(zhì)BP、LSTM神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)光功率預(yù)測方法。

時間分辨率：15min

超短期未來4h預(yù)測精度＞90%

短期未來72h預(yù)測精度＞80%

短期光伏功率預(yù)測

超短期光伏功率預(yù)測

數(shù)值天氣預(yù)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(yù)測數(shù)據(jù)人機界面

.       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

.       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。

.       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(shè)備選型

6結(jié)語

光儲充一體化充電站應(yīng)用綜合能源服務(wù)建設(shè)模式意義重大。清潔、高效、可靠的能源服務(wù)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(wù)將隨著清潔能源技術(shù)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(wù)建設(shè)模式將成為為建設(shè)綠色智能社會提供堅實支撐的新能源基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分。

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