夏彥輝 《“雙碳”目標下的光儲充放技術(shù)及展望》

我的演講主要分為四個方面：

第一，“雙碳”目標及光儲充的背景
我國在如火如荼地推進碳達峰、碳中和，在我國電力行業(yè)超過了40%的碳排放，在交通運輸業(yè)超過了10%，從全球的角度，交通運輸業(yè)的碳排放占比超過了28%，無論是從全球視野還是中國的視野，電力+交通運輸業(yè)，這兩個行業(yè)碳排放占比都超過了一半。充電站這個應(yīng)用場景是連接電力行業(yè)和交通運輸業(yè)的一個樞紐，未來在節(jié)能降碳這個領(lǐng)域，充電站這個場景必然是一個節(jié)能降碳的主戰(zhàn)場。

“雙碳”目標的實現(xiàn)途徑從兩方面：（1）電源側(cè)。能源生產(chǎn)側(cè)加大在光伏和風(fēng)電的建設(shè)力度，風(fēng)電和光伏的發(fā)展也是爆發(fā)式的增長。（2）用能側(cè)。特別是在交通運輸、重卡、機械運輸這些領(lǐng)域，工程車輛都要加速電動化。如圖所示，左邊的圖是近幾年內(nèi)新能源車和電動汽車的滲透率，雖然從全國范疇內(nèi)新能源車到2022年底，新能源車的滲透率只有4.1%，但是我們要看這個加速上漲的趨勢。另外我們要看到中國東部的一線城市，以上海為例，由于限牌限號以及新能源車優(yōu)惠的政策加持下，新能源車在上海市的存量滲透率已經(jīng)超過了20%。

展示了數(shù)量、保有量，包括新能源車和純電動車以及電動汽車充電樁的保有量，車樁比一直處于下降的狀態(tài)，未來電動車主從里程焦慮到能量補給的狀態(tài)，充電體驗不斷地改善。

光儲充放就是實現(xiàn)零碳交通的重要載體。前幾年大家聽說過對于新能源車不好的說法，新能源車如果用的是充電，用的是煤炭發(fā)出來的電，新能源車的污染比燃油車更加嚴重，這個也有一定的道理。也就是說，單位標準能量的情況下，煤炭的二氧化碳排放是遠高于石油的，要做到新能源車真正成為新能源的定義，充電必須用新能源發(fā)出來的電。一方面，在交通領(lǐng)域的電動化替代，既能解決國家能源的安全，解決石油和天然氣依賴于進口的狀態(tài)，又能夠減少二氧化碳的排放。在光儲充一體化電站里面，光伏能夠就地化提供綠色的電力，儲能進行充放電，能夠響應(yīng)充電負荷的需求，在一體化場站里面高效連接清潔能源在生產(chǎn)端、消費端，讓新能源車真正用上新能源電，這樣才能在交通運輸領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)真正的零碳交通。光儲充領(lǐng)域政策從來不缺乏，國家層面、省市層面，我們梳理了近兩三年的扶持性政策，有40項之多。最近的政策是5月14日，國家發(fā)改委和能源局發(fā)布《關(guān)于加快推進充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，支持新能源車下鄉(xiāng)和鄉(xiāng)村振興的實施意見》中，明確提出要支持電動汽車車網(wǎng)互動技術(shù)以及光儲充協(xié)同等控制關(guān)鍵的研究，探索充電樁利用率較低情況下的農(nóng)村地區(qū)，要實現(xiàn)光伏儲能和充電的基礎(chǔ)化設(shè)施的建設(shè)。另外，還要進一步拉達峰谷電差價，都為光儲充協(xié)同發(fā)展打好了基礎(chǔ)。我們國家從政策發(fā)布出去到真正能落實下去，到真正產(chǎn)業(yè)發(fā)展，需要一定的時間，我們估計2~3年內(nèi)在廣大的農(nóng)村地區(qū)，新能源車會逐步地推廣下去，而且在農(nóng)村地區(qū)是有一些閑散的屋頂，這個跟城市都不太一樣，城市里面大部分人都住在公寓，沒有屬于自己的屋頂，而農(nóng)村地區(qū)大部分勞動力都出去工作了，很多屋頂都是閑置的，需要在農(nóng)村地區(qū)開發(fā)這種分布式光伏。儲能也是有一些戶外的安裝場景，這個也是跟城市居住環(huán)境有很大的差異，我們需要重點跟蹤這種發(fā)展趨勢，特別是在城市和農(nóng)村配電網(wǎng)的承載能力完全不一樣的情況下，城市配電網(wǎng)的車載能力還是要優(yōu)于農(nóng)村的配電網(wǎng)的建設(shè)。

第二，光儲充放應(yīng)用場景。
首先回顧一下整個演進過程：
第一階段：由于充電負荷的增長，首先想到的是就地裝一些分布式光伏，能夠?qū)_一些充電負荷，能夠降低充電負荷對電網(wǎng)的影響，所以出現(xiàn)了充電樁+光伏的安裝應(yīng)用模式。隨著技術(shù)的發(fā)展以及光伏裝機增大，以及充電負荷繼續(xù)增長，我們發(fā)現(xiàn)充電負荷每日運行曲線和光伏發(fā)電曲線不太匹配，所以出現(xiàn)了光伏就地消納能力不足以及存在棄風(fēng)棄光以及充電負荷高峰時光伏無法發(fā)出的情況，所以增加了儲能進行調(diào)節(jié)。
第二階段：我們今天正在實現(xiàn)商業(yè)化初期的光儲充一體化電站，未來進入到第三階段。
第三階段：剛才鏈宇科技講到V2G、車網(wǎng)互動的功能，成為“雙碳”目標路線的重要支撐。它的影響因素要考慮光伏和儲能裝機成本，分布式光伏已經(jīng)完全實現(xiàn)了無補貼的上網(wǎng)，可以完全算得過經(jīng)濟賬，而儲能目前還局限于中國東部地區(qū)，特別是從山東一直往南走到廣東東部地區(qū)情況，峰谷電價差拉得足夠大，特別是江蘇峰谷電價差達到了1.4元/度，儲能完全有它的應(yīng)用場景，我們希望政策有一定的穩(wěn)定性，保護儲能投資和用戶投資的積極性。

政策方面多地已經(jīng)出臺了鼓勵光儲充放的相關(guān)政策，但是實際的場地、電網(wǎng)接入還需要協(xié)調(diào)配合的問題，另外還要加大光儲充放怎么參與電力系統(tǒng)輔助服務(wù)的一些交易品種，不能局限于只是需求響應(yīng)，它的盈利模式過于單一。

這是光伏+充電樁的具體應(yīng)用場景，包括高速服務(wù)區(qū)、企業(yè)園區(qū)，它有比較充裕的屋頂和閑置的場地進行光伏安裝。
 
光儲充系統(tǒng)首先是本地的解決方案，光伏和儲能都裝在本地，實現(xiàn)了光伏發(fā)電的就地消納，讓新能源車用上了本地發(fā)的光伏綠電。

城市商場和地下停車場的充電場景下，很難找到一些足夠的場地去安裝光伏，這時候就要提出一些廣義的光儲充解決方案，即用一些區(qū)塊鏈技術(shù)，通過綠電交易的手段，實現(xiàn)充電負荷，購買一些遠端發(fā)出來的光伏和風(fēng)電的綠色電力。
 
V2G的應(yīng)用場景，當(dāng)前電力系統(tǒng)存在尖峰超載和新能源消納不足兩個問題。通過V2G的模式，電動汽車可以充當(dāng)非常好的調(diào)節(jié)資源。當(dāng)然它的應(yīng)用場景比較合適的是工業(yè)園區(qū)、目的地的場景，它是有充足的停車位的空間，聚合了一些能量以后，可以為當(dāng)?shù)睾碗妰r比較高的工商業(yè)負荷，每度電能有超過一塊錢的收益。比如我是50、60度電的電動汽車，我賣出去30度，每天能夠?qū)崿F(xiàn)30塊錢的收益，每月按22天算，每月有660元的額外收益。雖然不是太多，但是能夠包得住你使用電動汽車日常的充電成本和維護的成本。

第三，光儲充放系統(tǒng)級技術(shù)及展望。
（1）電站系統(tǒng)拓撲的情況，目前90%以上是交流側(cè)耦合的拓撲，因為它各系統(tǒng)之間獨立運行，互不干擾，優(yōu)勢是易于運行管理，而且運用的產(chǎn)品都是現(xiàn)成的通用產(chǎn)品，不需要定制化開發(fā)，成本相對來說低一些，但是它面臨的挑戰(zhàn)是光伏發(fā)電的功率經(jīng)過直流到交流，又回到直流的模式，運用的效率比較低，設(shè)備利用率也比較低，擴容的時候還需要跟供電公司打申請，有可能會涉及到一些其他商用負荷停電申請的情況。
 
（2）直流側(cè)耦合，也分兩種。一種是AC/DC的模塊，其他的加各種各樣的DC/DC，當(dāng)然也有一種崔總講的能量路由器，把紅色部分把所有電力電子器件集合到一個地方，它的能量轉(zhuǎn)換效率高一些，而且可優(yōu)化各種設(shè)備的容配比，提高設(shè)備的利用率，但是前提要規(guī)?；茝V應(yīng)用以后，它的認證成本低、開發(fā)建設(shè)成本周期也短，擴容的時候只需要在內(nèi)部做改造就行了，不需要跟供電公司打交道，也不需要涉及到停電申請，但是也有挑戰(zhàn)，直流電力電子設(shè)備可靠性有待考驗，相對控制也是比較復(fù)雜，比交流側(cè)耦合復(fù)雜。未來在大規(guī)模的充電場站、交通樞紐、公交換電站以及重卡運行站，10MW以上應(yīng)用的場景有可能出現(xiàn)中壓直掛，直接升到中壓直掛的變流器，優(yōu)勢可以省掉一個變壓器，不需要電網(wǎng)公司申請專用的變壓器或者跟其他工商業(yè)負荷混在一起運行。它也有一定的挑戰(zhàn)，特別是在負荷率比較低的情況下，運行的成本還是非常高的。

（3）另外一個關(guān)鍵技術(shù)是充電站負荷預(yù)測。如果充電樁使用率能達到百分之七八十的情況下，充電站回收周期我們評估之后在3~5年內(nèi)。在建站初期一定要做好充電的負荷預(yù)測，對于充電樁的配置、儲能的功率和容量配置以及儲能調(diào)節(jié)策略，以及外購電的策略，參與輔助服務(wù)的報量報價，都有基礎(chǔ)意義。我們基于傳統(tǒng)在變電站的用電負荷的算法基礎(chǔ)上，結(jié)合充電負荷的一些特征，利用了一些知識圖譜和利用特征細分篩選方法，明顯提高了預(yù)測的精度。

（4）柔性充電控制技術(shù)，特別是適合于變壓過載的情況。比如工商業(yè)負荷包括飯店、電影院他們的重要性都比充電樁負荷高一些，在優(yōu)先保證他們的情況下，怎么樣把配電富余的容量分配給相應(yīng)的充電樁，提高充電車主的充電感受，這是柔性控制核心的目的，主要控制策略是監(jiān)測到電表配電的功率，通過秒級的速度送過來以后，判斷整個配電下網(wǎng)的功率是否越限，如果越限就把實時功率進行下調(diào)，如果一些車已經(jīng)充飽或者已經(jīng)開走的情況下，把剩余的功率要在秒級的響應(yīng)時間內(nèi)把它分配給相應(yīng)地正在充的電動車，提高車主充電感受以及提高電站運行效率和翻臺率。

（5）儲能調(diào)控技術(shù)。裝在充電站運行場景的儲能設(shè)備不能局限于每天一充一放，兩充兩放，我們要根據(jù)每天實時充電樁的負荷、配電下網(wǎng)功率、光伏發(fā)電的情況以及需量電價的情況，最優(yōu)求解出每15分鐘充放電的曲線，實現(xiàn)儲能優(yōu)化的調(diào)度，降低充電站運營的成本，這是未來特別有前景的，特別是在廣大農(nóng)村的情況下，在農(nóng)村的實現(xiàn)光儲充一體化，并且能夠?qū)崿F(xiàn)能量聚合管理，使用虛擬電廠的技術(shù)手段，參與電網(wǎng)的電力交易和輔助服務(wù)的市場。當(dāng)然它的特點是每個聚合對象都是非常小的，都是5kW幾kW的數(shù)量級，相對城市幾百千瓦，甚至兆瓦級的充電站，數(shù)量級是不可同日而語的。

 最后，車網(wǎng)互動面臨的主要障礙及解決思路。

（1）目前存在比較大的市場資格的獲取難度，比如我們參與安徽的需求響應(yīng)，去年2022年提5MW就可以參與了，這是一個入門的門檻。2023年變成了10MW，打擊了大家參與的積極性，比如在廣東它的聚合能力要求300千瓦就可以參與了，這個就是經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)的優(yōu)勢。理論上應(yīng)該是鼓勵大家參與的話，容量門檻應(yīng)該是逐年降低的。

（2）用戶交互與引導(dǎo)，需要充分地評估每個車的聚合能力。我們應(yīng)該多給一些鼓勵措施，而不是出臺一些懲罰措施，有些地方比如幾次響應(yīng)不達標，就強制把你拉入到有序用電的范疇和黑名單，也是傷害了廣大車主和虛擬電廠的積極性。

（3）數(shù)據(jù)共享與安全。虛擬電廠參與電力系統(tǒng)輔助服務(wù)，很大的障礙是目前僅僅局限于需求的響應(yīng)，怎么接入到電力部門的專網(wǎng)，參與更實時的調(diào)頻響應(yīng)?？上驳氖?，月初在深圳虛擬電廠通過5G切片的技術(shù)，已經(jīng)參與到調(diào)頻應(yīng)用的市場。

（4）有效的價值傳導(dǎo)，要制定友好的電力機制和多種電力的輔助服務(wù)的交易品種。


陽光電源聚焦于風(fēng)、光、儲、站、氫五大賽道，紅色部分是今天論壇重點關(guān)注的光儲充和V2G。右邊是陽光電源在這個領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢，如圖所示是相關(guān)的三種產(chǎn)品以及戶用光儲充的解決方案。最核心的還是要搞一些能量管理系統(tǒng)，硬件方面同質(zhì)化競爭越來越趨同了，怎么樣在電站內(nèi)實現(xiàn)能量優(yōu)化和經(jīng)濟調(diào)度以及參與綠電電力交易市場，提升產(chǎn)品的核心競爭力，我們支持基于就地化和云端的部署。

我們實現(xiàn)的工程項目，在安徽交控集團的肥東服務(wù)區(qū)的實際充電站的場景，除了在車棚上裝了一些光伏，在高速公路沿線的坡道上也裝了光伏。充電容量非常大，因為它不是局限于這一個服務(wù)區(qū)，它是有150多個服務(wù)區(qū)逐步推廣，這個只是光伏和儲能目前在肥東服務(wù)區(qū)的場景。還有湖北和重慶做的工程項目。