夏彥輝 《“雙碳”目標下的光儲充放技術及展望》

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)加大在光伏和風電的建設力度，風電和光伏的發(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域?qū)崿F(xiàn)真正的零碳交通。光儲充領域政策從來不缺乏，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《關于加快推進充電基礎設施建設，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)互動技術以及光儲充協(xié)同等控制關鍵的研究，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化設施的建設。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。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。

第二，光儲充放應用場景。
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+光伏的安裝應用模式。隨著技術的發(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)輔助服務的一些交易品種，不能局限于只是需求響應，它的盈利模式過于單一。

這是光伏+充電樁的具體應用場景，包括高速服務區(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，通過綠電交易的手段，實現(xiàn)充電負荷，購買一些遠端發(fā)出來的光伏和風電的綠色電力。
 
V2G的應用場景，當前電力系統(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，電動汽車可以充當非常好的調(diào)節(jié)資源。當然它的應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?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)化各種設備的容配比，提高設備的利用率，但是前提要規(guī)?；茝V應用以后，它的認證成本低、開發(fā)建設成本周期也短，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)，直流電力電子設備可靠性有待考驗，相對控制也是比較復雜，比交流側(cè)耦合復雜。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）另外一個關鍵技術是充電站負荷預測。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，參與輔助服務的報量報價，都有基礎意義。我們基于傳統(tǒng)在變電站的用電負荷的算法基礎上，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，明顯提高了預測的精度。

（4）柔性充電控制技術，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時間內(nèi)把它分配給相應地正在充的電動車，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。裝在充電站運行場景的儲能設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手段，參與電網(wǎng)的電力交易和輔助服務的市場。當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，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。理論上應該是鼓勵大家參與的話，容量門檻應該是逐年降低的。

（2）用戶交互與引導，需要充分地評估每個車的聚合能力。我們應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，很大的障礙是目前僅僅局限于需求的響應，怎么接入到電力部門的專網(wǎng)，參與更實時的調(diào)頻響應?？上驳氖?，月初在深圳虛擬電廠通過5G切片的技術，已經(jīng)參與到調(diào)頻應用的市場。

（4）有效的價值傳導，要制定友好的電力機制和多種電力的輔助服務的交易品種。


陽光電源聚焦于風、光、儲、站、氫五大賽道，紅色部分是今天論壇重點關注的光儲充和V2G。右邊是陽光電源在這個領域的技術優(yōu)勢，如圖所示是相關的三種產(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區(qū)，它是有150多個服務區(qū)逐步推廣，這個只是光伏和儲能目前在肥東服務區(qū)的場景。還有湖北和重慶做的工程項目。