光儲充一體化綜合智慧能源項目開發(fā)

葛同磊 孫佳 羅嘵軍

（上海發(fā)電設(shè)備成套設(shè)計研究院有限責(zé)任公司 上海 200240）

充電設(shè)施作為國家發(fā)展節(jié)能環(huán)保電動汽車和混合動力汽車的基礎(chǔ)配套產(chǎn)品，其建設(shè)齊全與否不僅關(guān)系到用戶“買得安心，用得舒心”，也關(guān)系到社會對電動汽車行業(yè)未來發(fā)展的信心。

2015 年國家發(fā)改委印發(fā)的 《電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展指南（2015—2020）》中規(guī)劃指出，到2020 年，我國將新增集中式充換電站超過1.2 萬座，分散式充電樁超過480 萬個，以滿足全國500 萬輛電動汽車的充電需求［1-2］。

住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部 《關(guān)于加強城市電動汽車充電設(shè)施規(guī)劃建設(shè)工作的通知》提出，自2016 年起，城鄉(xiāng)規(guī)劃主管部門提出的新建居住（?。﹨^(qū)和大型公共建筑的規(guī)劃條件，核發(fā)相關(guān)建設(shè)工程規(guī)劃許可證時，必須嚴(yán)格執(zhí)行新建停車場配建充電設(shè)施的比例要求。

《江西省電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施省級補貼資金管理及發(fā)放暫行辦法》要求，2016—2020 年期間建設(shè)，建設(shè)前已在所在縣（市、區(qū)）發(fā)改委備案或取得縣（市、區(qū)）發(fā)改委項目批復(fù)的公用充電基礎(chǔ)設(shè)施可申請省級補貼。

隨著光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，傳統(tǒng)光伏支撐系統(tǒng)的弊端逐漸凸顯，主要表現(xiàn)在：密集支架基礎(chǔ)破壞了較多植被，減少了土地可利用空間；土地占用量大，尤其是集中式光伏電站會占用大量土地資源，無法實現(xiàn)土地復(fù)合利用價值及提升產(chǎn)業(yè)發(fā)展質(zhì)量；耗用鋼材量大，成本高。

綜合智慧能源項目是國家實現(xiàn)“3060”戰(zhàn)略的重要方式，光儲充一體化項目是綜合智慧能源的一種，通過多能協(xié)調(diào)互補，不僅能提高其中一種能源的品質(zhì)，更能提高綜合智慧能源項目在節(jié)能減排方面的競爭力。

1 能源供應(yīng)方案

1.1 用戶需求分析

電廠地處貴溪市中心，周邊交通便利，人口密集?？裳姓{(diào)研數(shù)據(jù)顯示，目前電動公交總數(shù)200 輛，中期450 輛，現(xiàn)有3座充電站，12 個充電樁。直流充電樁額定輸入電壓380 V，輸出電壓范圍200～750 V，額定功率120 kW。充電時間約1 h，可續(xù)航約200 km。公交車每臺每天至少要充電1 次，冬夏2 季需要開空調(diào)的工況下需要充2 次。

本用戶的性質(zhì)為一般工商業(yè)，用戶的能源形式為電能，但又區(qū)別于常規(guī)能源利用方式。除附屬設(shè)施及運維負荷外，電動汽車作為本項目的流動的間接負荷，充電樁是固定的交互媒介，本質(zhì)上負荷是隨機波動的，但隨著新能源汽車比例增加，負荷呈現(xiàn)波動上升趨勢。

1.2 技術(shù)路線

綜合智慧能源是為區(qū)域內(nèi)用戶提供能源一體化的解決方案。綜合智慧能源的要義：發(fā)揮不同能源品種的協(xié)同優(yōu)勢，實現(xiàn)能源供給側(cè)優(yōu)化；利用不同能源需求的差異化，實現(xiàn)用能需求的互補；創(chuàng)新能源消費方式，實現(xiàn)智慧高效用能；通過市場化的價格機制實現(xiàn)供給、消費主體之間互動；應(yīng)用源、網(wǎng)、荷、儲協(xié)同運營，最大限度促進清潔能源就地消納；應(yīng)用大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，為用戶提供高效、靈活、便捷、經(jīng)濟的能源供應(yīng)和增值服務(wù)［3-5］。

采用“源、網(wǎng)、荷、儲、充、換”一體化設(shè)計方案，用清潔能源為電動汽車充電，實現(xiàn)綠電交通的設(shè)計理念。創(chuàng)新利用存量資產(chǎn)閑置資源，依托電廠預(yù)留空地，建設(shè)55 座充電樁+1.268 46 MWp光伏發(fā)電+0.5 MW/1 MWh 電池儲能+景觀風(fēng)電+智能路燈等。電源從電網(wǎng)引接。光伏發(fā)電自發(fā)自用，優(yōu)先向充電樁供電，余電上網(wǎng)。創(chuàng)新利用地理位置優(yōu)勢，項目所在地地處市中心，光伏發(fā)電系統(tǒng)采用大跨距柔性支架光伏設(shè)計方案，增大土地復(fù)合利用價值及可利用空間，提升產(chǎn)業(yè)發(fā)展質(zhì)量。

電動汽車充電站采用同時期先進性的120 kW 大功率直流快充技術(shù)方案，可實現(xiàn)100%全樁同步投運的最大運載能力，并具備30～60 min 快速充電的能力。運營服務(wù)管理系統(tǒng)是1 款基于互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)運營服務(wù)管理系統(tǒng)，主要包含系統(tǒng)管理員、平臺財務(wù)、運營商管理員、運營商財務(wù)等模塊，可對電樁狀態(tài)、站點及用戶信息、交易記錄進行實時監(jiān)控、查詢和管理，實現(xiàn)對整個充電樁網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測控制。

采用預(yù)應(yīng)力柔性光伏支架系統(tǒng)，采用高強度低松弛無粘結(jié)鋼絞線，該預(yù)應(yīng)力柔性光伏支架用于安裝光伏組件，形成預(yù)應(yīng)力柔性光伏陣列。該預(yù)應(yīng)力柔性光伏支架主要包括多排副索和多排主索。其中，多排副索間隔并排安裝在端部橫梁的橫梁上部副索孔與橫梁下部副索孔上，多排主索安裝在端部橫梁的橫梁主索孔上。相鄰2 個副索與主索組成1 個索單元。1 個索單元經(jīng)過端部橫梁的固定、V 型撐的縱向穩(wěn)定、中部支撐的支撐將組成最簡單的預(yù)應(yīng)力柔性光伏陣列?？v向支撐系統(tǒng)端部的中部支撐與縱向支撐連接方式采用帶阻尼器的拉壓桿，使預(yù)應(yīng)力柔性光伏支架上部系統(tǒng)在風(fēng)雪工況下控制一定擺幅。其中，帶阻尼器的拉壓桿主要由彈簧、阻尼器組成。V 型撐上部兩端連接副索，下部連接主索。連接方式均為柔性連接，連接索施加預(yù)應(yīng)力。通過對索施加預(yù)應(yīng)力使得索獲得剛度，安裝光伏組件。通過縱向穩(wěn)定系統(tǒng)將各行連成一個整體，共同抵御風(fēng)荷載的風(fēng)陣影響。待整個系統(tǒng)安裝完畢后，通過張拉副索能夠有效調(diào)節(jié)大跨度帶來的撓度問題，使得電站更具美觀性。光伏組件通過專用連接配件固定在預(yù)應(yīng)力柔性光伏支架上，光伏組件的傾斜角可通過索單元中2 個副索的間距進行調(diào)節(jié)，2 個副索的間距通過橫梁上部副索孔與臨近橫梁上部副索孔的間距調(diào)節(jié)。通過調(diào)節(jié)使光伏組件達到方位角最佳和傾角，柔性安裝，組件離地面距離不小于4.5 mm。光伏組件接入光伏并網(wǎng)逆變器，然后接入箱變低壓側(cè)，通過6 kV 電壓等級并入電網(wǎng)。光伏系統(tǒng)的額定裝機容量為1.268 46 MWp，光伏發(fā)電系統(tǒng)采用“自發(fā)自用，余電上網(wǎng)”模式，和電網(wǎng)采用脫硫標(biāo)桿電價。

配備0.5 MW/1 MWh 電池儲能系統(tǒng)，電動汽車充電設(shè)施作為智能電網(wǎng)的一個典型用電設(shè)備，具有分布廣、用電負荷大的特點，同時還具備分布式能源節(jié)點的特征。項目所在地?zé)o峰谷平電價，光儲充利用儲能系統(tǒng)將光伏發(fā)電儲存起來，在夜間電動公交車充電高峰期間放電，為電動公交車補充電力，提高了光伏系統(tǒng)的就地消納率，使用戶獲得更大的效益；同時，儲能作為應(yīng)急措施，將有效保障充電站的平穩(wěn)運營。配套建設(shè)膜結(jié)構(gòu)車棚、智慧路燈、視頻監(jiān)控、多功能復(fù)合商超等附屬設(shè)施，同時規(guī)劃2 萬m2柔性支架光伏的復(fù)合用地，根據(jù)未來發(fā)展需要打造智慧能源綜合體，形成“火電+”的資源配置及產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型示范創(chuàng)新基地。

2 效益分析

按 《江西省電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施省級補貼資金管理及發(fā)放暫行辦法》，2016—2020 年期間建設(shè)，建設(shè)前已在所在縣（市、區(qū)）發(fā)改委備案或取得縣（市、區(qū)）發(fā)改委項目批復(fù)的公用充電基礎(chǔ)設(shè)施可申請省級補貼，補貼如下：

（1）充電樁建設(shè)補貼。直流充電設(shè)施400 元/kW，交流充電設(shè)施200 元/kW。

（2）充電樁運營補貼。對省級充電信息管理平臺采集的每年前8 000 萬kWh 進行補貼，公用充電設(shè)施補貼0.25 元/kWh。

（3）充電基本電費?！督魇∪嗣裾k公廳關(guān)于加快電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的實施意見》（贛府廳發(fā) 〔2016〕32 號），對于向電力企業(yè)直接報裝接電的經(jīng)營性集中式充電設(shè)施用電，執(zhí)行大工業(yè)用電價格，2020 年前暫免收取基本電費。

（4）充電服務(wù)費。《鷹潭市發(fā)展和改革委員會文件》（鷹發(fā)改商價字〔2017〕2 號），上限標(biāo)準(zhǔn)（含電費）1.8 元/kWh；電動公交車（客車）上限標(biāo)準(zhǔn)（含電費）1.26 元/kWh。

（5）光伏上網(wǎng)電價?！督魇“l(fā)展改革委關(guān)于進一步降低一般工商業(yè)電價有關(guān)事項的通知》（贛發(fā)改商價 〔2019〕462 號），脫硫標(biāo)桿電價為0.414 3 元/kWh。光伏采用評價上網(wǎng)，即上網(wǎng)電價：0.414 3 元/kWh。

2.1 經(jīng)濟效益

本項目總投資3 400 萬元，本項目預(yù)計收入16 626 萬元，其中補貼收入264 萬元。光伏發(fā)電是可再生的清潔能源，儲能在我國能源產(chǎn)業(yè)中的戰(zhàn)略定位也得到了明確，充電車作為綠色交通工具受到政策支持，本項目將三者有機結(jié)合，具有廣闊的發(fā)展前景。

2.2 環(huán)境效益

本項目光伏系統(tǒng)裝機總?cè)萘考s為1.268 46 MWp，估算年均發(fā)電量1 171.24 MWh。與目前發(fā)電量相當(dāng)?shù)娜济夯痣姀S相比，按消耗標(biāo)準(zhǔn)煤300 g/kWh 計，折合每年節(jié)省標(biāo)準(zhǔn)煤約351.3 t，減少二氧化碳排放量875.8 t、二氧化硫排放量26.4 t、氮氧化物排放量13.2 t。因此，從環(huán)境保護及節(jié)約煤炭資源角度來看，本項目的建設(shè)具有明顯的環(huán)境效益和經(jīng)濟效益。

2.3 社會效益

生態(tài)文明必然包含綠色出行。建設(shè)電動汽車充電站、發(fā)展電動汽車產(chǎn)業(yè)，能夠踐行發(fā)展國家“低碳”經(jīng)濟的要求，樹立和提升綠色鷹潭、生態(tài)鷹潭的形象。另外，充電站建成之后，與周邊文娛中心等相輔相成，不僅緩解城市停車問題，還增加了對電動車主的親和力，提升城市友好度和現(xiàn)代化水平。

貴溪市已有電動客車運營，私家電動車也有一定保有量。本項目所在地地處市中心，周邊交通便利，人口密集，充電站的成功投運，將在地區(qū)產(chǎn)生一定的影響力及示范效應(yīng)。專業(yè)化運營及市場競爭使充電價格也趨于合理水平，惠及當(dāng)?shù)仉妱榆囓囍鳌Ｍ瑫r，充電設(shè)施的完善將消除潛在電動車消費者的顧慮，促進電動車在當(dāng)?shù)氐钠占啊?/p>

3 創(chuàng)新點

（1）采用“源、網(wǎng)、荷、儲、充、換”一體化設(shè)計，區(qū)域微網(wǎng)作為能源交互載體。綜合能源管理平臺通過數(shù)據(jù)采集分析、監(jiān)測、控制等方式管理區(qū)域微網(wǎng)系統(tǒng)運行，其中光伏系統(tǒng)和充電樁系統(tǒng)在箱變低壓側(cè)實現(xiàn)能源交互。光伏系統(tǒng)在微網(wǎng)中作為綠色電源，通過逆變器分散匯集在箱變低壓側(cè)，經(jīng)升壓至10 kV 后并入電網(wǎng)，采用“自發(fā)自用、余電上網(wǎng)”的運行模式。設(shè)置了智慧化管控系統(tǒng)，光伏發(fā)電系統(tǒng)、用電設(shè)備等的相關(guān)信息也接入管控系統(tǒng)。充電站既是負荷消納中心，也是電動汽車的低碳加油站。箱變作為集中供電電源，向各充電樁電提供0.4 kV 交流電源，為電動汽車、換電重卡提供清潔能源服務(wù)。同時隨著充電站負荷率提升，將會極大促進光伏消納，同時降低充電站的運營成本。儲能作為未來規(guī)劃的重要組成部分，將充分發(fā)揮“源、荷”的調(diào)節(jié)作用，起到能源路由器的支配作用。

（2）創(chuàng)新利用存量資產(chǎn)閑置資源，依托預(yù)留空地，建設(shè)55 座充電樁+1.268 46 MWp 光伏發(fā)電+0.5 MW/1 MWh 電池儲能+景觀風(fēng)電+智能路燈等。

（3）創(chuàng)新利用地址位置優(yōu)勢，項目所在地地處市中心，周邊交通便利，人口密集，項目成功投運后，將在地區(qū)產(chǎn)生一定的影響力及示范效應(yīng)。

（4）充分挖掘“火電+”資源配置潛力，在探索傳統(tǒng)能源轉(zhuǎn)型的基礎(chǔ)上，確保固有資產(chǎn)增值。本項目處于貴溪城市中心，土地資源稀缺，通過建設(shè)柔性支架光伏，凈空高達4.5 m，為后期土地利用預(yù)留了“資源空間”，真正意義上實現(xiàn)了“一地多用”的價值。

（5）創(chuàng)新合理利用補貼模式，項目近期靜態(tài)投資2 902 萬元，利用政府給予電動充電設(shè)施的補貼，充電樁補貼共約264 萬元，進一步提高了項目的經(jīng)濟性。

（6）采用同時期先進的120 kW 大功率直流雙槍快充技術(shù)集成的大型充電站，為綠電交通提供最堅實的保障，有著較為廣闊的應(yīng)用前景。

（7）商業(yè)模式是“火電+”產(chǎn)業(yè)拓展的試金石，電廠作為電動汽車充電站的投資和運營主體，充分挖掘可用資源價值和潛能。

4 經(jīng)驗體會

（1）在碳排放的能源安全新戰(zhàn)略下，堅持創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享的新發(fā)展理念，落實碳達峰、碳中和目標(biāo)。針對傳統(tǒng)能源企業(yè)，特別是高能耗、高排放的工業(yè)，需要探索應(yīng)對措施并促進企業(yè)發(fā)展轉(zhuǎn)型?！盎痣?”產(chǎn)業(yè)拓展就是一個逐步轉(zhuǎn)型的嘗試，值得推廣借鑒。

（2）淘汰化石能源汽車是未來的發(fā)展趨勢，在現(xiàn)有政策扶持的情況下，布局未來業(yè)務(wù)，推進充電站建設(shè)，可以提前把握能源交互市場及客戶主體［1-3］。

（3）充電站的經(jīng)濟效益短期內(nèi)不會有很好的表現(xiàn)，但是隨著電動汽車保有率增加，會逐步轉(zhuǎn)變。前期要采取有效的經(jīng)營措施，確保充電站運營可持續(xù)發(fā)展。

5 問題與建議

（1）建議國家相關(guān)能源管理部門將綜合智慧能源服務(wù)產(chǎn)業(yè)作為能源高質(zhì)量發(fā)展新動力、現(xiàn)代化能源經(jīng)濟體系的重要組成部分，納入能源中長期發(fā)展綱要等頂層設(shè)計，明確產(chǎn)業(yè)發(fā)展目標(biāo)，培育、引領(lǐng)綜合能源服務(wù)行業(yè)高質(zhì)量持續(xù)健康發(fā)展［1-6］。

（2）以現(xiàn)行價格政策為基礎(chǔ)，創(chuàng)新和完善促進綜合能源服務(wù)發(fā)展的價格機制。分類施策、因地制宜，發(fā)揮財稅政策的支持作用［1-6］。建議關(guān)注電網(wǎng)峰谷分時電價政策，若能利用儲能裝置享受部分谷時電價，有望進一步提高項目收益率。

（3）目前，項目所在地電動車應(yīng)用處于起步階段，但相關(guān)政策對此持鼓勵態(tài)度，發(fā)展可期?？商剿鲗⒃擁椖看蛟斐墒痉豆こ蹋⒖诒推放?，做到來車即充，充電快，不排隊，價格有吸引力。

（3）項目對充電單價（充電量）依賴性較高，但預(yù)計用電量較大，建議與當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)公司協(xié)商供電方案，爭取優(yōu)惠價格，降低成本。