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      2023-06-30

      光儲充發展現狀與難點

      01

      市場洞察


      隨著環保意識的不斷提高和對傳統燃油汽車的限制加強,新能源汽車在近年來爆發發展。2022年中國新能源汽車銷量全球第一,占全球比重超過60%。到了2023年,僅4月份,中國新能源汽車銷量就達到49.44萬輛,同比增長86.28%。


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      中國乃至全球市場的高景氣發展,推動充電基礎設施服務需求的快速增長。充電服務市場已經形成了以充電站、充電樁為主的基礎設施服務,輔以各種充電服務產品,如充電APP、充電卡等。


      從政策上看,我國公共充電服務市場可以分為四個階段。2006到2014是萌芽期,隨著政策的指導和支持,比亞迪、國家電網開始投運充電站;2015到2018是成長期,有了發改委牽頭,財政部支持,以及資本市場介入,民營企業開始涌入市場;2019到2025年是爆發期,由于新能源汽車的發展,充電樁的建設呈爆發式增長,中國在這個階段已經建成全球最大的充電網絡。在不久的將來,中國公共充電服務市場會進入成熟期,包括整個運營、商業模式、生態體系等都將發展成熟。


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      我國充電站保有量已經超500萬臺。但相比于電動車的快速發展,雖然充換電基礎設施建設速度明顯加快,但仍有巨大的充電樁缺口。到2022年底,國內車樁比也才為2.5:1,并且超過一半是私人充電樁。根據工信部規劃,到2025年我國將實現車樁比2:1,2030年車比1:1,因此,我國充電樁建設有望提速。


      02

      技術發展


      但充電樁的建設和發展,其實對電網是有沖擊的。例如對配電網負荷曲線的影響、對系統電壓偏差的影響、對系統網損增加的影響、對系統三相平衡的影響、對變電站供電范圍和短路容量的影響、對系統三相平衡的影響等。


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      充電站建設所帶來的一系列問題,為“光伏+儲能+充電”一體化發展提供了良好的機遇?!肮鈨Τ洹焙唵蝸碚f是將光伏、儲能、充電樁等元素通過電力電子轉換技術結合在一起,組成小型的源、網、荷、儲新型電力系統。它能夠實現綠色能源高效友好利用,如解決分布式新能源隨機性、波動性的問題;通過儲能實現削峰填谷、需求響應、電網調峰調頻等降低用能成本;與電動車V2G技術結合,創新性進行用能與發電載體融合的科技實踐;對充電負荷進行分類、分析以及智能化控制,探索與新能源車的結合形式等。


      因此,“光儲充”的結合能夠很好解決光伏消納能力不足和電網沖擊等問題。直流和交流充電樁、微電網、容量配置以及車輛對網(V2G)等,都是“光儲充”研究的熱點和發展方向,同時也包括商業模式等相關問題。


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      為了推動新能源汽車及充電服務市場的發展,政府出臺了一系列激勵政策,包括針對新能源車和充電樁建設的政策規劃以及促進“光儲充一體化”建設運營的補貼政策。這些政策將為新能源汽車及充電服務市場的健康發展提供有力支持。不久的將來,“光儲充一體化車棚”將成為普遍存在的便民基礎設施。


      03

       應用場景


      “光儲充”在各應用場景的特點包括:一是實現光伏最大化自發自用,余電儲存備用或直接用于充電;二是促進光伏就地消納,減少城市的用電壓力,實現業主自身的經濟效益最大化;三是通過一體化建設,車棚上布局光伏,提高城市空間綜合利用率;四是豐富城市和城際的基礎設施,最大化方便市民出行。


      我們把 “光儲充”電站應用場景大致分為三類:第一類是城市充電站,主要指的是建設在公共停車場、物業小區內、以及商場的充電站。通過在這些地方建設“光儲充”電站,滿足城市私家車和營運、貨運車輛等充電需求,它相當于一個城市里面的加油站,最大的特點就是便捷,這些車輛的停車時段較長,此時就不需要大功率充電樁;第二類是高速服務區,主要是滿足長途旅行的需求,這個時候就需要大功率充電樁完成快速充電;第三類是工業園區,工廠的建設空間較為充裕,安全是首要考慮因素。同時,在“雙碳”的大背景下,政府要求企業清潔生產、節能減排,這樣一來,“光儲充”的設計還能抵消一定的碳排放,幫助企業實現減排目標。此外,還有港口、民航、工業器械等特殊的充電場景。


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      “光儲充”電站的核心是停車充電一體化,也就是即插即用。例如,我們把車停在公司,順手連接上充電樁,實現停車即充電。關于充電時間段和時長,下午四點到六點,或者晚上十點到兩點,這兩個時間段充電比較集中,形成高峰,對電網會產生一定影響;而營運車輛一般會在中午午休的時候?!肮鈨Τ洹钡慕Y合,可以弱化充電高峰的影響,弱化車主充電習慣的影響,通過“光儲充”電站的智能控制,實現即插即用的同時避免對電網造成沖擊。


      需要指出的是,單純的充電樁及電網調控與“光儲充”電站系統調節負荷是存在較大區別的。例如單純的電網調控,用電單位只能根據用電負荷、充電樁負荷,提前計劃用電設備的開和關,無法根據峰谷電價等策略進行智能用電。如果是“光儲充一體化”系統,在光伏的基礎上加入儲能電池,具備多種控制策略,可以通過電池的充放電能力彌補光伏發電不穩定的缺點,實現供電和用電的基本平衡,使整個系統的可操控性更強,這就不必限制光伏的發電和充電樁的用電了。


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      04

      建設難點


      在“光儲充”電站場景規劃方面,主要分為四步:設計、選型、建設、運營。


      設計指的是場景設計,決定了充電樁是大功率還是低功率,儲能電池大容量還是小容量;其次是系統配置和布局,要結合電站服務的新能源車類型和數量,設計規模適合的、滿足車輛充電需求的規劃。


      選型包括光伏組件、儲能電池、充電樁類型。


      建設包含合作模式,這里主要是指的EPC模式、EMC模式、設備提供解決方案、租賃合作等合作建設模式。


      運營有兩個層次的含義,一個是充電樁運營商業模式,是指提供充電站設備和充電服務的商業模式,例如一些運營商會有自己的電價模板;而“光儲充”系統運營模式指的是根據政策、電價、能源策略,對設備進行監控、大數據分析,根據宏觀環境制定相應的電站運行策略。


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      “光儲充”電站的建設勢必會遇到諸多挑戰,比如,在宏觀層面,分布式光伏大量接入配電網,以及電動汽車群集中高峰期充電,均會對電網造成沖擊。


      對于電動車充電而言,目前單個直流快充樁的功率在60kW以上,一臺直流快充樁運行,大約相當于二三十個家庭的用電量,這對電網的沖擊是很大的。其次,電動汽車蓄電池充電屬非線性負荷,充電過程中會也產生諧波。諧波會對電網造成危害,引起線路或變壓器附加損耗增加和發熱,當充電站的電動汽車采用大電流快速充電時,會形成150~600A的大電流,這可能會造成電網不穩定,并且過分密集的集中充電可能導致充電站瞬時負荷過大,對電網的負荷調節能力、載荷能力以及電源容量均造成考驗。在這樣的情況下,“光儲充”的合理配置就十分重要了,特別是儲能系統的配置,一方面提高了光伏能源的消納能力,一方面加強了“光儲充”系統的用電靈活性,減少了新能源車大量接入對電網的瞬時沖擊。


      此外,還有“光儲充”電站建設的挑戰。首先是設計,一是基礎設施建設不足,雖然充電樁數量增長迅速,但是遠遠無法滿足充電需求,充電難現象依舊突出;二是效率低,大部分充電站的樁車比是按照1:3或1:4的情況進行配置,服務車輛少,效率低;三是布局不平衡,場景定義不準確,造成浪費。


      其次是關于選型和建設,一是建設成本高,充電場站投入成本高,前期調研規劃選型必要性高;二是建設用地稀缺,場地難覓、拿地難;三是協調難度大,建設過程中具有眾多利益主體,協調難度大。


      最后是運營,主要是模式不成熟,包括系統策略的運營、經營模式的運營,系統策略主要是結合“光儲充”一體化來制定充放電策略,經營模式指的是運營商的經營策略。


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      總的來說,“光儲充”系統是微電網中不可或缺的重要組成部分。經過不斷克服困難和挑戰,該系統已成為配電增擴容的理想選擇,具有系統控制簡單、調度響應快等優勢。此外,它還適用于短時脈沖負荷的應用場景,并且可以實現離網運行??梢哉f,在未來,"光儲充"系統是一個強有力的發展方向,必將在微電網領域發揮重要作用。

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