夏彦辉 《“双碳”目标下的光储充放技术及展望》

我的演讲主要分为四个方面：

第一，“双碳”目标及光储充的背景
我国在如火如荼地推进碳达峰、碳中和，在我国电力行业超过了40%的碳排放，在交通运输业超过了10%，从全球的角度，交通运输业的碳排放占比超过了28%，无论是从全球视野还是中国的视野，电力+交通运输业，这两个行业碳排放占比都超过了一半。充电站这个应用场景是连接电力行业和交通运输业的一个枢纽，未来在节能降碳这个领域，充电站这个场景必然是一个节能降碳的主战场。

“双碳”目标的实现途径从两方面：（1）电源侧。能源生产侧加大在光伏和风电的建设力度，风电和光伏的发展也是爆发式的增长。（2）用能侧。特别是在交通运输、重卡、机械运输这些领域，工程车辆都要加速电动化。如图所示，左边的图是近几年内新能源车和电动汽车的渗透率，虽然从全国范畴内新能源车到2022年底，新能源车的渗透率只有4.1%，但是我们要看这个加速上涨的趋势。另外我们要看到中国东部的一线城市，以上海为例，由于限牌限号以及新能源车优惠的政策加持下，新能源车在上海市的存量渗透率已经超过了20%。

展示了数量、保有量，包括新能源车和纯电动车以及电动汽车充电桩的保有量，车桩比一直处于下降的状态，未来电动车主从里程焦虑到能量补给的状态，充电体验不断地改善。

光储充放就是实现零碳交通的重要载体。前几年大家听说过对于新能源车不好的说法，新能源车如果用的是充电，用的是煤炭发出来的电，新能源车的污染比燃油车更加严重，这个也有一定的道理。也就是说，单位标准能量的情况下，煤炭的二氧化碳排放是远高于石油的，要做到新能源车真正成为新能源的定义，充电必须用新能源发出来的电。一方面，在交通领域的电动化替代，既能解决国家能源的安全，解决石油和天然气依赖于进口的状态，又能够减少二氧化碳的排放。在光储充一体化电站里面，光伏能够就地化提供绿色的电力，储能进行充放电，能够响应充电负荷的需求，在一体化场站里面高效连接清洁能源在生产端、消费端，让新能源车真正用上新能源电，这样才能在交通运输领域实现真正的零碳交通。光储充领域政策从来不缺乏，国家层面、省市层面，我们梳理了近两三年的扶持性政策，有40项之多。最近的政策是5月14日，国家发改委和能源局发布《关于加快推进充电基础设施建设，支持新能源车下乡和乡村振兴的实施意见》中，明确提出要支持电动汽车车网互动技术以及光储充协同等控制关键的研究，探索充电桩利用率较低情况下的农村地区，要实现光伏储能和充电的基础化设施的建设。另外，还要进一步拉达峰谷电差价，都为光储充协同发展打好了基础。我们国家从政策发布出去到真正能落实下去，到真正产业发展，需要一定的时间，我们估计2~3年内在广大的农村地区，新能源车会逐步地推广下去，而且在农村地区是有一些闲散的屋顶，这个跟城市都不太一样，城市里面大部分人都住在公寓，没有属于自己的屋顶，而农村地区大部分劳动力都出去工作了，很多屋顶都是闲置的，需要在农村地区开发这种分布式光伏。储能也是有一些户外的安装场景，这个也是跟城市居住环境有很大的差异，我们需要重点跟踪这种发展趋势，特别是在城市和农村配电网的承载能力完全不一样的情况下，城市配电网的车载能力还是要优于农村的配电网的建设。

第二，光储充放应用场景。
首先回顾一下整个演进过程：
第一阶段：由于充电负荷的增长，首先想到的是就地装一些分布式光伏，能够对冲一些充电负荷，能够降低充电负荷对电网的影响，所以出现了充电桩+光伏的安装应用模式。随着技术的发展以及光伏装机增大，以及充电负荷继续增长，我们发现充电负荷每日运行曲线和光伏发电曲线不太匹配，所以出现了光伏就地消纳能力不足以及存在弃风弃光以及充电负荷高峰时光伏无法发出的情况，所以增加了储能进行调节。
第二阶段：我们今天正在实现商业化初期的光储充一体化电站，未来进入到第三阶段。
第三阶段：刚才链宇科技讲到V2G、车网互动的功能，成为“双碳”目标路线的重要支撑。它的影响因素要考虑光伏和储能装机成本，分布式光伏已经完全实现了无补贴的上网，可以完全算得过经济账，而储能目前还局限于中国东部地区，特别是从山东一直往南走到广东东部地区情况，峰谷电价差拉得足够大，特别是江苏峰谷电价差达到了1.4元/度，储能完全有它的应用场景，我们希望政策有一定的稳定性，保护储能投资和用户投资的积极性。

政策方面多地已经出台了鼓励光储充放的相关政策，但是实际的场地、电网接入还需要协调配合的问题，另外还要加大光储充放怎么参与电力系统辅助服务的一些交易品种，不能局限于只是需求响应，它的盈利模式过于单一。

这是光伏+充电桩的具体应用场景，包括高速服务区、企业园区，它有比较充裕的屋顶和闲置的场地进行光伏安装。
 
光储充系统首先是本地的解决方案，光伏和储能都装在本地，实现了光伏发电的就地消纳，让新能源车用上了本地发的光伏绿电。

城市商场和地下停车场的充电场景下，很难找到一些足够的场地去安装光伏，这时候就要提出一些广义的光储充解决方案，即用一些区块链技术，通过绿电交易的手段，实现充电负荷，购买一些远端发出来的光伏和风电的绿色电力。
 
V2G的应用场景，当前电力系统存在尖峰超载和新能源消纳不足两个问题。通过V2G的模式，电动汽车可以充当非常好的调节资源。当然它的应用场景比较合适的是工业园区、目的地的场景，它是有充足的停车位的空间，聚合了一些能量以后，可以为当地和电价比较高的工商业负荷，每度电能有超过一块钱的收益。比如我是50、60度电的电动汽车，我卖出去30度，每天能够实现30块钱的收益，每月按22天算，每月有660元的额外收益。虽然不是太多，但是能够包得住你使用电动汽车日常的充电成本和维护的成本。

第三，光储充放系统级技术及展望。
（1）电站系统拓扑的情况，目前90%以上是交流侧耦合的拓扑，因为它各系统之间独立运行，互不干扰，优势是易于运行管理，而且运用的产品都是现成的通用产品，不需要定制化开发，成本相对来说低一些，但是它面临的挑战是光伏发电的功率经过直流到交流，又回到直流的模式，运用的效率比较低，设备利用率也比较低，扩容的时候还需要跟供电公司打申请，有可能会涉及到一些其他商用负荷停电申请的情况。
 
（2）直流侧耦合，也分两种。一种是AC/DC的模块，其他的加各种各样的DC/DC，当然也有一种崔总讲的能量路由器，把红色部分把所有电力电子器件集合到一个地方，它的能量转换效率高一些，而且可优化各种设备的容配比，提高设备的利用率，但是前提要规模化推广应用以后，它的认证成本低、开发建设成本周期也短，扩容的时候只需要在内部做改造就行了，不需要跟供电公司打交道，也不需要涉及到停电申请，但是也有挑战，直流电力电子设备可靠性有待考验，相对控制也是比较复杂，比交流侧耦合复杂。未来在大规模的充电场站、交通枢纽、公交换电站以及重卡运行站，10MW以上应用的场景有可能出现中压直挂，直接升到中压直挂的变流器，优势可以省掉一个变压器，不需要电网公司申请专用的变压器或者跟其他工商业负荷混在一起运行。它也有一定的挑战，特别是在负荷率比较低的情况下，运行的成本还是非常高的。

（3）另外一个关键技术是充电站负荷预测。如果充电桩使用率能达到百分之七八十的情况下，充电站回收周期我们评估之后在3~5年内。在建站初期一定要做好充电的负荷预测，对于充电桩的配置、储能的功率和容量配置以及储能调节策略，以及外购电的策略，参与辅助服务的报量报价，都有基础意义。我们基于传统在变电站的用电负荷的算法基础上，结合充电负荷的一些特征，利用了一些知识图谱和利用特征细分筛选方法，明显提高了预测的精度。

（4）柔性充电控制技术，特别是适合于变压过载的情况。比如工商业负荷包括饭店、电影院他们的重要性都比充电桩负荷高一些，在优先保证他们的情况下，怎么样把配电富余的容量分配给相应的充电桩，提高充电车主的充电感受，这是柔性控制核心的目的，主要控制策略是监测到电表配电的功率，通过秒级的速度送过来以后，判断整个配电下网的功率是否越限，如果越限就把实时功率进行下调，如果一些车已经充饱或者已经开走的情况下，把剩余的功率要在秒级的响应时间内把它分配给相应地正在充的电动车，提高车主充电感受以及提高电站运行效率和翻台率。

（5）储能调控技术。装在充电站运行场景的储能设备不能局限于每天一充一放，两充两放，我们要根据每天实时充电桩的负荷、配电下网功率、光伏发电的情况以及需量电价的情况，最优求解出每15分钟充放电的曲线，实现储能优化的调度，降低充电站运营的成本，这是未来特别有前景的，特别是在广大农村的情况下，在农村的实现光储充一体化，并且能够实现能量聚合管理，使用虚拟电厂的技术手段，参与电网的电力交易和辅助服务的市场。当然它的特点是每个聚合对象都是非常小的，都是5kW几kW的数量级，相对城市几百千瓦，甚至兆瓦级的充电站，数量级是不可同日而语的。

 最后，车网互动面临的主要障碍及解决思路。

（1）目前存在比较大的市场资格的获取难度，比如我们参与安徽的需求响应，去年2022年提5MW就可以参与了，这是一个入门的门槛。2023年变成了10MW，打击了大家参与的积极性，比如在广东它的聚合能力要求300千瓦就可以参与了，这个就是经济发达地区的优势。理论上应该是鼓励大家参与的话，容量门槛应该是逐年降低的。

（2）用户交互与引导，需要充分地评估每个车的聚合能力。我们应该多给一些鼓励措施，而不是出台一些惩罚措施，有些地方比如几次响应不达标，就强制把你拉入到有序用电的范畴和黑名单，也是伤害了广大车主和虚拟电厂的积极性。

（3）数据共享与安全。虚拟电厂参与电力系统辅助服务，很大的障碍是目前仅仅局限于需求的响应，怎么接入到电力部门的专网，参与更实时的调频响应。可喜的是，月初在深圳虚拟电厂通过5G切片的技术，已经参与到调频应用的市场。

（4）有效的价值传导，要制定友好的电力机制和多种电力的辅助服务的交易品种。


阳光电源聚焦于风、光、储、站、氢五大赛道，红色部分是今天论坛重点关注的光储充和V2G。右边是阳光电源在这个领域的技术优势，如图所示是相关的三种产品以及户用光储充的解决方案。最核心的还是要搞一些能量管理系统，硬件方面同质化竞争越来越趋同了，怎么样在电站内实现能量优化和经济调度以及参与绿电电力交易市场，提升产品的核心竞争力，我们支持基于就地化和云端的部署。

我们实现的工程项目，在安徽交控集团的肥东服务区的实际充电站的场景，除了在车棚上装了一些光伏，在高速公路沿线的坡道上也装了光伏。充电容量非常大，因为它不是局限于这一个服务区，它是有150多个服务区逐步推广，这个只是光伏和储能目前在肥东服务区的场景。还有湖北和重庆做的工程项目。