【运营商大会】国网苏创充电中心总监李悦：有序充电的解决方案
发布日期：2021-12-13
核心提示：【运营商大会】国网苏创充电中心总监李悦：有序充电的解决方案
12月1-2日，由充换电百人会、中国充电桩网联合主办，上海贺励展览有限公司、深圳百人会产业研究院承办的2021中国国际充电桩运营商大会（简称金砖充电论坛））在深圳会展中心1号馆（福田区）顺利召开。本次大会以“聚焦新运营、拓展新市场”为主题，既有政府领导高屋建瓴的讲演，也有企业细致入微的分析，还有行业专家为市场发展提出的设想与方案，采用“会议论坛+展览展示+体验营销“三位一体的创新模式，多项重点活动同期同地举办，充分协同联动，品牌效应和影响力大幅提升。
国网智慧能源交通技术创新中心（苏州）有限公司充电中心总监李悦出席论坛并发表主题演讲——《国网苏创有序充电解决方案》。以下为演讲实录： 大家好，感谢组委会的邀请，非常荣幸参加本次充电运营商大会。今天我演讲的主题是一个有序充电的解决方案。首先非常抱歉，要跟组委会说一下，本来的主题是国创苏创整体产品的介绍，但因为我们公司的领导临时有事，所以由我来讲有序充电的解决方案。在介绍解决方案之前，请允许我简单做一下公司的介绍。国网智慧能源交通技术创新中心，这个名字比较长，我们简称国网苏创中心。我们是一个混合制企业，是国网体系中第一家用混合体制来做创新中心的。我们本身的目标是把体制内的股东，像南瑞、许继，以及苏州国资，还有民营企业博电、玖行，结合体制内技术力量以及民营企业灵活机制的两者优势，来打造这个创新平台。第一，科技创新平台。从国网苏创这个名字上，大家就可以看到两点，一个是智慧能源，一个是交通技术，所以在交通技术上，我们有重卡换电、电动船舶，包括无人飞行器。我们内部也说，国网苏创在水上跑的、地上走的、天上飞的，在新的电气化交通技术上都有布局。结合这个布局，结合新的电气化交通技术的应用场景，我们也做了很多新型智慧能源的技术方案研究及创新，等会儿我会介绍的有序充电解决方案，就是其中之一，它是针对社会、社区老百姓慢充的问题所打造的有序充电解决方案。像电动船舶，我们是国内第一家通过船级社认证的64集装箱纯电动船，当时我们觉得很奇怪，我们也问领导为什么要做这个电动船舶？从整个产业推动的过程中，现在大家也知道，电动汽车的电池成本占40%，现在同等级的电动汽车，大概要三到五年后，综合的应用成本才会和燃油车相同。但我们现在为什么要做电动船舶？经过我们分析，我们做这个电动船舶，因本身船体设计限制以及水上运行的特色环境要求，会造成电池成本远超普通电动汽车里电池所占的30%-40%的比例。但我们企业本身就是秉持创新理念，在船舶领域通过突破性的技术去降低成本。我们结合国网以及合作伙伴的力量，打造了这个64集装箱的电动船舶，它现在可以从湖州跑到上海（两百多公里）。通过我们的核算，本身电动船舶在靠岸期间，要忙着卸货、装货，在有限的时间内，要满足这么大的船舶动力推进，所以我们也采取了整体换电的模式。
大家可以看到，新型电动船舶的动力诉求，能源供给的方式也产生了变化，我们在这个行业上做了一些领先的事情。在重卡这部分，我们在西藏、内蒙等海拔超过两千米以上的高寒地区，打造了90吨重卡的第一代换电系统，现在我们打造了第二代180吨重卡换电系统，从汽车本身的运营环境、自动化驾驶、三电系统的设计，到本身自动化换电系统的革新上，我们都做了很多努力，这是我们创新平台的主要发展方向。第二，行业服务平台。国网本身的理念是为社会、为行业作出一定服务，刚刚我们说的电动船舶、电动重卡等方面的技术方案，我们非常愿意把我们在这些环境下设计的经验，包括运营和运维上的要求，以及产品验证，方案测试上的经验进行分享，打造一个技术服务，培训的共享平台。为产业链的总体研发成本的降低，先进技术的普及和分享做出我们的贡献。下面重点介绍一下智慧有序充电解决方案。为什么要讲有序充电解决方案？大家作为行业专家其实也知道，现在汽车基本以运营车辆为主，即到即充，没有一个统一有序的充电行为管控，基本是根据实际出行的需求进行充电。我们之前也做过测算，比如到2030年，可能这个时间点还会提前，如果达到5000-8000万辆，如果都是无序充电，都是快充的要求，对整个电网的容量要求，以及电网的投资成本来说，会产生额外的几百亿到上千亿的支出。
所以我们认为，在更多汽车保有量的情况下，我们希望是“快充为辅，慢充为主”的局面，这个慢充我们可以进一步把它阐释为“智慧有序的整体解决方案”。我们对电动汽车发展状况做过评估，像公交车，现在是在充电电量上占比较大的比例，其次是运营车辆，这两者从前面几年的发展来看，用电量占了大头。在后面五到十年，甚至到二十年以后，大家也知道，老百姓乘用车的保有量会达到亿级别，这带来本身能源消费新变化趋势。另外能源供给这方面也产生了很大的变化。前一阵社会又出现了拉闸限电的情况，当时我也觉得很惊讶，因为这基本是十年前（会发生）的事情了，这几年国网的投资，不用说主要的一二线城市，基本上在很多城镇，配网的设计和投资已经预留了足够的冗余度，但还是出现了这样的情况。为什么会产生能源供给阶段性的危机？本身能源生产的比例是有变化的，传统的化石、电煤、燃煤生产的电力是逐年下降的，现在风光的装机比例逐步上升，但大家也知道，由于天气原因，新能源实际可供的电能占比计划低。传统大宗商品价格上涨的时候，造成了燃煤的价格上涨，库存降低，传统的燃煤发电量就下降。同时可再生能源供电量还没有及时同步配套，造成了短时间的缺口。在当前能源生产以及能源消费的趋势下，我们认为智慧有序的充电解决方案非常重要的，需要我们从数字化、网络化、平台化等几个角度进一步阐释的。大家也可以去展厅上逛一逛，在本身的技术上如何实现有序充电，可以看到很多（做这方面的）供应商。现在智慧出行的充电解决方案，我个人认为行业中现在最大的瓶颈是体制问题，现在我们在研究用户充电行为的时候，对用户行为刺激最大的因素，大家也知道，主要是经济因素。经过我们近期的试点，这个经济因素主要来源于三方面。一是用户本身的充电。刚才我也讲到了，可能用的是化石能源。如果这个用户的用电参与绿电交易，使用风光等可再生能源，是可以获得绿电交易激励和补贴的；二是需求侧的响应。夏天也好，冬天也好，在用电不平衡的情况下电网会对社会上的用电需求进行有效管理。如果我们能够通过有序来聚合用户成为大的电力用户，满足这个响应的，这时候用户充电可能不需要交钱，可能一度电会获得1块、2块甚至3块的补贴，这对消费者充电的理念会形成很大的影响；三是应急。经过我们的试点研究，通过本身电网台区有应急情况的需求，或临时计划的要求，我们会招募用户参与紧急用电或放电。如果有用户看到了推送消息，及时赶到台区，或本身就在台区内响应应急要求，他可以获得比上述两者更加高额的经济奖励。如果需要把有序充电市场和技术进一步推广的话，最核心的就是在体制和政策上进行一定的改革。电力系统面临的考验，我就不再过多介绍了。再经过五到十年的发展，达到八千万辆或上亿辆的拥有量，整体用电负荷会占年度电网用电负荷在3-10个百分点之内，比例不是很高。但它往往具备一定时间和空间上的局部冲突。根据实际统计，特别是在晚高峰时期，充电负荷跟平时家用的用电负荷是严重充电的。也就是说，我为了24小时中这2个小时用电负荷的叠加，造成台区重载或过载的现象，一方面要为此增加配网投资，另一个因素大家也知道，社区不会允许你进行报装和桩的投建。所以我们需要通过错峰充电、有序充电解决电网投资问题，以及解决更大规模的电动汽车保有量带来的充电桩的安装问题。近阶段，我们充电，主要是从电网把电能拉到电车里。另外，从电网本身的角度，以后大家可以想象一下，如果有一亿辆电动汽车，每辆车有50度电，这就是50亿度电的庞大储能。所以我们认为，第二阶段的有序不仅仅是有序充电，它可以反过来，把电池里组成的电量反向送到电网里，这样相当于分布式储能资源，它跟现有相比最大的特性是减少了储能的固定投资成本，也会带来另外一个明显特点，它是移动性的，有可能在我需要储能的时候它不一定在位，所以这里面也存在概率论的问题。我们现在做了一个课题研究。现在咱们愿意买电动汽车，但基本上觉得不是很划算，就是因为电池寿命只有这几年，可能再过两三年，我们买的新一代电动汽车的电池，本身的质量、技术已经更新换代了。我们想通过有序充电的解决方案，把用户现有车辆的30%-40%的投资，假如说20万辆的车，你花了10万块钱买了电池，但不好意思，你开了五年可能只跑了五万多公里，这10万块钱的电池投资，可能其中8-9万都没有落到自己的口袋里。我们希望通过整体有序的解决方案，在这几年老百姓使用的过程当中，通过储能动力电池的放电获得经济收益，挽回他这10万块钱的经济投资，你可以认为这也是一种梯次电池利用的替换思路。现在电池循环能够保障车辆行驶10~20万公里，数据比较老了，现在达到50万公里、100万公里行驶里程的长寿命的电池技术上已经成熟。我个人认为在后面一两年，在中高端的电动汽车上，这种成熟的长寿命电池，是我们可以在使用过程中享受到的。老百姓可以通过本身用车、用电的场景获得一定收益，智慧用电的解决方案会显得非常有意义。怎么把智慧有序用电的经济收益给到老百姓？这肯定也是大家非常关心的。我们有几种方案思路，其实也很简单，主要就是谁投资、谁收益，谁获得了低价格的电能，谁就给予相应的经济补偿。（PPT图示）这是一个电力用户的场景，大家可以想象一下。如果大家在家里，充电成本是3毛钱-5毛钱/度，比如现在深圳展览中心就是一个大的电力用户，或者我们的办公场所，工业园区也是一个大的电力用户。消费者的角色是什么？实际就是50度电的搬运者，你搬一趟，就可以一度电从3毛钱卖到1块钱，卖给电力用户。而工商业的电价，可能是1.1元或1.2元，对电力用户来讲，可以节省1-2毛钱的电力成本，这个价格差可以通过运营商清分给设备投建商，最终反馈给老百姓，这就是现在的试点商业逻辑。技术方案。现在我们画了一个大的框，估计大家也很熟悉，主要是一个桩通过4G联网。现在我们在中间加了一个能源控制器，这个名字大家不用太关注，大家可以把它理解为在小区或园区有一个智能设备。这个智能设备是干什么的？这个智能设备会获取桩/变压器、小区用电负荷等信息，比如空调、生产设备、照明等的用电信息，我们在这个小区/园区/台区把这些信息综合在一起，实时控制充放电的过程，做功率控制、时间控制。下一步结合电价信息、交易信息控制用户充放电的行为。通过这种方案可以更有效满足台区本身的用电质量和容量要求，最终用户才能获得相应的收益。目前我们已经做了几个这样方案的试点。充电桩直接连到了物联网平台、云平台，现在基本社会上的运营商投建的都是这种模型。这种模型有自己的市场需求，因为它减少了设备的投建成本，对充电桩本地的充电方式、控制方式的要求都比较简单，是现有的主流方案。这个现有方案通过平台侧、云端的数据进行交互，把我们所需要知道的台区用电信息通过云端交互来控制充电桩，它的优点是易于推广，成本比较低，对我刚才所介绍的方案来说，这是粗颗粒度的经济奖励，对用户也是可行的。如果更深层次、精细化地参与电力交易获取更大的经济收益，那往往刚才讲的第一种方案更合适。当然这两个技术路线才刚刚开始，从总体解决方案来说，还缺少重要因素。控制方案不仅仅是平台对桩的控制，实际运营过程中更多是通过平台互联，和第三方运营商、物业、场站管理系统来控制桩，需要在交互协议，通信安全、交易算法上进一步研究。包括桩跟车辆友好的交互界面，让用户无感、友好地参与到有序调度当中，这也是发展的方向。包括通过大数据计算，什么样地区的用户，满足他什么样的行为，让他来参与有序，这也是一个研究方向。所以现在大家看到的这两个技术路线，还只是初步开始的阶段。现在国网苏创中心做了很多技术准备，我们和国内主流车企对车桩互动的兼容性做了很多工作，现在多达十多款的主流车型已经完成了兼容性测试，我们也相应推出了一些测试方案和要求，包括车辆BMS软件升级的要求，为产业做下一步的准备工作。后台的一些管理系统也是必需的，时间原因今天不重点介绍了。大家也知道，本身交流桩缺少车桩通信，所以我们在小功率直流桩/V2G桩上也做了很多研究，包括桩的通用形式规范，包括用户车辆并网、入网以及放电质量要求，都做了相应标准工作。产品我们不做重点介绍了，一个是车联网平台，还有一个融合终端APP，这是台区侧的设备，这是很多主机厂和其他运营商非常关心的，以后他们的充电桩如何并入到电网？他们需要具备充电桩和台区融合终端互通的能力。车网互动的策略，其实刚才也介绍了，这也是其中有序解决方案的灵魂及核心，现在它部署到了智能设备里，下一步它会向云边协同、多重计算的方向发展。通过通信协议的丰富，以及互通数据的增加会进行更多计算，达到更有效的充放电控制，提升控制效率，提高用户参与电力交易获取的奖励。如果大家的算法不精准、数据不准确，参与到电力交易的时候，可能拿不到补贴。因为你没有实时性满足电力的调度需求，反而造成反向干扰，那可能获得的不是补贴，可能是相应的惩罚。最后一部分场景介绍。我们现在做了几个场景划分，还是比较简单的。这个场景后面会越来越丰富，现在最主要的是在居民小区和工业园区的应用场景。这里面两个场景的划分，主要是车辆性质不同，可能是居民用车，另一个场景下可能是企业的生产用车。不同的车辆属性、行为，会造成场景的不一致。试点效果，这只是简单有序的充电调度，还没有谈到放电的情况。主要是把晚高峰80%的充电负荷转移到低谷里，同时满足用电需求，缓解小区容量的限制，形成有序充电为主、应急快速为辅的为老百姓做的充电服务模式。（PPT图示）这是我们建设试点运营的情况，包括我们和一些主流主机厂合作的情况。我们在北京人济大厦通过集中式员工用车，放电给电力用户，这个电力用户就是人济大厦，我们验证了这个技术模型和商业模型。其次，我们做了响应华北调峰电力辅助市场，响应充电桩，响应调度的ACG指令。当响应这个ACG指令的时候，辅助服务市场会给予用户一定的经济奖励。刚才讲的是华北的辅助市场，这是我们参与上海市南供电局的24小时和48小时的用电调度，满足之后可以获得相对的经济收益。(PPT所示)这个园区规模做得比较大，总共有48台15kW的V2G车辆放电，在长城工业园区做的，这个放电获得了联合国工业发展组织全球能源基金的支持，用户参与园区充放电时，会获得不同价格的激励，我们可以得到不同用户在不同价格下充电行为的影响（分析）。我们在浙江宁波做的试点，桩是通过台区融合终端进行有序充放电控制。（注：本文根据现场速记整理，未经演讲嘉宾审阅，仅作为参考资料，请勿转载！）
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