“雙碳” 目標引領下光儲充一體化充電站綜合能源服務構建模式探究

摘要：本文以 “雙碳” 目標為基點，從電站電池管理、能源管理及能力管理對策等關鍵方面，剖析光儲充一體化充電站設計與綜合能源服務建設模式。深入探討這些要點，凸顯綜合能源服務在推動可持續(xù)發(fā)展及能源轉型中的關鍵意義。其作為多能源互補、一體化的服務模式，可為電動汽車充電站未來發(fā)展提供有力支撐，充分滿足用戶對清潔、智能、可靠能源的需求。

關鍵詞：雙碳；光儲充；一體化充電站；能源服務；建設模式

0 引言

“雙碳” 目標提出后，我國對清潔能源與可持續(xù)發(fā)展的需求持續(xù)攀升。在此背景下，光儲充一體化充電站作為新能源基礎設施的代表，為綜合能源服務建設模式的發(fā)展提供了強大助力。本文針對光儲充一體化充電站如何實現(xiàn)綜合能源服務，從電池管理、能量管理、能力管理對策等方面展開分析，旨在為中國能源轉型提供有益參考，為 “雙碳” 目標的實現(xiàn)貢獻力量。

1 基于 “雙碳” 目標的光儲充一體化充電站概述

“雙碳” 目標即到 2030 年實現(xiàn)碳排放達峰，2060 年達成碳中和，是中國在應對氣候變化、促進綠色能源發(fā)展方面提出的重要目標。在此目標指引下，光儲充一體化充電站成為推廣新能源汽車的關鍵基礎設施之一。該充電站將太陽能光伏發(fā)電、儲能系統(tǒng)與電動汽車充電功能融為一體，致力于打造清潔生產(chǎn)、高效儲能、低碳傳輸?shù)哪茉匆惑w化解決方案。其一，以太陽能光伏發(fā)電為主要能源來源，通過光電轉換技術將太陽光直接轉化為電能，實現(xiàn)電力生產(chǎn)零排放。這不僅有助于降低對傳統(tǒng)化石能源的依賴，還對滿足 “雙碳” 目標的減排要求意義重大。其二，儲能系統(tǒng)在該充電站中發(fā)揮著至關重要的作用。它能夠憑借高效的儲能與釋能能力，彌補太陽能發(fā)電間歇性、不穩(wěn)定的短板，確保充電站在無陽光照射時仍能提供穩(wěn)定可靠的電力保障。這種儲能技術在提升能源利用效率的同時，也增強了充電站的可靠性與可持續(xù)性。其三，電動汽車充電功能為新能源汽車提供了便捷的充電服務。用戶借助充電技術可在短時間內完成充電，既推動了更多人選用清潔能源交通工具，又提高了電動車的使用便利性。

2 光儲充一體化充電站建設的基本原則

2.1 技術可行性

建設光儲充一體化充電站，確保技術可行性是首要原則。在選擇太陽能光伏發(fā)電、儲能系統(tǒng)和電動車充電設備時，需對各種技術的成熟度、穩(wěn)定性及可靠性進行評估。太陽能光伏技術需在不同區(qū)域光照條件下保持高效轉化，儲能系統(tǒng)應具備高效的儲能和釋能能力，而電動汽車充電技術則要滿足不同車型的充電需求。通過確保各種技術在實際運行中的可行性，充電站可為用戶提供持續(xù)可靠的清潔能源服務。

2.2 可持續(xù)性

建設光儲充一體化充電站，堅持可持續(xù)性原則同樣重要?？沙掷m(xù)性涵蓋綠色能源供應鏈、環(huán)境保護生態(tài)以及可持續(xù)發(fā)展的社會經(jīng)濟等方面。在施工過程中，優(yōu)先選用環(huán)保材料，以減少對環(huán)境的影響。同時，應與當?shù)厣鐓^(qū)合作，在充電站的建設和運營過程中促進經(jīng)濟發(fā)展，實現(xiàn)社會效益與經(jīng)濟效益的統(tǒng)一，以達成可持續(xù)發(fā)展的目標。

3 基于 “雙碳” 目標的光儲充一體化充電站設計分析

3.1 電站電池選擇分析

在光儲充一體化充電站設計中，以 “雙碳” 目標為導向，選擇電站電池既是關鍵決策，也是保障系統(tǒng)高效運行與可持續(xù)發(fā)展的根本。首先，考慮電池化學成分對性能的影響，鋰離子電池以其高能量密度、長壽命和輕量化等優(yōu)勢，成為首選。高能量密度意味著可在相對較小的體積內儲存更多能量，滿足充電站高峰期的能量需求。長壽命特性可降低更換和維護頻率，減少總體運行成本。輕量化設計則有助于充電站整體減重，提高安裝的靈活度與效率。其次，電站電池的循環(huán)使用壽命、充放電效率、安全性等也是重要考量因素。電池在實際運行中需經(jīng)歷多次充放電周期，其循環(huán)使用壽命與系統(tǒng)穩(wěn)定性直接相關。選擇循環(huán)使用壽命更長的電池類型，可降低更換電池的頻率，提升系統(tǒng)穩(wěn)定性。

3.2 電池管理系統(tǒng)設計

電池管理系統(tǒng)在光儲充一體化充電站中的設計至關重要，它直接影響電池性能的發(fā)揮，與整個系統(tǒng)的安全可靠性緊密相關。首先，系統(tǒng)應具備全面監(jiān)測電池組件狀態(tài)的能力，涵蓋溫度、電壓、充放電速率等關鍵參數(shù)。通過實時監(jiān)控，系統(tǒng)可及時捕捉電池的實時數(shù)據(jù)，有助于發(fā)現(xiàn)潛在故障或異常情況。當監(jiān)測到電池溫度升高或電壓異常時，系統(tǒng)可立即采取保護性措施，如停止充電或放電，以防止電池過壓等安全隱患。其次，電池管理系統(tǒng)需采用均衡充電技術，確保電池組內各單元的電荷水平保持一致。均衡充電技術可實現(xiàn)電荷在電池組各單元間的均勻分布，避免因某一單元充電過度而導致電池不均勻損耗，從而提高整體能效，延長電池續(xù)航能力，確保電池組件的長期穩(wěn)定運行，提升系統(tǒng)的可靠性與可持續(xù)性。

3.3 能量管理系統(tǒng)設計

能量管理系統(tǒng)的設計在協(xié)調太陽能光伏發(fā)電、儲能系統(tǒng)與電動車充電功能之間的能量流動，實現(xiàn)穩(wěn)定電力供應方面扮演著關鍵角色。首先，系統(tǒng)需實時監(jiān)測和分析太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)能，了解當前光伏發(fā)電系統(tǒng)的能量輸出情況。通過能量調度，在不同光照條件下靈活分配能量，充分利用陽光充足時的太陽能發(fā)電。其次，對儲能系統(tǒng)的智能控制是能量管理系統(tǒng)設計的重要方面。儲能系統(tǒng)在能量調度中起儲備和釋放能量的作用，在太陽能不足或電動汽車需求激增時，能迅速提供可靠的能量支持。能量管理系統(tǒng)對儲能系統(tǒng)的充放電過程進行智能控制，根據(jù)當前電網(wǎng)負荷及儲能狀態(tài)，確保在需要時快速供能，使充電站保持穩(wěn)定供電。綜合來看，能量管理系統(tǒng)的設計需充分考慮光伏發(fā)電、儲能系統(tǒng)與電動汽車充電的協(xié)同運轉，具備智能調度、控制等功能。通過合理分配能量和智能控制儲能系統(tǒng)，光儲充一體化充電站能更好地適應不同用電條件，提高能效，實現(xiàn)清潔穩(wěn)定的能源供給。

3.4 能力管理對策設計

在光儲充一體化充電站的設計中，能力管理對策的設計旨在確保充電站在電站規(guī)模擴大、使用需求增加的情況下仍能持續(xù)運營。首先，系統(tǒng)需具備良好的擴展性和靈活性，以適應未來能源需求的動態(tài)變化。采用電網(wǎng)互聯(lián)技術，可與電網(wǎng)實現(xiàn)智能對接，實時調節(jié)能源供給，在高峰時段或突發(fā)事件發(fā)生時，滿足用戶需求，靈活調配能源。其次，建立智能預測模型是能力管理的關鍵對策。通過分析電動車歷史數(shù)據(jù)、天氣預報以及使用方式等信息，對未來用電需求進行提前預測。這有助于充電站提前做好運行計劃，調整能源分配策略，適應氣象條件波動和電動汽車充電需求的不確定性，確保系統(tǒng)在各種情況下運行平穩(wěn)，提供高效可靠的服務。

4 綜合能源服務建設模式分析

4.1 綜合能源服務分析

綜合能源服務作為一種以多能源互補與集成為核心的創(chuàng)新服務模式，致力于提供全方位的能源解決方案。涵蓋太陽能、儲能和電動汽車充電等多種能源形式，通過智能能源管理系統(tǒng)實現(xiàn)對這些能源的高效管理。太陽能作為清潔、可再生能源，與儲能系統(tǒng)和電動汽車充電相結合，形成高效的一體化能源服務系統(tǒng)。其核心目標是在能源市場不斷升級的背景下，降低成本、減少環(huán)境影響，為用戶提供高效、可靠、清潔的能源。這種服務模式具有靈活、全面的優(yōu)點?？赏ㄟ^多種能源形式的整合，靈活應對電力需求的波動。例如，在太陽能產(chǎn)能豐富時，儲能系統(tǒng)可儲存多余能量以備不時之需，同時最大限度地利用太陽能發(fā)電。智能能源管理系統(tǒng)可實現(xiàn)對能源的智能調度，確保系統(tǒng)隨時提供穩(wěn)定電力。此外，綜合能源服務的綜合化使用戶可在一個平臺上獲得多種能源服務，提高使用便捷性。

4.2 綜合能源服務發(fā)展前景

隨著清潔能源技術的不斷創(chuàng)新和成熟，綜合能源服務的發(fā)展前景廣闊。在 “雙碳” 目標的推動下，綜合能源服務有望在未來得到更廣泛的應用。這種服務模式不僅能為能源系統(tǒng)提供更高水平的整體智能化，還能為實現(xiàn)城市更智能的能源供應目標提供切實可行的解決方案。通過將太陽能、儲能和電動汽車充電等多種能源形式緊密融合，綜合能源服務可更好地適應未來能源需求的多樣性，構建更靈活的能源體系。尤其值得注意的是，隨著電動汽車需求的不斷增長，綜合能源服務將在電動汽車充電基礎設施方面發(fā)揮關鍵作用。將電動汽車充電功能集成到綜合能源服務中，可提升城市充電基礎設施水平，創(chuàng)造更便利的充電環(huán)境，促進電動汽車的普及，為綠色升級的城市交通體系提供有力支撐。

4.3 典型用戶用能特點分析

綜合能源服務的用戶群體具有一系列典型特征，這些特征直接影響服務模式的設計和推廣策略。一是用戶對清潔能源的認同度較高，積極追求低碳、環(huán)保的生活方式，選擇綜合能源服務的初衷是通過使用清潔能源為環(huán)境做貢獻。二是典型用戶通常擁有電動車，對電動車充電設施的便利性和可靠性要求較高。這要求一體化能源服務的設計充分考慮電動汽車充電場景，滿足用戶日常電動交通需求。三是用戶對智能管理能源的期望較高，希望通過科技手段提高能源利用效率，實現(xiàn)對能源的實時監(jiān)控和優(yōu)化調度。這需要一體化能源服務擁有智能能源管理系統(tǒng)，能夠實時響應用戶需求和不同能源形態(tài)的變化。典型用戶對服務的智能化和高度可控性需求明顯，將直接影響一體化能源服務的技術創(chuàng)新和系統(tǒng)設計。

5安科瑞微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)

Acrel-2000MG微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)能夠對微電網(wǎng)的源、網(wǎng)、荷、儲能系統(tǒng)、充電負荷進行實時監(jiān)控、診斷告警、全景分析、有序管理和高級控制，滿足微電網(wǎng)運行監(jiān)視全面化、安全分析智能化、調整控制前瞻化、全景分析動態(tài)化的需求，完成不同目標下光儲充資源之間的靈活互動與經(jīng)濟優(yōu)化運行，實現(xiàn)能源效益、經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。

5.1 主要功能

實時監(jiān)測；

能耗分析；

智能預測；

協(xié)調控制；

經(jīng)濟調度；

需求響應。

5.2 系統(tǒng)特點

平滑功率輸出，提升綠電使用率；

削峰填谷、谷電利用，提高經(jīng)濟性；

降低充電設備對局部電網(wǎng)的沖擊；

降低站內配電變壓器容量；

實現(xiàn)源荷匹配效能。

5.3 相關控制策略

削峰填谷：配合儲能設備、低充高放

需量控制：能量儲存、充放電功率跟蹤

備用電源

柔性擴容：短期用電功率大于變壓器容量時，儲能快速放電，滿足負載用能要求

5.4 核心功能

1）多種協(xié)議

支持多種規(guī)約協(xié)議，包括：Modbus TCP/RTU、DL/T645-07/97、IEC60870-5-101/103/104、MQTT、CDT、三方協(xié)議定制等。

2）多種通訊方式

支持多種通信方式：串口、網(wǎng)口、WIFI、4G。

3）通信管理

提供通信通道配置、通信參數(shù)設定、通信運行監(jiān)視和管理等。提供規(guī)約調試的工具，可監(jiān)視收發(fā)原碼、報文解析、通道狀態(tài)等。

4）智能策略

系統(tǒng)支持自定義控制策略，如削峰填谷、需量控制、動態(tài)擴容、后備電源、平抑波動、有序充電、逆功率保護等策略，保障用戶的經(jīng)濟性與安全性。

5）全量監(jiān)控

覆蓋傳統(tǒng)EMS盲區(qū)，可接入多種協(xié)議和不同廠家設備實現(xiàn)統(tǒng)一監(jiān)制，實現(xiàn)環(huán)境、安防、消防、視頻監(jiān)控、電能質量、計量、繼電保護等多系統(tǒng)和設備的全量接入。

5.5 系統(tǒng)功能

系統(tǒng)主界面，包含微電網(wǎng)光伏、風電、儲能、充電樁及總體負荷情況，體現(xiàn)系統(tǒng)主接線圖、光伏信息、風電信息、儲能信息、充電樁信息、告警信息、收益、環(huán)境等。

儲能監(jiān)控

系統(tǒng)綜合數(shù)據(jù)：電參量數(shù)據(jù)、充放電量數(shù)據(jù)、節(jié)能減排數(shù)據(jù)；

運行模式：峰谷模式、計劃曲線、需量控制等；

統(tǒng)計電量、收益等數(shù)據(jù)；

儲能系統(tǒng)功率曲線、充放電量對比圖，實時掌握儲能系統(tǒng)的整體運行水平。

光伏監(jiān)控

光伏系統(tǒng)總出力情況

逆變器直流側、交流側運行狀態(tài)監(jiān)測及報警

逆變器及電站發(fā)電量統(tǒng)計及分析

并網(wǎng)柜電力監(jiān)測及發(fā)電量統(tǒng)計

電站發(fā)電量年有效利用小時數(shù)統(tǒng)計，識別低效發(fā)電電站；

發(fā)電收益統(tǒng)計(補貼收益、并網(wǎng)收益)

輻照度/風力/環(huán)境溫濕度監(jiān)測

并網(wǎng)電能質量監(jiān)測及分析

光伏預測

以海量發(fā)電和環(huán)境數(shù)據(jù)為根源，以高精度數(shù)值氣象預報為基礎，采用多維度同構異質BP、LSTM神經(jīng)網(wǎng)絡光功率預測方法。

時間分辨率：15min

超短期未來4h預測精度＞90%

短期未來72h預測精度＞80%

短期光伏功率預測

超短期光伏功率預測

數(shù)值天氣預報管理

誤差統(tǒng)計計算

實時數(shù)據(jù)管理

歷史數(shù)據(jù)管理

光伏功率預測數(shù)據(jù)人機界面

風電監(jiān)控

風力發(fā)電系統(tǒng)總出力情況

逆變器直流側、交流側運行狀態(tài)監(jiān)測及報警

逆變器及電站發(fā)電量統(tǒng)計及分析

并網(wǎng)柜電力監(jiān)測及發(fā)電量統(tǒng)計

電站發(fā)電量年有效利用小時數(shù)統(tǒng)計，識別低效發(fā)電電站；

發(fā)電收益統(tǒng)計(補貼收益、并網(wǎng)收益)

風力/風速/氣壓/環(huán)境溫濕度監(jiān)測

并網(wǎng)電能質量監(jiān)測及分析

充電樁系統(tǒng)

實時監(jiān)測充電系統(tǒng)的充電電壓、電流、功率及各充電樁運行狀態(tài)；

統(tǒng)計各充電樁充電量、電費等；

針對異常信息進行故障告警；

根據(jù)用電負荷柔性調節(jié)充電功率。

電能質量

對整個系統(tǒng)范圍內的電能質量和電能可靠性狀況進行持續(xù)性的監(jiān)測。如電壓諧波、電壓閃變、電壓不平衡等穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)和電壓暫升/暫降、電壓中斷暫態(tài)數(shù)據(jù)進行監(jiān)測分析及錄波展示，并對電壓、電流瞬變進行監(jiān)測。

5.6 設備選型

序號	名稱	圖片	型號	功能說明	使用場景
1	微機保護裝置		AM6、AM5SE	110kv及以下電壓等級線路、主變、電動機、電容器、母聯(lián)等回路保護、測控裝置	110kV、35kV、10kV
2	電能質量在線監(jiān)測裝置		APView500	集諧波分析/波形采樣/電壓閃變監(jiān)測/電壓不平衡度監(jiān)測、電壓暫降/暫升/短時中斷等暫態(tài)監(jiān)測、事件記錄、測量控制等功能為一體，滿足A級電能質量評估標準，能夠滿足110kv及以下供電系統(tǒng)電能質量監(jiān)測的要求	110kV、35kV、10kV、0.4kV
3	防孤島保護裝置		AM5SE-IS	防止分布式電源并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)非計劃持續(xù)孤島運行的繼電保護措施，防止電網(wǎng)出現(xiàn)孤島效應。裝置具有低電壓保護、過電壓保護、高頻保護、低頻保護、逆功率保護、檢同期、有壓合閘等保護功能	110kV、35kV、10kV、0.4kV
4	多功能儀表		APM520	全電力參數(shù)測量、復費率電能計量、四象限電能計量、諧波分析以及電能監(jiān)測和考核管理。 接口功能：帶有RS485/MODBUS協(xié)議	并網(wǎng)柜、進線柜、母聯(lián)柜以及重要回路
5	多功能儀表		AEM96	具有全電量測量，諧波畸變率、分時電能統(tǒng)計，開關量輸入輸出，模擬量輸入輸出。	主要用于電能計量和監(jiān)測
6	電動汽車充電樁		AEV200-DC60S AEV200-DC80D AEV200-DC120S AEV200-DC160S	輸出功率160/120/80/60kW直流充電樁，滿足快速充電的需要。	充電樁運營和充電控制
7	輸入輸出模塊		ARTU100-KJ8	可采集8路開關量信號，提供8路繼電器輸出	信號采集和控制輸出
8	智能網(wǎng)關		ANet-2E4SM	邊緣計算網(wǎng)關，嵌入式linux系統(tǒng)，網(wǎng)絡通訊方式具有Socket方式，支持XML格式壓縮上傳，提供AES加密及MD5身份認證等安全需求，支持斷點續(xù)傳，支持Modbus、Modbus TCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、101、103、104協(xié)議	電能、環(huán)境等數(shù)據(jù)采集、轉換和邏輯判斷

6結語

光儲充一體化充電站應用綜合能源服務建設模式意義重大。清潔、高效、可靠的能源服務可以通過對電池、管理系統(tǒng)系統(tǒng)的全面優(yōu)化來實現(xiàn)。未來,綜合能源服務將隨著清潔能源技術的不斷創(chuàng)新而進一步成熟和普及,為中國提供可行的解決方案,以達到碳中和目標,促進新能源運輸?shù)钠占啊Ｒ惑w化的能源服務建設模式將成為為建設綠色智能社會提供堅實支撐的新能源基礎設施的重要組成部分。

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審核編輯 黃宇