安科瑞 陳聰

摘 要：本文以“雙碳”目標為基礎，從電站電池管理能源管理能力管理對策等方面的關(guān)鍵要點(diǎn)，分析了光儲充一體化充電站設計和綜合能源服務(wù)建設模式。通過(guò)對這些方面的深入探討，揭示了綜合能源服務(wù)在實(shí)現可持續發(fā)展、促進(jìn)能源轉型過(guò)程中的重要性。作為一種多能源互補、一體化的服務(wù)模式，綜合能源服務(wù)能夠為電動(dòng)汽車(chē)充電站的未來(lái)發(fā)展提供強有力的支撐，全面滿(mǎn)足用戶(hù)對清潔、智能、可靠能源的需求。

關(guān)鍵詞：雙碳；光儲充；一體化充電站；能源服務(wù)；建設模式

0引言

我國對清潔能源和可持續發(fā)展的需求隨著(zhù)“雙碳”目標的提出而不斷增加。在此背景下，作為新能源基礎設施代表的光儲充一體化充電站，為發(fā)展一體化能源服務(wù)建設模式提供了強有力的支撐。針對光儲充一體化充電站如何實(shí)現綜合能源服務(wù)，從電池管理、能量管理、能力管理對策等方面進(jìn)行分析。旨在通過(guò)這些分析，為中國能源轉型提供有益的參考，為“雙碳”目標提供有益的借鑒。

1 基于“雙碳”目標的光儲充一體化充電站概述

"雙碳"目標是指到2030年碳排放達到峰值，2060年實(shí)現碳中和，中國在應對氣候變化和促進(jìn)綠色能源發(fā)展方面提出的重要目標[1]。在此背景下，光儲充一體化充電站成為推廣普及新能源汽車(chē)的重點(diǎn)基礎設施之一。該充電站集太陽(yáng)能光伏發(fā)電、儲能系統、電動(dòng)汽車(chē)充電功能于一體，旨在實(shí)現清潔生產(chǎn)、高效儲能、低碳傳輸的能源一體化解決方案。一是以太陽(yáng)能光伏發(fā)電為主要能源來(lái)源，直接將太陽(yáng)光通過(guò)光電轉換技術(shù)轉化為電能，實(shí)現電力生產(chǎn)的*排放。這不僅有助于減緩對傳統化石能源的依賴(lài)，而且對于滿(mǎn)足“雙碳”目標要求的排放量的削減也大有裨益。其次，儲能系統對這個(gè)充電站起著(zhù)舉足輕重的作用。儲能系統可以通過(guò)高效的儲能和釋放，彌補太陽(yáng)能發(fā)電時(shí)斷時(shí)續、不穩定的特點(diǎn)，保證充電站在沒(méi)有陽(yáng)光照射的情況下，仍能提供穩定可靠的電力保障。這種儲能技術(shù)在提高能源利用效率的同時(shí)，也增強了充電站的可靠性和可持續性，電動(dòng)汽車(chē)充電功能的充電站為新能源汽車(chē)提供了便利的充電服務(wù)。用戶(hù)通過(guò)充電技術(shù)，可以在短時(shí)間內完成充電，在推動(dòng)更多人使用清潔能源交通工具的同時(shí)，提高了電動(dòng)車(chē)的使用便捷性。

2 光儲充一體化充電站建設的基本原則

2.1 技術(shù)可行性

建設光儲充一體化充電站，保證技術(shù)可行性是一原則。各種技術(shù)的成熟度、穩定性和可靠性，都在選擇太陽(yáng)能光伏發(fā)電、儲能系統和電動(dòng)車(chē)充電設備時(shí)進(jìn)行評估。太陽(yáng)能光伏技術(shù)需要在不同區域的光照條件下保持高效轉化，儲能系統需要具備高效的儲能和釋能能力，而電動(dòng)汽車(chē)充電技術(shù)則要滿(mǎn)足不同車(chē)型汽車(chē)的充電需求，因此,太陽(yáng)能光伏技術(shù)在應用過(guò)程中充電站可在實(shí)際運行中通過(guò)確保各種技術(shù)的可行性,提供持續可靠的清潔能源服務(wù)。

2.2 可持續性

建設光儲充一體化充電站，保證可持續性是另一項基本原則?？沙掷m性涵蓋了綠色的能源供應鏈、保護環(huán)境生態(tài)和可持續發(fā)展的社會(huì )經(jīng)濟。在施工過(guò)程中優(yōu)先選用環(huán)保材料，減少施工作業(yè)時(shí)對環(huán)境的影響。此外，還應與當地社區合作，在充電站的建設和運營(yíng)過(guò)程中，促進(jìn)經(jīng)濟發(fā)展，確保工程社會(huì )效益和經(jīng)濟效益相統一,以實(shí)現可持續發(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”目標為基礎，選擇電站電池既是關(guān)鍵決策，也是保障系統高效運行、永續發(fā)展的根本。首先，考慮到電池的化學(xué)成分對于性能的影響，鋰離子電池以其優(yōu)異的高能量密度、長(cháng)壽命和輕量化等特性，成為人們的*選電池。它的高能量密度意味著(zhù)能夠將更多的能量?jì)Υ嬖谙鄬^小的體積內，以滿(mǎn)足高峰期對充電站的能量需求。長(cháng)壽命特性則保證了電池在多次循環(huán)充放電、降低更換和維護頻率、降低總體運行成本等方面，都能保持較高的性能水平。另外,輕量化設計可以幫助充電站整體減重，增加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、安全性等也都是考量的決定性要素。電池在實(shí)際運行中需要經(jīng)受多次充電和放電周期的考驗，所以它的周期長(cháng)短與系統的直接的關(guān)系。選擇循環(huán)使用時(shí)間更長(cháng)的電池類(lèi)型，可以降低更換電池的頻率，使整套系統的穩定性得到提高。

3.2 電池管理系統設計

電池管理系統在光儲充一體化充電站中的設計尤為重要，它不僅直接影響著(zhù)電池性能的利用，而且與整個(gè)系統的安全可靠性有著(zhù)密切的關(guān)系。首先,系統要有對電池組件狀態(tài)進(jìn)行全面監測的能力，覆蓋溫度、電壓、充放電速率等電池關(guān)鍵參數。該系統通過(guò)實(shí)時(shí)監控,在運行過(guò)程中捕捉電池的實(shí)時(shí)數據，對潛在故障或異常情況的及時(shí)發(fā)現有所幫助。當電池管理系統監測到電池溫度升高或電壓異常情況時(shí)，為了防止電池過(guò)過(guò)壓等可能造成安全隱患的情況發(fā)生，該系統可以立即采取停止充電或放電等保護性措施。其次,電池管理系統需要采用均衡充電技術(shù)，以確保電池組內各單元的電荷水平保持一致。均衡充電技術(shù)可以實(shí)現電荷在電池組各單元間的均勻分布,防止由于某一單元充電過(guò)度而造成的電池不均勻損耗，從而達到平衡充電技術(shù)的目的。這對于提高整體能效和延長(cháng)電池續航能力都有幫助。電池管理系統可以通過(guò)有效的均衡充電管理，確保電池組件的長(cháng)期穩定運行，減緩電池的老化進(jìn)程,從而使系統的可靠性和可持續性得到提高。

3.3 能量管理系統設計

能量管理系統的設計在協(xié)調太陽(yáng)能光伏發(fā)電、儲能系統與電動(dòng)車(chē)充電功能之間的能量流動(dòng),以達到穩定的電力供應,是光儲充一體化充電站的關(guān)鍵角色。首先,該系統需要了解目前光伏發(fā)電系統的能量輸出情況,通過(guò)實(shí)時(shí)監測和分析太陽(yáng)能光伏發(fā)電產(chǎn)能。該系統通過(guò)能量調度,靈活分配不同光照條件下的能量,確保太陽(yáng)能發(fā)電在陽(yáng)光充足的晴天也能得到限度的利用。二,能源管理系統設計的另一個(gè)重要方面是對儲能系統的智能控制。儲能系統在能量調度中起到儲備和釋放的作用,在太陽(yáng)能不足或電動(dòng)汽車(chē)需求激增的情況下,需要提供迅速可靠的能量支持。能量管理系統儲能系統的充電放電過(guò)程進(jìn)行智能控制,根據當前電網(wǎng)負荷及儲能狀態(tài),確保在需要時(shí)能快速供能,使充電站保持穩定供電。綜合來(lái)看,能源管理系統的設計既需要充分考慮光伏發(fā)電、儲能系統與電動(dòng)汽車(chē)充電的協(xié)同運轉,又需要具有智能調度、控制等功能。光儲充一體化充電站通過(guò)能量的合理分配和儲能系統的智能控制運行,能夠更好地適應不同用電條件,提高能效,實(shí)現能源供給的清潔穩定。

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是為了保證充電站在面臨電站規模擴大、使用需求增大的情況下,依然可以做到永續經(jīng)營(yíng)。首先,系統需要具備適應未來(lái)能源需求動(dòng)態(tài)變化的良好擴展性和靈活性。充電站采用電網(wǎng)互聯(lián)技術(shù),可與電網(wǎng)實(shí)現智能對接,實(shí)時(shí)調節能源供給,確保在高峰時(shí)段或突發(fā)事件發(fā)生時(shí)，為滿(mǎn)足用戶(hù)需求，靈活進(jìn)行能源調配。其次，智能預測模型的建立是能力管理的關(guān)鍵對策。該系統通過(guò)對電動(dòng)車(chē)的歷史數據、天氣預報以及使用方式等信息的分析,對未來(lái)的用電需求進(jìn)行提前預測。這有助于該系統為適應氣象條件的波動(dòng)和電動(dòng)汽車(chē)充電需求的不確定性，提前做好充電站運行計劃，調整能源分配策略。能力管理對策通過(guò)準確預測、及時(shí)調整,使充電站在各種情況下都能保證系統運行平穩,提供高效可靠的服務(wù)。

4 綜合能源服務(wù)建設模式分析

4.1 綜合能源服務(wù)服務(wù)分析

作為一種以多能源互補與集成為核心的創(chuàng )新服務(wù)模式，綜合能源服務(wù)致力于提供*方位的能源解決方案。這一服務(wù)模式涵蓋了通過(guò)智能能源管理系統實(shí)現對這些能源的多種能源形式,包括太陽(yáng)能、儲能和電動(dòng)汽車(chē)充電等。太陽(yáng)能作為一種與儲能系統相結合的清潔、可再生的能源形式，與電動(dòng)汽車(chē)充電相結合,形成了一個(gè)高效的一體化能源服務(wù)系統。其核心目標是在不斷升級的能源市場(chǎng)中，在降低、降低環(huán)境影響的同時(shí)，為用戶(hù)提供高效、可靠、清潔的能源。這種服務(wù)模式的優(yōu)點(diǎn)在于靈活、全面。綜合能源服務(wù)可以通過(guò)多種能源形式的整合，靈活應對電力需求的波動(dòng)。舉例來(lái)說(shuō)，在太陽(yáng)能產(chǎn)能豐富的時(shí)期，該系統儲能系統儲存多余能量以備不時(shí)之需的同時(shí)，程度地利用太陽(yáng)能發(fā)電。智能能源管理系統的存在可以實(shí)現智能調度這些能源，保證系統隨時(shí)提供穩定電力。此外，這種服務(wù)模式的綜合化，使用戶(hù)可以方便地在一個(gè)平臺上獲得多種能源服務(wù)，使整體使用便捷性得到提升。

4.2 綜合能源服務(wù)發(fā)展前景

一體化能源服務(wù)的發(fā)展前景更加廣闊，而其將多能源形態(tài)的服務(wù)特性充分融合，則離不開(kāi)“雙碳”目標的推行。綜合能源服務(wù)有望在未來(lái)迎來(lái)更廣泛的應用，隨著(zhù)清潔能源技術(shù)的日益創(chuàng )新和成熟。這種服務(wù)模式不僅能為能源系統提供更高水平的整體智能化，還能為實(shí)現城市更智能的能源供應目標提供切實(shí)可行的解決方案。綜合能源服務(wù)通過(guò)將太陽(yáng)能、儲能和電動(dòng)汽車(chē)充電等多種能源形式緊密融合，可以更好地適應未來(lái)能源需求的多樣性，形成更更靈活的能源體系。特別值得注意的是,綜合能源服務(wù)將在電動(dòng)汽車(chē)充電基礎設施方面發(fā)揮關(guān)鍵作用，隨著(zhù)電動(dòng)汽車(chē)的需求的不斷增長(cháng)。通過(guò)將電動(dòng)汽車(chē)充電功能集成到綜合能源服務(wù)中,不僅可以提升城市充電基礎設施水平，還可以創(chuàng )造更加便利的充電環(huán)境,普及電動(dòng)汽車(chē)。此舉將進(jìn)一步促進(jìn)電動(dòng)運輸的發(fā)展,為綠色升級的城市運輸體系提供強有力的支撐。

4.3 典型用戶(hù)用能特點(diǎn)分析

一體化能源服務(wù)的用戶(hù)群具有直接影響服務(wù)模式設計和推廣策略的一系列典型特征。一是這部分用戶(hù)對清潔能源的認同度普遍較高,對低碳、環(huán)保的生活方式積極追求。這體現在他們當初選擇能源綜合服務(wù)的初衷，就是希望通過(guò)清潔能源的使用,達到積極為環(huán)境做貢獻的目的。二是典型用戶(hù)往往擁有電動(dòng)車(chē)，對電動(dòng)車(chē)充電設施的便利性、可靠性要求更高。這使得一體化能源服務(wù)的設計需要在滿(mǎn)足用戶(hù)日常生活中對電動(dòng)交通需求的情況下，充分考慮電動(dòng)汽車(chē)充電的場(chǎng)景。另外，一體化能源服務(wù)的用戶(hù)對智能管理能源的預期通常也比較高。他們希望通過(guò)科技手段,程度地提高能源利用效率,實(shí)現對能源的實(shí)時(shí)監控和優(yōu)化調度。這就要求一體化的能源服務(wù)擁有智能能源管理系統，可以對用戶(hù)的需求做出實(shí)時(shí)反應，對不同能源形態(tài)的變化做出響應。典型用戶(hù)對服務(wù)的智能化和高度可控性需求明顯，這將直接影響到技術(shù)創(chuàng )新和系統設計的一體化能源服務(wù)。

5安科瑞微電網(wǎng)能量管理系統

Acrel-2000MG微電網(wǎng)能量管理系統能夠對微電網(wǎng)的源、網(wǎng)、荷、儲能系統、充電負荷進(jìn)行實(shí)時(shí)監控、診斷告警、全景分析、有序管理和高級控制，滿(mǎn)足微電網(wǎng)運行監視全面化、安全分析智能化、調整控制前瞻化、全景分析動(dòng)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(dòng)與經(jīng)濟優(yōu)化運行，實(shí)現能源效益、經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。

5.1 主要功能

實(shí)時(shí)監測；

能耗分析；

智能預測；

協(xié)調控制；

經(jīng)濟調度；

需求響應。

5.2 系統特點(diǎn)

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(shí)現源荷匹配效能。

5.3 相關(guān)控制策略

1. 削峰填谷：配合儲能設備、低充高放

2. 需量控制：能量?jì)Υ?、充放電功率跟?/span>

1. 備用電源

1. 柔性擴容：短期用電功率大于變壓器容量時(shí)，儲能快速放電，滿(mǎn)足負載用能要求

5.4 核心功能

1）多種協(xié)議

支持多種規約協(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、通信參數設定、通信運行監視和管理等。提供規約調試的工具，可監視收發(fā)原碼、報文解析、通道狀態(tài)等。

4）智能策略

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

5）全量監控

覆蓋傳統EMS盲區，可接入多種協(xié)議和不同廠(chǎng)家設備實(shí)現統一監制，實(shí)現環(huán)境、安防、消防、視頻監控、電能質(zhì)量、計量、繼電保護等多系統和設備的全量接入。

5.5 系統功能

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

1. 儲能監控

系統綜合數據：電參量數據、充放電量數據、節能減排數據；

運行模式：峰谷模式、計劃曲線(xiàn)、需量控制等；

統計電量、收益等數據；

儲能系統功率曲線(xiàn)、充放電量對比圖，實(shí)時(shí)掌握儲能系統的整體運行水平。

1. 光伏監控

光伏系統總出力情況

逆變器直流側、交流側運行狀態(tài)監測及報警

逆變器及電站發(fā)電量統計及分析

并網(wǎng)柜電力監測及發(fā)電量統計

電站發(fā)電量年有效利用小時(shí)數統計，識別低效發(fā)電電站；

發(fā)電收益統計(補貼收益、并網(wǎng)收益)

輻照度/風(fēng)力/環(huán)境溫濕度監測

并網(wǎng)電能質(zhì)量監測及分析

1. 光伏預測

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

時(shí)間分辨率：15min

超短期未來(lái)4h預測精度＞90%

短期未來(lái)72h預測精度＞80%

短期光伏功率預測

超短期光伏功率預測

數值天氣預報管理

誤差統計計算

實(shí)時(shí)數據管理

歷史數據管理

光伏功率預測數據人機界面

1. 風(fēng)電監控

風(fēng)力發(fā)電系統總出力情況

逆變器直流側、交流側運行狀態(tài)監測及報警

逆變器及電站發(fā)電量統計及分析

并網(wǎng)柜電力監測及發(fā)電量統計

電站發(fā)電量年有效利用小時(shí)數統計，識別低效發(fā)電電站；

發(fā)電收益統計(補貼收益、并網(wǎng)收益)

風(fēng)力/風(fēng)速/氣壓/環(huán)境溫濕度監測

并網(wǎng)電能質(zhì)量監測及分析

1. 充電樁系統

實(shí)時(shí)監測充電系統的充電電壓、電流、功率及各充電樁運行狀態(tài)；

統計各充電樁充電量、電費等；

針對異常信息進(jìn)行故障告警；

根據用電負荷柔性調節充電功率。

1. 電能質(zhì)量

對整個(gè)系統范圍內的電能質(zhì)量和電能可靠性狀況進(jìn)行持續性的監測。如電壓諧波、電壓閃變、電壓不平衡等穩態(tài)數據和電壓暫升/暫降、電壓中斷暫態(tài)數據進(jìn)行監測分析及錄波展示，并對電壓、電流瞬變進(jìn)行監測。

5.6 設備選型

6結語(yǔ)

光儲充一體化充電站應用綜合能源服務(wù)建設模式意義重大。清潔、高效、可靠的能源服務(wù)可以通過(guò)對電池、管理系統系統的全面優(yōu)化來(lái)實(shí)現。未來(lái),綜合能源服務(wù)將隨著(zhù)清潔能源技術(shù)的不斷創(chuàng )新而進(jìn)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(jìn)新能源運輸的普及。一體化的能源服務(wù)建設模式將成為為建設綠色智能社會(huì )提供堅實(shí)支撐的新能源基礎設施的重要組成部分。

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