“雙碳” 目標引領(lǐng)下光儲充一體化充電站綜合能源服務(wù)構(gòu)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(guān)鍵方面，剖析光儲充一體化充電站設(shè)計與綜合能源服務(wù)建設(shè)模式。深入探討這些要點，凸顯綜合能源服務(wù)在推動可持續(xù)發(fā)展及能源轉(zhuǎn)型中的關(guān)鍵意義。其作為多能源互補、一體化的服務(wù)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(guān)鍵詞：雙碳；光儲充；一體化充電站；能源服務(wù)；建設(shè)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(chǔ)設(shè)施的代表，為綜合能源服務(wù)建設(shè)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(wù)，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(zhuǎn)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(yīng)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(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)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(zhuǎn)換技術(shù)將太陽光直接轉(zhuǎn)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(guān)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(shù)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(wù)。用戶借助充電技術(shù)可在短時間內(nèi)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(shè)的基本原則

2.1 技術(shù)可行性

建設(shè)光儲充一體化充電站，確保技術(shù)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(shè)備時，需對各種技術(shù)的成熟度、穩(wěn)定性及可靠性進行評估。太陽能光伏技術(shù)需在不同區(qū)域光照條件下保持高效轉(zhuǎn)化，儲能系統(tǒng)應(yīng)具備高效的儲能和釋能能力，而電動汽車充電技術(shù)則要滿足不同車型的充電需求。通過確保各種技術(shù)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(wù)。

2.2 可持續(xù)性

建設(shè)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(yīng)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(yīng)與當?shù)厣鐓^(qū)合作，在充電站的建設(shè)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(shè)計分析

3.1 電站電池選擇分析

在光儲充一體化充電站設(shè)計中，以 “雙碳” 目標為導(dǎo)向，選擇電站電池既是關(guān)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(xué)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(nèi)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(shè)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(guān)。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(shè)計

電池管理系統(tǒng)在光儲充一體化充電站中的設(shè)計至關(guān)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(guān)。首先，系統(tǒng)應(yīng)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(guān)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(shù)，確保電池組內(nèi)各單元的電荷水平保持一致。均衡充電技術(shù)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(dǎo)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(shè)計

能量管理系統(tǒng)的設(shè)計在協(xié)調(diào)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(yīng)方面扮演著關(guān)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(diào)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(shè)計的重要方面。儲能系統(tǒng)在能量調(diào)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(shè)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(zhuǎn)，具備智能調(diào)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(yīng)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(shè)計

在光儲充一體化充電站的設(shè)計中，能力管理對策的設(shè)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(yīng)未來能源需求的動態(tài)變化。采用電網(wǎng)互聯(lián)技術(shù)，可與電網(wǎng)實現(xiàn)智能對接，實時調(diào)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(diào)配能源。其次，建立智能預(yù)測模型是能力管理的關(guān)鍵對策。通過分析電動車歷史數(shù)據(jù)、天氣預(yù)報以及使用方式等信息，對未來用電需求進行提前預(yù)測。這有助于充電站提前做好運行計劃，調(diào)整能源分配策略，適應(yīng)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(wù)。

4 綜合能源服務(wù)建設(shè)模式分析

4.1 綜合能源服務(wù)分析

綜合能源服務(wù)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，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(jié)合，形成高效的一體化能源服務(wù)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(wù)模式具有靈活、全面的優(yōu)點。可通過多種能源形式的整合，靈活應(yīng)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(diào)度，確保系統(tǒng)隨時提供穩(wěn)定電力。此外，綜合能源服務(wù)的綜合化使用戶可在一個平臺上獲得多種能源服務(wù)，提高使用便捷性。

4.2 綜合能源服務(wù)發(fā)展前景

隨著清潔能源技術(shù)的不斷創(chuàng)新和成熟，綜合能源服務(wù)的發(fā)展前景廣闊。在 “雙碳” 目標的推動下，綜合能源服務(wù)有望在未來得到更廣泛的應(yīng)用。這種服務(wù)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(yīng)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(wù)可更好地適應(yīng)未來能源需求的多樣性，構(gòu)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(wù)將在電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。將電動汽車充電功能集成到綜合能源服務(wù)中，可提升城市充電基礎(chǔ)設(shè)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(wù)的用戶群體具有一系列典型特征，這些特征直接影響服務(wù)模式的設(shè)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(wù)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(shè)施的便利性和可靠性要求較高。這要求一體化能源服務(wù)的設(shè)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(diào)度。這需要一體化能源服務(wù)擁有智能能源管理系統(tǒng)，能夠?qū)崟r響應(yīng)用戶需求和不同能源形態(tài)的變化。典型用戶對服務(wù)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(wù)的技術(shù)創(chuàng)新和系統(tǒng)設(shè)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?qū)ξ㈦娋W(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(diào)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(yù)測；

協(xié)調(diào)控制；

經(jīng)濟調(diào)度；

需求響應(yīng)。

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(shè)備對局部電網(wǎng)的沖擊；

降低站內(nèi)配電變壓器容量；

實現(xiàn)源荷匹配效能。

5.3 相關(guān)控制策略

削峰填谷：配合儲能設(shè)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(shè)定、通信運行監(jiān)視和管理等。提供規(guī)約調(diào)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(shè)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(zhì)量、計量、繼電保護等多系統(tǒng)和設(shè)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(fēng)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(fēng)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(cè)、交流側(cè)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(fēng)力/環(huán)境溫濕度監(jiān)測

并網(wǎng)電能質(zhì)量監(jiān)測及分析

光伏預(yù)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(yù)報為基礎(chǔ)，采用多維度同構(gòu)異質(zhì)BP、LSTM神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)光功率預(yù)測方法。

時間分辨率：15min

超短期未來4h預(yù)測精度＞90%

短期未來72h預(yù)測精度＞80%

短期光伏功率預(yù)測

超短期光伏功率預(yù)測

數(shù)值天氣預(yù)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(yù)測數(shù)據(jù)人機界面

風(fēng)電監(jiān)控

風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)總出力情況

逆變器直流側(cè)、交流側(cè)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(fēng)力/風(fēng)速/氣壓/環(huán)境溫濕度監(jiān)測

并網(wǎng)電能質(zhì)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(diào)節(jié)充電功率。

電能質(zhì)量

對整個系統(tǒng)范圍內(nèi)的電能質(zhì)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(shè)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(zhì)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(zhì)量評估標準，能夠滿足110kv及以下供電系統(tǒng)電能質(zhì)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(yīng)。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(fù)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(guān)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(guān)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(guān)		ANet-2E4SM	邊緣計算網(wǎng)關(guān)，嵌入式linux系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)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(zhuǎn)換和邏輯判斷

6結(jié)語

光儲充一體化充電站應(yīng)用綜合能源服務(wù)建設(shè)模式意義重大。清潔、高效、可靠的能源服務(wù)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(wù)將隨著清潔能源技術(shù)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?。一體化的能源服務(wù)建設(shè)模式將成為為建設(shè)綠色智能社會提供堅實支撐的新能源基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分。

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審核編輯 黃宇