光儲充一體化綜合智慧能源項目開發

葛同磊 孫佳 羅嘵軍

（上海發電設備成套設計研究院有限責任公司 上海 200240）

充電設施作為國家發展節能環保電動汽車和混合動力汽車的基礎配套產品，其建設齊全與否不僅關系到用戶“買得安心，用得舒心”，也關系到社會對電動汽車行業未來發展的信心。

2015 年國家發改委印發的 《電動汽車充電基礎設施發展指南（2015—2020）》中規劃指出，到2020 年，我國將新增集中式充換電站超過1.2 萬座，分散式充電樁超過480 萬個，以滿足全國500 萬輛電動汽車的充電需求［1-2］。

住房和城鄉建設部 《關于加強城市電動汽車充電設施規劃建設工作的通知》提出，自2016 年起，城鄉規劃主管部門提出的新建居住（小）區和大型公共建筑的規劃條件，核發相關建設工程規劃許可證時，必須嚴格執行新建停車場配建充電設施的比例要求。

《江西省電動汽車充電基礎設施省級補貼資金管理及發放暫行辦法》要求，2016—2020 年期間建設，建設前已在所在縣（市、區）發改委備案或取得縣（市、區）發改委項目批復的公用充電基礎設施可申請省級補貼。

隨著光伏產業的發展，傳統光伏支撐系統的弊端逐漸凸顯，主要表現在：密集支架基礎破壞了較多植被，減少了土地可利用空間；土地占用量大，尤其是集中式光伏電站會占用大量土地資源，無法實現土地復合利用價值及提升產業發展質量；耗用鋼材量大，成本高。

綜合智慧能源項目是國家實現“3060”戰略的重要方式，光儲充一體化項目是綜合智慧能源的一種，通過多能協調互補，不僅能提高其中一種能源的品質，更能提高綜合智慧能源項目在節能減排方面的競爭力。

1 能源供應方案

1.1 用戶需求分析

電廠地處貴溪市中心，周邊交通便利，人口密集。可研調研數據顯示，目前電動公交總數200 輛，中期450 輛，現有3座充電站，12 個充電樁。直流充電樁額定輸入電壓380 V，輸出電壓范圍200～750 V，額定功率120 kW。充電時間約1 h，可續航約200 km。公交車每臺每天至少要充電1 次，冬夏2 季需要開空調的工況下需要充2 次。

本用戶的性質為一般工商業，用戶的能源形式為電能，但又區別于常規能源利用方式。除附屬設施及運維負荷外，電動汽車作為本項目的流動的間接負荷，充電樁是固定的交互媒介，本質上負荷是隨機波動的，但隨著新能源汽車比例增加，負荷呈現波動上升趨勢。

1.2 技術路線

綜合智慧能源是為區域內用戶提供能源一體化的解決方案。綜合智慧能源的要義：發揮不同能源品種的協同優勢，實現能源供給側優化；利用不同能源需求的差異化，實現用能需求的互補；創新能源消費方式，實現智慧高效用能；通過市場化的價格機制實現供給、消費主體之間互動；應用源、網、荷、儲協同運營，最大限度促進清潔能源就地消納；應用大數據、云計算、物聯網等技術，為用戶提供高效、靈活、便捷、經濟的能源供應和增值服務［3-5］。

采用“源、網、荷、儲、充、換”一體化設計方案，用清潔能源為電動汽車充電，實現綠電交通的設計理念。創新利用存量資產閑置資源，依托電廠預留空地，建設55 座充電樁+1.268 46 MWp光伏發電+0.5 MW/1 MWh 電池儲能+景觀風電+智能路燈等。電源從電網引接。光伏發電自發自用，優先向充電樁供電，余電上網。創新利用地理位置優勢，項目所在地地處市中心，光伏發電系統采用大跨距柔性支架光伏設計方案，增大土地復合利用價值及可利用空間，提升產業發展質量。

電動汽車充電站采用同時期先進性的120 kW 大功率直流快充技術方案，可實現100%全樁同步投運的最大運載能力，并具備30～60 min 快速充電的能力。運營服務管理系統是1 款基于互聯網的網絡運營服務管理系統，主要包含系統管理員、平臺財務、運營商管理員、運營商財務等模塊，可對電樁狀態、站點及用戶信息、交易記錄進行實時監控、查詢和管理，實現對整個充電樁網絡的監測控制。

采用預應力柔性光伏支架系統，采用高強度低松弛無粘結鋼絞線，該預應力柔性光伏支架用于安裝光伏組件，形成預應力柔性光伏陣列。該預應力柔性光伏支架主要包括多排副索和多排主索。其中，多排副索間隔并排安裝在端部橫梁的橫梁上部副索孔與橫梁下部副索孔上，多排主索安裝在端部橫梁的橫梁主索孔上。相鄰2 個副索與主索組成1 個索單元。1 個索單元經過端部橫梁的固定、V 型撐的縱向穩定、中部支撐的支撐將組成最簡單的預應力柔性光伏陣列。縱向支撐系統端部的中部支撐與縱向支撐連接方式采用帶阻尼器的拉壓桿，使預應力柔性光伏支架上部系統在風雪工況下控制一定擺幅。其中，帶阻尼器的拉壓桿主要由彈簧、阻尼器組成。V 型撐上部兩端連接副索，下部連接主索。連接方式均為柔性連接，連接索施加預應力。通過對索施加預應力使得索獲得剛度，安裝光伏組件。通過縱向穩定系統將各行連成一個整體，共同抵御風荷載的風陣影響。待整個系統安裝完畢后，通過張拉副索能夠有效調節大跨度帶來的撓度問題，使得電站更具美觀性。光伏組件通過專用連接配件固定在預應力柔性光伏支架上，光伏組件的傾斜角可通過索單元中2 個副索的間距進行調節，2 個副索的間距通過橫梁上部副索孔與臨近橫梁上部副索孔的間距調節。通過調節使光伏組件達到方位角最佳和傾角，柔性安裝，組件離地面距離不小于4.5 mm。光伏組件接入光伏并網逆變器，然后接入箱變低壓側，通過6 kV 電壓等級并入電網。光伏系統的額定裝機容量為1.268 46 MWp，光伏發電系統采用“自發自用，余電上網”模式，和電網采用脫硫標桿電價。

配備0.5 MW/1 MWh 電池儲能系統，電動汽車充電設施作為智能電網的一個典型用電設備，具有分布廣、用電負荷大的特點，同時還具備分布式能源節點的特征。項目所在地無峰谷平電價，光儲充利用儲能系統將光伏發電儲存起來，在夜間電動公交車充電高峰期間放電，為電動公交車補充電力，提高了光伏系統的就地消納率，使用戶獲得更大的效益；同時，儲能作為應急措施，將有效保障充電站的平穩運營。配套建設膜結構車棚、智慧路燈、視頻監控、多功能復合商超等附屬設施，同時規劃2 萬m2柔性支架光伏的復合用地，根據未來發展需要打造智慧能源綜合體，形成“火電+”的資源配置及產業轉型示范創新基地。

2 效益分析

按 《江西省電動汽車充電基礎設施省級補貼資金管理及發放暫行辦法》，2016—2020 年期間建設，建設前已在所在縣（市、區）發改委備案或取得縣（市、區）發改委項目批復的公用充電基礎設施可申請省級補貼，補貼如下：

（1）充電樁建設補貼。直流充電設施400 元/kW，交流充電設施200 元/kW。

（2）充電樁運營補貼。對省級充電信息管理平臺采集的每年前8 000 萬kWh 進行補貼，公用充電設施補貼0.25 元/kWh。

（3）充電基本電費。《江西省人民政府辦公廳關于加快電動汽車充電基礎設施建設的實施意見》（贛府廳發 〔2016〕32 號），對于向電力企業直接報裝接電的經營性集中式充電設施用電，執行大工業用電價格，2020 年前暫免收取基本電費。

（4）充電服務費。《鷹潭市發展和改革委員會文件》（鷹發改商價字〔2017〕2 號），上限標準（含電費）1.8 元/kWh；電動公交車（客車）上限標準（含電費）1.26 元/kWh。

（5）光伏上網電價。《江西省發展改革委關于進一步降低一般工商業電價有關事項的通知》（贛發改商價 〔2019〕462 號），脫硫標桿電價為0.414 3 元/kWh。光伏采用評價上網，即上網電價：0.414 3 元/kWh。

2.1 經濟效益

本項目總投資3 400 萬元，本項目預計收入16 626 萬元，其中補貼收入264 萬元。光伏發電是可再生的清潔能源，儲能在我國能源產業中的戰略定位也得到了明確，充電車作為綠色交通工具受到政策支持，本項目將三者有機結合，具有廣闊的發展前景。

2.2 環境效益

本項目光伏系統裝機總容量約為1.268 46 MWp，估算年均發電量1 171.24 MWh。與目前發電量相當的燃煤火電廠相比，按消耗標準煤300 g/kWh 計，折合每年節省標準煤約351.3 t，減少二氧化碳排放量875.8 t、二氧化硫排放量26.4 t、氮氧化物排放量13.2 t。因此，從環境保護及節約煤炭資源角度來看，本項目的建設具有明顯的環境效益和經濟效益。

2.3 社會效益

生態文明必然包含綠色出行。建設電動汽車充電站、發展電動汽車產業，能夠踐行發展國家“低碳”經濟的要求，樹立和提升綠色鷹潭、生態鷹潭的形象。另外，充電站建成之后，與周邊文娛中心等相輔相成，不僅緩解城市停車問題，還增加了對電動車主的親和力，提升城市友好度和現代化水平。

貴溪市已有電動客車運營，私家電動車也有一定保有量。本項目所在地地處市中心，周邊交通便利，人口密集，充電站的成功投運，將在地區產生一定的影響力及示范效應。專業化運營及市場競爭使充電價格也趨于合理水平，惠及當地電動車車主。同時，充電設施的完善將消除潛在電動車消費者的顧慮，促進電動車在當地的普及。

3 創新點

（1）采用“源、網、荷、儲、充、換”一體化設計，區域微網作為能源交互載體。綜合能源管理平臺通過數據采集分析、監測、控制等方式管理區域微網系統運行，其中光伏系統和充電樁系統在箱變低壓側實現能源交互。光伏系統在微網中作為綠色電源，通過逆變器分散匯集在箱變低壓側，經升壓至10 kV 后并入電網，采用“自發自用、余電上網”的運行模式。設置了智慧化管控系統，光伏發電系統、用電設備等的相關信息也接入管控系統。充電站既是負荷消納中心，也是電動汽車的低碳加油站。箱變作為集中供電電源，向各充電樁電提供0.4 kV 交流電源，為電動汽車、換電重卡提供清潔能源服務。同時隨著充電站負荷率提升，將會極大促進光伏消納，同時降低充電站的運營成本。儲能作為未來規劃的重要組成部分，將充分發揮“源、荷”的調節作用，起到能源路由器的支配作用。

（2）創新利用存量資產閑置資源，依托預留空地，建設55 座充電樁+1.268 46 MWp 光伏發電+0.5 MW/1 MWh 電池儲能+景觀風電+智能路燈等。

（3）創新利用地址位置優勢，項目所在地地處市中心，周邊交通便利，人口密集，項目成功投運后，將在地區產生一定的影響力及示范效應。

（4）充分挖掘“火電+”資源配置潛力，在探索傳統能源轉型的基礎上，確保固有資產增值。本項目處于貴溪城市中心，土地資源稀缺，通過建設柔性支架光伏，凈空高達4.5 m，為后期土地利用預留了“資源空間”，真正意義上實現了“一地多用”的價值。

（5）創新合理利用補貼模式，項目近期靜態投資2 902 萬元，利用政府給予電動充電設施的補貼，充電樁補貼共約264 萬元，進一步提高了項目的經濟性。

（6）采用同時期先進的120 kW 大功率直流雙槍快充技術集成的大型充電站，為綠電交通提供最堅實的保障，有著較為廣闊的應用前景。

（7）商業模式是“火電+”產業拓展的試金石，電廠作為電動汽車充電站的投資和運營主體，充分挖掘可用資源價值和潛能。

4 經驗體會

（1）在碳排放的能源安全新戰略下，堅持創新、協調、綠色、開放、共享的新發展理念，落實碳達峰、碳中和目標。針對傳統能源企業，特別是高能耗、高排放的工業，需要探索應對措施并促進企業發展轉型。“火電+”產業拓展就是一個逐步轉型的嘗試，值得推廣借鑒。

（2）淘汰化石能源汽車是未來的發展趨勢，在現有政策扶持的情況下，布局未來業務，推進充電站建設，可以提前把握能源交互市場及客戶主體［1-3］。

（3）充電站的經濟效益短期內不會有很好的表現，但是隨著電動汽車保有率增加，會逐步轉變。前期要采取有效的經營措施，確保充電站運營可持續發展。

5 問題與建議

（1）建議國家相關能源管理部門將綜合智慧能源服務產業作為能源高質量發展新動力、現代化能源經濟體系的重要組成部分，納入能源中長期發展綱要等頂層設計，明確產業發展目標，培育、引領綜合能源服務行業高質量持續健康發展［1-6］。

（2）以現行價格政策為基礎，創新和完善促進綜合能源服務發展的價格機制。分類施策、因地制宜，發揮財稅政策的支持作用［1-6］。建議關注電網峰谷分時電價政策，若能利用儲能裝置享受部分谷時電價，有望進一步提高項目收益率。

（3）目前，項目所在地電動車應用處于起步階段，但相關政策對此持鼓勵態度，發展可期。可探索將該項目打造成示范工程，建立口碑和品牌，做到來車即充，充電快，不排隊，價格有吸引力。

（3）項目對充電單價（充電量）依賴性較高，但預計用電量較大，建議與當地電網公司協商供電方案，爭取優惠價格，降低成本。