陽(yáng)光電源股份有限公司 南京研究所所長(zhǎng) 夏彥輝出席論壇并發(fā)表主題演講——《光儲(chǔ)充換檢一體化電站關(guān)鍵技術(shù)》 。
以下為演講實(shí)錄：
夏彥輝：大家好！陽(yáng)光電源在光伏和儲(chǔ)能領(lǐng)域都有不錯(cuò)的業(yè)績(jī)和市場(chǎng)占有率。在充電樁領(lǐng)域在深圳有一個(gè)專門(mén)的子公司，所以我們?cè)?ldquo;光儲(chǔ)充”一體化電站里面，核心的“光儲(chǔ)充”設(shè)備都是自產(chǎn)的。所以我們?cè)谶@個(gè)領(lǐng)域有自己獨(dú)特的見(jiàn)解。
昨天開(kāi)閉門(mén)會(huì)的時(shí)候，產(chǎn)業(yè)界的各位領(lǐng)導(dǎo)都在吐槽“光儲(chǔ)充”電站還沒(méi)有經(jīng)濟(jì)性，甚至有些媒體發(fā)給我的采訪問(wèn)題直接提問(wèn)，對(duì)于光儲(chǔ)能和充電樁哪一個(gè)最優(yōu)先降本，我們的觀點(diǎn)是，不要過(guò)分地把精力花在降本上，降本對(duì)于行業(yè)的傷害蠻大的。
我們?cè)u(píng)估未來(lái)3~5年，這個(gè)行業(yè)會(huì)迎來(lái)爆發(fā)式的增長(zhǎng)。截止到今年6月底，全國(guó)純電動(dòng)汽車保有量是810萬(wàn)臺(tái)，預(yù)計(jì)到2025年也就是三年以后，這個(gè)保有量要增長(zhǎng)到2300萬(wàn)臺(tái)。由此可以看到，這個(gè)行業(yè)的發(fā)展后勁。
尤其在沒(méi)有經(jīng)濟(jì)性的情況下，我們更應(yīng)該沉下心來(lái)把精力和時(shí)間花費(fèi)在關(guān)鍵技術(shù)的研究上，特別是在一體化電站的經(jīng)濟(jì)優(yōu)化運(yùn)行上。下面關(guān)注一下電站關(guān)鍵性的技術(shù)，我的報(bào)告分為四部分：分別是起源、初探、挑戰(zhàn)和展望。
第一，起源。
政策方面，從國(guó)家、省、市三級(jí)政府非常支持“光儲(chǔ)充”電站一體化建設(shè)和商業(yè)化運(yùn)營(yíng)。
回顧一下發(fā)展歷程，電動(dòng)車從出身以來(lái)就有兩條技術(shù)路線，分別是充電，以特斯拉為代表的發(fā)展出來(lái)的專用品牌的超充站，后來(lái)又發(fā)展到了標(biāo)準(zhǔn)化充電站，又發(fā)展到今天的“光儲(chǔ)充”電站。另一條以運(yùn)營(yíng)車輛和家庭轎車的換電技術(shù)路線，重現(xiàn)了蔚來(lái)的品牌換電站。換電過(guò)程中又發(fā)展出充換間一體化電站。今天直接演化到“光儲(chǔ)充換檢”五大功能為一體的電站。它的定義是，集可再生資源接入、能量存儲(chǔ)、電動(dòng)汽車充電、電動(dòng)汽車換電、電動(dòng)汽車檢測(cè)服務(wù)五大功能于一體。最重要的是要有一個(gè)綜合管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)里面的協(xié)調(diào)優(yōu)化運(yùn)行，才能達(dá)到它的經(jīng)濟(jì)性。它的功能可以協(xié)同配網(wǎng)、可再生資源、儲(chǔ)能系統(tǒng)、換電系統(tǒng)、充電設(shè)施，形成微網(wǎng)智能化場(chǎng)景。它可以消納新能源，延緩電網(wǎng)增容擴(kuò)容、充電站建設(shè)，以及電動(dòng)汽車的檢測(cè)，以及虛擬電廠V2G這些商業(yè)模式。如圖是一體化電站的結(jié)構(gòu)，包括配電設(shè)施、光伏發(fā)電系統(tǒng)、儲(chǔ)能系統(tǒng)以及充電樁負(fù)載和換電電池組。它可以平抑沖擊性負(fù)荷、減少配電增容費(fèi)用，促進(jìn)分布式新能源消納，實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)負(fù)荷的削峰填谷，提高電站的運(yùn)行效益。
二，初探。
我們梳理了三個(gè)領(lǐng)域，九大關(guān)鍵技術(shù)。分別從規(guī)劃配置、優(yōu)化運(yùn)行、運(yùn)行控制和運(yùn)營(yíng)交易三個(gè)層面九大關(guān)鍵技術(shù)一一講解一下。
一，要做好充電站的充電負(fù)荷預(yù)測(cè)，這也是解決目前充電樁的使用率偏低的主要痛點(diǎn)的關(guān)鍵技術(shù)，而且對(duì)于儲(chǔ)能的配置也是一個(gè)重要的輸入條件。充電站的負(fù)荷預(yù)測(cè)它與傳統(tǒng)的變電站負(fù)荷預(yù)測(cè)有很大的區(qū)別，它的充電負(fù)荷在時(shí)間和空間上存在很大的不確定性的特點(diǎn)。從單車的充電站影響因素，到整個(gè)站的充電站的影響因素，以下是我們羅列的影響因素。
二，充電負(fù)荷預(yù)測(cè)方面，一個(gè)是模型驅(qū)動(dòng)，其次是數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)。具體的不再詳細(xì)敘述，但是未來(lái)需要將兩大技術(shù)路線進(jìn)行融合，也就是說(shuō)物理模型和數(shù)據(jù)聯(lián)合驅(qū)動(dòng)，提高充電站負(fù)荷預(yù)測(cè)的精度。
三，儲(chǔ)能容量?jī)?yōu)化配置，容量和功率。新電池電芯最近兩三年在漲價(jià)，特別是從山東到廣東沿海省份，這兩年峰谷電差價(jià)一直在拉大，我們判斷在未來(lái)幾年內(nèi)儲(chǔ)能會(huì)迎來(lái)爆發(fā)式增長(zhǎng)。我們提出了雙重優(yōu)化的配置模型，上層解決儲(chǔ)能怎么定容的問(wèn)題，包括一體化電站儲(chǔ)能的容量和儲(chǔ)能的功率。它的輸出作為下層如何使用，就是充放電的輸入，它的目標(biāo)是運(yùn)行成本的最優(yōu)，決策的變量是電量?jī)?chǔ)能的充放電曲線，考慮儲(chǔ)能在全生命周期的經(jīng)濟(jì)性評(píng)估。如圖是儲(chǔ)能容量?jī)?yōu)化配置的技術(shù)路線圖以及約束條件，最后輸出一個(gè)優(yōu)化方案，包括儲(chǔ)能容量、儲(chǔ)能功率、儲(chǔ)能充放電策略與配網(wǎng)的功率交換，年系統(tǒng)年費(fèi)支出IRR以及SCR。
四，動(dòng)力電池梯級(jí)利用方面，特別是在換電站領(lǐng)域，可以通過(guò)BMS對(duì)電池進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)于SOC狀態(tài)低于80%的電池，可以從電動(dòng)汽車上推移下來(lái)，作為一體化電站里面儲(chǔ)能的補(bǔ)充，可以降低電站的投資成本和運(yùn)營(yíng)成本。目前動(dòng)力電池利用的關(guān)鍵技術(shù)包括動(dòng)力電池的性能評(píng)估，包括容量的測(cè)試，內(nèi)阻的特性和倍率性能測(cè)試。梯級(jí)利用技術(shù)包括電視篩選和備租技術(shù)。在原一體化電站系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加電池管理器和梯級(jí)利用儲(chǔ)能系統(tǒng)。
五，充電樁功率精細(xì)化控制。把充電樁當(dāng)成一種柔性的可調(diào)節(jié)的負(fù)荷，參與電網(wǎng)的需求響應(yīng)，削峰填谷以及參與電網(wǎng)的穩(wěn)定控制。比如配電網(wǎng)的負(fù)荷過(guò)載，變壓器和線路的重載，以及電壓穩(wěn)定，甚至有些地方出現(xiàn)了頻率的穩(wěn)定，對(duì)于不同的充電站里面的充電負(fù)荷，對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定影響因素和敏感度是不同的，甚至同一個(gè)充電站里面不同的充電樁當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)和電池SOC的狀態(tài)，可調(diào)節(jié)的容量對(duì)于電網(wǎng)的貢獻(xiàn)度也是不同的。
六，儲(chǔ)能充放電功率優(yōu)化控制。需要考慮的影響因素是，負(fù)荷預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)以及光伏發(fā)電功率數(shù)據(jù)，以及當(dāng)前的需量功率，以及當(dāng)前的實(shí)時(shí)的節(jié)點(diǎn)電價(jià)，我們開(kāi)發(fā)出來(lái)一個(gè)最優(yōu)求解器，通過(guò)優(yōu)化的目標(biāo)、考慮約束條件，包括電池SOC容量限制、電池需求限制，電網(wǎng)要求不能反充電到電網(wǎng)，最終求解出來(lái)未來(lái)一天內(nèi)每15分鐘儲(chǔ)能如何運(yùn)行。如右圖是儲(chǔ)能優(yōu)化以后的仿真結(jié)果，能夠明顯地降低對(duì)電網(wǎng)的影響以及對(duì)電網(wǎng)需量電費(fèi)額外的費(fèi)用。
七，參與電網(wǎng)調(diào)頻/調(diào)壓。左邊是電力系統(tǒng)頻率擾動(dòng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程，三個(gè)時(shí)間尺度分別是慣量、一次調(diào)頻和二次調(diào)頻，這三個(gè)時(shí)間尺度去支撐電力系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定。在正常階段，光伏和儲(chǔ)能可以為電力系統(tǒng)提供慣量支撐，在一次調(diào)頻階段，也就是在1~30秒時(shí)間尺度內(nèi)，充分利用光伏和儲(chǔ)能的調(diào)節(jié)速度快的特點(diǎn)，快速響應(yīng)頻率的變化。二次調(diào)頻階段，可以利用綜合管理系統(tǒng)，調(diào)整充電樁的功率。
如圖是參與調(diào)頻和調(diào)壓的技術(shù)路線，從配網(wǎng)到“光儲(chǔ)充”一體化電站，到每個(gè)電動(dòng)車到儲(chǔ)能系統(tǒng)怎么分解電網(wǎng)的有功和無(wú)功的需求、電網(wǎng)的頻率和電壓的調(diào)節(jié)需求，既要考慮電動(dòng)車車主的充電需求，他希望在進(jìn)來(lái)時(shí)刻的SOC和離開(kāi)時(shí)刻電量的需求，還要考慮儲(chǔ)能的安全極限。
八，運(yùn)營(yíng)交易層面，第一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)是充電定價(jià)的實(shí)時(shí)電價(jià)的傳遞，目前一體化電站運(yùn)行模式比較單一，主要收入來(lái)源是充電服務(wù)費(fèi)。未來(lái)它的定價(jià)主要受制的因素是競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的策略和投資回報(bào)期望，以及用戶對(duì)于充電價(jià)格的敏感度。運(yùn)營(yíng)高峰期目前成本的高電價(jià)成本并沒(méi)有實(shí)時(shí)向用戶進(jìn)行傳導(dǎo)，充電服務(wù)費(fèi)目前多為單一，有的地方是峰谷定價(jià)模式。自從2020年后，運(yùn)營(yíng)商自主定價(jià)權(quán)限在放開(kāi)。我們需要考慮怎么定價(jià)的因素，包括投資成本、運(yùn)營(yíng)成本以及投資收益的期望。我們傳遞的目標(biāo)想一個(gè)是增加光伏自用比例，降低用電成本。二是購(gòu)電成本向充電用戶實(shí)時(shí)傳導(dǎo)，特別是未來(lái)我國(guó)電力在用能側(cè)加速推進(jìn)以后，這也是非常迫切要去做的，增加電站的盈利空間。三是收取汽車充電服務(wù)費(fèi)，儲(chǔ)能充放電電價(jià)收益，參與輔助服務(wù)市場(chǎng)，能夠?qū)崿F(xiàn)盈利模式的多元化。
如圖是實(shí)時(shí)電價(jià)的策略模型，它考慮了資本要素、土地要素、勞動(dòng)要素以及資本家要素，形成了通過(guò)價(jià)格手段，引導(dǎo)電動(dòng)汽車充電行為的價(jià)格傳導(dǎo)的模型。通過(guò)這個(gè)模型，一個(gè)是引導(dǎo)電動(dòng)汽車有序地充電，其次能夠激發(fā)車主參與V2G，響應(yīng)電網(wǎng)輔助服務(wù)的需求。其次，通過(guò)實(shí)時(shí)電價(jià)的傳遞，能夠?yàn)橛脩籼峁Q策的依據(jù)。
九，以智慧綜合能源系統(tǒng)模式運(yùn)營(yíng)。在“光儲(chǔ)充”一體化電站里面，車主在充電半小時(shí)到一小時(shí)的等待區(qū)，怎么提供電站的收益？比如電動(dòng)車過(guò)來(lái)充了50度電，充電服務(wù)費(fèi)3毛一度，充電的費(fèi)用盈利也就15塊錢(qián)，如果在充電站里面實(shí)現(xiàn)了多元化經(jīng)營(yíng)，比如賣一杯咖啡的收益都比充電的費(fèi)用高很多，所以要考慮服務(wù)區(qū)內(nèi)多種經(jīng)營(yíng)，多種用能的需求，特別是用冷用熱的負(fù)荷。
十，以虛擬電廠方式參與輔助服務(wù)市場(chǎng)。最近虛擬電廠炒得比較火熱，很多股票連續(xù)一星期漲停，在市場(chǎng)上評(píng)估我們國(guó)家虛擬電廠年市場(chǎng)容量在800~1000億左右。如圖，這里面羅列了美國(guó)、英國(guó)以及我國(guó)目前在分布式能源儲(chǔ)能和需求側(cè)響應(yīng)目前的市場(chǎng)現(xiàn)狀。
“光儲(chǔ)充”一體化電站就是典型的虛擬電廠，如果我的容量不夠足夠大，不夠參與虛擬電廠的門(mén)檻，我們就可以作為一個(gè)虛擬電廠運(yùn)營(yíng)商的聚合對(duì)象，參與交易中心的報(bào)價(jià)。如果我的電站負(fù)荷容量足夠大的話，我自己就是一個(gè)聚合商，去參與虛擬電廠的輔助服務(wù)市場(chǎng)，贏取額外的收益。
第三，挑戰(zhàn)。
我們認(rèn)為，目前主要存在的問(wèn)題還是在檢測(cè)方面。電池檢測(cè)方面存在很大的技術(shù)壁壘，包括標(biāo)準(zhǔn)的缺失、適用范圍的制約，以及數(shù)據(jù)來(lái)源的受限。
第四，展望。
展望一下未來(lái)，市場(chǎng)容量，隨著電動(dòng)汽車保有量的不斷增多，預(yù)計(jì)到2025年一體化電站市場(chǎng)容量將達(dá)到100億，到2030年市場(chǎng)容量能達(dá)到1000億。技術(shù)發(fā)展的去向，包括汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)檢測(cè)、換電標(biāo)準(zhǔn)化，不同廠家的電動(dòng)車能不能實(shí)現(xiàn)電池的互換。其次是配網(wǎng)協(xié)同、智能微電網(wǎng)虛擬電廠這些商業(yè)模式。第三是綠電，如圖在本地建光伏的話，受限于當(dāng)?shù)氐臈l件，可能就能裝一百多千瓦，還不如一個(gè)充電樁的需求，怎么實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端綠電的消納。還有綠證、碳證的交易，陽(yáng)光電源抱著比較開(kāi)放的心態(tài)，我們判斷目前“光儲(chǔ)充”一體化電站目前處于黎明前的黑暗時(shí)代，在座各位一起努力，提高新能源消納，助力雙碳目標(biāo)實(shí)現(xiàn)，體現(xiàn)企業(yè)的真正價(jià)值。
