陽光電源股份有限公司 南京研究所所長 夏彥輝出席論壇并發(fā)表主題演講——《光儲充換檢一體化電站關(guān)鍵技術(shù)》 。
以下為演講實錄：
夏彥輝：大家好！陽光電源在光伏和儲能領(lǐng)域都有不錯的業(yè)績和市場占有率。在充電樁領(lǐng)域在深圳有一個專門的子公司，所以我們在“光儲充”一體化電站里面，核心的“光儲充”設(shè)備都是自產(chǎn)的。所以我們在這個領(lǐng)域有自己獨特的見解。
昨天開閉門會的時候，產(chǎn)業(yè)界的各位領(lǐng)導(dǎo)都在吐槽“光儲充”電站還沒有經(jīng)濟性，甚至有些媒體發(fā)給我的采訪問題直接提問，對于光儲能和充電樁哪一個最優(yōu)先降本，我們的觀點是，不要過分地把精力花在降本上，降本對于行業(yè)的傷害蠻大的。
我們評估未來3~5年，這個行業(yè)會迎來爆發(fā)式的增長。截止到今年6月底，全國純電動汽車保有量是810萬臺，預(yù)計到2025年也就是三年以后，這個保有量要增長到2300萬臺。由此可以看到，這個行業(yè)的發(fā)展后勁。
尤其在沒有經(jīng)濟性的情況下，我們更應(yīng)該沉下心來把精力和時間花費在關(guān)鍵技術(shù)的研究上，特別是在一體化電站的經(jīng)濟優(yōu)化運行上。下面關(guān)注一下電站關(guān)鍵性的技術(shù)，我的報告分為四部分：分別是起源、初探、挑戰(zhàn)和展望。
第一，起源。
政策方面，從國家、省、市三級政府非常支持“光儲充”電站一體化建設(shè)和商業(yè)化運營。
回顧一下發(fā)展歷程，電動車從出身以來就有兩條技術(shù)路線，分別是充電，以特斯拉為代表的發(fā)展出來的專用品牌的超充站，后來又發(fā)展到了標準化充電站，又發(fā)展到今天的“光儲充”電站。另一條以運營車輛和家庭轎車的換電技術(shù)路線，重現(xiàn)了蔚來的品牌換電站。換電過程中又發(fā)展出充換間一體化電站。今天直接演化到“光儲充換檢”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、電動汽車充電、電動汽車換電、電動汽車檢測服務(wù)五大功能于一體。最重要的是要有一個綜合管理系統(tǒng)，實現(xiàn)里面的協(xié)調(diào)優(yōu)化運行，才能達到它的經(jīng)濟性。它的功能可以協(xié)同配網(wǎng)、可再生資源、儲能系統(tǒng)、換電系統(tǒng)、充電設(shè)施，形成微網(wǎng)智能化場景。它可以消納新能源，延緩電網(wǎng)增容擴容、充電站建設(shè)，以及電動汽車的檢測，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)、儲能系統(tǒng)以及充電樁負載和換電電池組。它可以平抑沖擊性負荷、減少配電增容費用，促進分布式新能源消納，實現(xiàn)對電網(wǎng)負荷的削峰填谷，提高電站的運行效益。
二，初探。
我們梳理了三個領(lǐng)域，九大關(guān)鍵技術(shù)。分別從規(guī)劃配置、優(yōu)化運行、運行控制和運營交易三個層面九大關(guān)鍵技術(shù)一一講解一下。
一，要做好充電站的充電負荷預(yù)測，這也是解決目前充電樁的使用率偏低的主要痛點的關(guān)鍵技術(shù)，而且對于儲能的配置也是一個重要的輸入條件。充電站的負荷預(yù)測它與傳統(tǒng)的變電站負荷預(yù)測有很大的區(qū)別，它的充電負荷在時間和空間上存在很大的不確定性的特點。從單車的充電站影響因素，到整個站的充電站的影響因素，以下是我們羅列的影響因素。
二，充電負荷預(yù)測方面，一個是模型驅(qū)動，其次是數(shù)據(jù)驅(qū)動。具體的不再詳細敘述，但是未來需要將兩大技術(shù)路線進行融合，也就是說物理模型和數(shù)據(jù)聯(lián)合驅(qū)動，提高充電站負荷預(yù)測的精度。
三，儲能容量優(yōu)化配置，容量和功率。新電池電芯最近兩三年在漲價，特別是從山東到廣東沿海省份，這兩年峰谷電差價一直在拉大，我們判斷在未來幾年內(nèi)儲能會迎來爆發(fā)式增長。我們提出了雙重優(yōu)化的配置模型，上層解決儲能怎么定容的問題，包括一體化電站儲能的容量和儲能的功率。它的輸出作為下層如何使用，就是充放電的輸入，它的目標是運行成本的最優(yōu)，決策的變量是電量儲能的充放電曲線，考慮儲能在全生命周期的經(jīng)濟性評估。如圖是儲能容量優(yōu)化配置的技術(shù)路線圖以及約束條件，最后輸出一個優(yōu)化方案，包括儲能容量、儲能功率、儲能充放電策略與配網(wǎng)的功率交換，年系統(tǒng)年費支出IRR以及SCR。
四，動力電池梯級利用方面，特別是在換電站領(lǐng)域，可以通過BMS對電池進行檢測，對于SOC狀態(tài)低于80%的電池，可以從電動汽車上推移下來，作為一體化電站里面儲能的補充，可以降低電站的投資成本和運營成本。目前動力電池利用的關(guān)鍵技術(shù)包括動力電池的性能評估，包括容量的測試，內(nèi)阻的特性和倍率性能測試。梯級利用技術(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利用儲能系統(tǒng)。
五，充電樁功率精細化控制。把充電樁當(dāng)成一種柔性的可調(diào)節(jié)的負荷，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)的負荷過載，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，對于不同的充電站里面的充電負荷，對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定影響因素和敏感度是不同的，甚至同一個充電站里面不同的充電樁當(dāng)前的運行狀態(tài)和電池SOC的狀態(tài)，可調(diào)節(jié)的容量對于電網(wǎng)的貢獻度也是不同的。
六，儲能充放電功率優(yōu)化控制。需要考慮的影響因素是，負荷預(yù)測數(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)前的實時的節(jié)點電價，我們開發(fā)出來一個最優(yōu)求解器，通過優(yōu)化的目標、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)，最終求解出來未來一天內(nèi)每15分鐘儲能如何運行。如右圖是儲能優(yōu)化以后的仿真結(jié)果，能夠明顯地降低對電網(wǎng)的影響以及對電網(wǎng)需量電費額外的費用。
七，參與電網(wǎng)調(diào)頻/調(diào)壓。左邊是電力系統(tǒng)頻率擾動的動態(tài)過程，三個時間尺度分別是慣量、一次調(diào)頻和二次調(diào)頻，這三個時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秒時間尺度內(nèi)，充分利用光伏和儲能的調(diào)節(jié)速度快的特點，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“光儲充”一體化電站，到每個電動車到儲能系統(tǒng)怎么分解電網(wǎng)的有功和無功的需求、電網(wǎng)的頻率和電壓的調(diào)節(jié)需求，既要考慮電動車車主的充電需求，他希望在進來時刻的SOC和離開時刻電量的需求，還要考慮儲能的安全極限。
八，運營交易層面，第一個關(guān)鍵技術(shù)是充電定價的實時電價的傳遞，目前一體化電站運行模式比較單一，主要收入來源是充電服務(wù)費。未來它的定價主要受制的因素是競爭對手的策略和投資回報期望，以及用戶對于充電價格的敏感度。運營高峰期目前成本的高電價成本并沒有實時向用戶進行傳導(dǎo)，充電服務(wù)費目前多為單一，有的地方是峰谷定價模式。自從2020年后，運營商自主定價權(quán)限在放開。我們需要考慮怎么定價的因素，包括投資成本、運營成本以及投資收益的期望。我們傳遞的目標想一個是增加光伏自用比例，降低用電成本。二是購電成本向充電用戶實時傳導(dǎo)，特別是未來我國電力在用能側(cè)加速推進以后，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，儲能充放電電價收益，參與輔助服務(wù)市場，能夠?qū)崿F(xiàn)盈利模式的多元化。
如圖是實時電價的策略模型，它考慮了資本要素、土地要素、勞動要素以及資本家要素，形成了通過價格手段，引導(dǎo)電動汽車充電行為的價格傳導(dǎo)的模型。通過這個模型，一個是引導(dǎo)電動汽車有序地充電，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，通過實時電價的傳遞，能夠為用戶提供決策的依據(jù)。
九，以智慧綜合能源系統(tǒng)模式運營。在“光儲充”一體化電站里面，車主在充電半小時到一小時的等待區(qū)，怎么提供電站的收益？比如電動車過來充了50度電，充電服務(wù)費3毛一度，充電的費用盈利也就15塊錢，如果在充電站里面實現(xiàn)了多元化經(jīng)營，比如賣一杯咖啡的收益都比充電的費用高很多，所以要考慮服務(wù)區(qū)內(nèi)多種經(jīng)營，多種用能的需求，特別是用冷用熱的負荷。
十，以虛擬電廠方式參與輔助服務(wù)市場。最近虛擬電廠炒得比較火熱，很多股票連續(xù)一星期漲停，在市場上評估我們國家虛擬電廠年市場容量在800~1000億左右。如圖，這里面羅列了美國、英國以及我國目前在分布式能源儲能和需求側(cè)響應(yīng)目前的市場現(xiàn)狀。
“光儲充”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檻，我們就可以作為一個虛擬電廠運營商的聚合對象，參與交易中心的報價。如果我的電站負荷容量足夠大的話，我自己就是一個聚合商，去參與虛擬電廠的輔助服務(wù)市場，贏取額外的收益。
第三，挑戰(zhàn)。
我們認為，目前主要存在的問題還是在檢測方面。電池檢測方面存在很大的技術(shù)壁壘，包括標準的缺失、適用范圍的制約，以及數(shù)據(jù)來源的受限。
第四，展望。
展望一下未來，市場容量，隨著電動汽車保有量的不斷增多，預(yù)計到2025年一體化電站市場容量將達到100億，到2030年市場容量能達到1000億。技術(shù)發(fā)展的去向，包括汽車驅(qū)動系統(tǒng)檢測、換電標準化，不同廠家的電動車能不能實現(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，還不如一個充電樁的需求，怎么實現(xiàn)遠端綠電的消納。還有綠證、碳證的交易，陽光電源抱著比較開放的心態(tài)，我們判斷目前“光儲充”一體化電站目前處于黎明前的黑暗時代，在座各位一起努力，提高新能源消納，助力雙碳目標實現(xiàn)，體現(xiàn)企業(yè)的真正價值。
