概要:隨著電動(dòng)車輛充電需求功率不斷增大,規(guī)?;碾妱?dòng)汽車充電可能會(huì)導(dǎo)致配電網(wǎng)運(yùn)行指標(biāo)越限,同時(shí)還可能引起系統(tǒng)峰值負(fù)荷超額等問題,進(jìn)而對(duì)系統(tǒng)輸電和發(fā)電能力造成很大壓力。將光伏發(fā)電經(jīng)儲(chǔ)能系統(tǒng)與充電樁相結(jié)合,不僅能緩解電網(wǎng)系統(tǒng)的壓力,而且所建成的光儲(chǔ)充系統(tǒng)在發(fā)電過程中無環(huán)境和噪聲污染,實(shí)現(xiàn)了清潔能源的利用,也由此實(shí)現(xiàn)了以光養(yǎng)樁,削峰填谷,平抑充電負(fù)荷波動(dòng),降低電網(wǎng)容量壓力,提高供電可靠性的情況。在提倡綠色環(huán)保、節(jié)能減排,大力發(fā)展新能源的時(shí)代此設(shè)計(jì)方案具備良好的推廣前景。
1、研究意義
開發(fā)利用可再生能源是保證我國(guó)能源供應(yīng)安全和可持續(xù)發(fā)展的必然選擇,大力使用光伏發(fā)電成為戰(zhàn)略替代能源的電力技術(shù)之一,新能源汽車取代傳統(tǒng)燃油汽車也已成趨勢(shì)。
將光伏發(fā)電與新能源電動(dòng)汽車充電樁相結(jié)合這個(gè)設(shè)計(jì)不僅可完美履行國(guó)家開發(fā)可再生能源與新能源汽車發(fā)展戰(zhàn)略,還有良好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益,對(duì)促進(jìn)新能源電動(dòng)汽車與開發(fā)可再生清潔能源的協(xié)調(diào)發(fā)展起到良好的引領(lǐng)示范作用。
將光伏發(fā)電經(jīng)儲(chǔ)能系統(tǒng)與充電樁相結(jié)合這一光儲(chǔ)充研究設(shè)計(jì)可以有效緩解配電網(wǎng)容量壓力、用電負(fù)荷低谷時(shí)段儲(chǔ)存電能,在用電負(fù)荷高峰時(shí)段將存儲(chǔ)的電量釋放提升電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性。
2、研究背景
電化學(xué)電池已經(jīng)存在了100多年,太陽能光伏電池已經(jīng)使用了半個(gè)世紀(jì)。在太陽能發(fā)展初期,用戶在遠(yuǎn)離電網(wǎng)的地方部署光伏電池板來為電池充電,這些電池為衛(wèi)星,氣象站和偏遠(yuǎn)房屋等供電。在本世紀(jì)初,人們開始將光伏系統(tǒng)直接連接到電網(wǎng)。經(jīng)過幾十年的發(fā)展,光伏和電池儲(chǔ)能已納入新的建筑法規(guī)和安全標(biāo)準(zhǔn),技術(shù)較為成熟。
截止2019年年底,純電動(dòng)汽車保有量已超過310萬輛,充電樁也已超120萬臺(tái),根據(jù)中國(guó)電動(dòng)汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施促進(jìn)聯(lián)盟發(fā)布數(shù)據(jù),2019年我國(guó)車樁比已經(jīng)提升至3.50:1,較2015年的7.84:1已經(jīng)有大幅的提升。其中,車與公樁比為8.25:1。車樁比雖然在不斷提升,但仍遠(yuǎn)低于《電動(dòng)汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展指南(2015-2020)》規(guī)劃的1∶1的指標(biāo),充電樁仍有較大的建設(shè)空間。
2020年3月4日,中共中央政治局常務(wù)委員會(huì)召開會(huì)議,研究當(dāng)前新冠肺炎疫情防控和穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)社會(huì)運(yùn)行重點(diǎn)工作,要加快新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)進(jìn)度,其中,新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)包括特高壓、新能源汽車充電樁、5G基站建設(shè)、大數(shù)據(jù)中心、人工智能、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和城際高速鐵路和城市軌道交通等七大領(lǐng)域。政策出臺(tái)后,新能源充電樁成為國(guó)家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重點(diǎn)方向之一。值得注意的是,5G、大數(shù)據(jù)中心、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、人工智能等這幾個(gè)“新基建”智能化、信息化技術(shù)板塊,也是充電樁、智能電網(wǎng)、智能交通、新能源汽車融合發(fā)展的重要基礎(chǔ)。
3、項(xiàng)目設(shè)計(jì)
3.1、系統(tǒng)構(gòu)成
本項(xiàng)目系統(tǒng)主要由光伏系統(tǒng)、儲(chǔ)能系統(tǒng)、充電系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)四部分構(gòu)成。
3.1.1、光伏系統(tǒng)
光伏系統(tǒng)采用光伏建筑一體化的模式,即光伏陣列與停車場(chǎng)車棚結(jié)合,光伏發(fā)出的電能可用于充電樁供電,也可用于站內(nèi)日常用電,同時(shí)將多余的電能通過儲(chǔ)能系統(tǒng)儲(chǔ)存,做到零棄光,當(dāng)然監(jiān)控智能控制系統(tǒng)檢測(cè)到新能源電動(dòng)汽車充電數(shù)量過多、光伏發(fā)電存儲(chǔ)不足時(shí),控制系統(tǒng)將會(huì)使用電網(wǎng)電能為充電樁充電。
光伏系統(tǒng)是由光伏組件經(jīng)過串、并聯(lián)而成的光伏陣列,太陽電池工作原理的基礎(chǔ)是半導(dǎo)體P-N結(jié)的光生伏特效應(yīng)。光生伏特效應(yīng),就是當(dāng)物體受到光照時(shí),物體內(nèi)的電荷分布狀態(tài)發(fā)生變化而產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)和電流的一種效應(yīng)。
3.1.2、儲(chǔ)能系統(tǒng)
利用蓄電池組儲(chǔ)能,它是由一些性能大小相同的蓄電池單體通過串、并聯(lián)的方式組合而成的模組。蓄電池組作為太陽能光伏發(fā)電的儲(chǔ)能裝置,其作用是將太陽能方陣從太陽輻射能轉(zhuǎn)換來的直流電轉(zhuǎn)換為化學(xué)能儲(chǔ)存起來,以供應(yīng)用。這里選用鋰電池,因?yàn)殇囯x子電池具有能量密度高、壽命長(zhǎng)、自放電小、無記憶效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn),已廣泛在數(shù)碼便攜產(chǎn)品中獲得了應(yīng)用,并且正逐步進(jìn)入新能源電動(dòng)車、儲(chǔ)能電站等應(yīng)用領(lǐng)域。
3.1.3、充電系統(tǒng)
新能源電動(dòng)汽車的充電系統(tǒng)可以采用直流充電、交流充電和更換電池三種模式。直流充電方式是直接利用直流母線的電作為直流充電樁的電源,通過充電連接裝置直接給電動(dòng)汽車的動(dòng)力電池充電。該方式充電電流一般為150-250A,充電速度快花費(fèi)時(shí)間短。
交流充電采用三相交流電為電動(dòng)汽車充電,一般功率在7-35KW之間,從無電狀態(tài)到充滿所需時(shí)間一般為8-10h。在低功率的交流充電模式下其優(yōu)勢(shì)在于對(duì)動(dòng)動(dòng)力電池壽命影響和對(duì)電網(wǎng)沖擊都較小,但充電時(shí)間較長(zhǎng),需長(zhǎng)時(shí)間占用固定停車位。
更換電池充電模式通過全自動(dòng)或半自動(dòng)機(jī)械設(shè)備,進(jìn)行快速的電池更換實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車電能的補(bǔ)給,電池更換時(shí)間一般只需2-10分鐘即可完成。同時(shí),換電模式下的電池組可以充當(dāng)儲(chǔ)能電池為整個(gè)微電網(wǎng)系統(tǒng)供電,更好的利用能源。
3.1.4、監(jiān)控系統(tǒng)(含能量管理)
光伏電力監(jiān)控組態(tài)軟件搭建的光伏電站智能監(jiān)控系統(tǒng),可實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)信息共享、交換、傳輸?shù)裙δ?,滿足用戶中心數(shù)據(jù)庫的要求,監(jiān)控到各單元狀態(tài)以及監(jiān)控光儲(chǔ)充系統(tǒng)內(nèi)部運(yùn)行狀態(tài),自動(dòng)根據(jù)峰谷時(shí)段及用電情況控制能量流動(dòng),實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的在線檢測(cè)。
3.2、電網(wǎng)能量智能控制技術(shù),見圖1
新能源電動(dòng)汽車光儲(chǔ)充系統(tǒng)中光伏陣列于最大功率跟蹤(MPPT)點(diǎn)輸出直流電能,經(jīng)過儲(chǔ)能設(shè)備,儲(chǔ)能充電系統(tǒng)處于有功功率-無功功率(PQ)控制工作狀態(tài),儲(chǔ)能充電樁可供電動(dòng)汽車充電,多余電能輸入大電網(wǎng),光伏陣列發(fā)電不足時(shí)有大電網(wǎng)補(bǔ)充,其中最為核心的是控制中心—電網(wǎng)能量智能控制技術(shù)。
電網(wǎng)能量智能控制技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)整個(gè)新能源電動(dòng)汽車光儲(chǔ)充系統(tǒng)的監(jiān)視、控制及優(yōu)化運(yùn)行。通過對(duì)各回路設(shè)備的數(shù)據(jù)采集,實(shí)現(xiàn)對(duì)新能源電動(dòng)汽車光儲(chǔ)充系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)與控制,合理安排新能源電動(dòng)汽車光儲(chǔ)充系統(tǒng)的啟停、科學(xué)控制儲(chǔ)能充放電。通過遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控新能源電動(dòng)汽車光儲(chǔ)充系統(tǒng)中光伏陣列發(fā)電、儲(chǔ)能設(shè)備和負(fù)荷的各項(xiàng)電能參數(shù),及時(shí)調(diào)整優(yōu)化控制,為系統(tǒng)可靠性運(yùn)行方案設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。
4 結(jié)語
本項(xiàng)目主要是利用停車場(chǎng)投資建設(shè)光伏車棚儲(chǔ)能充電樁一體化智能化的電網(wǎng)。新能源電動(dòng)汽車光儲(chǔ)充系統(tǒng)中光伏發(fā)電經(jīng)儲(chǔ)能系統(tǒng)后供應(yīng)充電樁,不足部分由大電網(wǎng)補(bǔ)充,多余光伏電量存儲(chǔ)到儲(chǔ)能系統(tǒng)或輸送到大電網(wǎng)。
建設(shè)光儲(chǔ)充一體化智能新能源電動(dòng)汽車光儲(chǔ)充系統(tǒng),不僅可以推動(dòng)開發(fā)光伏行業(yè)的發(fā)展,緩解大電網(wǎng)新能源汽車充電樁供電負(fù)荷壓力系,統(tǒng)設(shè)計(jì)方案中利用儲(chǔ)能系統(tǒng)提高光伏發(fā)電的質(zhì)量和利用率,還可借助“光儲(chǔ)充”的技術(shù)特性使光伏發(fā)電與大電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻、削峰填谷和實(shí)現(xiàn)新能源電動(dòng)汽車充換電時(shí)對(duì)大電網(wǎng)的沖擊。
原標(biāo)題:新能源電動(dòng)汽車光儲(chǔ)充研究設(shè)計(jì)