陈仁德--《光储充的前景及应用探讨》

发布日期:2022-08-23

核心提示:搜索复制8月22-24日,由充换电百人会、中国充电桩网、中国风光储网、联联充电、国家电投融和元储、充电联盟等单位联合主办,上海
     
8月22-24日,由充换电百人会、中国充电桩网、中国风光储网、联联充电、国家电投&融和元储、充电联盟等单位联合主办,上海贺励展览有限公司、上海贺励商务咨询有限公司承办的2022中国国际光储充产业大会&2022中国国际社区充电产业大会,简称:金砖光储充论坛&金砖社区充电论坛在常州香格里拉大酒店顺利召开。本届大会设置“论坛峰会+展示台展示”,既有企业细致入微的分析,也有行业专家为市场发展提出的设想与方案,助力落实国家提出的“碳达峰、碳中和”战略目标要求,积极助力构建“双循环”新发展格局。


深圳ABB电动交通科技有限公司  产品总监  陈仁德出席论坛并发表主题演讲——《光储充的前景及应用探讨》 。

以下为演讲实录:
  
    陈仁德:各位领导,各位来宾,大家上午好!我是深圳ABB的陈仁德,非常感谢主办方的组织,让我有机会在这里和大家一起探讨光储充的前景及应用。
    大家都知道,太阳是无穷无尽的能量源泉。阳光普照大地1.5个小时,地表接收到的能量,就比全人类1年用的总能量还要多。
    考虑过时间、天气和地理等因素后,用地表面积的0.3%去做太阳能发电,也就是就是45万平方公里,差不多瑞典那么大,去做太阳能光伏发电,产生的电能,就可以满足全人类的能源需求。
    据统计,人类一年耗能 168PWh(P瓦时),而太阳辐射到地表的功率是122PW,相当于每平米每天而降的能源,就有3.5~7度电。
    当然,我们能用光伏系统能接收到的就是其中的10~20%左右,相当于每平每天0.6~0.7度电左右,大约能让一台车每天跑3~4公里。
    再来看一下全球新能源车的数量以及它的充电需求量。据IEA的数据,目前全球有1650万辆新能源汽车,预计到2030年达到1.7亿辆。相对应的用电需求,目前需要66TWh,预计到2030年需要699TWh。这相当于需要4千平方公里光伏板的发电量。 
    其中,中国的纯电动汽车保有量从2019年的310万辆,增长到现在的810万辆,预计到2030年达到8千万辆。如果按照每车每年跑2.5万公里,按平均每百公里电耗16度来算,今年中国纯电动汽车充电需要32TWh,2030年需要320TWh。
    作为充电行业的从业者,我们能从这里面会分到多少蛋糕呢?假设这些纯电动汽车,都到公共充电站去充电,服务费3毛~5毛每度,那么今年国内的充电服务费总额额就是97~162亿元,2030年会达到960~1600亿元。这个充电服务费总额或总毛利,就是我们能分到的蛋糕,一起分享的有充电设备商、配电设备商、电缆商、安装商、运营商、物业方等等。这明显不够,所以大家会感觉到这个行业很卷,大家很努力,但是赚钱不多的原因。
    有什么办法提高充电行业的利润呢?我能想到的是两个方向,一是大功率充电,提高翻台率;二是光储充,从总电费这块抠一部分出来归我们。  
    从大功率充电这个方向看,车端已经在往这个方向走。国外中高端主流车型,充电功率普遍在150kW以上,国内最近新推出的部分车型,峰值充电功率超过400kW以上。例如,Aion V 6C版的峰值充电功率,据报道是481kW;小鹏新发布的G9,虽然它的PPT写的是400kW,但看他的直播截图,功率高达438kW。
    汽车行业有个特点,就是平台化。一旦一家公司有好的技术,就会以平台化形式应用到其他产品、其他车型,带动整个行业,推动整个汽车行业,所以其他车厂也会跟进。可以说,大功率充电的时代已经来临,充电5分钟,续航200公里,将会成为常态。    
    车端已经在往大功率方向走了,那么桩端的情况如何呢?在欧洲,ABB早在2017年就推出了350kW 500A 920V的大功率欧标充电桩,并由Ionity在全欧范围内高速路网去部署,目前已部署1864套超充桩。
    在中国,ABB最近推出了480kW 650A 1000V国标大功率超充桩,不但实现了“充电5分钟,续航200公里”,而且大幅提升充电场站的服务效率,增加充电运营收益。
    相比传统粗大笨重的充电枪线,ABB大功率液冷超充系统采用全球领先的液冷技术,降低了枪线50%的重量,即使是穿着高跟鞋的妙龄少女,也可轻松地单手操作。
    前面我们提到了通过液冷技术来解决大电流带来了发热问题,ABB通过监控整个系统,液体的流速,系统各个点的温度、冷却液的液位、内部压力等关键参数来控制冷却系统的泵和风扇,实时保障车辆和人员的安全。   
    具体看一下ABB超充桩的特点,最高输出电压可高达1000 V,可以同时兼容现在和下一代电动汽车的车型。系统峰值效率高达95%,在长达10年的产品生命周期内可以很好的降低总的用电成本。
    然后我们采用了先进的空调散热技术,有效降低噪音,带来更好的使用体验。
    我们是IP65防护等级,隔绝了外部粉尘和凝露对电气元件的损伤,产品寿命可高达10年。
    具备柔性充电功能,可支持4辆汽车同时充电,按照车辆需求进行动态分配,自适应调节输出,最大限度地利用设备容量,做到功率共享。
    当然,ABB只是大功率超充桩做得最早,比较好一家,业内少数同行也有类似产品,可以说大功率充电桩也已经准备好了。   
    未来大功率充电越来越多的时候,会不会对配电网造成冲击呢?答案是肯定的。
    目前充电的客户群主体是网约车、的士、物流车,他们为了省钱,可以半夜排队去充电,但是随着大功率充电车它的普及,消除了里程焦虑,电动汽车会走进千家万户,充电客户的主群体就会变成单位职工、上班族、商户等,也就是普通居民,他们会在下班后充电,这就跟居民日常负荷曲线高度重合,高达85%,会造成用电负荷峰上加峰。所以,超充桩会给配电网带来非常大的统计。
    随机开始的充电时间点有可能恰好重合,前面5~10分钟超充需求功率最大,可能出现离散型峰值功率,造成区域电网电能质量的下降。
    所以大家可以看到,如果不提前部署和应对,几年后,总负荷峰值会提升49.3%,峰谷差高达73.6%。    
    前面我们介绍了太阳能的充足、充电需求的增长、充电盈利需拓展、大功率充电趋势、以及电网可能受到的影响等。所有这些问题,都可以通过光储充,来部分解决或缓解,通过光伏、储能、充电的有机组合,充分利用当地太阳能发电,应对电力供电不足的问题。
    同时配备适当的储能,解决不同时段的供需匹配,以及抚平随机时间碎片的突发大功率充电需求。
    光储充其实有家用的小型光储充,以及公共用的大型光储充,家用的相对简单,我们这里就先不谈它。这里主要看下公共光储充,应该以怎样的策略或逻辑来配置。
    公共充电站,多数是采用大工业分时电价,根据当地电力需求情况,供电局每个月给出在不同时段的分时电价,例如表中所列的是深圳5、6月份的电价;
    我们可以看到峰时电价在1.16,谷时电价在0.28,价差相差4倍,如果有尖峰电价,价差会更大,配合储能,把夜间的电存在尖峰的时候用,局部成本立降3、4倍。光伏发电上网电价通常时0.41~0.42元/度,但如果你把光伏的电充到汽车上面去,你的卖价立马翻3、4倍。
    储能把电价降下来、光伏把售价提上去,大功率超充提升翻台率,光储充会给充电运营带来更能赚钱的光明前景。
    对于调度策略,在不同的场景不太一样,例如我本来就有大片光伏发电,我就可能都用光电,又如我这里地方供电不足但充电需求旺盛,那么储能就需要配更多。
    大家看到这个表列出来的是基于成本最优化,以及效益最优化的假设确定的。例如在晚上0-8点,电网谷时电价最低,有车来充的时候,网电及储能一起给车超充,没车充的时候,用低价电把储能充满,实现削峰填谷。
    在白天,10-17点,太阳能发电量大,市电价高,光伏发电直接充电,或存到储能。
    在峰段,10-12点,以及14-19点,市电价最高,这个时候由光伏、储能共同供应充电桩需求,尽量避免从电网取电。
    在谷、平段,当汽车需求超出电网容量时,储能作为缓冲,实现动态的充放均衡。
    上面说的是基本策略,除此之外,同时考虑扩展策略,就是说公共光储充系统要做成柔性系统,可以根据站点实际的供电容量、光伏容量,以及后台观测到的实际供需情况,去做动态调整或扩展光储配置。   
    光储充的集成,可以通过交流母线集成,也可以是直流母线。交流母线更加灵活,可以快速集成现有的产品,不用开发专门的DC/DC充电桩。直流母线的系统效率更高,光、储、充之间的耦合度可以更高,甚至部分功能可以复用,但是需要开发专门的DC/DC充电桩。   
    光储充适用于哪些场景呢?公共光储充适用于场地充足、电力不足的充电场景。例如,高速服务区,那里有充足的面积,可以用来铺设太阳能光伏板,如果面积还不够,是不是还可以沿着闸道铺长长的铺2排。
    例如这个站点只有1000kVA的可用电容量,如果没有光储,那就最多只能装2套480kW的超充桩,只能支持8台车同时充电。但是,如果配上1MWh储能和420kWp光伏,那么我们就可以安装4套480kW超充桩,能支持16台车同时充电,而且能够储用夜间低价电,每天自发自售1500度电,经济效益明显提升,服务范围也广了。
    按每台车平均充电50度电,该站可以每天为510台车提供充电服务,满足高速繁忙的充电需求,避免排队充电现象出现。
    适合做光储充的另一个场景,就是大型露天停车场,例如公交站场、各个市、县、区的长途客运站、大型露天公共停车场、大型工厂的停车坪等等。
    当然停车场的充电需求不如高速服务区旺盛,相对应的配置可以减半,还有大型建筑群,例如公共建筑群、产业园区、大学城等,也适合光储充。
    最后一个,或许是需要政府投资的偏远地区,像一些偏远景区、西部干道,那里有一部分充电需求,但是可能电力扩容困难,可能也需要用到光储充。   
    我们参考深圳罗湖片区几个充电站的综合数据,按照高速服务区场景,模拟了一个4套480kW超充+光储的系统的收益模型。
    系统收益模型如下:
    粗略计算,光伏430kW成本约189万,储能约200万,充电桩及安装建设346万,总共投资435万。按17.1%的使用率,以及市场化的充电价格算,收益率IRR可以达到22%,回报周期4.5年,经营8年NPV可以达到445万,经济回报还可以接受。
    随着光伏、储能、充电桩的价格逐年下降,例如下降20%,回报周期将会进一步缩短到3.2年。光储系统可以每年节省82万电费,在建设成本收回后,这个优势更加明显。
    另外,按照炭排因子0.4512 kg-CO2/kWh,这个光储充站点,一年可以减排二氧化碳248吨。
    所以大家可以看到,光储充系统无论是经济效益,还是社会效益,都是相当理想的。
    总结一下,从经济效益看,光储充利用了充足的太阳能,能有效应对充电需求的增长及大功率充电趋势,拓展充电运营的盈利能力。
    从社会效益看,光储充就地生产和消纳绿电,既满足了充电需求,也助力了碳达峰、碳中和,而且光储充系统,有效地抚平了大功率超充对配电网的冲击,为超充大规模应用消除后顾之忧。还有光储充系统,减弱了对电网的依赖,为有充电需要而电源条件不允许的地方,提供了解决方案。
    在座的有新能源各行业的领导和专家,光储充的发展,需要大家共同支持。
    首先,我们需要制定和完善光储充标准,明确功能、性能、安全和消防等要求。其次,大家选定一个方向,是直流母线还是交流母线,选定一个主攻一个,业内协同发展。最后,通过集成化、标准化,降低光储充的生产成本和建设成本,奠定大规模应用的基础。
总的来说,光储充的应用场景明确,发展前景广阔,让我们大家一起共同开创。
 我的汇报结束,谢谢大家!                                                


   (注:本文根据现场速记整理,未经演讲嘉宾审阅,仅作为参考资料,请勿转载!)

    
 

 
 
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