光储充一体化综合智慧能源项目开发

葛同磊 孙佳 罗哓军

（上海发电设备成套设计研究院有限责任公司 上海 200240）

充电设施作为国家发展节能环保电动汽车和混合动力汽车的基础配套产品，其建设齐全与否不仅关系到用户“买得安心，用得舒心”，也关系到社会对电动汽车行业未来发展的信心。

2015 年国家发改委印发的 《电动汽车充电基础设施发展指南（2015—2020）》中规划指出，到2020 年，我国将新增集中式充换电站超过1.2 万座，分散式充电桩超过480 万个，以满足全国500 万辆电动汽车的充电需求［1-2］。

住房和城乡建设部 《关于加强城市电动汽车充电设施规划建设工作的通知》提出，自2016 年起，城乡规划主管部门提出的新建居住（小）区和大型公共建筑的规划条件，核发相关建设工程规划许可证时，必须严格执行新建停车场配建充电设施的比例要求。

《江西省电动汽车充电基础设施省级补贴资金管理及发放暂行办法》要求，2016—2020 年期间建设，建设前已在所在县（市、区）发改委备案或取得县（市、区）发改委项目批复的公用充电基础设施可申请省级补贴。

随着光伏产业的发展，传统光伏支撑系统的弊端逐渐凸显，主要表现在：密集支架基础破坏了较多植被，减少了土地可利用空间；土地占用量大，尤其是集中式光伏电站会占用大量土地资源，无法实现土地复合利用价值及提升产业发展质量；耗用钢材量大，成本高。

综合智慧能源项目是国家实现“3060”战略的重要方式，光储充一体化项目是综合智慧能源的一种，通过多能协调互补，不仅能提高其中一种能源的品质，更能提高综合智慧能源项目在节能减排方面的竞争力。

1 能源供应方案

1.1 用户需求分析

电厂地处贵溪市中心，周边交通便利，人口密集。可研调研数据显示，目前电动公交总数200 辆，中期450 辆，现有3座充电站，12 个充电桩。直流充电桩额定输入电压380 V，输出电压范围200～750 V，额定功率120 kW。充电时间约1 h，可续航约200 km。公交车每台每天至少要充电1 次，冬夏2 季需要开空调的工况下需要充2 次。

本用户的性质为一般工商业，用户的能源形式为电能，但又区别于常规能源利用方式。除附属设施及运维负荷外，电动汽车作为本项目的流动的间接负荷，充电桩是固定的交互媒介，本质上负荷是随机波动的，但随着新能源汽车比例增加，负荷呈现波动上升趋势。

1.2 技术路线

综合智慧能源是为区域内用户提供能源一体化的解决方案。综合智慧能源的要义：发挥不同能源品种的协同优势，实现能源供给侧优化；利用不同能源需求的差异化，实现用能需求的互补；创新能源消费方式，实现智慧高效用能；通过市场化的价格机制实现供给、消费主体之间互动；应用源、网、荷、储协同运营，最大限度促进清洁能源就地消纳；应用大数据、云计算、物联网等技术，为用户提供高效、灵活、便捷、经济的能源供应和增值服务［3-5］。

采用“源、网、荷、储、充、换”一体化设计方案，用清洁能源为电动汽车充电，实现绿电交通的设计理念。创新利用存量资产闲置资源，依托电厂预留空地，建设55 座充电桩+1.268 46 MWp光伏发电+0.5 MW/1 MWh 电池储能+景观风电+智能路灯等。电源从电网引接。光伏发电自发自用，优先向充电桩供电，余电上网。创新利用地理位置优势，项目所在地地处市中心，光伏发电系统采用大跨距柔性支架光伏设计方案，增大土地复合利用价值及可利用空间，提升产业发展质量。

电动汽车充电站采用同时期先进性的120 kW 大功率直流快充技术方案，可实现100%全桩同步投运的最大运载能力，并具备30～60 min 快速充电的能力。运营服务管理系统是1 款基于互联网的网络运营服务管理系统，主要包含系统管理员、平台财务、运营商管理员、运营商财务等模块，可对电桩状态、站点及用户信息、交易记录进行实时监控、查询和管理，实现对整个充电桩网络的监测控制。

采用预应力柔性光伏支架系统，采用高强度低松弛无粘结钢绞线，该预应力柔性光伏支架用于安装光伏组件，形成预应力柔性光伏阵列。该预应力柔性光伏支架主要包括多排副索和多排主索。其中，多排副索间隔并排安装在端部横梁的横梁上部副索孔与横梁下部副索孔上，多排主索安装在端部横梁的横梁主索孔上。相邻2 个副索与主索组成1 个索单元。1 个索单元经过端部横梁的固定、V 型撑的纵向稳定、中部支撑的支撑将组成最简单的预应力柔性光伏阵列。纵向支撑系统端部的中部支撑与纵向支撑连接方式采用带阻尼器的拉压杆，使预应力柔性光伏支架上部系统在风雪工况下控制一定摆幅。其中，带阻尼器的拉压杆主要由弹簧、阻尼器组成。V 型撑上部两端连接副索，下部连接主索。连接方式均为柔性连接，连接索施加预应力。通过对索施加预应力使得索获得刚度，安装光伏组件。通过纵向稳定系统将各行连成一个整体，共同抵御风荷载的风阵影响。待整个系统安装完毕后，通过张拉副索能够有效调节大跨度带来的挠度问题，使得电站更具美观性。光伏组件通过专用连接配件固定在预应力柔性光伏支架上，光伏组件的倾斜角可通过索单元中2 个副索的间距进行调节，2 个副索的间距通过横梁上部副索孔与临近横梁上部副索孔的间距调节。通过调节使光伏组件达到方位角最佳和倾角，柔性安装，组件离地面距离不小于4.5 mm。光伏组件接入光伏并网逆变器，然后接入箱变低压侧，通过6 kV 电压等级并入电网。光伏系统的额定装机容量为1.268 46 MWp，光伏发电系统采用“自发自用，余电上网”模式，和电网采用脱硫标杆电价。

配备0.5 MW/1 MWh 电池储能系统，电动汽车充电设施作为智能电网的一个典型用电设备，具有分布广、用电负荷大的特点，同时还具备分布式能源节点的特征。项目所在地无峰谷平电价，光储充利用储能系统将光伏发电储存起来，在夜间电动公交车充电高峰期间放电，为电动公交车补充电力，提高了光伏系统的就地消纳率，使用户获得更大的效益；同时，储能作为应急措施，将有效保障充电站的平稳运营。配套建设膜结构车棚、智慧路灯、视频监控、多功能复合商超等附属设施，同时规划2 万m2柔性支架光伏的复合用地，根据未来发展需要打造智慧能源综合体，形成“火电+”的资源配置及产业转型示范创新基地。

2 效益分析

按 《江西省电动汽车充电基础设施省级补贴资金管理及发放暂行办法》，2016—2020 年期间建设，建设前已在所在县（市、区）发改委备案或取得县（市、区）发改委项目批复的公用充电基础设施可申请省级补贴，补贴如下：

（1）充电桩建设补贴。直流充电设施400 元/kW，交流充电设施200 元/kW。

（2）充电桩运营补贴。对省级充电信息管理平台采集的每年前8 000 万kWh 进行补贴，公用充电设施补贴0.25 元/kWh。

（3）充电基本电费。《江西省人民政府办公厅关于加快电动汽车充电基础设施建设的实施意见》（赣府厅发 〔2016〕32 号），对于向电力企业直接报装接电的经营性集中式充电设施用电，执行大工业用电价格，2020 年前暂免收取基本电费。

（4）充电服务费。《鹰潭市发展和改革委员会文件》（鹰发改商价字〔2017〕2 号），上限标准（含电费）1.8 元/kWh；电动公交车（客车）上限标准（含电费）1.26 元/kWh。

（5）光伏上网电价。《江西省发展改革委关于进一步降低一般工商业电价有关事项的通知》（赣发改商价 〔2019〕462 号），脱硫标杆电价为0.414 3 元/kWh。光伏采用评价上网，即上网电价：0.414 3 元/kWh。

2.1 经济效益

本项目总投资3 400 万元，本项目预计收入16 626 万元，其中补贴收入264 万元。光伏发电是可再生的清洁能源，储能在我国能源产业中的战略定位也得到了明确，充电车作为绿色交通工具受到政策支持，本项目将三者有机结合，具有广阔的发展前景。

2.2 环境效益

本项目光伏系统装机总容量约为1.268 46 MWp，估算年均发电量1 171.24 MWh。与目前发电量相当的燃煤火电厂相比，按消耗标准煤300 g/kWh 计，折合每年节省标准煤约351.3 t，减少二氧化碳排放量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，从环境保护及节约煤炭资源角度来看，本项目的建设具有明显的环境效益和经济效益。

2.3 社会效益

生态文明必然包含绿色出行。建设电动汽车充电站、发展电动汽车产业，能够践行发展国家“低碳”经济的要求，树立和提升绿色鹰潭、生态鹰潭的形象。另外，充电站建成之后，与周边文娱中心等相辅相成，不仅缓解城市停车问题，还增加了对电动车主的亲和力，提升城市友好度和现代化水平。

贵溪市已有电动客车运营，私家电动车也有一定保有量。本项目所在地地处市中心，周边交通便利，人口密集，充电站的成功投运，将在地区产生一定的影响力及示范效应。专业化运营及市场竞争使充电价格也趋于合理水平，惠及当地电动车车主。同时，充电设施的完善将消除潜在电动车消费者的顾虑，促进电动车在当地的普及。

3 创新点

（1）采用“源、网、荷、储、充、换”一体化设计，区域微网作为能源交互载体。综合能源管理平台通过数据采集分析、监测、控制等方式管理区域微网系统运行，其中光伏系统和充电桩系统在箱变低压侧实现能源交互。光伏系统在微网中作为绿色电源，通过逆变器分散汇集在箱变低压侧，经升压至10 kV 后并入电网，采用“自发自用、余电上网”的运行模式。设置了智慧化管控系统，光伏发电系统、用电设备等的相关信息也接入管控系统。充电站既是负荷消纳中心，也是电动汽车的低碳加油站。箱变作为集中供电电源，向各充电桩电提供0.4 kV 交流电源，为电动汽车、换电重卡提供清洁能源服务。同时随着充电站负荷率提升，将会极大促进光伏消纳，同时降低充电站的运营成本。储能作为未来规划的重要组成部分，将充分发挥“源、荷”的调节作用，起到能源路由器的支配作用。

（2）创新利用存量资产闲置资源，依托预留空地，建设55 座充电桩+1.268 46 MWp 光伏发电+0.5 MW/1 MWh 电池储能+景观风电+智能路灯等。

（3）创新利用地址位置优势，项目所在地地处市中心，周边交通便利，人口密集，项目成功投运后，将在地区产生一定的影响力及示范效应。

（4）充分挖掘“火电+”资源配置潜力，在探索传统能源转型的基础上，确保固有资产增值。本项目处于贵溪城市中心，土地资源稀缺，通过建设柔性支架光伏，净空高达4.5 m，为后期土地利用预留了“资源空间”，真正意义上实现了“一地多用”的价值。

（5）创新合理利用补贴模式，项目近期静态投资2 902 万元，利用政府给予电动充电设施的补贴，充电桩补贴共约264 万元，进一步提高了项目的经济性。

（6）采用同时期先进的120 kW 大功率直流双枪快充技术集成的大型充电站，为绿电交通提供最坚实的保障，有着较为广阔的应用前景。

（7）商业模式是“火电+”产业拓展的试金石，电厂作为电动汽车充电站的投资和运营主体，充分挖掘可用资源价值和潜能。

4 经验体会

（1）在碳排放的能源安全新战略下，坚持创新、协调、绿色、开放、共享的新发展理念，落实碳达峰、碳中和目标。针对传统能源企业，特别是高能耗、高排放的工业，需要探索应对措施并促进企业发展转型。“火电+”产业拓展就是一个逐步转型的尝试，值得推广借鉴。

（2）淘汰化石能源汽车是未来的发展趋势，在现有政策扶持的情况下，布局未来业务，推进充电站建设，可以提前把握能源交互市场及客户主体［1-3］。

（3）充电站的经济效益短期内不会有很好的表现，但是随着电动汽车保有率增加，会逐步转变。前期要采取有效的经营措施，确保充电站运营可持续发展。

5 问题与建议

（1）建议国家相关能源管理部门将综合智慧能源服务产业作为能源高质量发展新动力、现代化能源经济体系的重要组成部分，纳入能源中长期发展纲要等顶层设计，明确产业发展目标，培育、引领综合能源服务行业高质量持续健康发展［1-6］。

（2）以现行价格政策为基础，创新和完善促进综合能源服务发展的价格机制。分类施策、因地制宜，发挥财税政策的支持作用［1-6］。建议关注电网峰谷分时电价政策，若能利用储能装置享受部分谷时电价，有望进一步提高项目收益率。

（3）目前，项目所在地电动车应用处于起步阶段，但相关政策对此持鼓励态度，发展可期。可探索将该项目打造成示范工程，建立口碑和品牌，做到来车即充，充电快，不排队，价格有吸引力。

（3）项目对充电单价（充电量）依赖性较高，但预计用电量较大，建议与当地电网公司协商供电方案，争取优惠价格，降低成本。