摘要：針對當(dāng)前充電站建設(shè)存在的問題,對景區(qū)停車場進(jìn)行改造,新建停車棚光伏發(fā)電系統(tǒng)和新能源汽車充電站,利用太陽能光伏發(fā)電給充電站提供電能。闡述了在景區(qū)停車場建設(shè)新能源充電站的重要性和建設(shè)車棚光伏發(fā)電系統(tǒng)的有利條件,從一體化系統(tǒng)的配置、經(jīng)濟效益等方面進(jìn)行深入分析,并根據(jù)建設(shè)技術(shù)難點提出了相應(yīng)的解決措施。

關(guān)鍵詞：光伏發(fā)電;電動汽車充電樁;一體化車棚;停車場

0引言

在實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的背景下,大力發(fā)展新能源科技產(chǎn)業(yè)勢在必行。新能源汽車以其環(huán)保、節(jié)能特性,作為無污染交通工具具有無*比擬的優(yōu)*性,成為當(dāng)今汽車和發(fā)電行業(yè)發(fā)展的潮流和熱點之一。據(jù)中商情報網(wǎng)報道,2022年新能源汽車產(chǎn)量達(dá)到705.8萬輛,同比增長96.9%。與之配套的充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)嚴(yán)重滯后,過渡依賴個人充電樁,公共停車場充電設(shè)施分布不均,充電費用高、維護管理缺失問題日益突出。近年來,政府積極鼓勵社會資本投資建設(shè)充電基礎(chǔ)設(shè)施,提升充電服務(wù)質(zhì)量,解決電動汽車應(yīng)用的痛點,針對社區(qū)、集市、企事業(yè)單位、景區(qū)各類應(yīng)用場景都積極鼓勵建設(shè)配套充電設(shè)施,市區(qū)內(nèi)的配套建設(shè)進(jìn)度較快,但在遠(yuǎn)離市區(qū)的各類景區(qū)受到電源接入安全性、投資等影響進(jìn)度較慢,間接影響自駕游客的體驗。伴隨新能源應(yīng)用快速發(fā)展的光伏發(fā)電也發(fā)展迅速,在光伏新能源項目中,分布式光伏發(fā)電項目倡導(dǎo)就近發(fā)電、就近并網(wǎng)、就近轉(zhuǎn)換、就近使用的原則,應(yīng)用廣泛。

針對景區(qū)停車場面積大、車流量大、光照強的特點,本文提出一種新能源提升解決方案,在景區(qū)停車場搭建車棚光伏,給自駕車輛提供避免日曬雨淋的場所,提升景區(qū)品質(zhì)的同時也能光伏綠色發(fā)電。在停車場建設(shè)充電站,安裝充電設(shè)施給電動汽車充電,解決電動汽車自駕出游的難題。景區(qū)停車場光伏發(fā)電和電動汽車充電站一體化設(shè)計實現(xiàn)了這一設(shè)想。

1光伏發(fā)電和汽車充電站一體化的重要性

公安部交通管理局?jǐn)?shù)據(jù)顯示,截至2023年底,全國機動車保有量達(dá)4.35億輛,其中汽車為3.36億輛,新能源汽車為2041萬輛,是汽車總量的6.07%。景區(qū)作為以自駕旅游為主的目的地,普遍建成僅具露天單一功能的停車場,隨著電動汽車出行的增加,對充電需求旺盛,配套充電設(shè)施滯后,將會嚴(yán)重影響以電動汽車出游的游客體驗。景區(qū)停車場車棚光伏發(fā)電和電動汽車充電站一體化是一種新型發(fā)電、充電模式,將光伏發(fā)電應(yīng)用到充電站中為電動汽車充電提供了很好的方法。在該模式下,白天光伏發(fā)電可以直接并網(wǎng)至箱變低壓側(cè)后輸送到充電樁,為電動汽車提供充電服務(wù),系統(tǒng)同時通過箱變接入城市電網(wǎng),在充電需求較少時段,光伏發(fā)電生產(chǎn)的富余電能可以向城市電網(wǎng)供電,實現(xiàn)“自發(fā)自用,余電上網(wǎng)”,享受優(yōu)質(zhì)低價的綠色電能,富余電能還能創(chuàng)造發(fā)電收入;夜間可以利用電網(wǎng)低谷電價給電動汽車充電,降低充電成本;同時通過全面覆蓋光伏板,給車輛提供避風(fēng)擋雨、防止太陽曝曬的車棚效果,提升游客和車主旅游體驗。與傳統(tǒng)充電站相比,一體化充電站能夠有效提高電力系統(tǒng)的運行效率。

2景區(qū)高壓電網(wǎng)引入方案

景區(qū)多距市區(qū)較遠(yuǎn),用電量要求較高。景區(qū)電網(wǎng)一般伴隨景區(qū)開發(fā)建設(shè),前期已建成景區(qū)很少考慮后期車輛充電要求,很少有大容量電源引入停車場。本例需要從景區(qū)周邊電網(wǎng)單獨接引10kV高壓專線電源,通過10kV網(wǎng)環(huán)柜引入1路專線。綜合考慮運營和檢修效率,分別建設(shè)2座箱式變電所(1座10kV環(huán)網(wǎng)型箱變和1座10kV終端型箱變),負(fù)荷等級為三級。計量采用高供高計,在環(huán)網(wǎng)型箱變內(nèi)設(shè)專用高壓計量柜,安裝具備雙向功能的計量表和負(fù)荷監(jiān)控終端,用于遠(yuǎn)程監(jiān)控和采集電量數(shù)據(jù),用電類別為大工業(yè)峰谷分時用電。

箱變需求容量計算:方案設(shè)置40個充電車位,其中直流充電樁38個,每個60kW,液冷超充2個,每個40kW直流單樁,共計2360kW。

計算方法:采用需要系數(shù)法,需要系數(shù)取0.6,計算式為:

Sjs=PeKηcoφ=023.8650××00.9.65=1753kVA

式中,Sjs為充電設(shè)備計算容量;Pe為充電設(shè)備總額定功率;η為系統(tǒng)工作效率;cosφ為充電設(shè)備功率因數(shù);K為需要系數(shù)。

根據(jù)計算結(jié)果,選擇2臺1000kVA箱式變壓器較為適宜,在0.4kV低壓母線側(cè)按30%比例設(shè)自動投切無功補償裝置

3系統(tǒng)設(shè)計方案

系統(tǒng)設(shè)計原理如圖1所示,外電源從市政電網(wǎng)引入1路10kV電源至1#環(huán)網(wǎng)箱變,從1#環(huán)網(wǎng)箱變分出1路10kV引至2#終端箱變。

圖1車棚光伏充發(fā)電原理圖

箱變低壓部分設(shè)出線柜5個,其中2個出線柜引出0.4kV至5座充電樁總控箱,3個出線柜引出0.4kV至交流并網(wǎng)柜。每個充電樁總控箱帶8臺充電樁,每個充電車位均安裝充電樁,為40個位提供充電服務(wù)。光伏發(fā)電部分共設(shè)2030塊光伏板,其中每10或15塊組成1組件串后并聯(lián)接入9臺專用逆變器。通過逆變器將直流電壓轉(zhuǎn)換為380V交流電輸出,輸出電能接入箱變低壓側(cè)并網(wǎng)柜,并網(wǎng)柜與低壓出線柜通過電纜與母線開關(guān)連接,將光伏發(fā)電電能提供給充電樁,電能富余時則通過箱變反送市政電網(wǎng)。

4Acrel-2000MG光儲充電站能量管理系統(tǒng)

4.1平臺概述

Acrel-2000MG微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)滿足光伏系統(tǒng)、儲能系統(tǒng)以及充電站的接入，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集分析，直接監(jiān)視光伏、儲能系統(tǒng)、充電站運行狀態(tài)及健康狀況，是一個集監(jiān)控系統(tǒng)、能量管理、智能預(yù)測為一體的管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)在安全穩(wěn)定的基礎(chǔ)上以經(jīng)濟優(yōu)化運行為目標(biāo)，促進(jìn)新能源消納，降低供電成本。

4.2系統(tǒng)架構(gòu)

微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)應(yīng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，整個能量管理系統(tǒng)在物理上分為三個層：設(shè)備層、網(wǎng)絡(luò)通信層和站控層。站級通信網(wǎng)絡(luò)采用標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)及TCP/IP通信協(xié)議，物理媒介可以為光纖、網(wǎng)線、屏蔽雙絞線等。系統(tǒng)支持ModbusRTU、ModbusTCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT等通信規(guī)約。

本平臺采用分層分布式結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計，即站控層、網(wǎng)絡(luò)層和設(shè)備層，詳細(xì)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如下：

圖1典型微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)組網(wǎng)方式

5充電站能量管理系統(tǒng)主要功能

5.1預(yù)測算法

光伏發(fā)電功率預(yù)測系統(tǒng)通過采集數(shù)值天氣預(yù)報數(shù)據(jù)、實時環(huán)境氣象數(shù)據(jù)、光伏電站實時輸出功率數(shù)據(jù)、光伏組件運行狀態(tài)等信息，結(jié)合相關(guān)算法模型，實現(xiàn)短期功率預(yù)測（預(yù)測光伏電站未來0h-72h的光伏輸出功率，時間分辨率為15min）、超短期功率預(yù)測（預(yù)測未來15min-4h的光伏輸出功率，時間分辨率為15min）功能。負(fù)荷預(yù)測根據(jù)歷史負(fù)荷數(shù)據(jù)，結(jié)合生產(chǎn)計劃、天氣等因素預(yù)測下一個周期的負(fù)荷需求，協(xié)助安排能源計劃和控制策略。

系統(tǒng)結(jié)合光伏發(fā)電預(yù)測和負(fù)荷預(yù)測數(shù)據(jù)計算充電可用容量，結(jié)合充電歷史特點對儲能進(jìn)行充放電控制，或調(diào)整電動汽車充電功率、價格進(jìn)行調(diào)控，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性的同時降低充電成本。

圖2光功率預(yù)測

5.2光伏儲能能量管理策略

能量管理策略采用基于博弈論的功率協(xié)調(diào)分配技術(shù)，基于在通用設(shè)計平臺和運行環(huán)境上開發(fā)能量協(xié)調(diào)控制策略，實現(xiàn)配網(wǎng)、分布式可再生能源發(fā)電、儲能裝置、充電設(shè)施之間能量的互動融合和靈活調(diào)配。系統(tǒng)在保障變壓器安全運行前提下進(jìn)行優(yōu)化調(diào)控，有效消除峰谷差、平滑負(fù)荷，短時柔性擴容，提高電力設(shè)備運行效率、補償負(fù)荷波動。同時在不允許對電網(wǎng)送電的情況下還可以通過調(diào)節(jié)光伏發(fā)電、儲能充電、調(diào)節(jié)充電樁等方式，有效防止逆功率。

圖3能量管理策略

5.3有序充電

有序充電策略主要根據(jù)負(fù)荷允許容量變化來進(jìn)行充電許可或充電功率控制，采用先到先充或權(quán)限優(yōu)先等策略，保障電網(wǎng)運行穩(wěn)定。系統(tǒng)實時監(jiān)測變壓器負(fù)荷率，計算變壓器剩余容量，結(jié)合充電需求和儲能系統(tǒng)放電容量對充電進(jìn)行動態(tài)控制，包括：用戶權(quán)限識別、充電行為統(tǒng)計、充電功率控制、允許/禁止新增充電、調(diào)整充電價格等方式來引導(dǎo)用戶充電需求，培養(yǎng)用戶充電習(xí)慣，提高電網(wǎng)對充電的友好度和容納能力。

圖4有序充電管理

5.4充電運營管理

安科瑞充電運營管理平臺是基于物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術(shù)的充電設(shè)施管理系統(tǒng)，可以實現(xiàn)對充電樁的監(jiān)控、調(diào)度和管理，提高充電樁的利用率和充電效率，提升用戶的充電體驗和服務(wù)質(zhì)量。用戶可以通過APP或小程序提前預(yù)約充電，避免在充電站排隊等待的情況，同時也能為充電站提供更準(zhǔn)確的充電需求數(shù)據(jù)，方便后續(xù)的調(diào)度和管理。平臺支持掃碼/刷卡充電、尋樁導(dǎo)航、訂單管理、充電樁監(jiān)控、收益分析等功能。

圖5充電運營管理

6.硬件及其配套產(chǎn)品

777.結(jié)束語

景區(qū)停車場車棚光伏發(fā)電和電動汽車充電站一體化體現(xiàn)了太陽能光伏發(fā)電與電動汽車停車、充電及與市電網(wǎng)的有機融合,可以減輕電動汽車充電對電網(wǎng)的沖擊,充分發(fā)揮景區(qū)停車場功能,實現(xiàn)光伏發(fā)電、旅游停車、充電三不誤,提升景區(qū)品質(zhì),既解決了電動汽車充電設(shè)施分布不均的問題,也降低了高峰期充電費用,提升了游客體驗獲得感。通過對光伏發(fā)電和充電站建設(shè)的技術(shù)和經(jīng)濟分析,可以得出在景區(qū)建設(shè)車棚光伏發(fā)電和電動汽車充電站一體化系統(tǒng)的可行結(jié)論。該系統(tǒng)充分體現(xiàn)了節(jié)能環(huán)保減排的社會效益,約10年收回建造成本,按項目周期計算凈利潤超5000萬元,具有*好的經(jīng)濟效益和社會效益,符合我國“雙碳”目標(biāo)下新能源發(fā)展的要求。