光储充一体化充电站能量管理系统方案全流程研究

​​安科瑞 吕梦怡

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摘要：从国家统计局官网可获悉，2023年新能源汽车产量为944.3万辆，比2022年同比增长30.3％。截至2023年9月底，新能源汽车保有量达到1821万辆。而相应的，到2023年底，我国充电基础设施已经累计达到859.6万台，同比增长了近30.6％。相应的充电基础设施是保障新能源汽车产业发展的重要基础，对我国交通领域低碳转型起到关键作用。

关键词：新能源；光储充一体化；储能；充电桩

0引言

随着电动车保有量地增长，其对应地充电需求功率也在不断增长，对固有的系统输电和发电能力造成了新的负担。为应对新的新能源充电需求，在提倡节能减排、绿色环保的情况下，社会上各种解决方案开始出现。其中便包括“光储充一体化充电站”。

1“光储充一体化充电站”的由来

“光储充一体化充电站”其实是指集成太阳能光伏发电、大容量储能电池、智能充电桩于一体的新型充电站。其中光伏系统通过转化太阳能为电能，大容量储能电池则是储存光伏系统产生的电能，充电桩则是负责充电。

光储充一体化电站，一方面通过优先使用光伏电能、多余的电量存入储能系统、充满之后接上电网以及储能夜间充电日间用电的原则，实现太阳能清洁能源就地消耗，完全解决大功率充电对电网的不良影响。另一方面闭环的充电和换电场景，可以满足大量电动车车主的充电需求，实际真正的绿色出行。

光、储、充一体化充电方案是新新能源、储能、智能充电互相协调运转的一种新型绿色充电模式，也是在国家大力推广电动汽车、充电桩市场急需扩大等背景下产生的一个新型的商业模式。

2国家政策支持

2020年，国务院办公厅在印发的《新能源汽车产业发展规划（2021～2035年）》里明确指出，鼓励“光储充放”多功能综合一体站建设。

进入2022年后，国家多项政策更是陆续被推出。国家发展改革委、国家能源局印发了《“十四五”现代能源体系规划》、《“十四五”新型储能发展实施方案》和《关于进一步推动新型储能参与电力市场和调度运用的通知》，提出要加速推进“光储充换”相结合的新型充换电场站试点示范，这些政策对我国推动新型储能市场化、规模化和产业化发展作出了重要部署。

2023年2月，工信部等八部门又发部了《关于组织开展公共领域车辆全面电动化先行区试点工作的通知》，在通知里也有提到要加快“光储充放”一体化试点应用，探索新能源汽车参与电力现货市场的实施路径。

最近几年来，一系列“光储充一体化充电站”鼓励政策的加速出台，逐步推动了该行业进入规模化发展阶段。

3“光储充一体化充电站”的经济价值

3.1大副提高能源转换效率

首先，光储充一体化电站可以大大增加新能源汽车充电站的配电容量，解决很多充电站配电容量不够的问题，其使用夜间电网低谷电价进行充电储能，在充电高峰期又可以通过储能配合市电一起为充电站供电，满足了高峰用电需求，这样即实现了削峰填谷，又可以省掉相当一部分配电增容的费用。其次，系统还增加了光伏发电，也弥补了光伏发电的不连续的问题，可以在电网和光伏发电之间找到平衡点，提高了能源转换效率，是一种可持续发展的能源利用方式。

另外，光储充一体化电站也有助于缓解电动车行业发展过快带来的电力供应紧张的局面，提高供电的可靠性，提高整个电力市场的稳定和运行效率。

3.2资源整合

光储充一体化电站不仅可以协调光伏、电网和充电桩，满足新能源充换电站的绿色电力补充，在实际建设的时候，其建设的方法有着其特有的方式。对于一些拥有空旷场所的地方，其建设往往都可以跟户外的很多建筑或设施相结合。比如加油站、户外停车场、

工业园区等。这样可以将大量的建筑闲置面积利用起来，节约了土地资源成本，还可以通过“光伏+交通”的模式，改造服务区和加油站等地方，不仅可以增加绿色能源的场景，还可以进一步美化社会环境。

光储充一体化电站在能源上可以整合光伏和电网，在建筑设计上可以整合充电桩和闲置的户外空间。

3.3降低企业运营成本

最近几年，随着光储充一体化电站方案的逐渐成熟，不少光伏企业也开始加入光储充一体化电站的队伍，用光伏+储能的方式去迎接新时代的碳中和碳达峰。包括特斯拉、华为、小米等大型企业也在加码光储充一体化的建设。

作为一种新型的新能源系统，光储充一体化电站首先可以为各类充电设施提供持续的绿色电力。其次，

光储充一体化电站在白天可以储存光伏发电的电能，其通过优化配置和能量存储，更能实现本地能源与用电负荷的平衡，在夜间电价较低的时候给储能装置充电，在用电高峰期的时候又使用储能装置储存好的电能，避免大量地使用高价的电网电能，这降低了整个电站的运营成本。一方面是解决了充电高峰期突然产生的大电流对电网的影响，另一方面是可以通过峰谷的电费差价，给电站的运营带来一定的收益。

3.4配套新能源汽车，解决充电难问题

新能源汽车充电桩是新能源汽车的重要“加油站”，充电基础设施的建设情况，是影响整个新能源汽车产业发展的关键因素之一。随着新能源汽车的越来越普及，充电桩数量的大量增加和快充技术的大量应用，

对充电站的供电容量要求也越来越高，现有充电体系很难满足日益增长的充电需求。

光储充一体化电站不但可以完全解决普通新能源汽车充电站电网配电不够的问题，还可以过利用太阳能发电，减少交通领域的碳排放，让新能源汽车真正地使用上绿色能源。

4汽车与电力的新桥梁

2020年9月中国明确提出2030年“碳达峰”与2060年“碳中和”目标。在这一背景下，汽车与电力的变革是必然的。而随着汽车行业正在由传统燃油汽车向新能源汽车转型，能源行业也正在由石化煤等传统能源向光、风、水等新能源转型。同时，以大数据为基本的工业互联网时代也在逐步到来。

可惜，光、风、水等新能源具有波动和不确定性较大的特性，如何去维持发电端、电网端和用户端的应用，如何去保持各个环节发电与用电的动态平衡，成为了一大难题。而储能设备具有能量存储和释放的双向调节功能，已经成为了绿色电力系统的刚需。汽车行业的变革需要与电力系统相结合，绿色能源的利用也需要储能设备的调节。

光储充一体化电站，是将电网、新能源汽车技术、光伏技术和互联网信息技术相结合起来，可以从源头改变能源结构，治理污染，有助于社会经济转型，是实现“双碳”的解决方案之一。

5光储充一体化电站的新方向

未来，随着新能源汽车行业的持续发展，其功能将会远远突破载人和运营。随着人工智能和自动驾驶技术的同步发展，数量庞大并且携带着大电池的新能源汽车必将在智能电力系统中充当关键角色，在未来世界中变身成为一个个智能移动存储单元。

而随着储能技术的发展，光储充一体化充电站有希望成为充换电基础设施发展的重要方向。目前光伏储能行业已经开始进入了规模化发展阶段，储能项目未来必将被广泛应用，成为新能源领域经济发展的新动力。在新能源汽车行业已经整体井喷发展的情况下，电动汽车的保有量也在飞速增长。在种种条件下，光储充一体化电站发展的前景可以说是不可限量。然而，在目前光储充一体化充电站还不具备很好的经济性的情况下，更是需要更多的企业参与进来，并且把用心专研突破关键技术壁垒，特别是在一体化电站如何实现更加经济化的关键技术上。

6合理布局

近些年来，在新能源行业，陆续出现了重卡换电、超级快充、有序充电、V2G、光储充一体化等方案，这是由新能源市场的井喷所决定的，并且在未来新能源充换电市场还有非常大的增长空间，有可能还会有更多的模式出现。未来，在不同的场所，将会有不同的应用方案，并不是一个模式就可以适用所有的场合。

光储充一体化电站更适用于工业园区、住宅小区、高速服务区等拥有一定空置场地的地方，通过光伏发电和储能优化能源配置，减少用电成本，增加绿色用电。

例如在高速公路服务区建设光储充一体化电站已经成为一个新的发展方向。可以充分利用现有服务区大量闲置的空间布置光伏发电和储能系统，为新能源汽车提供真正的清洁能源。

又比如可以在乡村建设光储充一体化电站，这不仅可以增加新能源汽车在乡村的渗透率，还可以在一定程度上满足部分乡村用电，进而节约能源，为提振绿色乡村作出贡献。

7安科瑞微电网能量管理系统概述

7.1概述

Acrel-2000MG微电网能量管理系统，是我司根据新型电力系统下微电网监控系统与微电网能量管理系统的要求，专门研制出的企业微电网能量管理系统。本系统满足光伏系统、风力发电、储能系统以及充电桩的接入，进行数据采集分析，直接监视光伏、风能、储能系统、充电桩运行状态及健康状况，是一个集监控系统、能量管理为一体的管理系统。该系统安全稳定的基础上以经济优化运行为目标，提升可再生能源应用，提高电网运行稳定性、补偿负荷波动；有效实现用户侧的需求管理、消除昼夜峰谷差、平滑负荷，提高电力设备运行效率、降低供电成本。为企业微电网能量管理提供安全、可靠、经济运行提供了全新的解决方案。

微电网能量管理系统应采用分层分布式结构，整个能量管理系统物理上分为三个层：设备层、网络通信层和站控层。站级通信网络采用标准以太网及TCP/IP通信协议，物理媒介可以为光纤、网线、屏蔽双绞线等。系统支持ModbusRTU、ModbusTCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT等通信规约。

7.2适用场合

系统可应用于城市、高速公路、工业园区、工商业区、居民区、智能建筑、海岛、无电地区可再生能源系统监控和能量管理需求。

7.3系统架构

本平台采用分层分布式结构进行设计，即站控层、网络层和设备层，详细拓扑结构如下：

审核编辑 黄宇