光储充一体化构建绿色能源与智能交通的交汇点

摘要：在“双碳”目标的时代背景下，能源结构转型与交通电动化进程加速交织，催生出“光储充一体化”这一创新能源解决方案。它将光伏发电（PV）、电化学储能（ESS）【152】与电动汽车充电设施（EVCharging）有机融合，构建起清洁能源生产、高效存储与绿色消纳的闭环系统，为解决可再生能源间歇性与充电需求波动性之间的矛盾提供了高效路径【0176】。关键词：光储充；能源管理系统；可再生能源；电动汽车；系统优化
1.引言
1.1研究背景
在全球能源转型和环境保护的大背景下，可再生能源的开发利用和电动汽车的普及已成为重要趋势。光储充能源管理系统作为一种将光伏发电、储能系统和【0719】电动汽车充电设施有机结合的新型能源管理模式，正受到越来越多的关注。该系统不仅能够提高可再生能源的消纳比例，还能优化电网运行，降低碳排放，具有重要的研究价值和广阔的应用前景。
1.2系统架构与协同机制
光储充一体化系统的核心在于三大模块的智能协同：
光伏发电单元：作为系统的绿色电源，通常由高效单晶硅组件构成，将太阳能转化为直流电。其出力特性受光照强度、角度、天气影响显著。
储能系统单元：多采用磷酸铁锂电池等具有高安全性和长循环寿命的技术，扮演“能量缓冲池”与“灵活调节器”的角色。它吸收光伏发电高峰期的富余电量，并在光伏出力不足或电网电价高峰时段释放电能。
智能充电单元：包含交流慢充与直流快充桩，其核心在于搭载能量管理系统（EMS）。该系统基于实时监测的光伏发电量、储能状态（SOC）、电网电价及充电需求，通过智能算法动态调度能量流，实现系统运行的经济性与稳定性*大化。
三者协同的关键在于智能能量管理。EMS依据预设策略（如“自发自用、余电存储”、“峰谷套利”、“需量管理”），实时决策：光伏发电优先供给充电负荷，富余电量存入电池；当光伏不足时，优先由储能放电支撑充电；仅在储能不足或成本*优时从电网购电。这种动态优化显著提升了可再生能源的就地消纳率，减轻电网压力。
2.核心优势与多元价值
2.1光储充一体化的价值远超简单的设备叠加
提升绿电比例，助力双碳目标：直接利用本地光伏为电动车充电，大幅降低充电过程的碳排放强度，是交通领域深度脱碳的关键抓手。
平抑波动，增强电网韧性：储能单元有效吸收光伏发电的间歇性和充电负荷的波动性（尤其是快充桩的大功率冲击），起到“削峰填谷”的作用，减少对配电网的冲击，提升局部电网的稳定性与接纳能力。
降低用能成本，创造经济收益：通过*大化利用低价光伏电、在谷电时段储电并在峰电时段放电供能或减少高价网电购入，显著降低系统整体用电成本。部分项目还可参与电力辅助服务市场获取额外收益。
提升供电可靠性：在极端天气或电网故障情况下，系统可切换至离网模式，利用储能作为备用电源，为重要充电负荷或部分设施提供应急电力保障。
2.2应用场景与发展前景
大型公共充电站/园区高速公路服务区、物流园区、商业中心停车场等车流密集区域是理想应用场景。规模化部署可有效解决大功率充电需求集中带来的扩容压力。
分布式场站：企事业单位停车场、小区公共车位等，利用闲置屋顶或车位资源建设，满足内部或公共充电需求，实现能源本地化高效利用。
微电网重要组成：作为工业园区、偏远地区微电网的核心单元，与风电等其他分布式电源互补，构建高比例可再生能源供能体系。
尽管面临初期投资成本较高、商业盈利模式仍需完善、不同设备间通信协议标准化等挑战，但随着光伏与储能成本的持续下降、电力市场化改革深入以及智能化管理技术的进步，光储充一体化正迎来加速发展期。
3Acrel-2000MG光储充电站能量管理系统
3.1平台概述
Acrel-2000MG微电网能量管理系统满足光伏系统、储能系统以及充电站的接入，进行数据采集分析，直接监视光伏、储能系统、充电站运行状态及健康状况，是一个集监控系统、能量管理、智能预测为一体的管理系统。该系统在安全稳定的基础上以经济优化运行为目标，促进新能源消纳，降低供电成本。
3.2系统架构
微电网能量管理系统应采用分层分布式结构，整个能量管理系统在物理上分为三个层：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。
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：

图1典型微电网能量管理系统组网方式
4充电站能量管理系统主要功能
4.1预测算法
光伏发电功率预测系统通过采集数值天气预报数据、实时环境气象数据、光伏电站实时输出功率数据、光伏组件运行状态等信息，结合相关算法模型，实现短期功率预测（预测光伏电站未来0h-72h的光伏输出功率，时间分辨率为15min）、超短期功率预测（预测未来15min-4h的光伏输出功率，时间分辨率为15min）功能。负荷预测根据历史负荷数据，结合生产计划、天气等因素预测下一个周期的负荷需求，协助安排能源计划和控制策略。
系统结合光伏发电预测和负荷预测数据计算充电可用容量，结合充电历史特点对储能进行充放电控制，或调整电动汽车充电功率、价格进行调控，提高系统稳定性的同时降低充电成本。

图2光功率预测
4.2光伏储能能量管理策略
能量管理策略采用基于博弈论的功率协调分配技术，基于在通用设计平台和运行环境上开发能量协调控制策略，实现配网、分布式可再生能源发电、储能装置、充电设施之间能量的互动融合和灵活调配。系统在保障变压器安全运行前提下进行优化调控，有效消除峰谷差、平滑负荷，短时柔性扩容，提高电力设备运行效率、补偿负荷波动。同时在不允许对电网送电的情况下还可以通过调节光伏发电、储能充电、调节充电桩等方式，有效防止逆功率。

图3能量管理策略
4.3有序充电
有序充电策略主要根据负荷允许容量变化来进行充电许可或充电功率控制，采用先到先充或权限优先等策略，保障电网运行稳定。系统实时监测变压器负荷率，计算变压器剩余容量，结合充电需求和储能系统放电容量对充电进行动态控制，包括：用户权限识别、充电行为统计、充电功率控制、允许/禁止新增充电、调整充电价格等方式来引导用户充电需求，培养用户充电习惯，提高电网对充电的友好度和容纳能力。

图4有序充电管理
4.4充电运营管理
安科瑞充电运营管理平台是基于物联网和大数据技术的充电设施管理系统，可以实现对充电桩的监控、调度和管理，提高充电桩的利用率和充电效率，提升用户的充电体验和服务质量。用户可以通过APP或小程序提前预约充电，避免在充电站排队等待的情况，同时也能为充电站提供更准确的充电需求数据，方便后续的调度和管理。平台支持扫码/刷卡充电、寻桩导航、订单管理、充电桩监控、收益分析等功能。

图5充电运营管理
5.硬件及其配套产品

6结束语
光储充一体化不仅是新能源发电、储能技术与电动汽车充电基础设施的物理集成，更代表着能源生产、存储与消费方式向智能化、清洁化、去中心化转型的重要范式。它有效打通了绿色能源生产与绿色交通消费之间的壁垒，为解决可再生能源消纳、电网调峰、降低充电成本、促进交通电动化提供了系统级解决方案。随着技术的迭代、成本的优化和政策的支持，光储充一体化必将成为构建新型电力系统和实现“双碳”目标进程中不可或缺的关键基础设施，引领能源与交通融合发展的绿色未来。

审核编辑 黄宇