徐官屯服务区光储充电站实践及推广应用前景分析

江道康1,杨占刚 2 (1. 国网电动汽车服务有限公司,北京==100053;2. 国网重庆江北供电公司,重庆==401147)

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摘要:建设光伏储能充电站,对于促进新能源及电动汽车产业发展以及推进绿色出行具

有重要意义。本文总结了我国高速公路充电网络建设现状,介绍了京津塘高速徐官屯服务区光储充电站建设情况,从国家政策、经济性两方面分析了这一模式推广的可行性,并根据高速公路里程和太阳能资源分布情况,估算了高速公路服务区以及路侧、路面等区域光伏发电的发展=潜力。

关键词:高速公路;光伏发电;储能;充电站;绿色出行

中图分类号:TK01= 文献标识码:A= 文章编号:1003-2355-(2018)05-0044-04 Doi: 10.3969/j.issn.1003-2355.2018.05.009 Abstract: The construction of photovoltaic and energy-storage integrated charging station is of high significance in=speeding=up=the=development=of=new=energy=and=electric=vehicle=industryI=and=promoting=the=green=travel.=This=paper= summarizes=the=current=status=of=China’s=development=of=charging=network=along=the=expresswaysI=introduces=the= demonstration=project=of=photovoltaic=and=energy-storage=integrated=charging=station=of=Xuguantun=Service=Area=of=JingJin-Tang=ExpresswayI=and=analyzes=the=generalization=feasibility=of=this=pattern=from=the=aspect=of=national=policy=and= economy.=At=lastI=according=to=the=expressway=mileage=and=the=distribution=of=solar=energy=resourcesI=the=development= potential=of=photovoltaic=in=different=expressway=area=is=estimated.

Key words: Expressway;=Photovoltaic;=Energy=Storage;=Charging=Station;=Green=Travel

0 引言

光伏发电与电动汽车均为我国战略性新兴产业,也是推动能源生产和消费革命的核心内容x1、2z。《电力发展“十三五”规划》提出,到 2020 年底,光伏发电装机将达到 1.1 亿 kW 以上,其中分布式光伏发电系统 6000 万 kW 以上。2017 年分布式光伏发电新增装机 1944 万 kW ,同比增长 3.7 倍。《节能与新能源汽车产业发展规划(2012—2020)》中明确指出,2020年电动汽车产销量超过200 万辆,保有量突破 500 万辆。2017年我国电动汽车销售77.7万辆,累计保有量达到180万辆,稳居世界第一。

作为电动汽车的重要基础设施,充电网络建设对于电动汽车产业的快速健康发展具有十分重要的 意义 x3-6z。高速公路作为我国交通系统的主干网络,其沿线公共充电网络的建设可有力支撑电动汽车的跨区域、远距离出行,消除用户里程焦虑,提升用户体验。利用高速公路服务区屋顶、空地以及路侧、路面等空间资源建设分布式光伏发电系统,配套建设储能设施,打造光伏储能充电站,为高速公路基础设施和电动汽车出行提供清洁低碳能源,对于促进光伏发电与电动汽车产业发展,构建绿色交通体系都具有非常积极的作用 x7、8z。

1 国家电网公司高速公路充电网络现状

目前,我国正在积极推动高速公路充电网络布局。其中国家电网公司为积极履行社会责任,成为高速公路充电网络建设的主要力量 x9、10z。截至 2017

年底,国家电网公司已累计建设高速公路充电站1400 余座,直流快充桩超过 5000 个,建成了以“九纵九横两环”为骨干网架的高速公路快充网络,覆盖 3.1 万 km高速公路和19 个省(市、自治区)的150个城市,其中九纵是指京哈高速、京沪高速、京台高速、京港澳高速、京昆高速、沈海高速、大广高速、二广高速、济广高速;九横是指青银高速、连霍高速、沪蓉高速、沪渝高速、沪昆高速、荣乌高速、宁洛高速、沪陕高速、福银高速;两环是指首都环线、杭州湾环线。目前已建成的高速公路充电站均已接入国家电网公司充电网络平台统一运营,未来国家电网公司还将进一步扩展高速公路快充网络,为电动汽车远距离出行提供坚强保障。

2 徐官屯光储充电站示范项目

利用高速公路服务区屋顶等空间资源建设分布式光伏电站,可为高速公路沿线服务区和充电站提供绿色清洁电能,多余电量馈入电网,实现清洁能源的生产和消纳。因光伏发电具有波动性和不稳定性,可配置一定比例的储能电池来满足设备的持续用电需求 x11、12z。

2.1 项目基本情况徐官屯服务区位于京津塘高速公路天津市武清区,前期已建成高速公路充电站,包括2 台60=kW 直流充电桩和 1 台 7=kW 充电站。国家电网公司与华北高速公路股份有限公司合作,利用服务区建筑屋顶、屋后空地以及充电站雨棚等区域铺设光伏组件,共计安装光伏容量 292.1=kW,配建储能设施 228=kWh,与已建成的充电设施形成光储充一体化电站。

2.2 总体技术方案徐官屯服务区光储充电站电气结构见图 1。光伏发电系统、储能系统、充电设施以及服务区本地负荷均接在配电变压器低压侧的 400=s 交流母线上,相关信息汇集至能量控制系统。对能量控制系统设置一定的运行策略,光伏发电系统所发电力汇流后经逆变器、并网计量装置,可直接向服务区本地负荷、充电设施等供电,剩余电力可经配电变压器上网,也可根据需要存入储能电池。当光伏发电系统所发电力不足时,充电设施和服务区本地负荷使用储能电力或电网电力。

2.3 储能充放电策略为最大限度利用峰谷价差和就地消纳光伏发电系统所发电力,储能装置按照“两充两放”策略 进行充放电管理。即在夜间0 点到 6 点时段选取电网电价低谷时段进行充电,在6 点到 10 点时段向用电负荷放电;在 10 点至 17 点光伏发电的黄金时段存储光伏发电系统所发的绿色电能;在17点至 24 点负荷高峰时段向用电负荷供电,从而取得最佳经济效益。未来,高速公路服务区储能达到一定规模后,也可为电网提供调峰、调频、备用等一系列辅助服务 x13z。

2.4 项目运营管理示范项目投入运营后,光伏发电系统、储能系统和充电设施均接入国家电网公司充电网络平台,实现设备集中监控和故障检修工单的线上派发。设备运维检修结合原有充电站的运维检修工作开展,设备巡视等定期工作由徐官屯服务区工作人员承担,以充分发挥合作双方优势,降低项目运营成本。

3 项目推广可行性分析

3.1 相关国家政策

2013年以来,国家发展和改革委员会出台了《关于促进光伏产业健康发展的若干意见》、《关于进一步落实分布式光伏发电有关政策的通知》等一系列政策,鼓励和支持分布式光伏发电的发展。相关政策鼓励利用建筑屋顶及附属场地建设分布式光伏发电项目,明确国家对分布式光伏发电实行全电量补贴,部分地方政府也出台了相应的补贴政策x14z。2017 年,国家发展和改革委员会发布《关于开展分布式发电市场化交易试点的通知》,允许分布式光伏发电“隔墙售电”,进一步拓展了盈利模式。

3.2 光伏发电成本及收益比较高速公路服务区用电为大工业或工商业用电,平均电价约 0.8 元 /kWh。按照最新政策,分布式光伏发电的国家补贴为 0.37 元 /kWh。在“自发自

用、余电上网”模式下,不考虑地方补贴,光伏发电自发自用部分度电收益为服务区电价与国家补贴之和,约为 1.17 元 /kWh ;余电上网部分度电收益为燃煤标杆电价与国家补贴之和,各省燃煤标杆电价多在 0.30~0.45 元 /kWh 之间,因此余电上网部分度电收益为 0.67~0.82 元 /kWh。根据工信部发布的《2017 年我国光伏产业运行情况》,目前光伏发电的度电成本已下降至 0.5~0.7 元 /kWh。无论是自发自用还是余电上网,分布式光伏的度电收益均高于度电成本。

3.3 投资回收期测算对国家电网公司,高速公路充电站建设属于刚性投资,因此其成本及收益不纳入投资回收期测算。以徐官屯服务区项目为例,如不考虑储能系统,光伏发电单位造价为 6.5 元 /W,总投资约190 万元。取光伏发电 25 年内年平均有效光照时间为 1425=h,发电量按第一年衰减 3%,后续年份每年衰减 0.7% 计算,发电效率按 80% 计算,则光伏发电系统第一年预计发电量约 33.3 万 kWh,整个生命周期 25 年内预计共发电约 748.9 万 kWh。根据服务区负荷统计情况,光伏所发电力的60%可以就地消纳, 40% 上网。在折现率为 8% 的情况下,投资回收期约为 7.6 年。如考虑储能系统,锂电池储能系统单位造价约 1.8 元 /Wh,增加投资约 40 万元,电池寿命按照 5 年考虑,则投资回收期将拉长至 9 年左右。

考虑到部分地区还安排了光伏初装补贴和发电补贴以及光伏成本和储能成本的不断下降等因素,光储充电站建设的投资回收期还将进一步缩短。现阶段在储能还不具备经济性的情况下,也可先预留储能安装位置或减小储能规模。

4 高速公路光伏发电发展潜力分析

4.1 我国高速公路和太阳能资源分布

x15z我国太阳能辐射资源丰富 ,总体呈“高原大于平原、西部干燥区大于东部湿润区”的分布特点。西藏、青海、新疆、内蒙古南部、山西、陕西北部、河北、山东、辽宁、吉林西部、云南中部和西南部、广东东南部、福建东南部、海南岛东部和西部以及台湾省的西南部等广大地区的太阳辐射总量很大。尤其是青藏高原地区最大,年总辐射量超过 1800=kWh/m2 ,部分地区甚至超过2000=kWh/m2。全国以四川和贵州两省的太阳年辐射总量最小,其中尤以四川盆地为最,属于低于1000=kWh/m2 的区域。2016 年底,我国高速公路 4.2 高速公路服务区光伏发电发展潜力测算徐官屯服务区属于我国最早建设的服务区之一,与后期建设的服务区相比,占地面积、建筑面积偏小,且本次未考虑在服务区路侧护坡安装光伏发电系统。在充分考虑上述因素后,光伏组件安装容量可达 500=kW。若再考虑利用服务区停车场空地,则光伏组件安装容量可达 1=MW。

按照以下边界条件进行测算:①平均每 50=km一对服务区;②每对服务区可安装光伏组件容量分低、中、高3种情况,分别为 292=kW、500=kW、1=MW ;③发电效率为80%。基于 2016 年数据,按照低、中、高3种方案估算,可利用高速公路服务区建设光伏发电系统分别约 76.3 万 kW、= 130.6 万 kW 和 261.1 万 kW ;全年发电量分别可达 7.9 亿 kWh、13.5 亿 kWh 和 27.02 亿 kWh。

4.3 高速公路沿线光伏发电发展潜力分析除服务区外,高速公路两侧护坡、空地以及路面也可安装分布式光伏发电系统。对路侧护坡、空地,光伏电站往往没有合适的并网点,需要增加配电变压器及线路投资,同时由于道路及周边负荷少,难以实现大比例的自发自用,项目的经济性不足。路侧光伏方阵还可能带来影响司机视线、交通事故后二次伤害、防火等安全问题,需要额外投资或特殊设计,光伏组件也无法设计为最佳朝向和位置,投运后运维成本也较高,进一步降低了项目的经济性。这部分光伏发电的可装机规模取决于具体的经济性及应用场景,难以准确估算其规模。

对高速公路路面,目前已开展了一些研究x16z,世界上首条高速公路光伏路面试验路段已在山东济南建成通车,但项目投资成本高,技术尚不成熟,同时也存在与路侧光伏方阵相同的弊端。粗略估算, 2016 年底全国高速公路车道里程达

57.95 万 km,车道宽度约为 3.5=m,按照每 15=m2安装 1=kW 的光伏方阵考虑,高速公路路面理论可装机容量为 135=GW,与目前全国光伏累计装机总容量相当,未来具备很大的发展潜力。

5 结论

(1)以徐官屯服务区为例,将已建成的高速公路服务区充电站改造为光伏储能充电站的投资回收周期约为 7~9 年,而光伏发电系统寿命长达 25年,因此对高速公路充电站加装光伏储能系统具备经济可行性。

(2 )按照每对服务区安装 1=MW 光伏装机容量考虑,我国高速公路服务区分布式光伏发电理论装机容量可达 260 万kW,全年发电可达 27 亿 kWh,高速公路光伏发电发展的潜力巨大。

(3)在全国高速公路服务区乃至路侧、路面推广建设光储充电站可有效解决电动汽车远距离绿色出行问题,推动新能源、电动汽车产业发展和绿色交通体系的构建。

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图 1= 徐官屯光储充电站电气结构图

图 全国各省区市(不含港澳台地区)高速公路里程及= 有效光照时间

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