hxiao_daqin 发表于 2018-9-26 15:19:35

研究成果 | “安全充电+峰谷调节” 精细化管理及运营平台...

本帖最后由 凡怀古 于 2018-9-26 16:01 编辑

在发展新能源和清洁能源的进程中,有两大难题值得重视:一是建立储能电站投资太大,靠市场运行,收益很低,投资回收期太长。比如,在江苏峰谷电价差别很大的地区,投资储能电站需要8年多时间,难以吸引资本进入储能领域。二是电动汽车充电难。在公共场所的安全用电领域,可供电动汽车普通车载充电器进行慢充电的充电设施几乎是空白,市场需求量巨大的另一种电动自行车安全充电插座,没有引起政府相关部门足够重视,导致每年电动自行车充电伤亡事故持续增加,对国家发展电动交通工具大战略的顺利推进产生不利影响。
01
储能电站建设难题
储能电站对于电网削峰填谷的必要性是明确的,也是急需的。难在现阶段各种储能电池的成本很高。如,江苏镇江新建40兆瓦储能电站投资超过3亿元人民币,目前只有靠国家电网来承担投资,根据《用户侧“削峰填谷”储能解决方案效益对比》(点击文章左下角“阅读原文”查看)给出的结论,采用锂电池的静态投资回收期是8.93年,而采用铅碳蓄电池是8.26年,这样的投资收益周期难以吸引资本进入这个新兴行业。何况,江苏的峰谷电价政策是力度最大的,江苏省电力价格政策见表1.
02
公共场所用电难题
公共场所用电、精细化用电需求日益增加,然而却面临着安全、成本、模式等方面的难题。

[*]在公共场所使用普通交流电,安装传统民用插座的安全隐患很大,没有安全监测手段,无法预防火灾危险。
[*]公共场所提供用电设施或者充电设施成本高,收费管理困难,服务成本高。
[*]户外用电,私拉电线,从居民家庭窗口拉电线很危险,无法形成规范安全的户外用电模式。
03
市场需求越来越明确

[*]国内公共场所用电市场,几乎处于空白状态。国家电网的用户都是为“屋内”提供用电,电表收费,十分普及。而在户外,用电设施短缺,关键是用电的收费环节,人工成本无法降低。
[*]基于安全用电的市场需求,这几年爆发性增长。全国3.5亿辆电动车,200万辆私人电动汽车,在户外充电需求紧迫。
[*]智慧城市,智慧用电,尤其是户外用电进行统一规划管理。采用物联网及大数据技术,实现远程、全面、自动监控,实现精细化智慧用电管理水平。
[*]建立有序用电新体系,智慧统筹控制户外用电过程。在峰谷价差的市场化引导机制下,实现一种崭新的削峰填谷功能,辅助解决电网稳定难题。通过建立一种峰谷充电套餐的商业机制,引导各种电动车(电动汽车)用户参与峰谷调节充电这种新型有序充电活动,为电网提升负载均衡、用户降低出行成本,全社会降低储能投入,一举多得,增加经济效益。
[*]极低成本的户外用电设施,才能带动新产业快速发展。采用最新基于大数据及物联网智能芯片,统一计量标准,提升用电过程中的安全管理,加强对充电设备防盗安全监控,便于大规模化运营管理。
04
“安全充电+峰谷调节”精细化管理及运营平台创新技术及功能
面对储能电站建设难题,及户外用电需求不断增加与公共场所用电设施短缺的矛盾,清华大学能源互联网创新研究院最新研发出了“安全充电+峰谷调节”精细化管理及运营平台。
“安全充电+峰谷调节”精细化管理及运营平台相对于传统售电模式,更加接近用户端,把用电服务计量管理诸多功能下沉到最底层的插座端,采用物联网手段与大数据后端结合,精细化管理用户的用电行为,并通过建立峰谷用电价格引导机制,让电动车用电和充电过程转移到后半夜,增加谷电使用量,为电网削峰填谷提供了一套全新的技术手段。
平台创新点
采用了物联网技术,实现用电管理数据采集功能下沉到最底端,能够大范围采集用电设施的电压、电流、功率、电量和温度值,在每一个用电最底层实现智能用电控制,不仅解决充电安全问题,也为公共场所用电负载的有序化管理提供了基本保障。由于实现了安全、有序、按需、方便的目标,在未来的用电大数据运行中,能够挖掘出前所未有的经济价值和使用价值。
平台功能

[*]设置智能云平台,智能插座中安置智能芯片,智能云平台对智能芯片进行智能管控,24小时不间断进行用电安全监管,且可以根据不同需求设置不同计费模式,计价灵活。
[*]采用物联网技术,形成用电基础大数据,通过大数据记录、分析、自学习、预警,实现对用电细节的管控。
[*]预约用电:用户可以根据自己的需求自主设置用电时间,利用谷时的低价电。充电过程可实现充电用户手机端的远程、全程监控。
[*]计量功能:利用互联网共享插座内置高精度电量计量装置,能够直接完成电压、电流、功率、电量和温度的计量,其误差0.5%(国网电表误差2%)。
[*]温控功能:利用互联网共享插座内置温控系统,出现过载、过温、过充、浪涌、漏电等异常情况时,系统将自动断电,同时向业主发送信息,提醒维护,从源头解决安全隐患。
[*]无需下载安装APP,扫码支付,即扫即用,即付即充,方便快捷。建设安装简单、运维成本低,比传统充电桩的优势在于用最低成本实现大范围密集布桩。
[*]能源互联网下将能够替代储能的调整负载功能。新技术有序充电带来实质性峰谷调节效果,相比传统专用储能电池方法投入产出,经济性提高许多倍,对投资人有巨大的吸引力。
05
平台应用效益预估
电网为了保证稳定运行,传统方式是要建立储能电站来实现削峰填谷,需要投入大量资金才能建立一定规模的储能电站。而采用“安全充电+峰谷调节”精细化管理及运营平台新技术实现峰谷调节充电功能,充分利用电动车电池需要经常充电的刚性需求,合理化调整充电时间,巧妙地解决了电网削峰填谷的难题,投资少,效果好,出门用电更方便,一举多得,经济效益最为明显。
自2018年初开始,该平台已经在北京、株洲、韶关、南昌的一些居民小区和写字楼投入运营,桂林高新区规划新建200个充电场所,有效解决新能源发展过程中遇到的安全充电问题。
图:北京双清大厦的电动汽车自带充电器充电
图:南昌的物业小区自行车标准安全充电车棚
图:电动汽车模式2充电
图:北京双清大厦自行车棚的电动自行车充电
以桂林为例,经济效益预估如下:
桂林市拥有的70万辆电动自行车自带电池,按照每个电池0.5千瓦时储电容量,总体规模相当于350兆瓦时的储能容量。电动自行车平均两天充电一次,每天需要消耗17.5万度电,我们利用新技术和新方法,把这些“储能”资源进行统一管理,让这个“分散的巨大的”分散型负载参与有序充电,实现后半夜填谷,能够有效缓解白天高峰期用电负载。
电动自行车充电,只有接入电源后,才能够接受系统调节控制。利用电动自行车充电实现的等效总功率
P=n*m*p
其中:P=总的储能等效功率;n=参与充电的车辆比率;m=地区拥有电动自行车总数量;p=电动自行车充电器功率(100瓦到300瓦范围)。
采用电动自行车进行有序充电,充电器功率100瓦计算,70万辆有一半参与充电,等效实现的是35兆瓦的储能电池充电的负载作用。
P=50%*700000*0.1KW=35MW
完成这个功能,如果专门建立储能电站,采用锂电池需要投入2.625亿元人民币。建设电动自行车“分布式储能电站”只要建设35万个能源互联网插座,总投入1.33亿元人民币,仅仅是传统锂电池储能电站投入的一半。
若利用电动汽车进行有序充电,同样实现35兆瓦储能电站的充电负载功能,每个充电器功率2千瓦,只需要建设1.75万个电动汽车充电插座设施,对应投入硬件开支875万元,投入只是传统储能电站方法总投入的4%!
采用有序充电峰谷调节充电,不仅帮助解决电网削峰填谷,提供了更加安全的充电设施,方便老百姓在停车棚充电,在物业小区电动汽车停车位充电,后半夜有序充电降低老百姓充电费用,减少储能电站场地建设占地,避免储能电站电池无谓的充放电损耗。有序充电是一种全新的技术手段,相对于储能电站而言,投资小,见效快,一举多得,是储能电站之外的另一种经济手段。
智能引导充电行为可以创造价值,电动汽车充电行为的集中协调、智能引导可以通过多种方式创造价值。首先,它可以更有效地削减峰值,从而大大减少电网投资。其次,它可以使负荷曲线在削峰之后发生变化,从而优化发电成本(将需求从峰值转移到基本负荷发电)。此外,在太阳能和风能发电过剩时加快充电,或在可再生能源产量较低时降低充电速度,都有助于整合更大比例的可再生能源发电。最后,通过提供需求响应服务,智能充电可以提供有价值的系统平衡(频率响应)服务。
让智能充电设施无处不在,随时随地都能够充电!这个新兴户外用电市场潜力巨大。在不久的将来,基于安全充电+峰谷调节充电精细化管理及运营平台的“零售电”市场必将形成一种新兴用电业态,智能充电点随处可见,方便老百姓,统一全中国,让电网喜笑颜开。
背景数据和法规


据中国产业信息数据网、《中国电动自行车质量安全白皮书》统计:我国电动自行车保有量2.5亿辆,电动三轮车保有量5000万辆,老年代步车以每年200万辆的幅度逐步增长。据桂林交警统计,截至2017年底桂林市区电动自行车保有量已经超过70万辆,占市民交通出行分担率40%。
与此同时,公共场所用电、精细化用电需求随之增加,而私拉电线、违规充电现象也在频发,用电安全问题越来越突出。公安部于2017年12月30日发布《关于规范电动车停放充电加强火灾防范的通告》,提出规范电动车停放充电行为;2018年5月15日国务院安委会办公室发布《国务院安委会办公室关于开展电动自行车消防安全综合治理工作的通知》(安委办﹝2018﹞13号),文件中特别强调针对电动自行车停放充电、安全管理等存在的突出问题,重点推动建设一批电动自行车集中停放场所和充电设施。
根据国务院安委会办公室和自治区安委会办公室统一部署要求,桂林市安全生产委员会办公室关于印发全市电动自行车消防安全综合治理工作实施方案的通知(市安委办〔2018〕45号)强调落实电动自行车停放充电管理。
为落实国务院关于发展战略性新兴产业和加强节能减排工作的决策部署,加快培育和发展节能与新能源汽车产业,政府发布《关于2016-2020年新能源汽车推广应用财政支持政策的通知》(财建〔2015〕134号),《电动汽车充电基础设施发展指南(2015-2020年)》(发改能源〔2015〕1454号)等文件,指出充电基础设施与电动汽车发展不协调、充电基础设施建设难度较大等问题的存在制约了新能源汽车的推广和应用,为此提出加强公共充电基础设施建设的规划,并给予相应的财政补贴。2016年11月7日国家发展改革委、国家能源局发布《电力发展“十三五”规划》,将加快充电设施建设,促进电动汽车发展,2020年充电设施将可满足全国超过500万辆电动汽车的充电需求。
2016年据自治区人民政府办公厅印发了《广西新能源汽车发展行动方案》指出桂林、南宁等城市建设公共充电桩与电动汽车比例不低于1:12,城市核心区公共充电服务半径小于2公里。此外,自治区发布《关于加快新能源汽车推广应用的实施意见》(桂政办发〔2015〕51号)其中明确对充换电设施建设给与财政补贴。
国家政策走向,已经明确鼓励交通工具进入“油改电”的快速通道,标志着公共场所用电需求成倍增长。


作者简介
张罗平,清华大学能源互联网创新研究院研究员,1978年考入清华大学电机系,1986年高电压专业毕业并获得硕士学位,后留校(物理系)任教10年,1993年获清华大学副教授职称。而后投身互联网企业,主要从事互联网新技术研发、企业级通讯产品开发等方面的工作,其研发的技术和产品获得实用新型专利2项、已申请国家发明专利8项。
技术成果联系人:张老师
电话:18601121132
邮箱:zlp@tsinghua.edu.cn

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