安科瑞 劉秋霞
摘要:本文從能源安全的視角出發(fā)，探討了新能源汽車雙向峰谷充放電技術(shù)的研究與應(yīng)用。首先分析了新能源汽車的發(fā)展現(xiàn)狀和能源安全問題。接著，詳細描述了雙向峰谷充放電技術(shù)的概念和特點、原理及模式，以及各自的優(yōu)缺點。同時，本文還闡述了政策環(huán)境和市場需求、充放電策略設(shè)計與實現(xiàn)、各種新能源汽車的雙向峰谷充放電技術(shù)應(yīng)用研究，以及雙向峰谷充放電技術(shù)應(yīng)用案例分析，探討了其對新能源汽車充電設(shè)施和電網(wǎng)的影響。最后，展望了技術(shù)挑戰(zhàn)和難點、雙向峰谷充放電技術(shù)的未來發(fā)展方向以及未來發(fā)展趨勢。
關(guān)鍵詞:能源安全;雙向峰谷;新能源汽車
一、引言
隨著全球經(jīng)濟的快速發(fā)展和人民生活水平的提高，對能源的需求量越來越大。然而，傳統(tǒng)化石能源的供給受到了各種因素的制約，如資源枯竭、環(huán)境污染等問題。根據(jù)《國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十二個五年規(guī)劃綱要》和國家發(fā)展改革委和國家能源局的《關(guān)于促進新時代新能源高質(zhì)量發(fā)展的實施方案》，新能源技術(shù)的發(fā)展成為當前全球關(guān)注的焦點。
新能源汽車作為新能源技術(shù)領(lǐng)域中的一個重要分支，在減少傳統(tǒng)汽車尾氣排放、改善空氣質(zhì)量、緩解能源壓力等方面具有不可替代的作用。在新能源汽車中，電動汽車因為具有*排放、低噪聲、高效節(jié)能等特點，逐漸成為市場主流。其推廣和發(fā)展對于能源的可持續(xù)利用和環(huán)境的保護具有重要意義。然而，新能源汽車的發(fā)展也遇到了許多難題，其中之一就是儲能和充電問題。新能源汽車的電池壽命和續(xù)航里程直接影響著用戶的使用效果和體驗，這也成為制約電動汽車進一步普及的主要瓶頸之一。
針對電動汽車的充電問題，目前已經(jīng)出現(xiàn)了很多解決方案，其中雙向峰谷充放電技術(shù)被認為是一種可行且有效的解決方案。這項技術(shù)是利用電網(wǎng)峰谷價差，將電動汽車電池作為儲能裝置，在低谷時段進行充電，在高峰時段進行放電，以此達到平衡電網(wǎng)供需的目的。實現(xiàn)這項技術(shù)對于提高電力系統(tǒng)運行效率、緩解電網(wǎng)負荷壓力、穩(wěn)定能源系統(tǒng)和促進新能源汽車的普及等方面都具有重要意義。本文將從能源安全的視角出發(fā)，研究新能源汽車中雙向峰谷充放電技術(shù)的實現(xiàn)與應(yīng)用。
二、能源安全視角下的新能源汽車
2.1 新能源汽車發(fā)展現(xiàn)狀
隨著環(huán)保意識的不斷提高和政策的支持，新能源汽車已經(jīng)成為中國汽車行業(yè)乃至全球的重要發(fā)展方向。根據(jù)國家統(tǒng)計局發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，2022 年我國新能源汽車銷量688.7萬輛，同比增長93.4%，銷量占全年汽車總銷量的25.6%，占到全球銷量的61.2%。同時，據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會預測，到2035 年我國新能源汽車保有量將超過5 000 萬輛。
在全球范圍內(nèi)，電動汽車制造商也在不斷涌現(xiàn)。特斯拉、比亞迪、日產(chǎn)、寶馬等*名汽車品牌都紛紛推出了各自的電動汽車產(chǎn)品線，并不斷創(chuàng)新技術(shù)，以提高電池續(xù)航能力和充電速度。
2.2 能源安全問題分析
盡管新能源汽車市場正在蓬勃發(fā)展，但能源安全問題仍然是一個需要重視的問題。首先，新能源汽車的普及程度還不夠，依賴于傳統(tǒng)化石燃料的汽車仍然占據(jù)主導地位。這就意味著，如果新能源汽車的供應(yīng)受到某些因素的限制，如政策、技術(shù)等方面，將會給能源供應(yīng)帶來巨大的壓力。
其次，新能源汽車需要耗費大量電力進行充電。電力系統(tǒng)自身就存在著負荷不平衡的問題，如果在高峰期間大量充電將會對電網(wǎng)造成很大的沖擊，從而導致電力系統(tǒng)的不穩(wěn)定和安全隱患增加。
最后，新能源汽車所配備的電池儲能裝置是一項關(guān)鍵技術(shù)。目前，電池儲能裝置的生產(chǎn)還存在成本高、資源缺乏、回收利用等問題，這些問題同樣會制約新能源汽車的發(fā)展和普及。
三、能源安全視角下新能源汽車的雙向峰谷充放電技術(shù)研究
在能源越來越緊張的現(xiàn)實情況下，尋求新能源的替代成為緩解能源短缺問題的有效途徑，而提高能源利用效率也成為當今能源領(lǐng)域的熱點。作為新能源領(lǐng)域的重要一環(huán)，新能源汽車已經(jīng)引起廣泛關(guān)注，并成為各國政策的主導方向之一。與傳統(tǒng)汽車相比，新能源汽車更加依賴于穩(wěn)定、可靠的電力源供應(yīng)和可靠的充電基礎(chǔ)設(shè)施。如何提高新能源汽車在發(fā)電、儲能和充電等方面的效率，已經(jīng)成為當前能源領(lǐng)域研究的核心問題之一。
*所周知，新能源汽車所使用的電池一般都是鋰離子電池，其性能在不同溫度和電荷水平下有所變化。傳統(tǒng)的充電模式只關(guān)注在一個固定的時間內(nèi)為電動汽車充電，并不考慮最佳的充電溫度和時間，因此在充電效率和電池壽命等方面存在很大局限。而雙向峰谷充放電技術(shù)則能夠解決這一問題，提高新能源汽車的充電效率和減少能源浪費。在新能源汽車不使用的時候，把車上的動力電池當成一個小型儲能系統(tǒng)接入電網(wǎng)，為局部電力穩(wěn)定做貢獻。
3.1 雙向峰谷充放電技術(shù)的概念和特點
雙向峰谷充放電技術(shù)是在雙向直流快速充放電技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的。它利用電網(wǎng)電價波峰波谷變化進行新能源汽車的充放電控制。通過預測未來的電能價格波峰和波谷，該技術(shù)利用電動汽車電池的儲能功能，在波谷期間充電，在波峰期間放電，從而實現(xiàn)對電池的高效管理。由于該技術(shù)能夠充分利用電池資源，保障用電安全，因此受到了廣泛關(guān)注，并在多個地區(qū)得到了廣泛應(yīng)用。
雙向峰谷充放電技術(shù)的特點包括3點:首先，該技術(shù)能夠減少電池的虧電狀態(tài)次數(shù)，提高電池壽命;其次，該技術(shù)使充電的溫度和時間得到合理控制，從而提高充電效率;第三，該技術(shù)應(yīng)用非常廣泛，涵蓋家庭儲能、公用儲能、新能源汽車充電等多個領(lǐng)域。
3.3 雙向峰谷充放電技術(shù)的優(yōu)缺點
雙向峰谷充放電技術(shù)在提高新能源汽車效率和電能利用效率方面優(yōu)點明顯，其具體優(yōu)缺點如下:
優(yōu)點:
(1)合理控制電池的溫度和充電時間，從而提高充電效率和延長電池壽命;
(2)有效利用電池容量，實現(xiàn)較好的儲能管理,
(3)可通過遠程控制對新能源汽車的充放電進行管理和優(yōu)化;
(4)可以緩解電網(wǎng)峰谷負荷不平衡的問題;
(5) 降低充電成本，同時提高充電效率。
缺點:
(1)雙向峰谷充放電技術(shù)需要高精度的充放電控制，并對電池狀態(tài)進行較為細致的監(jiān)測，因此需要投入較多的人力、物力和財力;
(2) 電池的充放電特性意味著會有一定的損耗，因此需要研究如何降低這種損耗;
(3)充電設(shè)施的建設(shè)需考慮電池的可充放性，并解決充放峰谷值等問題,
綜上所述，雙向峰谷充放電技術(shù)是一種基于電網(wǎng)電價波峰波谷特點的充放技術(shù)。它通過控制新能源汽車電池的充放電，使得充電時長和充電溫度得到合理控制，進而提高了電池壽命和充電效率，并降低了充電成本。隨著新能源汽車產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，雙向峰谷充放電技術(shù)將展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。
四、應(yīng)用方案
圖1 平臺結(jié)構(gòu)圖
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確的充電需求數(shù)據(jù)，方便后續(xù)的調(diào)度和管理。通過平臺可對充電樁的功率、電壓、電流等參數(shù)進行實時監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)和處理充電樁故障和異常情況對充電樁的功率進行控制和管理，確保充電樁在合理的功率范圍內(nèi)充電，避免對電網(wǎng)造成過大的負荷。
五、安科瑞充電樁云平臺具體的功能
平臺除了對充電樁的監(jiān)控外，還對充電站的光伏發(fā)電系統(tǒng)、儲能系統(tǒng)以及供電系統(tǒng)進行集中監(jiān)控和統(tǒng)一協(xié)調(diào)管理，提高充電站的運行可靠性，降低運營成本，平臺系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示。
圖2 充電樁運營管理平臺系統(tǒng)架構(gòu)
大屏顯示：展示充電站設(shè)備統(tǒng)計、使用率排行、運營統(tǒng)計圖表、節(jié)碳量統(tǒng)計等數(shù)據(jù)。
圖3 大屏展示界面
站點監(jiān)控：顯示設(shè)備實時狀態(tài)、設(shè)備列表、設(shè)備日志、設(shè)備狀態(tài)統(tǒng)計等功能。
圖4 站點監(jiān)控界面
設(shè)備監(jiān)控：顯示設(shè)備實時信息、配套設(shè)備狀態(tài)、設(shè)備實時曲線、關(guān)聯(lián)訂單信息、充電功率曲線等。
圖5 設(shè)備監(jiān)控界面
運營趨勢統(tǒng)計：顯示運營信息查詢、站點對比曲線、日月年報表、站點對比列表等功能。
圖6 運營趨勢界面
收益查詢：提供收益匯總、實際收益報表、收益變化曲線、支付方式占比等功能。
圖7 收益查詢界面
故障分析：提供故障匯總、故障狀態(tài)餅圖、故障趨勢分析、故障類型餅圖等功能。
圖8 故障分析界面
訂單記錄：提供實時/歷史訂單查詢、訂單終止、訂單詳情、訂單導出、運營商應(yīng)收信息、充電明細、交易流水查詢、充值余額明細等功能。
圖9 訂單查詢界面
六、產(chǎn)品選型
安科瑞為廣大用戶提供慢充和快充兩種充電方式，便攜式、壁掛式、落地式等多種類型的充電樁，包含智能7kw/21kw交流充電樁，30kw直流充電樁，60kw/80kw/120kw/180kw直流一體式充電樁來滿足新能源汽車行業(yè)快速、經(jīng)濟、智能運營管理的市場需求。實現(xiàn)對動力電池快速、高效、安全、合理的電量補給，同時為提高公共充電樁的效率和實用性，具有有智能監(jiān)測：充電樁智能控制器對充電樁具備測量、控制與保護的功能；智能計量：輸出配置智能電能表，進行充電計量，具備完善的通信功能；云平臺：具備連接云平臺的功能，可以實現(xiàn)實時監(jiān)控，財務(wù)報表分析等等；遠程升級：具備完善的通訊功能，可遠程對設(shè)備軟件進行升級；保護功能：具備防雷保護、過載保護、短路保護，漏電保護和接地保護等功能；適配車型：滿足國標充電接口，適配所有符合國標的電動汽車，適應(yīng)不同車型的不同功率。下面是具體產(chǎn)品的型號和技術(shù)參數(shù)。
七、現(xiàn)場圖片
八、結(jié)論
新能源汽車雙向峰谷充放電技術(shù)具有廣闊的發(fā)展前景，以下是筆者對于未來發(fā)展方向和趨勢的幾點思考:
(1)智能化管理系統(tǒng)的進一步完善
隨著人工智能和物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的不斷發(fā)展，智能化管理系統(tǒng)將能夠更加精準地分析用戶用電需求和電力市場變化，從而提升充放電效率和利用率。未來，智能化管理系統(tǒng)將成為新能源汽車雙向峰谷充放電技術(shù)發(fā)展的重要方向。
(2)多種能量儲存技術(shù)的應(yīng)用
日前，鋰離子電池是新能源汽車雙向峰谷充放電技術(shù)*常用的能量儲存設(shè)備，但其體積，重量較大，儲能密度也有限未來，固態(tài)電池、超級電容器和氫燃料電池等新型能量儲存技術(shù)將得到進一步推廣和應(yīng)用。
(3) 共亨經(jīng)濟的發(fā)展
共亨經(jīng)濟的發(fā)展為新能源汽車雙向峰谷充放電技術(shù)提供了廣闊的應(yīng)用場景。通過將多余的電量回饋給電網(wǎng)或者輸送到家庭、企業(yè)用電設(shè)備中，可以實現(xiàn)電力資源的共享和優(yōu)化利用。
(4)國際合作的加強
新能源汽車雙向峰谷充放電技術(shù)是一項全球性的技術(shù)挑戰(zhàn)，需要各國在技術(shù)研發(fā)、政策制定、標準規(guī)范等方面進行緊密合作與交流。未來，國際合作將成為新能源汽車雙向峰谷充放電技術(shù)發(fā)展的重要趨勢之一。
總而言之，雙向峰谷充放電技術(shù)尚處于起步階段，但其潛力巨大，未來發(fā)展前景十分廣闊。在未來的發(fā)展中，需要持續(xù)加強技術(shù)創(chuàng)新，提高技術(shù)成熟度，并不斷擴大應(yīng)用范圍。同時，制定相關(guān)的政策和法規(guī)也至關(guān)重要，以推動雙向充電樁的普及。作為起點，可以先在小范圍內(nèi)推廣不接入國家電網(wǎng)的雙向充電樁，例如企事業(yè)單位內(nèi)部，從而加快雙向峰谷充放電技術(shù)的推廣步伐。在政府的大力推動下，預計在未來的數(shù)年內(nèi)，雙向峰谷充放電技術(shù)將廣泛應(yīng)用于多個領(lǐng)域，并與光伏和風能等可再生能源相結(jié)合，為我國能源清潔低碳轉(zhuǎn)型、電力安全穩(wěn)定供應(yīng)、促進技術(shù)和模式創(chuàng)新，以及推動電力工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展方面做出重要貢獻。
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