光储充发展现状与难点

2023-06-30 15:59

市场洞察

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随着环保意识的不断提高和对传统燃油汽车的限制加强，新能源汽车在近年来爆发发展。2022年中国新能源汽车销量全球第一，占全球比重超过60%。到了2023年，仅4月份，中国新能源汽车销量就达到49.44万辆，同比增长86.28%。

中国乃至全球市场的高景气发展，推动充电基础设施服务需求的快速增长。充电服务市场已经形成了以充电站、充电桩为主的基础设施服务，辅以各种充电服务产品，如充电APP、充电卡等。

从政策上看，我国公共充电服务市场可以分为四个阶段。2006到2014是萌芽期，随着政策的指导和支持，比亚迪、国家电网开始投运充电站；2015到2018是成长期，有了发改委牵头，财政部支持，以及资本市场介入，民营企业开始涌入市场；2019到2025年是爆发期，由于新能源汽车的发展，充电桩的建设呈爆发式增长，中国在这个阶段已经建成全球最大的充电网络。在不久的将来，中国公共充电服务市场会进入成熟期，包括整个运营、商业模式、生态体系等都将发展成熟。

我国充电站保有量已经超500万台。但相比于电动车的快速发展，虽然充换电基础设施建设速度明显加快，但仍有巨大的充电桩缺口。到2022年底，国内车桩比也才为2.5:1，并且超过一半是私人充电桩。根据工信部规划，到2025年我国将实现车桩比2:1，2030年车比1:1，因此，我国充电桩建设有望提速。

技术发展

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但充电桩的建设和发展，其实对电网是有冲击的。例如对配电网负荷曲线的影响、对系统电压偏差的影响、对系统网损增加的影响、对系统三相平衡的影响、对变电站供电范围和短路容量的影响、对系统三相平衡的影响等。

充电站建设所带来的一系列问题，为“光伏+储能+充电”一体化发展提供了良好的机遇。“光储充”简单来说是将光伏、储能、充电桩等元素通过电力电子转换技术结合在一起，组成小型的源、网、荷、储新型电力系统。它能够实现绿色能源高效友好利用，如解决分布式新能源随机性、波动性的问题；通过储能实现削峰填谷、需求响应、电网调峰调频等降低用能成本；与电动车V2G技术结合，创新性进行用能与发电载体融合的科技实践；对充电负荷进行分类、分析以及智能化控制，探索与新能源车的结合形式等。

因此，“光储充”的结合能够很好解决光伏消纳能力不足和电网冲击等问题。直流和交流充电桩、微电网、容量配置以及车辆对网（V2G）等，都是“光储充”研究的热点和发展方向，同时也包括商业模式等相关问题。

为了推动新能源汽车及充电服务市场的发展，政府出台了一系列激励政策，包括针对新能源车和充电桩建设的政策规划以及促进“光储充一体化”建设运营的补贴政策。这些政策将为新能源汽车及充电服务市场的健康发展提供有力支持。不久的将来，“光储充一体化车棚”将成为普遍存在的便民基础设施。

应用场景

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“光储充”在各应用场景的特点包括：一是实现光伏最大化自发自用，余电储存备用或直接用于充电；二是促进光伏就地消纳，减少城市的用电压力，实现业主自身的经济效益最大化；三是通过一体化建设，车棚上布局光伏，提高城市空间综合利用率；四是丰富城市和城际的基础设施，最大化方便市民出行。

我们把 “光储充”电站应用场景大致分为三类：第一类是城市充电站，主要指的是建设在公共停车场、物业小区内、以及商场的充电站。通过在这些地方建设“光储充”电站，满足城市私家车和营运、货运车辆等充电需求，它相当于一个城市里面的加油站，最大的特点就是便捷，这些车辆的停车时段较长，此时就不需要大功率充电桩；第二类是高速服务区，主要是满足长途旅行的需求，这个时候就需要大功率充电桩完成快速充电；第三类是工业园区，工厂的建设空间较为充裕，安全是首要考虑因素。同时，在“双碳”的大背景下，政府要求企业清洁生产、节能减排，这样一来，“光储充”的设计还能抵消一定的碳排放，帮助企业实现减排目标。此外，还有港口、民航、工业器械等特殊的充电场景。

“光储充”电站的核心是停车充电一体化，也就是即插即用。例如，我们把车停在公司，顺手连接上充电桩，实现停车即充电。关于充电时间段和时长，下午四点到六点，或者晚上十点到两点，这两个时间段充电比较集中，形成高峰，对电网会产生一定影响；而营运车辆一般会在中午午休的时候。“光储充”的结合，可以弱化充电高峰的影响，弱化车主充电习惯的影响，通过“光储充”电站的智能控制，实现即插即用的同时避免对电网造成冲击。

需要指出的是，单纯的充电桩及电网调控与“光储充”电站系统调节负荷是存在较大区别的。例如单纯的电网调控，用电单位只能根据用电负荷、充电桩负荷，提前计划用电设备的开和关，无法根据峰谷电价等策略进行智能用电。如果是“光储充一体化”系统，在光伏的基础上加入储能电池，具备多种控制策略，可以通过电池的充放电能力弥补光伏发电不稳定的缺点，实现供电和用电的基本平衡，使整个系统的可操控性更强，这就不必限制光伏的发电和充电桩的用电了。

建设难点

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在“光储充”电站场景规划方面，主要分为四步：设计、选型、建设、运营。

设计指的是场景设计，决定了充电桩是大功率还是低功率，储能电池大容量还是小容量；其次是系统配置和布局，要结合电站服务的新能源车类型和数量，设计规模适合的、满足车辆充电需求的规划。

选型包括光伏组件、储能电池、充电桩类型。

建设包含合作模式，这里主要是指的EPC模式、EMC模式、设备提供解决方案、租赁合作等合作建设模式。

运营有两个层次的含义，一个是充电桩运营商业模式，是指提供充电站设备和充电服务的商业模式，例如一些运营商会有自己的电价模板；而“光储充”系统运营模式指的是根据政策、电价、能源策略，对设备进行监控、大数据分析，根据宏观环境制定相应的电站运行策略。

“光储充”电站的建设势必会遇到诸多挑战，比如，在宏观层面，分布式光伏大量接入配电网，以及电动汽车群集中高峰期充电，均会对电网造成冲击。

对于电动车充电而言，目前单个直流快充桩的功率在60kW以上，一台直流快充桩运行，大约相当于二三十个家庭的用电量，这对电网的冲击是很大的。其次，电动汽车蓄电池充电属非线性负荷，充电过程中会也产生谐波。谐波会对电网造成危害，引起线路或变压器附加损耗增加和发热，当充电站的电动汽车采用大电流快速充电时，会形成150～600A的大电流，这可能会造成电网不稳定，并且过分密集的集中充电可能导致充电站瞬时负荷过大，对电网的负荷调节能力、载荷能力以及电源容量均造成考验。在这样的情况下，“光储充”的合理配置就十分重要了，特别是储能系统的配置，一方面提高了光伏能源的消纳能力，一方面加强了“光储充”系统的用电灵活性，减少了新能源车大量接入对电网的瞬时冲击。

此外，还有“光储充”电站建设的挑战。首先是设计，一是基础设施建设不足，虽然充电桩数量增长迅速，但是远远无法满足充电需求，充电难现象依旧突出；二是效率低，大部分充电站的桩车比是按照1：3或1：4的情况进行配置，服务车辆少，效率低；三是布局不平衡，场景定义不准确，造成浪费。

其次是关于选型和建设，一是建设成本高，充电场站投入成本高，前期调研规划选型必要性高；二是建设用地稀缺，场地难觅、拿地难；三是协调难度大，建设过程中具有众多利益主体，协调难度大。

最后是运营，主要是模式不成熟，包括系统策略的运营、经营模式的运营，系统策略主要是结合“光储充”一体化来制定充放电策略，经营模式指的是运营商的经营策略。