储能在汽车充电领域的应用

一、背景随着国家碳中和政策的推动，风光产业得以快速发展，来自国家能源局数据，2022年我国光伏装机量达87.41GW，风电装机量达36.34GW，据预测至2030年我国风光装机规模将超1200GW。但在风光产业蓬勃发展的同时，其所带来的电力消纳和弃风弃光等问题也在逐渐加剧，同时由于新能源汽车的发展以及天气等原因的作用，近年来我国居民对于电量的使用一再突破上限。据报道，今年7月3日，江浙两省用电负荷以突破1亿千瓦，如此大的负荷之下，这对于相关电力设备的考验亦是压力。另外，由于国际形势影响，国家对于储能的战略布局也在进一步推动，由此各个地方也纷纷出台了相关政策以支持储能行业的发展。正是在多方原因的作用之下，催生了储能的大规模装机需求。储能的介入可对电网用电进行削峰填谷，有利于缓解高负荷用电对电网设施带去的冲击，从电力行业方面来讲，储能将成为新型电力系统的稳定器。对于运营商而言，可通过用电低谷时的低电价对电量进行存储，在用电高峰时段以较高价格将电量卖出（在工商业领域，广东、湖南、重庆和浙江等地峰谷价差均超过0.9元/kWh），这一进一出，通过价差便可实现可观盈利。因此无论是出于实际用电需求、电网发展还是战略原因，发展储能都是避不开的选项。二、储能技术路线在储能行业中其实现的技术路线多种多样，主要可分为电磁储能、电化学储能和机械储能三大类型，其中机械储能由于发展最早因此在技术成熟度方面是最高的，而电化学储能由于应用场景多、储能方式多样、成本低等特点，在发展潜力上具有其他两种储能方式所不具备的优势。图1储能分类简单对比三类储能方式的优缺点，并整理如下表：表1不同储能方式对比正是由于集中式风光发电站对于自然环境的要求较高，同时由于响应速度、长期经济性等方面皆不如电化学储能的原因，因此电化学储能以新型储能方式后来居上，并逐渐成为了储能行业的主要解决方案。在电化学储能中，电池组是其储能系统最主要的构成部分，按照电池组材料的不同，可分为锂离子电池组、磷酸铁锂电池组、钠硫电池组等。对不同电化学储能方式进行简单对比，并整理成下表：表2不同电化学储能方式对比从上述对比中可以看出，锂离子电池所具有的效率是最高的，同时由于其在能量、功率等方面的优势，以锂离子电池组为基础的储能系统被广泛应用。根据CNESA不完全统计，截至2022年底，全球新型储能累计装机规模达45.7GW，这其中锂电池储能的累计装机占比达到94.4%。图2累计电化学储能装机规模（MWh）（来源：南京证券）虽然电化学储能发展迅速，但作为‘后来者’的新型储能方案其与汽车行业一样，是未来的发展趋势之一，但在当前储能行业中，我国市场占有率最高的依然是发展最早的机械储能。据CNESA数据，2022年我国累计储能装机量中，抽水储能占比高达79.3%。图32022年我国储能累计装机量分类占比而作为新型储能的电化学储能，在2022年共新增了194座，总功率达3.68GW，总能量达7857MWh，累计达14054MWh。三、储能应用场景储能在应用场景上大致可分为：可再生能源并网、电网调峰、户用用电、工商业用电和辅助服务等。据相关数据统计，2022年电化学储能在电源侧的新增装机为3.87GWh，占比49%，这其中85%为新能源配储；电网侧占比为43.14%，其中88%为独立储能，而用户侧较少，为7.63%。图52022国内电化学储能装机占比从上图可以看到在用户侧与新能源汽车相关的充电站在这其中的占比仅为0.19%，而根据22年装机总能量7857MWh计算，储能在电动汽车充电站方面的装机量仅为14.93MWh。电动汽车充电站在储能领域中的占比还小的主要原因应有：1）当前对换电有需求的车型中，主要还是偏向于大型车辆，但大型商用车的保有量相对于乘用车而言是偏小的，因此换电站的规模难以铺开；2）是由于早期大部分充电桩/站在建设时与电网的关系如下图所示，充电桩直接接入电网，并无相关储能装置做辅助，充电桩的建设成本要低于储充站；3）在新能源汽车发展的初期，新能源汽车的保有量并不高，车辆入网充电对于电网所带去的影响并未显现，在这个时期，储充站的作用便显得不那么重要了。图6电网与充电桩/站但随着近年来新能源汽车保有量的不断增加，充电桩作为基础设施其保有量同时也在增长，此时便显现出了一些问题：当车辆在某一时段大量接入电网时，大批车辆在电网上同时汲取能量的过程对电网的稳定性造成了影响，同时对于电网的电力设施设备也带去的巨大的压力，因此为了缓解大规模车辆入网带来的电压波动等问题，传统的商用充电桩直接入网的方式亟须得到改变，至此新型充电网络得以形成。图7光储充一体充电网络在上图架构中，通过‘光储’的介入，结合电网与充电桩形成了新的电源网络，其关键是智能微电网的调节作用。在‘光储’系统中，其相当于有两个电源，一个是被动的光伏发电，另一个是主动的智能发电。通过被动的光伏发电，将其产生的电能存储于系统中容量并不太大的储能电池之中，以此来应对小规模的用电需求。在电池储能不足以提供所需电能时，通过微电网自身的主动发电对其进行电能补充，以提供足够的外部用电需求。当电池储能+智能发电的输出电量不足以提供外部用电需求时，通过微电网系统的调节，可通过并网的方式同时提供电网的电能。在此过程中智能微电网可在一定程度上作为‘蓄水池’缓解大规模车辆入网对电网造成的冲击。另外，由于智能微电网可脱离电网形成独立网络，其可被应用于工商业、产业园等不同场景之中。由于近年夏日用电负荷的不断攀升，不少城市为了不影响居民生活，对于用电量大的工业园区采取了停工停产的措施，这严重影响了不少企业的运营，智