零碳交通白皮书

White Paper: Goodwe Zero Carbon Traffic 固德威技术股份有限公司二〇二四年 六月 前言 目录 固德威“零碳交通”白皮书 随着全球气候变化和能源危机的加剧，实现零碳出行成为了人类社会的共同目标。零碳交通指的是利用可再生能源为交通工具提供动力，从而实现在出行过程中不产生温室气体排放的理想状态。零碳交通的关键技术之一是光储充系统，即利用光伏发电、储能电池和充电桩组成一个微网，为电动汽车提供清洁、可靠和高效的充电服务。 本文将从技术和商业两个角度，分析光储充系统在不同场景下的应用特点，包括家用充电桩场景、高速服务区快充站场景、城市快充站场景、大型商超地面停车场充电站场景和车载光储系统场景，并给出各场景下的快充、慢充的配置情况、财务模型等数据，以展示光储充系统在推动零碳出行方面的潜力和价值。 支出电费； 一、现状及问题 ② 对计算机和一些其他电子设备来说，较高的谐波可导致控制设备误动作，进而造成生产或运行中断； 1 分布式光伏大量接入配电网 ③ 对开关和继电保护设备来说，谐波可能导致电子保护式低压断路器之固态跳脱装置不正常跳闸，可能对由序分量滤过器组成启动元件的保护及自动装置产生干扰。 ●影响电压分布、波动和闪变 传统的配电网一般呈辐射状，电压将沿馈线潮流方向逐渐降低。分布式光伏大量接入后，配电网潮流流向将发生改变，馈线上功率方向存在很大的不确定性，若接入容量接近该电压等级允许最大建议接入容量（一般 400V为 200kW，10kV 为 10MW）时，会对局部电压升高造成较大影响。 ●负荷不均匀 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。 ●产生谐波 谐波污染问题是分布式光伏大量接入配电网后一个不可忽视的问题。光伏阵列通过逆变器将产生的直流电转变为交流电，不可避免地会产生谐波。当分布式光伏电源大量接入时，谐波源的数量会显著增加，在电网中可能会产生高次谐波的功率谐振。 ●充电站其他电能质量指标 电动汽车充电站为电动汽车运行提供能量补给，是发展电动汽车所必须的重要配套基础设施。充电站中用电设备中不含大型冲击性设备，对公用电网产生的电压偏差、频率偏差、电压闪变、三项不平衡度基本满足国标要求。由于电动汽车蓄电池充电属非线性负荷，充电过程中主要对电网产生谐波污染。通常汽车充电站（机）会考虑在相关配电系统中配有补偿装置和滤波装置，以达到降低谐波污染的目的。 2 电动汽车群充电带来的挑战 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。 ●削峰填谷 大多数电动汽车主要在白天行驶，晚上利用低谷的低价电为电动汽车充电，这样就对电力系统起到了削峰填谷的作用。 ●谐波污染 电动汽车蓄电池充电属非线性负荷，充电过程中会产生谐波。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，造成电网中局部的电感、电容发生谐振，使谐波进一步放大。 谐波对充电站（机）设备也存在威胁： ① 对电费计量系统来说，若将谐波电流计为有功电流，可能造成用户多 二、光储充场景化解决方案 电动汽车用户单日充电高峰集中在三个时段，分别为早上 5:00-7:00，下午 12:00-16:00，夜间 23:00-1:00。对比往年同期，下午时段充电占比降低，夜间和早上的充电占比提高。 1 户用场景 这种方式下，整个新能源系统更好地融合，可以最大程度实现新能源自发自用和汽车充电需求之间的平衡。例如，在非紧急情况下，可以根据光伏发电功率，优先供其他家用负荷供电，多余光伏给电动汽车充电，或根据储能系统实际容量调节电动汽车充电功率等。但是这种方案需要光储系统和充电设备统一开发，或者后期做兼容和模式优化。一般同一品牌的系统解决方案或不同品牌联合开发的情况较常见。 ② 方式二：家用 EV 充电设备独立存在。充电系统自己检测电网买卖电，以控制汽车充电功率。 充电设备自己配置电表或电流传感器检测电网上下行电流，控制汽车实时的充电功率。 场景分析 户用的光储充系统在欧美地区发展非常迅速，主要是因为欧美多数国家人口密度小，公共充电桩分布密度很难提高。 所谓户用光储充，并非仅仅是光伏、电池和电动汽车的互动，而是融合了家庭原有的配电系统，将常规家庭用电以及电网配电系统和新能源系统相互融合。 从物理结构上看，当前户用光储充系统解决方案常见的有以下几种： 这种系统环境下，充电设备作为普通负载，充电逻辑通过智能 APP 和充电设备通讯进行配置。充电系统的开发相对比较简单和独立。但是这种系统无法和光储系统充分互动。例如，无法根据光伏的状况或电池的情况灵活控 ① 方式一：家用充电箱和光伏系统通讯，作为光储系统的一部分运作。这种形式的结构下，固德威提供的充电桩运行模式可以通过光储系统统一调节和控制。 针对快充数量多的高速服务区场景，仅考虑光伏车棚的装机量是远远不够的，按照单个车位装机量 3kW 进行估算，10 个车位光伏装机量仅有30kW 左右，按照 10 个车位配备 5 台 120kW 一机双枪式直流快充桩，往往充电桩的功率已高达 600kW，再考虑实际运行的损耗、功率因数及同时系数，实际所需的视在功率高达 724.63kVA，至少需要 800kVA 的专用配电变压器进行供电。 制充电的功率，只能根据电动汽车自身的需求或电网侧总线的最大电流进行控制。 ●效益分析 一般别墅户用场景下结合屋面光伏和车棚光伏的使用面积，装机量在10kW 左右，年发电量可达 1.1 万度，CO2减排 8.95 吨，每年经济收益 8250 元。 全国范围内有超 300 万栋别墅，若按 10% 渗透率计算，全国别墅光储充系统中光伏总装机容量 3.28GW，每年发电近 36 亿度，每年可节约标准煤11 万吨，CO2减排 294 万吨，每年经济收益 27 亿元。另全国有近 2 亿栋自建房别墅，若按 2% 渗透率计算，全国自建房别墅光储充系统中光伏总装机容量 40GW，每年发电近 440 亿度，每年可节约标准煤 134 万吨，CO2减排3581 万吨，每年经济收益 330 亿元。 所以为了提高新能源占比，优化投资收益，同时结合不同地区的建筑风格，打造不一样的光伏文化，可以利用高速服务区内非充电车位、建筑、连廊及周边区域进行光伏系统扩建，提高光伏装机占比。 高速服务区充电收费一般分为尖、峰、平、谷四个时间段，不同地区会有差异，下图为某高速服务区实际收费区间： 2 高速服务区场景 该场景下，储能容量取决于不同时间段充电的峰谷价差，储能系统在谷电阶段进行充电，在尖、峰阶段按需放电，该阶段储能实时检测配电变压器有无上行电量，一旦有电量上行，则储能降低功率输出，若储能不输出仍有电量上行，则说明光伏电量可以覆盖充电桩负载，同时仍有电量富余，则储能系统利用余电给电池充电。 ●场景分析 与户用场景不同，高速服务区充电的特点在于车辆的快速流动性，用户更愿意像“加油”一样“充电”。这样的背景下，高速服务区的充电桩基本以快充为主。目前的主流功率是 120kW 一机双枪式直流快充桩，根据不同高速服务区的客流量不同，充电车位的配置数量也不尽相同，一般在 4~10 个车位不等。 ●场景分析 具备大型地面停车场的商超是光储充项目的绝佳场所。与高速服务区场地有限不同，具备大型地面停车场的商超有着充足的空间安装光伏车棚；同时，屋顶资源可以用来建设光伏电站，这为充电桩群的高耗能提供了充足的供电保障。 根据调研数据显示，停车 3 小时以内的车主属于购物中心的黄金客户，以 一 个 案 例 分 时 平 均 停 放 时 长 来 看，0~1 小 时 占 比 49%，1~2 小 时 占 比31%，2~3 小时占比 12%，同时停放时长反应的客源消费目的是不同的。从商超的角度需要尽量去满足不同类型顾客的停车满意度，同时要通过方法引导达成消费目的的顾客快速离场，提高车位周转率，增加客源的流转。 ●效益分析 以一个 90 个车位的服务区为例，结合服务区内建筑屋面进行光伏配置，装机规模在 400kW 左右，年发电量可达 44.15 万度，CO2减排 359.38 吨，每年经济收益 41.28 万元。若考虑 30% 的配储量，每年可额外收益近 11 万元。 全国高速公路服务区（含参照运营停车区）总数为 6656 个。若按 50%的渗透率计算，全国高速服务区光储充车棚光伏总装机容量达 1.33GW，年发电量 14.7 亿度，每年可节约标准煤 44.8 万吨，CO2减排 120 万吨，每年经济收益 14 亿元。若考虑 30% 的配储量，每年可额外收益近 3.68 亿元。 此外，商超会根据不同客户制定免费停车时长，一般情况下 2 小时内免费，从充电需求上来看，与高速服务区的车辆流通节奏类似，直流快充桩更符合。 3 商超等大型地面停车场场景 这类场景的核心在于合理地制定充电桩的规模，根据《电动汽车充电站设计规范》GB 50966-2014 中‘3.1 规模’章节，充电站的布局宜结合电动汽车类型和保有量综合确定，同时充电站的规模宜结合电动汽车充电需求、车辆的日均行驶里程和单位里程能耗水平综合确定。 以苏州某大型商超为例，地面停车位有近 2000 个，按照单个车位装机量3kW 进行估算，可以安装近 6MW 的光伏车棚；屋顶面积有 4 万 m2左右，取 40% 的可利用面积，可以安装近 3MW 的屋面光伏系统。 接近 7100 个（30000 平方米以上）。按照 10% 渗透率，全国大型商超光伏总装机容量近 6.39GW，年发电量 67.45 亿度，每年可节约标准煤 2057.23万吨，CO2减排 549.04 万吨，每年经济收益 47.38 亿元。若考虑 30% 的配储量，每年可额外收益近 14.9 亿元。 据公安部统计，截至 2023 年，全国机动车保有量达 4.35 亿辆，其中汽车 3.36 亿辆，新能源汽车 2041 万辆，新能源汽车占比为 6.07%。按照这个比例，现场可合理配置 130 个快充车位。 按照 2 个车位配置 1 台 120kW 一体式一机双枪直流快充桩，考虑实际运行的损耗、功率因数及同时系数，实际所需的视在功率为 8007kVA，光伏近9MW 的装机规模在功率上可以完全覆盖。 4 城市快充站场景 由于储能价格依旧居高不下，储能系统的容量可以结合该地区实际的车流量进行确定。储能系统整体原则还是在谷时段充电，尖时段释放，储能容量可以覆盖尖峰时刻的用电即可。 ●场景分析 城市快充站是为电动汽车提供快速充电服务的场所，是电动汽车发展的重要基础设施。随着电动汽车的普及和技术的进步，城市快充站的建设和运营也面临着新的挑战和机遇。 城市快充站的充电桩配置以 60kW 直流快充为主，各地区根据电网调度配置会有不同比例的 V2G 专用充电位，考虑到建设场地的区域位置，给到快充站的建设用地相对较少。 ●效益分析 上 述 场 景 中，9MW 的 装 机 规 模 年 发 电 量 可 达 950 万 度，CO2减 排2897.5 吨，每年经济收益 667.31 万元。若考虑 30% 的配储量，每年可额外收益近 210 万元。 假设电动汽车的电池电量是 60kWh，60kW 的快充桩让一辆车从零充满的时间为 1h，考虑到充电效率一天差不多可以从零充满 20 辆车，一个电站20 个车位就可以充满 400 辆电动汽车。 根据中国连锁经营协会（CCFA）统计，2023 年国内购物中心项目存量 结合尖、峰、平、谷的电价分布，以及当地新能源汽车不同时段的充电预测，能很快测算出一座城市快充站一天的最大营收，储能配置所带来的峰谷价差利润相当可观，考虑初始投资的压力，储能的容量一般会与尖峰时段的用电相契合，占据全