储能与充电堆技术融合改善城市能源供需不平衡的研究

储能与充电堆技术融合改善城市能源供需不平衡的研究

梁土金

广州城北电力工程有限公司   广东广州市   510800

摘要：随着我国能源转型及电动汽车的飞速发展，充电技术作为其基础设施的核心，正面临着升级换代的迫切需求。本文旨在探讨新型充电堆技术相对于传统充电桩的优势，储能应用在当今电网的优势，以及储能与充电堆的融合，改善城市能源供需不平衡，满足城市能源日益增长的充放需求，推动未来城市能源产业的发展。

关键词：充电堆、储能、供需不平衡、城市能源

引言：随着全球对减少碳排放和应对气候变化的关注，可再生能源的开发和高效利用变得越来越重要。城市作为能源消耗的主要场所，其能源产业的发展对于实现全球能源转型以及碳中和的实现至关重要。电动汽车（EV）作为一种清洁能源交通工具，其推广和应用对于减少城市污染和碳排放具有显著作用。然而，电动汽车的飞速发展也带来了对充电基础设施的需求和对电网冲击的影响，这成为城市新能源产业发展中的一个挑战。

1 研究背景

1.1 传统充电桩的局限性

传统固定功率充电桩在满足电动汽车充电需求方面虽然起到了重要作用，但确实也存在较多不足之处，例如充电速度慢，充电效率低，可扩展性差，智能化程度不高，能源利用率低等问题。目前电动汽车更新迭代太快，目前最新上市的智己、小米、极氪等高端电动汽车都采用了800V以上的高压平台，极限充电功率都可以达到250kW，传统充电桩普遍最高只有120kW功率，制约了新能源产业的发展。同时电网也难解决城市高峰负荷的供电不足，以及低谷负荷造成的能源浪费等问题，所以我们要寻求技术的突破和兼容。

1.2 供需不平衡波动对电网的冲击

现在电网实际使用效率并不是非常高，一是成本较高，再就是容易造成浪费。其中一部分问题是由每天发生的负荷需求波动和需要对电网进行电压及频率调节引起的。当电网需求超过基本负荷发电厂的容量时，由于电网本身并没有足够的电能存储，调峰电厂就会投入运行，有时候旋转备用也会参与其中。而当电网需求较低时，用电量会低于基本负荷发电厂的输出，这样那些未被使用的能量均会被浪费掉。此外，对电网进行的电压和频率调节在很大程度上增加了电网的运营成本。根据广东省发改委最新发布的《关于进一步完善我省峰谷分时电价政策有关问题的通知》，峰平谷比价调整为1.7∶1∶0.38，峰谷电价价差达4.5∶1，可见能源供需的不平衡度比较大。

2 研究目的和意义

2.1 平衡供需：在电力生产和消费之间起到调节作用，解决电力供需在时间和空间上的不匹配问题。例如，在电力供应过剩时储存能量，在需求高峰时释放，保障电力系统的稳定运行。

2.2 提高能源利用效率：能够整合不同类型的能源，如将间歇性的可再生能源（如太阳能、风能）储存起来，避免能源浪费，提高整体能源利用效率。

2.3 优化能源市场：通过合理的储能配置和充放电调度，可以在电价低谷时储存电能，在高峰时使用，促进能源交易和资源优化配置，从而降低能源成本。

2.4 增强电网稳定性：有助于平滑电网负荷波动，减少对电网的冲击，降低停电和电力故障的风险，提高电网的可靠性和安全性。

2.5 提供应急备用电源：在突发停电或自然灾害等紧急情况下，储能系统可以迅速提供电力，保障关键设施和服务的正常运行。

2.6 促进能源转型：为兼容大规模可再生能源提供了必要的技术支持，推动能源结构向低碳、清洁和可持续方向转变。

3 技术特点和优势

3.1 新型充电堆比传统充电桩的明显优势

（1）充电效率  新型矩阵式充电堆可实现了兆瓦级（1000kW以上）的功率融合，根据充电过程中电动汽车实际的需求功率，自适应地动态分配最优充电模块数量，柔性输出最佳充电功率，可为现在及未来所有电动汽车车型提供最佳体验的充电服务。充电堆通过全矩阵控制的动态功率分配及多次调度控制策略，不仅大幅提升了设备利用率（至少30%以上），而且单个充电口的最大输出功率高达600kW（1000V/600A），是大容量电动汽车时代下充电基础设施的完美解决方案。用户可以得到更多的有效充电能量，提高了能源利用效率。

（2）充电速度  充电堆采用的大功率充电方式，可实现充电5分钟续航400公里的体验，能够显著缩短充电时间，这大大提高了用户的使用满意度。与传统充电桩相比，充电堆的快速充电能力使得电动汽车的用户可以在短时间内快速补充能量，从而满足更高效便捷的充电需求。

（3）智能化水平  充电堆具备更强的数据处理和通信能力，支持远程监控和智能调度，这提高了充电网络的智能化管理水平。与传统充电桩相比，充电堆可以更智能地管理和监控充电过程，实现资源的优化配置和充电效率的最大化。

（4）环境兼容性  充电堆的模块化设计，使其更易于应对不同环境和功率需求的变化。与传统充电桩相比，充电堆可以更灵活地适应不同的充电环境和需求，从而提高了其适用性和普遍性。充电堆可向上兼容，满足未来电动汽车快速充电需求，也可以避免后期设备升级改造重新建设的投入。

3.2 储能与充电堆融合的应用优势

（1）能量存储与调节  储能系统可以储存电能，并在需求高峰时释放，这有效地调节了电网负荷，提高了电网的稳定性和利用率。储能技术的应用使得充电堆不仅限于单纯的充电功能，还可以作为一个能量的调节器，优化电网的运行。

（2）峰谷电价策略  通过储能系统的智能管理，利用电价的差异，可以在电价较低时储存能量，电价较高时释放能量，进行能量的低买高卖，从而降低充电成本，提高运营效率，为充电堆运营商带来经济收益。

（3）保障设备和电网稳定  储能系统可以在电网故障时作为缓冲，降低对充电堆的冲击，保障充电安全。在电网不稳定或出现故障时，储能系统可以起到稳定电压和电流的作用，保护充电设备和用户的安全。

4 改善城市能源的发展

4.1 储能充电堆将成为城市能源新主力

储能充电堆作为一种新型的充储电技术，能够在电网能量富裕的时候存储电能，在负荷需求量大的时候释放电能，通过高效能量转换和存储，能够有效解决传统充电桩的局限性，满足电动汽车快速、高效、安全的充电需求，同时也改善了电网电能供需不平衡的问题。进一步升级也能促进可再生能源的消纳，储能充电堆技术与可再生能源相结合，有助于实现能源的可持续发展，减少对化石能源的依赖，降低城市碳排放；因此对于未来城市再生能源产业的发展具有重要的意义。

4.2 储能充电堆构建新能源系统

（1）构建智能充电网络  结合大数据和AI技术，实现充电堆的智能调度，优化充电网络的布局和运营。通过智能调度系统，可以实现充电堆的高效运行，减少用户等待时间，提高充电网络的整体性能。

（2）促进能源多元化  储能技术的应用使得充电堆能够有效整合可再生能源，推动能源结构的优化。通过储能系统，充电堆可以将可再生能源如风能、太阳能等纳入充电网络，提高清洁能源的利用率和电网的可持续性。

（3）实现车网互动  电动汽车在充电时可以作为移动储能单元，参与电网的调峰响应，提高电网的灵活性。通过车网互动，电动汽车可以在电网需求高峰时也能提供能量支持，而在电网需求低谷时进行储能，从而实现电网的负荷平衡。

4.3 技术创新趋势

随着储能充电堆技术的不断成熟，创新趋势主要集中在提高充电速度、延长电池寿命、提高系统效率和降低成本等方面。例如，研究人员正在开发更高效的储能材料和催化剂，以提高储能充电堆的转换效率。同时，通过优化系统设计和运行模式，可以进一步减少能量损失，提高整体充电效率。此外，集成智能控制系统也是未来的发展方向，通过实时监测和调整充放电过程，可以更好地满足用户需求，并提高系统的智能化水平。

    结束语：

随着电动汽车高速发展和能源转型加速，储能充电堆融合技术的市场潜力巨大。储能充电堆技术以其独特的优势，有望在未来城市能源、电动汽车充电市场中占据重要地位。对运营商也是一种机遇，电价低时从电网买电，电价高时既可向电动车用户售电，也可反向电网售电，从而获得丰厚的收益。此外，随着可再生能源的不断发展，储能充电堆技术在促进可再生能源消纳方面也具有巨大的市场潜力。所以储能和充电堆的技术融合，不仅推动了储能和充电设施的升级，也带动了相关产业链的发展，包括储能设备制造、智能电网技术、大数据分析等领域，促进了整个能源产业的升级和创新。

参考文献：

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【2】田忠昌. 电力系统储能技术的发展现状及未来趋势分析[J].中国科技信息. 2024,第9期

【3】杨坤逸. 电力工程中的智能充电技术研究[J].新视线·建筑与电力. 2024,第7期

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