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新能源在充电桩供配电设计中应用的技术探讨

发表时间：2020/9/23 来源：《基层建设》2020年第17期作者：徐晓善

[导读] 摘要：近年来，我国的汽车行业有了很大进展，汽车的充电桩也有了很大进展。

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        摘要：近年来，我国的汽车行业有了很大进展，汽车的充电桩也有了很大进展。本文介绍了充电桩建设现状和问题，分析了充电桩供配电设计，探讨了相关策略及措施，为类似电动汽车充电桩的供配电设计提供参考。
        关键词：直流充电桩；交流充电桩；新能源；供配电设计
        引言
        电动汽车通过充电桩获取的电能，通常是从电网直接获取。由于我国现阶段仍以消耗传统能源的火力发电为主，因此电动汽车并未真正摆脱对传统不可再生能源的依赖。随着新能源的进一步开发与利用，为有效解决此问题提供了可能性。
        1充电桩建设现状和问题
        （1）新能源汽车发展迅猛。在国务院出台减免购置税优惠政策的支持下，新能源汽车行业大规模增长，预计2020年实现产业化，工信部装备工业司发布的数据显示，新能源汽车2015年销量为33.11万辆，2017年累计保有量达到180万辆，2018年销量为125.6万辆，其中纯电动车占78.3％。（2）充电设施建设滞后。根据发改委、能源局、工信部、住建部联合发布的《电动汽车充电基础设施发展指南（2015－2020年）》，为满足全国500万辆电动汽车的充电需求，到2020年将新建超过480万个分散式充电桩，2018年新增33.1万个充电桩，全国充电基础设施累计达到77.7万个。中国充电联盟预计2019年底，公共充电基础设施数量将达到45万个，私人充电基础设施超过95万个，由于充电桩数量太少，充电基础设施建设的滞后已严重制约新能源电动汽车的发展，正常充电需求得不到满足，极大地限制了人们购买和使用新能源电动车的欲望。（3）充电设施利用率低。充电时间长，用车不便利，充电桩方位、使用维护情况等信息共享不够，充电车位被燃油车占用等现象造成资源浪费，充电时停车位的收费增加了用户充电成本，偏远地区或高速服务区等地的充电设施使用率有待提高，“圈地”现象增加了充电桩数量，却忽略了充电桩的高效使用。（4）商业模式有待创新。新能源汽车充电服务市场商业模式正由传统的模式逐步转为多元化模式，充电设施建成后的安全维护及运营导致经济成本高，故需提高充电服务管理水平和充电桩高效应用能力，缩短设备生产商和充电运营商投资回本时间，降低投资风险。
        2充电桩供配电设计
        民用建筑中，对于中断供电将在公共安全方面造成较大损失的充电设施，或对公共交通、社会秩序造成较大影响的充电设施，其供电负荷等级不低于二级负荷。该项目充电桩仅用于商业用途，不在此范围内，因此按三级负荷设计。该项目不具备单独设立充电桩专用变压器的条件，与其他用电负荷共用变压器，采用专用回路为充电桩供电。由于变压器低压侧至充电桩之间的配电级数不宜超过三级，并且遵循配电级数越少供电越可靠的原则，交流充电桩采用二级配电模式。考虑到直流充电桩输入功率的差异性，储能型直流充电桩采用二级配电模式，经由变压器低压侧母线通过干线电缆放射式至区域配电箱，再由区域配电箱供电至各充电桩。对于输入功率需求较大的非储能型充电桩，则由变压器低压侧母线直接供电。直流充电桩输入功率高、冲击电流大，其安装数量也对变压器的容量提出了要求。变压器安装容量仅为对应直流充电桩的负荷需求，不包含其他负荷的设计容量。储能型直流充电桩随着数量的增加，对变压器的容量需求趋于稳定，对于容量的需求旨在限制冲击电流对于变压器的影响。而非储能型直流充电桩，由于在中间环节采取隔离型变压器，有效抑制冲击电流对市电的影响。因此，随着直流充电桩安装数量的增加，变压器的容量需求随之增大。根据实际运行数据和相关资料，经过分析处理，得出直流充电桩的需要系数。在实际运用中，可根据当地供电部门资料和项目运行情况进行调整。在设计时对变压器容量的选择，应充分考虑到项目中日常负荷及交流充电桩的用电，并适当预留扩容空间，满足日后充电桩发展需求。

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同时，采用能源管理控制器对充电桩负载进行能耗控制。在用电峰值期间，减少交流充电桩的同时使用率，降低直流充电桩的输入功率，保证整个大楼日常用电负荷的正常运行。对于储能型直流充电桩，其储能装置采用的锂离子电池，全电池模组充电时长为3h。采用分时充电原则，利用电价谷时时间段为储能装置充电，在电价峰时为直流充电桩放电，进一步降低电价所带来的运营成本。另外对充放电策略进行控制，延长储能装置的使用寿命。需要注意的是，考虑到建筑防火要求，直流充电装置宜设置在室外。直流充电装置宜与变配电室就近集中布置，其中供电电源点至能量转换装置的距离不宜超过50m，能量转换装置至充电终端的距离不宜超过30m，以减少供电线路上的电源损耗。充电桩配电回路应设置剩余电流保护，并且不应接入无关的用电设备。室外充电设备应做好电击防护和接地措施，保证设备安全、可靠的运行。
        3相关策略及措施
        3.1国家政策扶持
        国家调整了对新能源汽车的财政补贴政策，扶优扶强的同时降低补贴，到2020年购置补贴将全面退出，转而用于支持充电设施建设与运营服务，补贴从购车端向使用端转移，加强对消费者使用环节的政策扶持。第一，实现充电设施建设规划布局优化，对于新建各类停车场、小区停车位，均要求按规定比例建设充电设施或预留充电设施安装接口，鼓励物业与个人安装充电桩，对建设充电桩（站）和使用充电桩均实行补贴，建桩完成由有关部门竣工验收，符合合格要求的按额定输出功率进行补贴。第二，鼓励新能源汽车充电设施服务运营企业积极投入充电桩使用，根据其年度运营电量，由财政按实际充电情况给予适当奖励和补贴，降低服务运营企业实际运营成本。第三，出台充电价格政策，有针对性地下调充电服务费标准，实行政府指导价，规定收费上限标准，加快落实电网收费规范清理。
        3.2新能源适用分析
        新能源作为传统能源的替代和补充，其可再生性及清洁性正越来越受到人们的重视。随着新能源技术日趋成熟，新能源已经广泛应用在民用建筑中。在民用建筑领域，新能源的利用主要集中在太阳能、风能和地热能等能源上。风能是利用风在空气中流动形成的负载能量。在民用建筑中，风能的利用通常与建筑的主体布局和门窗设置相结合，达到自然降温和通风的效果，来减少机械能源的消耗。而通过风能发电，除去工程造价的考虑，一方面，风力发电机容易产生噪声污染，影响整个建筑的声环境；另一方面，城市中风能资源有限，即使利用也仅在高层建筑中有可行性。
        结语
        综上所述，电动汽车的推广是为了减少对传统不可再生能源的依赖。通过对新能源在充电桩供配电设计中应用的技术探讨，对进一步实现节能减排，让新能源技术的利用真正成为一个完整的产业系统有着重要意义。现阶段新能源在民用建筑中的应用成本造价仍相对较高，如何实现其有效应用与经济效益的平衡是下一步深入研究的课题。
        参考文献：
        ［1］国务院办公厅．关于加快电动汽车充电基础设施建设的指导意见（国办发（2015）73号）［G］．2015．
        ［2］电动汽车充电设施建设技术导则：Q/GDW478—2010［S］．
        ［3］何涛，李博佳，杨灵艳．可再生能源建筑应用技术发展与展望［J］．建筑科学，2018，34（9）：135-142．
        ［4］任乃鑫，等．解析新能源建筑及其技术［J］．建筑节能，2011，39（4）：31-34．
        ［5］胡云岩，等．中国太阳能光伏发电的发展现状及前景［J］．河北科技大学学报，2014，35（1）：69-72．