尹泉

摘要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)實(shí)力的不斷發(fā)展，節(jié)能環(huán)保作為我國(guó)重要發(fā)展戰(zhàn)略廣泛的應(yīng)用于汽車行業(yè)中，尤其是現(xiàn)階段發(fā)展較為迅速的新能源汽車。新能源汽車能夠有效改變環(huán)境污染情況，還能提供快速的充電服務(wù)，有效解決我國(guó)資源短缺問題。本文主要闡述新能源汽車充能站的定義與框架，并深入分析新能源汽車充能站的充能策略，結(jié)合實(shí)際新能源汽車充能站實(shí)例，建立完善的新能源汽車一體充能站框架和能量?jī)?yōu)化調(diào)度方法，從而促進(jìn)新能源汽車行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：新能源汽車;一體化充能站;框架;能量?jī)?yōu)化調(diào)度

0 ?引言

隨著人們生活質(zhì)量的不斷提高，汽車擁有量在逐年提升，而汽車在運(yùn)行過程中會(huì)消耗大量的能源，并可能造成環(huán)境污染問題。針對(duì)此，新能源汽車能夠有效解決環(huán)境污染問題且能夠緩解我國(guó)汽車業(yè)對(duì)石油能源的依賴性。新能源汽車主要有電動(dòng)汽車、燃料電池汽車等種類，但是在實(shí)際應(yīng)用中，其需要建立充能站才能滿足日常充電需求。現(xiàn)階段對(duì)于新能源汽車一體充電站需要進(jìn)行能源優(yōu)化，能夠有效提高充電效率，降低能源損耗量，使其滿足我國(guó)節(jié)能環(huán)保發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)，促進(jìn)新能源汽車長(zhǎng)久發(fā)展。

1 ?新能源汽車充能站的定義與框架

通過分析現(xiàn)階段新能源汽車充電情況，本文提出一種新型的新能源汽車一體充能站框架，為新能源汽車提供動(dòng)力和氫能的位置。隨著我國(guó)電制氫裝置的不斷創(chuàng)新，充能站能夠結(jié)合該裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)、可再生能源、充電裝置控制等功能，并且在負(fù)荷側(cè)解決傳統(tǒng)汽車的能源配置問題，以此來(lái)達(dá)到高效利用的目的。新能源汽車充能站主要由風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、光伏發(fā)電系統(tǒng)、儲(chǔ)能系統(tǒng)、DC/DC模塊、AC/DC模塊、電動(dòng)汽車快充裝置、制氫、儲(chǔ)氫、充氫系統(tǒng)構(gòu)成。風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電系統(tǒng)主要是通過轉(zhuǎn)換模塊將可再生資源轉(zhuǎn)換為電能，實(shí)現(xiàn)供電需求。新能源汽車充能站周邊需要配置完善的交流配電網(wǎng)，為充能站框架的建立供能基礎(chǔ)。儲(chǔ)能系統(tǒng)主要是由大量的蓄電池和直流母線構(gòu)成，其能夠?qū)l(fā)電系統(tǒng)中產(chǎn)生的大量電能，通過直流母線存儲(chǔ)到蓄電池中，在使用時(shí)，能夠通過DC/DC模塊提高供電電壓，以此達(dá)到快速充電的目的。電動(dòng)汽車快充裝置的主要作用是縮短新能源汽車充電時(shí)間，提高供電效率。制氫儲(chǔ)氫充氫系統(tǒng)主要由制氫裝置、儲(chǔ)氫裝置和充氫裝置構(gòu)成，在這其中，制氫裝置是利用電解槽裝置，在兩側(cè)施加一定程度的直流電，將水電解為氧氣和氫氣，具有較高的效率和質(zhì)量?，F(xiàn)階段制氫方式主要采用堿式和質(zhì)子交換膜電解槽，通過分析實(shí)際應(yīng)用情況，可知這兩種制氫方式都能很好地適配低電壓、大電壓和高密度等環(huán)境下運(yùn)行狀態(tài)，并且效果良好。儲(chǔ)氫裝置主要有高壓氣態(tài)儲(chǔ)存、液氫儲(chǔ)存和金屬化合物儲(chǔ)存。

本文所設(shè)置的新能源汽車一體充電站采用堿式電解槽制氫和高壓氣態(tài)儲(chǔ)存罐儲(chǔ)氫裝置。新能源汽車一體充電站在運(yùn)行過程中，首先要利用光伏發(fā)電板吸收外界太陽(yáng)能，然后經(jīng)過轉(zhuǎn)換模塊將其站換為電能，風(fēng)能設(shè)備主要是吸收外界風(fēng)能，然后將其轉(zhuǎn)換為電能;然后所產(chǎn)生的部分電能通過母線接入電解槽，其余大多數(shù)的電能作為重要的供電電能，通過電解槽后，其能夠產(chǎn)生大量的氫氣，為新能源汽車提供充電所需的氫氣。在電能和氫氣能源供給充足時(shí)，其能夠自動(dòng)將剩余的能源通入到蓄電池和儲(chǔ)氫裝置中。如果在新能源汽車充電過程中，發(fā)現(xiàn)光能和風(fēng)能供給不足時(shí)，其能夠自動(dòng)調(diào)動(dòng)蓄電池狀態(tài)，使其作為主要供電裝置，滿足新能源汽車充電需求。如果充電站內(nèi)部電能難以支撐大量的充電需求時(shí)，還能通過交流配電網(wǎng)購(gòu)買所需要的電能，并通過DC/DC模塊和AC/DC模塊轉(zhuǎn)換到供電裝置中，滿足新能源汽車充電需求，提高新能源汽車充電效率和質(zhì)量，滿足能量?jī)?yōu)化調(diào)度需求。[1]

2 ?新能源汽車充能站的充能策略

2.1 電動(dòng)汽車的充電策略

新能源汽車充能站的主要裝置為快充裝置，其所需要的能源主要來(lái)自風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、交流配電網(wǎng)與儲(chǔ)能蓄電池所提供的電能;在新能源汽車充電時(shí)，其能根據(jù)調(diào)度系統(tǒng)檢測(cè)到數(shù)據(jù)信息，設(shè)置合理的充電時(shí)間短，為新能源汽車充滿電。如果在新能源汽車充電過程中，充能站的供電功率保持穩(wěn)定，并且其符合新能源汽車的充電功率;假設(shè)新能源汽車在充電時(shí)產(chǎn)生的電能損耗全部來(lái)自于轉(zhuǎn)換模塊，其他充電模塊沒有電損耗。[2]

2.2 氫燃料汽車的充氫策略

制定一個(gè)時(shí)間周期，將某段時(shí)間內(nèi)，新能源汽車電能和氫燃料所需要的數(shù)量作為一個(gè)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)值，并制定合理的制氫方案，并規(guī)定在單位時(shí)間范圍內(nèi)，電解槽的產(chǎn)氫效率保持不變;制氫裝置所生產(chǎn)的氫氣要全部存儲(chǔ)到儲(chǔ)氣罐中，在進(jìn)行充氫過程中，要保證內(nèi)部氫氣總量大于該時(shí)間范圍內(nèi)所需要的氫氣總需求量;電解槽所需要的電能主要由發(fā)電裝置、交流配電網(wǎng)與儲(chǔ)能蓄電池提供，標(biāo)記每個(gè)時(shí)刻制氫功率，以此來(lái)得到最優(yōu)時(shí)間段。[3]

2.3 購(gòu)電策略

為了建立完善的新能源汽車一體充能站框架和能量?jī)?yōu)化調(diào)整，必須要重視充能站的供電運(yùn)營(yíng)商，其作為重要的能源供給環(huán)節(jié)，能夠直接影響新能源汽車充電效率。因此要制定合理的購(gòu)電策略。在實(shí)際新能源汽車一體充能站運(yùn)行過程中，應(yīng)當(dāng)爭(zhēng)取將自身所產(chǎn)的電能作為主要的供電，并不再繳納電費(fèi)，只有在交流配電網(wǎng)購(gòu)電時(shí)，才需要繳費(fèi)。[4]

2.4 儲(chǔ)能模塊的運(yùn)行策略

新能源汽車一體充能站中的儲(chǔ)能系統(tǒng)主要是根據(jù)自身的荷電狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)的調(diào)整充放電方式。如果在實(shí)際運(yùn)行過程中，風(fēng)光供能需求超過預(yù)設(shè)值后，其能夠與后期的制氫、儲(chǔ)氫和充氫系統(tǒng)相結(jié)合，降低能源損耗，提高新能源汽車的充電效率;如果風(fēng)光供能需求不能滿足該階段的供電需求，需要與交流配電網(wǎng)共同合作，才能完成供電操作。新能源汽車一體充能站還需要進(jìn)行能量?jī)?yōu)化調(diào)整，根據(jù)實(shí)際情況，選擇合理的儲(chǔ)能電池。在供電過程中，充放電效率要根據(jù)供電需求進(jìn)行實(shí)時(shí)變化，而這種功率變化情況，會(huì)降低蓄電池的儲(chǔ)能狀態(tài)，因此要降低蓄電池組循環(huán)電量的次數(shù)來(lái)延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命。[5]

3 ?新能源汽車一體充能站能量?jī)?yōu)化調(diào)度算例分析

3.1 常規(guī)充能方案結(jié)果分析

傳統(tǒng)電動(dòng)汽車的充能方案指的是電動(dòng)汽車需要充電時(shí)，會(huì)?？康匠潆婞c(diǎn)，然后采用既停既充的方式，使得內(nèi)部的電池達(dá)到滿電的狀態(tài)，然后在離開;在這過程中，電解槽的工作功率保持在穩(wěn)定的狀態(tài)，并且會(huì)根據(jù)電動(dòng)汽車充電需求而合理分配電解公路。在常規(guī)充能方案中，蓄電池的工作狀態(tài)要通過分析電動(dòng)汽車的狀態(tài)進(jìn)行得到，然后當(dāng)風(fēng)電供電不充足的情況下，蓄電池組進(jìn)行放電操作，如果還不能滿足電動(dòng)起車的充電需求，則需要通過交配網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行購(gòu)電;當(dāng)風(fēng)光供電大于充電需求時(shí)，能夠?yàn)樾铍姵亟M進(jìn)行充電，如果蓄電池飽和后，多余的電量將會(huì)浪費(fèi)造能源損耗問題。通過分析電解槽在常規(guī)充電方式下，工作一天不同時(shí)間段的運(yùn)行狀態(tài)可知，在凌晨和傍晚時(shí)，蓄電池組需要進(jìn)行放電操作，并且還有可能進(jìn)行購(gòu)電，而其他時(shí)間蓄電池組進(jìn)行充電，會(huì)出現(xiàn)風(fēng)光供電過剩，造成電能損耗。[6]

3.2 能量?jī)?yōu)化調(diào)度方案結(jié)果分析

新能源汽車一體充能站能量?jī)?yōu)化調(diào)度方案主要指的是在新能源汽車到達(dá)充電位置后，供電系統(tǒng)能夠根據(jù)前期制定的供電規(guī)則選擇合理的供電方案;即在新能源汽車充電過程中，其能夠制定合理的充電起始時(shí)間和充電電量，以此實(shí)現(xiàn)電能資源最大利用化;對(duì)于電解槽的工作狀態(tài)，其能夠根據(jù)實(shí)際情況制定靈活的工作模式，當(dāng)風(fēng)光發(fā)電充足的情況下，電解槽功率可進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，并結(jié)合蓄電池的工作狀態(tài)，合理分配電能資源;在風(fēng)光發(fā)電不足情況下，其能夠暫停電解槽工作，以此來(lái)提高電解槽工作效率。為了滿足電解槽功率平衡，需要對(duì)其進(jìn)行放電操作，并結(jié)合循環(huán)電量次數(shù)的條件，要制定完善的放電深度，在放電深度達(dá)到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)后，蓄電池組停止放電;當(dāng)新能源汽車一體充能站運(yùn)行過程中，其能夠有效分配用電電量和充電起始時(shí)間，并適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)充電樁的充電功率，以此來(lái)降低充電成本;為了降低出現(xiàn)電能損耗概率，并降低購(gòu)電次數(shù)，應(yīng)當(dāng)將電解槽的工作時(shí)間安排到出現(xiàn)易出現(xiàn)電能損耗的時(shí)間段，從而提高新能源汽車一體充能站能量?jī)?yōu)化調(diào)度應(yīng)用效果。[7]

3.3 能量?jī)?yōu)化調(diào)度方案與常規(guī)調(diào)度方案比較

通過本文對(duì)常規(guī)調(diào)度方案和能量?jī)?yōu)化調(diào)度方案的詳細(xì)分析，可知，在制定新能源汽車一體充能站框架時(shí)，需要選擇常規(guī)調(diào)度方案中循環(huán)電量的最優(yōu)解，并對(duì)比充電站規(guī)模，來(lái)選擇合理的電解槽規(guī)模;為了得到循環(huán)電量的最優(yōu)解，還需要結(jié)合常規(guī)充能方案中的運(yùn)行成本。通過選擇能量調(diào)度方案中與常規(guī)充能方案中循環(huán)電量相接近的最優(yōu)解，能夠得到其充能成本大約降低42.2%;選擇與常規(guī)充能方案中充能成本相接近的最優(yōu)解，應(yīng)用能量調(diào)度優(yōu)化方案后，循環(huán)電量大約降低85.3%，通過對(duì)比能量?jī)?yōu)化調(diào)度方案與常規(guī)調(diào)度方案實(shí)際應(yīng)用效果，可知能量?jī)?yōu)化調(diào)度方案具有較高的可應(yīng)用性，因此可以廣泛的應(yīng)用到新能源汽車一體充能站框架，從而促進(jìn)新能源汽車供電行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。[8]

4 ?結(jié)論

綜上所述，新能源汽車需要建立一體充能站并對(duì)其進(jìn)行能量?jī)?yōu)化調(diào)整，對(duì)于含氫新能源汽車，將其運(yùn)行過程中，所出現(xiàn)的制氫難題轉(zhuǎn)換為耗電問題，能夠有效實(shí)現(xiàn)電能優(yōu)化調(diào)度處理。通過科學(xué)化的分配新能源汽車不同充電時(shí)段的充電效率和充能量，制定合理的供電計(jì)劃，以此來(lái)降低新能源汽車一體充能站的循環(huán)電量次數(shù)，延長(zhǎng)蓄電池使用壽命，在新能源汽車一體充能站中實(shí)施能量?jī)?yōu)化調(diào)度，能夠提高充電效率和質(zhì)量，為后期新能源汽車一體充能站框架的建立提供參考依據(jù)，從而促進(jìn)新能源汽車行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

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