中國儲能網(wǎng)訊：沉寂多時的換電模式卷土重來，北汽、力帆、時空等都發(fā)布了雄心勃勃的換電網(wǎng)絡(luò)建設(shè)計(jì)劃。在11月3日的新能源汽車生態(tài)大會上，北汽新能源發(fā)布的“擎天柱計(jì)劃”提出了宏偉而明確的數(shù)字指標(biāo)：“到2022年，‘擎天柱計(jì)劃’預(yù)計(jì)投資100億元人民幣，在全國范圍內(nèi)建成3000座光儲換電站，累計(jì)投放換電車輛50萬臺，梯次儲能電池利用超過5Gwh?！?
根據(jù)發(fā)布消息，“擎天柱計(jì)劃”是通過換電和電池再利用技術(shù)，將新能源汽車、動力電池、換電站、光伏發(fā)電進(jìn)行深度融合。其重要載體為分布式光儲換電站，由控制艙、能量艙、回收艙、光伏、電網(wǎng)等組成，可實(shí)現(xiàn)互動式發(fā)電、供電和并離網(wǎng)運(yùn)行，并通過云平臺大數(shù)據(jù)進(jìn)行多個分布式光儲換電站智能管理。
1. 同類換電站對比
發(fā)布會上給出了由三個集裝箱式模塊構(gòu)成的換電站方案，光儲換電站究竟由哪些系統(tǒng)構(gòu)成，其工作運(yùn)行的方式又如何呢?我們先將之與國內(nèi)已經(jīng)建成的同類型的換電站方案中做一個對比：
˙2011年黑龍江省電力科學(xué)研究院建成光儲式電動汽車充換電實(shí)驗(yàn)站;
˙2011年6月，青島薛家島充換儲放一體化電站正式運(yùn)行，該方案日換電可達(dá)560次，可同時服務(wù)6輛公交車;
˙2012年3月，北京朝陽區(qū)高安屯充換電網(wǎng)絡(luò)示范工程建成，作為電動環(huán)衛(wèi)車、乘用車和公交車換電服務(wù)中心，有4條換電流水線，同時服務(wù)8輛電動汽車。
與“擎天柱”計(jì)劃相比，黑龍江省電力科學(xué)研究院建設(shè)的光儲式電動汽車充換電實(shí)驗(yàn)站，由光伏發(fā)電系統(tǒng)、蓄電池儲能系統(tǒng)、電動汽車充電站、站用負(fù)荷單元組成，沒有采用梯次電池作為儲能結(jié)構(gòu)。其工作運(yùn)行系統(tǒng)圖如下：
而青島的薛家島充換電一體站分兩部分，其中薛家島部分配置504塊電池板，北莊部分配置816塊電池板，光伏總安裝容量為168kW。電網(wǎng)供電中斷后，成“孤島運(yùn)行模式”，通過儲能系統(tǒng)提供本地電源;電網(wǎng)供電恢復(fù)后，儲能系統(tǒng)重新恢復(fù)到“并網(wǎng)運(yùn)行模式”。和“擎天柱”計(jì)劃一樣，都采用了梯次儲能電池，可以并離網(wǎng)運(yùn)行，但是薛家島換電站是一個區(qū)域中心級的充換儲一體電站，還可以為周邊的網(wǎng)點(diǎn)統(tǒng)一配送換電電池，其占地面積和光伏總安裝量要遠(yuǎn)超北汽的方案。
薛家島充換電一體站的工作運(yùn)行系統(tǒng)圖如下：
“擎天柱計(jì)劃”發(fā)布的光儲換電站占地僅約為150-300平方，并非區(qū)域中心級的充換電站，但仍同時具備充電站、換電站、儲能電站的功能。電網(wǎng)、車輛、電池、功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)(Power Condition System, PCS)、光伏及梯次儲能系統(tǒng)等將其功率、數(shù)據(jù)信息上傳到能量管理中心，由能量管理中心對儲能電池和動力電池的功率及能量進(jìn)行優(yōu)化控制，并與電網(wǎng)進(jìn)行協(xié)調(diào)與互動。
2. 光儲能換電站的系統(tǒng)構(gòu)成
光儲能換電站的構(gòu)成主要包括帶梯次儲能的光伏發(fā)電系統(tǒng)、充換電系統(tǒng)、智能管理系統(tǒng)等。
(1)采用儲能電池的光伏發(fā)電系統(tǒng)
一般地，光伏電源接入的電動汽車換電站的能量分配方式有以下五種：
在圖 (a)和 (c)中，光伏電源是換電站的獨(dú)立能量來源，但光伏電源單獨(dú)給蓄電池供電，其功率受外界環(huán)境的影響，具有不穩(wěn)定性和間歇性;如果發(fā)出的電能先儲存到儲能蓄電池中，對儲能系統(tǒng)的容量要求又很大;
圖 (b)、(d)、(e)所示為光伏電源并網(wǎng)的方式，有儲能裝置的并網(wǎng)能夠極大地降低光伏電源的間歇性和不穩(wěn)定性對電網(wǎng)及動力電池充電的影響，并且當(dāng)光伏電源和儲能系統(tǒng)發(fā)出的能量不足以滿足負(fù)載EV動力電池充電的能量需求時，還可以從電網(wǎng)取電，外界條件的變化也不會對換電站的運(yùn)營造成影響。
“擎天柱計(jì)劃”應(yīng)該采用的正是圖 (e)所示的接入方式，這樣可以通過對換電站與配電網(wǎng)連接點(diǎn)的控制，實(shí)現(xiàn)光伏電源在獨(dú)立運(yùn)行和并網(wǎng)運(yùn)行模式之間的無縫切換。
(2)充換電系統(tǒng)
充換電系統(tǒng)主要組成包括：換電系統(tǒng)、充電系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)等。
在換電系統(tǒng)方面，薛家島換電站主要針對公交車換電作業(yè)，采用機(jī)械手從車輛側(cè)面抓取電池進(jìn)行換電的方式，其換電平面布置圖如下所示。
而“擎天柱計(jì)劃”主要針對出租車，采用單工位底盤取電方式，使用多點(diǎn)分布式快速連接承載結(jié)構(gòu)，從底盤處取下并換上電池。
(3)云平臺數(shù)據(jù)管理
據(jù)發(fā)布會透露，“擎天柱”可以通過云平臺大數(shù)據(jù)進(jìn)行多個分布式光儲換電站的智能管理。一般而言，充換電一體化工作站所涉及的關(guān)鍵數(shù)據(jù)應(yīng)該包括：充電機(jī)信息、電池充電參數(shù)、電池編碼識別、更換操作記錄、場站數(shù)據(jù)記錄等;換電站進(jìn)出線電壓、電流、功率因數(shù)、絕緣電阻等電氣主要參數(shù)等;并通過電池信息、充換電記錄累計(jì)行駛里程、電量等數(shù)據(jù)記錄，實(shí)現(xiàn)對電池全生命周期的跟蹤管理。
3. 排隊(duì)仍會出現(xiàn)
那么，單工位換電站能否實(shí)現(xiàn)換電需求的快速高效運(yùn)行呢?，我們做一個簡單的分析。
設(shè)定以下理想條件：來進(jìn)行換電的車輛在24小時內(nèi)，呈均勻分布，且換電操作連續(xù)進(jìn)行，不存在排隊(duì)情況;每次換電標(biāo)準(zhǔn)時間為5分鐘;每次換下的電池剩余電量均為20%;充電機(jī)以1/3C倍率均勻充電。
當(dāng)換電站處于滿負(fù)荷運(yùn)行時，每次換電5分鐘，則每日最大換電次數(shù)為288次。站內(nèi)需要配備的充電工位為 (1—20%)/1/3x60/5=29個。滿足電池充電所需最大配電容量29x37.8kWhxl/3C=365.4kW。
文獻(xiàn)《含光伏發(fā)電的換電站運(yùn)行方式研究》(華北電力大學(xué))對北京出租車換電特性的調(diào)研顯示：北京地區(qū)出租車日均行駛里程為 350～500 公里，出租車每天需換電 2次。一般的，出租車司機(jī)會盡量避開交通高峰期進(jìn)行換電，所以換電時間在白天非高峰期服從正態(tài)分布
，特別是在13:00以后會出現(xiàn)換電高峰;夜晚至凌晨非高峰期19:30～5:30之間服從均勻分布，換下的動力電池 SOC 服從正態(tài)分布。
基于此事實(shí)，文獻(xiàn)根據(jù)蒙特卡羅算法給出了服務(wù)數(shù)量為50臺出租車的情景假設(shè)，推演了滿足各時段換電需求的電池?cái)?shù)量圖。
為保障出租車的實(shí)際運(yùn)營需求，在換電模式下，當(dāng)換電站內(nèi)完成充電的可供換電動力電池?cái)?shù)量不小于當(dāng)前需換電的電動汽車所需動力電池?cái)?shù)量，則所有的換電需求都可被滿足;而當(dāng)換電站內(nèi)完成充電的可供換電動力電池?cái)?shù)量小于當(dāng)前需換電的電動汽車所需動力電池?cái)?shù)量時，則電動汽車需在換電站等待動力電池完成充電，排隊(duì)仍會出現(xiàn)。而要降低排隊(duì)情況，則需要對充電時序進(jìn)行管理，且需要為高峰期提前調(diào)配滿電電池。
4. 商業(yè)模式是難點(diǎn)
按照“擎天柱計(jì)劃”，相關(guān)運(yùn)營車輛統(tǒng)一由北汽提供，很大程度上解決了技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和接口上的不統(tǒng)一問題，克服了技術(shù)上的主要障礙。
但是，光儲換電站要實(shí)現(xiàn)正常運(yùn)營，需要對應(yīng)的相關(guān)利益方眾多，如何界定各方的權(quán)益和責(zé)任、如何進(jìn)行利益的分配等，就成為關(guān)鍵的問題。
比如僅場站建設(shè)問題就要考慮換電站建設(shè)用地、電力接入、換電站建設(shè)要求、政府規(guī)劃等因素，還要考慮換電站建成后的社會示范效應(yīng)及運(yùn)營收支情況等。換電站前期主要投資和運(yùn)營成本如下：
充換電站是新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈上的一個交匯點(diǎn)，其涉及到的利益相關(guān)方之多，遠(yuǎn)超傳統(tǒng)的加油站，而且各方都具備自己的關(guān)鍵資源和能力，沒有誰可以憑一己之力來進(jìn)行布局。這也是北汽聯(lián)合8類主體結(jié)成生態(tài)聯(lián)盟的主要動因。
在場站投資較大，充換電車輛還未達(dá)規(guī)模效應(yīng)的情況下，如何設(shè)計(jì)合理的商業(yè)運(yùn)作模式，明確各方責(zé)任，保障各方利益，促進(jìn)良性發(fā)展就成了最大的問題。北汽從聯(lián)合加油站、出租車公司采用共建模式開始推動建設(shè)的方式的可行性和效能發(fā)揮水平，尚需假以時日，以觀實(shí)效。
