[科普中國]-供能

在放能反應(yīng)A與其他吸能反應(yīng)B組成的共軛反應(yīng)系統(tǒng)中，使難以單獨發(fā)生反應(yīng)的B能容易地進行，這是生物體內(nèi)代謝反應(yīng)中的一種重要形式，在這種情況下的反應(yīng)A，稱為供能反應(yīng)。

供能模式及供能設(shè)施的 LCC 最優(yōu)規(guī)劃提出了我國現(xiàn)階段電動汽車低滲透率下的供能模式，并以此為依據(jù)建立了基于全壽命周期成本（LCC）的供能設(shè)施最優(yōu)規(guī)劃模型。將充電模式和換電模式進行有效的結(jié)合，對不同類型的車輛采用與其行駛特點相適應(yīng)的供能方式，由此提出綜合了集中充換電站、配送站和快速充電站的供能設(shè)施規(guī)劃原則，并引入LCC理論建立相應(yīng)的最優(yōu)規(guī)劃模型。結(jié)合伏羅諾伊圖和仿電磁學(xué)算法對模型求解。通過算例分析驗證了此方法能得到綜合了經(jīng)濟性、可靠性和持續(xù)性等多目標(biāo)的最優(yōu)規(guī)劃方案。1

充電模式與換電模式電動汽車的能源供給模式需要更多考慮自己特殊的國情，詳細分析了各種充電模式和換電模式的優(yōu)缺點，但是電動汽車市場的主要參與者卻從自身實際情況出發(fā)提出了各自的發(fā)展模式。國家電網(wǎng)提出了“換電為主、插充為輔、集中充電、統(tǒng)一配送”的建設(shè)運營模式，并投資建設(shè)了青島薛家島電動汽車智能充換儲放一體化電站等示范工程；南方電網(wǎng)也建成了一批換電體驗站。但是，汽車企業(yè)過去多年卻是按著整車充電模式的思路進行車型研發(fā)。國務(wù)院頒布的《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2012—2020 年）》描述了充電設(shè)施的發(fā)展規(guī)劃、關(guān)鍵技術(shù)研究和商業(yè)運營模式，而對電池更換模式只是提出了要探索“電池租賃、充換電服務(wù)等商業(yè)運營模式”。

市場和政策都處于探索階段，電動汽車低滲透率下的最佳供能模式很難有一個定論。但是，充電模式和換電模式各有優(yōu)缺點，相對于不同類型的用戶，這些優(yōu)缺點是可以相互轉(zhuǎn)化的。對于不同的需求，可以采用不同的模式，取其優(yōu)點，避其缺點。從運行經(jīng)驗來看，應(yīng)該是不同類型的車輛用不同的供能模式。同時，從國外供能設(shè)施建設(shè)的歷程來看，他們均把各種模式進行了有效的組合。1

三類電動汽車及其供能模式電動汽車現(xiàn)階段主要應(yīng)用于定點、定線、定半徑運行的公共服務(wù)用車，根據(jù)它們對供能模式的不同需求將其分為三類：第Ⅰ類是公交車，第Ⅱ類是環(huán)衛(wèi)、校車、政府公務(wù)車輛等，第Ⅲ類是少量示范運營的出租車。對于少量存在的私家車，則將其歸為第Ⅱ類。

Ⅰ類車最好的供能模式應(yīng)該是電池更換模式，因為它每天行駛的路線固定，總路程長，耗電量大，一天中需要多次補充能量，采用充電模式在現(xiàn)有的技術(shù)條件下是不能完全滿足要求的。

Ⅱ類車行駛路程較短，路線相對固定，耗電量不是特別大，可以采取“工作間隙和夜間進行慢充，特殊情況下進行快充”的供能模式。

Ⅲ類車日行駛里程長，行駛路線具有很大的隨機性，耗電量也特別大，現(xiàn)階段不適合大量采用電動技術(shù)，只能進行少量的示范運營，而且采用以“換電為主，快速充電為輔”的供能模式。所以現(xiàn)階段需要將充電模式和換電模式進行組合，而充換電設(shè)施的規(guī)劃就要基于這種組合模式。1

電動汽車充換電設(shè)施規(guī)劃思路首先，在城區(qū)邊上的公交站附近建立大型集中充換儲放電站（Center Station，CS），主要為服務(wù)區(qū)域內(nèi)運營的電池組充電，為周圍的Ⅰ類車和Ⅲ類車換電，為Ⅱ類車和Ⅲ類車提供快速充電。集中站可以將部分充電負荷轉(zhuǎn)移到夜間，起到對電網(wǎng)削峰填谷的作用，特別是在電動汽車數(shù)量急劇增加后，其充電負荷將給電網(wǎng)帶來不小的壓力，如果不能合理的管理，在極端情況下，可能導(dǎo)致電動汽車和常規(guī)負荷的波峰波谷重疊，惡化已有的負荷峰谷差，給電網(wǎng)的安全、經(jīng)濟運行帶來極大的不利。站址選擇在城區(qū)邊上是從電網(wǎng)側(cè)考慮，這里往往有高壓站點和線路能夠滿足集中充電站的負荷需求；選擇靠近公交站是因為其服務(wù)的主要對象就是站內(nèi)公交車。1

電動汽車供能的便捷性及經(jīng)濟性電動汽車低滲透率下，供能的便捷性、經(jīng)濟性與電動汽車的保有量是相互促進、相互制衡的關(guān)系。研究了電動汽車的供能模式與供能設(shè)施規(guī)劃的方法，引入LCC理論以達到經(jīng)濟和社會效益的最大化?？尚械墓┠苣Ｊ脚c規(guī)劃方法將促進電動汽車的快速發(fā)展，同時也反過來對供能提出更高的要求。在下一階段電動汽車高滲透率環(huán)境下，研究更為理想的供能模式和建立完整的規(guī)劃體系，并同時考慮電動汽車與智能電網(wǎng)的互動以及對電網(wǎng)安全與經(jīng)濟運行的影響顯得尤為重要。1

分布式發(fā)電供能系統(tǒng)若干問題分布式發(fā)電供能技術(shù)是符合國家重大需求的重要研究課題。圍繞高滲透率微網(wǎng)的復(fù)雜動態(tài)行為及安全高效運行這一重大問題，系統(tǒng)提出了分布式發(fā)電供能系統(tǒng)研究的4個方面的問題：微網(wǎng)運行特性及高滲透率下與大電網(wǎng)相互作用的機理；含微網(wǎng)新型配電系統(tǒng)的規(guī)劃理論與方法；微網(wǎng)及含微網(wǎng)配電系統(tǒng)的保護與控制；分布式發(fā)電供能系統(tǒng)綜合仿真與能量優(yōu)化管理方法。并對各方面問題所涉及的研究方向進行了概括和展望。2

分布式發(fā)電供能系統(tǒng)分布式發(fā)電供能系統(tǒng)是指利用各種可用的分散存在的能源，包括可再生能源(太陽能、生物質(zhì)能、小型風(fēng)能、小型水能、波浪能等)和本地可方便獲取的化石類燃料(主要指天然氣)進行發(fā)電供能的系統(tǒng)，發(fā)電容量通常限定在幾十兆瓦以下。

現(xiàn)有研究和實踐已表明，將分布式發(fā)電供能系統(tǒng)以微網(wǎng)的形式接入到大電網(wǎng)并網(wǎng)運行，與大電網(wǎng)互為支撐，是發(fā)揮分布式發(fā)電供能系統(tǒng)效能的最有效方式。分布式發(fā)電供能微網(wǎng)系統(tǒng)，簡稱微網(wǎng)，是指由分布式電源、儲能裝置、能量變換裝置、相關(guān)負荷和監(jiān)控、保護裝置匯集而成的小型發(fā)配電系統(tǒng)，是一個能夠?qū)崿F(xiàn)自我控制、保護和管理的自治系統(tǒng)，既可以與大電網(wǎng)并網(wǎng)運行，也可以孤立運行。在微網(wǎng)系統(tǒng)中，用戶所需電能由風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、光伏發(fā) 電系統(tǒng)、燃料電池、冷/熱/電聯(lián)供系統(tǒng)和公共電網(wǎng)等提供，在滿足用戶供熱和供冷需求的前提下，最終以電能作為統(tǒng)一的能源形式將各種分布式能源加以融合。公共聯(lián)結(jié)點(PCC 端口)處的微網(wǎng)模式控制器通過解并列控制，可以實現(xiàn)微網(wǎng)并網(wǎng)運行與孤島自主運行模式的轉(zhuǎn)換。2

供能系統(tǒng)綜合仿真與能量優(yōu)化管理方法鑒于微網(wǎng)系統(tǒng)的復(fù)雜性，無論是研究其與大電網(wǎng)相互作用的機理，還是在各種擾動下的復(fù)雜動態(tài)行為，無論是其保護與控制問題，還是其規(guī)劃設(shè)計問題，都需要強有力的仿真手段，需要構(gòu)建兼容微網(wǎng)分析的配電系統(tǒng)仿真實驗平臺。研究微網(wǎng)及含微網(wǎng)配電系統(tǒng)的能量優(yōu)化管理方法，有助于提高系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性，為分布式能源的高效利用創(chuàng)造條件。2

分布式發(fā)電供能微網(wǎng)系統(tǒng)綜合仿真在分布式發(fā)電供能系統(tǒng)中，既有同步發(fā)電機等具有較大時間常數(shù)的旋轉(zhuǎn)設(shè)備，也有響應(yīng)快速的電力電子裝置。在系統(tǒng)發(fā)生擾動時，既有以微秒級快速變化的電磁暫態(tài)過程，也有以毫秒級變化的機電暫態(tài)過程和以秒級變化的慢動態(tài)過程。綜合考慮其相互影響，實現(xiàn)動態(tài)全過程的數(shù)字仿真是一項極具挑戰(zhàn)性的研究課題。而將數(shù)字仿真系統(tǒng)與物理模擬仿真平臺有機結(jié)合，形成數(shù)字/模擬混合仿真系統(tǒng)，對于微網(wǎng)運行特性的研究、保護與控制器的設(shè)計等將更加具有實際價值?；旌戏抡婕夹g(shù)也是常規(guī)電力系統(tǒng)研究的熱點領(lǐng)域，盡管一些仿真思路可供借鑒，但因微網(wǎng)中的物理設(shè)備更加多樣化，模型更為復(fù)雜，不同設(shè)備暫態(tài)響應(yīng)的時間尺度更加分散，必須有針對性地發(fā)展相關(guān)的混合仿真理論和方法。2

本詞條內(nèi)容貢獻者為:

胡建平 - 副教授 - 西北工業(yè)大學(xué)