光伏儲能在新能源重卡充/換電場景的技術(shù)應(yīng)用

【摘" 要】隨著新能源重卡產(chǎn)品的逐步推廣及光伏發(fā)電儲能技術(shù)的日趨成熟，新能源重卡和光伏供電在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用越來越普遍，存在兩個(gè)技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域相互搭配相輔相成的可行性。而新能源重卡的補(bǔ)能速度、補(bǔ)能站點(diǎn)建設(shè)規(guī)模的合理規(guī)劃、光伏儲能供配電規(guī)模的匹配建設(shè)、投資運(yùn)營規(guī)模的有效評估、經(jīng)濟(jì)效益的最大化落實(shí)，成為新能源重卡應(yīng)用推廣和光伏充儲能的重要研究課題。快速評估車輛需求與設(shè)施投資規(guī)模，利用自然資源降成本，對新能源技術(shù)推廣、碳排放降低、環(huán)境改善及能源循環(huán)利用意義重大，文章就此展開研究，以期為新能源重卡與光伏儲能的協(xié)同發(fā)展提供有效策略與方法，助力其在實(shí)際應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)高效、經(jīng)濟(jì)與可持續(xù)發(fā)展，推動(dòng)綠色能源體系建設(shè)與完善。

【關(guān)鍵詞】新能源重卡；光伏儲能；充/換電；補(bǔ)能；供電

中圖分類號：U469.72" " 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A" " 文章編號：1003-8639（2025）02-0046-02

Technical Application of Photovoltaic Energy Storage in New Energy Heavy

Truck Charging/Power Change Scenario

GAO Peng，JIANG Jiting

（Xuzhou XCMG Auto Manufacturing Co.，Ltd.，Xuzhou 221000，China）

【Abstract】With the gradual promotion of new energy heavy truck products and the maturity of photovoltaic power storage technology，the application of new energy heavy truck and photovoltaic power supply in production and life is becoming more and more common. There is the feasibility of the two technical application fields matching each other and complementing each other. The replenishment speed of new energy heavy trucks，the reasonable planning of the construction scale of the replenishment station，the matching construction of the scale of photovoltaic energy storage power supply and distribution，the effective evaluation of the scale of investment and operation，and the maximum implementation of economic benefits have become an important research topic of the application and promotion of new energy heavy trucks and photovoltaic energy storage. Rapid assessment of vehicle demand and facility investment scale and the use of natural resources to reduce costs are of great significance to the promotion of new energy technology，carbon emission reduction，environmental improvement and energy recycling. This paper conducted research on this，hoping to provide effective strategies and methods for the synergistic development of new energy heavy trucks and photovoltaic energy storage，and help it achieve efficient，economic and sustainable development in practical applications. We will promote the development and improvement of the green energy system.

【Key words】new energy heavy truck；photovoltaic energy storage；charge/change；energize；power supply

0" 引言

中國很多地區(qū)擁有充足的日照條件，這為大規(guī)模光伏儲能電站的建設(shè)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，同時(shí)也為新能源重卡在當(dāng)?shù)氐膽?yīng)用與推廣營造了良好的條件。在新能源重卡的各類車型中，當(dāng)下最具推廣應(yīng)用潛力的當(dāng)屬能夠?qū)崿F(xiàn)快速補(bǔ)能的各型換電類重卡。鑒于此，可將二者進(jìn)行有機(jī)搭配建設(shè)，但在此過程中，必須做好全方位的匹配工作。一方面，要確保光伏儲能電站的發(fā)電能力、儲能容量以及電力輸出特性等與換電類重卡的充電需求、行駛里程、運(yùn)營時(shí)間等精準(zhǔn)適配，實(shí)現(xiàn)功能與需求的精妙平衡，從而充分發(fā)揮光伏這一自然能源的低成本優(yōu)勢，在提高經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，有效降低能源成本支出；另一方面，要合理規(guī)劃和控制新能源車輛及其相關(guān)配套系統(tǒng)的投資規(guī)模，避免過度投資造成資源浪費(fèi)，同時(shí)也要確保整個(gè)系統(tǒng)能夠滿足實(shí)際工況下的多樣化使用需求，保證車輛的穩(wěn)定運(yùn)行和高效出勤，最終實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益與社會(huì)效益的多贏局面，推動(dòng)能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型升級和交通運(yùn)輸行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

1" 換電重卡及換電站的應(yīng)用場景適配

1.1" 新能源換電重卡數(shù)量與工程量的匹配

在新能源車輛的應(yīng)用場景中，新能源車受限于電池的續(xù)航里程影響，往往無法像燃油車一樣，用較少的車數(shù)實(shí)現(xiàn)較大的運(yùn)力，而是需要綜合考慮補(bǔ)能周期和補(bǔ)能耗時(shí)，以及一次充放循環(huán)的運(yùn)距，通過適當(dāng)擴(kuò)充車隊(duì)數(shù)量，來抵消補(bǔ)能時(shí)間和運(yùn)距不足帶來的運(yùn)力影響。

裝卸貨站點(diǎn)數(shù)量及車隊(duì)通道數(shù)匹配規(guī)則為：單車單次裝貨時(shí)長為[Tz]，單車單次卸貨時(shí)長為[Tx]，二者取時(shí)長最大值作為車隊(duì)的每通道的車間間隔周期，保證有序運(yùn)行。每通道可按照裝貨點(diǎn)（挖機(jī)等作業(yè)機(jī)械）及卸貨點(diǎn)（如堆場或卸料輸送站）定義，裝卸貨時(shí)間差異大時(shí)，可根據(jù)時(shí)間長度關(guān)系綜合運(yùn)力需求，在最小公倍數(shù)的時(shí)間之內(nèi)，利用二者時(shí)長的比例關(guān)系來來計(jì)算裝/卸通道設(shè)置數(shù)量，保證作業(yè)時(shí)間均衡匹配。

如裝貨每臺車需5min，卸貨每臺車需3min，則計(jì)算為15min內(nèi)，以5個(gè)裝貨點(diǎn)和3個(gè)卸貨點(diǎn)來計(jì)算，可實(shí)現(xiàn)每個(gè)裝貨點(diǎn)裝3輛車，而每個(gè)卸貨點(diǎn)卸5輛車，合計(jì)均完成了15輛車的作業(yè)。

1）作業(yè)點(diǎn)到換電站距離[Sz]，單車工況平均公里電耗為[Dp]，車電余量系數(shù)[Ky]滿足剩余電量大于駛往換電站所需電量，即[Ky]≥[Dp]×[Sz]。

2）單車裝卸作業(yè)電量為[Dzx]，單車電池容量為[Dv]，單車SOC下限為[Xv]，則單車可用電量[Dk]=[Dv]×（1-[Xv]-[Ky]），而單車工況續(xù)航里程[Sv]=（[Dk]-[Dzx]×[Nd]×[Nh]）/[Dp]。

3）單車工況平均車速為[Vp]，則單車不換電工況行駛時(shí)長[Tr]=[Sv]/[Vp]。

4）單次作業(yè)往返里程[Sd]，單次電量作業(yè)次數(shù)[Nd]=（[Sv]-2[Sz]）/[Sd]。

5）單次電量裝卸時(shí)長為[Tzx]=（[Tz]+[Tx]）×[Nd]。

6）車換電時(shí)長[Th]，單車換電在途時(shí)長[Tf]=2[Sz]/[Vp]，則單車單次電量的作業(yè)時(shí)長[Tv]=[Tr]-[Tzx]-[Th]-[Tf]。

7）工程單日工作時(shí)長為[Tg]（去除駕駛員間歇休息、交接班和用餐時(shí)長，只考慮駕駛員作業(yè)時(shí)長），則單車換電次數(shù)[Nh]=[Tg]/[Tv]。

8）單車運(yùn)輸量為[Lv]，則單車日運(yùn)輸量[Ld]=[Lv]×[Nd]×[Nh]。

9）工程總運(yùn)力需求[Lg]，則車輛需求數(shù)量[Nv]≥[Lg]/[Ld]。[Nv]綜合考慮車輛故障率、運(yùn)營維保周期，適當(dāng)放大數(shù)量，但過多預(yù)留量影響投資額度。

1.2" 換電站規(guī)模數(shù)量與換電電池?cái)?shù)量及工程量的匹配

車電比例為[Kb]，為綜合考慮電池維修保養(yǎng)、充/換電周期匹配誤差、車輛運(yùn)行周期誤差等因素設(shè)定的經(jīng)驗(yàn)值，可根據(jù)需求調(diào)整。工況所需換電電池?cái)?shù)為[Ny]≥[Nv]×[Kb]，[Kb]系數(shù)及[Ny]偏大，會(huì)影響投資額度。

單車在換電站內(nèi)換電時(shí)長為[Th]，當(dāng)[Tx]或[Tz]最大值大于[Th]但相差不多時(shí)，可以避免換電排隊(duì)等待。當(dāng)[Th]明顯較小，則換電站可以即來即換，無需等待；當(dāng)[Th]明顯偏大時(shí)，則會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重?fù)Q電等待，需推展換電站數(shù)量或規(guī)模來降低。

1.3" 換電站內(nèi)用拖車進(jìn)行電池替換的匹配

假如需利用拖車進(jìn)行站內(nèi)電池更換，則拖車上所有的電池?fù)Q電時(shí)長為[Tt]，拖車數(shù)量[Ns]，拖車在途時(shí)長[Ty]，拖車電池完成充電時(shí)間[Tc]，拖車自帶電池?cái)?shù)量[Nb]，換電站內(nèi)電池?cái)?shù)量[Ne]，則[Ns]（[Tc]+[Ty]）≤[Ne]×[Th]+[Ns]×[Tt]。

2" 光伏儲能的應(yīng)用場景匹配

2.1" 儲能對外充電能力匹配

拖車及其配套電池，可作為光伏儲能的主要或者輔助儲能裝置，也是換電站的電池能源供給和輔助換電分站點(diǎn)的主要換能供給方式。

1）單拖車所需充電功率[Pb]≥[Nb]×[Dk]/[Tc]，外部為拖車提供的總充電功率[Pbz]≥[Pb][[Ns]×[Tc]/（[Tt]+[Ty]）]。

2）單槍持續(xù)充電功率為[Wq]，單電池充電插座數(shù)量為[Nj]，單拖車所需充電槍數(shù)量[Nq]=[Nb]×[Nj]，充電樁所帶槍數(shù)為[Nk]，充電樁數(shù)[Nz]=（[Nq]×[Ns]）/[Nk]。

3）如拖車及其配套電池作為儲能電池和換電站的過渡環(huán)節(jié)，則儲能系統(tǒng)須有充電系統(tǒng)，存在從儲能到拖車電池的放電效率[ηf]，則儲能系統(tǒng)對外充電的時(shí)長為[Td]，每天對外放電量[Pw]≥（[Pbz]×[Td]）/[ηf]，其中[Pw]≤[Td]×[Cd]。

4）放電余量系數(shù)為[Ad]，儲能效率[Cn]，則儲能系統(tǒng)最低容量[Ds]≥[Pw]（1-[Ad]）/[Cn]。

2.2" 光伏發(fā)電與儲能的應(yīng)用場景匹配

1）發(fā)電面積為[Sf]，面積利用系數(shù)為[As]，太陽輻射強(qiáng)度為G，轉(zhuǎn)化效率為[ηr]，日均發(fā)電時(shí)長為[Te]，則日均發(fā)電功率[Pf]=[Sf]×[As]×G×[ηr]，日發(fā)電總電量[Df]=[Pf]×[Te]。

2）光伏儲能容量為[Dc]，換電儲能容量為[Dh]，儲能SCO下限為[Xc]，則[Df]≥[Dc]×（1-[Xc]）+[Dh]×[Ky]，以確保日發(fā)電總量足夠覆蓋儲能容量，并可以實(shí)現(xiàn)對日照不足的情況最大化高儲能能力，足以滿足使用需求并節(jié)約儲能容量的投資額度。

3" 結(jié)論

本文以項(xiàng)目施工中換電車輛的運(yùn)力需求為切入點(diǎn)，逆向推導(dǎo)換電車隊(duì)、換電站以及光伏儲能等各個(gè)環(huán)節(jié)的應(yīng)用匹配數(shù)據(jù)，致力于探索各環(huán)節(jié)最低需求的匹配方法，并深入剖析光伏儲能與換電車型及換電站之間協(xié)同搭配的可行性。研究成果顯示，新能源換電系統(tǒng)與光伏儲能具備出色的匹配應(yīng)用成效，二者能夠達(dá)成良好的互補(bǔ)共贏局面，這對于拓展光伏儲能的應(yīng)用范圍、解決換電能源供應(yīng)問題以及拓寬換電場景而言意義重大。

盡管本研究提出了頗具價(jià)值的觀點(diǎn)和切實(shí)可行的匹配應(yīng)用方法，但我們也清楚地意識到研究存在一定的局限性。例如，針對換電系統(tǒng)的多站點(diǎn)協(xié)同運(yùn)作、多路徑多工況的綜合運(yùn)營模式、換電站內(nèi)充電與充換互補(bǔ)并行的運(yùn)營匹配方式，以及換電站與拖車簡易移動(dòng)站相互補(bǔ)充的綜合運(yùn)營情景等方面，尤其是當(dāng)各類綜合工況以排列組合的形式構(gòu)建出復(fù)雜的運(yùn)營匹配場景時(shí)，尚未展開深入且全面的探究。

事實(shí)上，這些更為復(fù)雜的工況場景更加貼近未來廣泛推廣階段所面臨的實(shí)際狀況，理應(yīng)成為我們后續(xù)深入研究的全新方向。對其進(jìn)行深入鉆研，將有助于提煉出適用范圍更廣、適配性更強(qiáng)的應(yīng)用匹配方法，從而有力推動(dòng)新能源換電車型的普及應(yīng)用，并充分發(fā)揮光伏儲能的優(yōu)勢，為新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供更為堅(jiān)實(shí)的理論與實(shí)踐支撐。

參考文獻(xiàn)

[1] 高鵬，馮方正，蔣繼婷，等.與施工項(xiàng)目匹配的新能源設(shè)施參數(shù)計(jì)算方法及相關(guān)裝置：中國，2024110823634[P].2024-08-08.

（編輯" 凌" 波）

收稿日期：2024-08-02

作者簡介：高" 鵬（1986—），男，主要從事各類卡車相關(guān)的設(shè)計(jì)研發(fā)、應(yīng)用與優(yōu)化工作。