[科普中國(guó)]-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(dú)發(fā)生反應(yīng)的B能容易地進(jìn)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(guó)現(xiàn)階段電動(dòng)汽車(chē)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(jìn)行有效的結(jié)合，對(duì)不同類(lèi)型的車(chē)輛采用與其行駛特點(diǎn)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(duì)模型求解。通過(guò)算例分析驗(yàn)證了此方法能得到綜合了經(jīng)濟(jì)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(dòng)汽車(chē)的能源供給模式需要更多考慮自己特殊的國(guó)情，詳細(xì)分析了各種充電模式和換電模式的優(yōu)缺點(diǎn)，但是電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)的主要參與者卻從自身實(shí)際情況出發(fā)提出了各自的發(fā)展模式。國(guó)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(yùn)營(yíng)模式，并投資建設(shè)了青島薛家島電動(dòng)汽車(chē)智能充換儲(chǔ)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(yàn)站。但是，汽車(chē)企業(yè)過(guò)去多年卻是按著整車(chē)充電模式的思路進(jìn)行車(chē)型研發(fā)。國(guó)務(wù)院頒布的《節(jié)能與新能源汽車(chē)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(yùn)營(yíng)模式，而對(duì)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(yùn)營(yíng)模式”。

市場(chǎng)和政策都處于探索階段，電動(dòng)汽車(chē)低滲透率下的最佳供能模式很難有一個(gè)定論。但是，充電模式和換電模式各有優(yōu)缺點(diǎn)，相對(duì)于不同類(lèi)型的用戶，這些優(yōu)缺點(diǎn)是可以相互轉(zhuǎn)化的。對(duì)于不同的需求，可以采用不同的模式，取其優(yōu)點(diǎn)，避其缺點(diǎn)。從運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，應(yīng)該是不同類(lèi)型的車(chē)輛用不同的供能模式。同時(shí)，從國(guó)外供能設(shè)施建設(shè)的歷程來(lái)看，他們均把各種模式進(jìn)行了有效的組合。1

三類(lèi)電動(dòng)汽車(chē)及其供能模式電動(dòng)汽車(chē)現(xiàn)階段主要應(yīng)用于定點(diǎn)、定線、定半徑運(yùn)行的公共服務(wù)用車(chē)，根據(jù)它們對(duì)供能模式的不同需求將其分為三類(lèi)：第Ⅰ類(lèi)是公交車(chē)，第Ⅱ類(lèi)是環(huán)衛(wèi)、校車(chē)、政府公務(wù)車(chē)輛等，第Ⅲ類(lèi)是少量示范運(yùn)營(yíng)的出租車(chē)。對(duì)于少量存在的私家車(chē)，則將其歸為第Ⅱ類(lèi)。

Ⅰ類(lèi)車(chē)最好的供能模式應(yīng)該是電池更換模式，因?yàn)樗刻煨旭偟穆肪€固定，總路程長(zhǎng)，耗電量大，一天中需要多次補(bǔ)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(lèi)車(chē)行駛路程較短，路線相對(duì)固定，耗電量不是特別大，可以采取“工作間隙和夜間進(jìn)行慢充，特殊情況下進(jìn)行快充”的供能模式。

Ⅲ類(lèi)車(chē)日行駛里程長(zhǎng)，行駛路線具有很大的隨機(jī)性，耗電量也特別大，現(xiàn)階段不適合大量采用電動(dòng)技術(shù)，只能進(jìn)行少量的示范運(yùn)營(yíng)，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(jìn)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(dòng)汽車(chē)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(chǔ)放電站（Center Station，CS），主要為服務(wù)區(qū)域內(nèi)運(yùn)營(yíng)的電池組充電，為周?chē)蘑耦?lèi)車(chē)和Ⅲ類(lèi)車(chē)換電，為Ⅱ類(lèi)車(chē)和Ⅲ類(lèi)車(chē)提供快速充電。集中站可以將部分充電負(fù)荷轉(zhuǎn)移到夜間，起到對(duì)電網(wǎng)削峰填谷的作用，特別是在電動(dòng)汽車(chē)數(shù)量急劇增加后，其充電負(fù)荷將給電網(wǎng)帶來(lái)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(dòng)汽車(chē)和常規(guī)負(fù)荷的波峰波谷重疊，惡化已有的負(fù)荷峰谷差，給電網(wǎng)的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行帶來(lái)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(diǎn)和線路能夠滿足集中充電站的負(fù)荷需求；選擇靠近公交站是因?yàn)槠浞?wù)的主要對(duì)象就是站內(nèi)公交車(chē)。1

電動(dòng)汽車(chē)供能的便捷性及經(jīng)濟(jì)性電動(dòng)汽車(chē)低滲透率下，供能的便捷性、經(jīng)濟(jì)性與電動(dòng)汽車(chē)的保有量是相互促進(jìn)、相互制衡的關(guān)系。研究了電動(dòng)汽車(chē)的供能模式與供能設(shè)施規(guī)劃的方法，引入LCC理論以達(dá)到經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益的最大化?？尚械墓┠苣Ｊ脚c規(guī)劃方法將促進(jìn)電動(dòng)汽車(chē)的快速發(fā)展，同時(shí)也反過(guò)來(lái)對(duì)供能提出更高的要求。在下一階段電動(dòng)汽車(chē)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(shí)考慮電動(dòng)汽車(chē)與智能電網(wǎng)的互動(dòng)以及對(duì)電網(wǎng)安全與經(jīng)濟(jì)運(yùn)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(wèn)題分布式發(fā)電供能技術(shù)是符合國(guó)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(dòng)態(tài)行為及安全高效運(yùn)行這一重大問(wèn)題，系統(tǒng)提出了分布式發(fā)電供能系統(tǒng)研究的4個(gè)方面的問(wèn)題：微網(wǎng)運(yùn)行特性及高滲透率下與大電網(wǎng)相互作用的機(jī)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(hù)與控制；分布式發(fā)電供能系統(tǒng)綜合仿真與能量?jī)?yōu)化管理方法。并對(duì)各方面問(wèn)題所涉及的研究方向進(jìn)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(yáng)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(lèi)燃料(主要指天然氣)進(jìn)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(shí)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(yùn)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(jiǎn)稱微網(wǎng)，是指由分布式電源、儲(chǔ)能裝置、能量變換裝置、相關(guān)負(fù)荷和監(jiān)控、保護(hù)裝置匯集而成的小型發(fā)配電系統(tǒng)，是一個(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)自我控制、保護(hù)和管理的自治系統(tǒng)，既可以與大電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行，也可以孤立運(yùn)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(diǎn)(PCC 端口)處的微網(wǎng)模式控制器通過(guò)解并列控制，可以實(shí)現(xiàn)微網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行與孤島自主運(yùn)行模式的轉(zhuǎn)換。2

供能系統(tǒng)綜合仿真與能量?jī)?yōu)化管理方法鑒于微網(wǎng)系統(tǒng)的復(fù)雜性，無(wú)論是研究其與大電網(wǎng)相互作用的機(jī)理，還是在各種擾動(dòng)下的復(fù)雜動(dòng)態(tài)行為，無(wú)論是其保護(hù)與控制問(wèn)題，還是其規(guī)劃設(shè)計(jì)問(wèn)題，都需要強(qiáng)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(shí)驗(yàn)平臺(tái)。研究微網(wǎng)及含微網(wǎng)配電系統(tǒng)的能量?jī)?yōu)化管理方法，有助于提高系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)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(jī)等具有較大時(shí)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(dòng)時(shí)，既有以微秒級(jí)快速變化的電磁暫態(tài)過(guò)程，也有以毫秒級(jí)變化的機(jī)電暫態(tài)過(guò)程和以秒級(jí)變化的慢動(dòng)態(tài)過(guò)程。綜合考慮其相互影響，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)全過(guò)程的數(shù)字仿真是一項(xiàng)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(tái)有機(jī)結(jié)合，形成數(shù)字/模擬混合仿真系統(tǒng)，對(duì)于微網(wǎng)運(yùn)行特性的研究、保護(hù)與控制器的設(shè)計(jì)等將更加具有實(shí)際價(jià)值?；旌戏抡婕夹g(shù)也是常規(guī)電力系統(tǒng)研究的熱點(diǎn)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(shí)間尺度更加分散，必須有針對(duì)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(xiàn)者為:

胡建平 - 副教授 - 西北工業(yè)大學(xué)