Mit dem exponentiellen Anstieg der Verkäufe von Elektrofahrzeugen hat die Nachfrage der Besitzer von Elektrofahrzeugen nach Schnellladung zugenommen, und die Ära des Schnellladens ist angebrochen. Es ist dringend erforderlich, Schnellladegeräte zu traditionellen Ladestationen hinzuzufügen. Der großflächige Ausbau der Ladeinfrastruktur und die Umwandlung von Ladestationen haben das bestehende Stromnetz ernsthaft belastet. Gleichzeitig ist es schwierig, die Kapazität von Ladestationen zu erhöhen, die Investitionskosten sind hoch und es gibt zu viele Unsicherheiten.

Faktoren wie der niedrige Leistungsfaktor und häufige Probleme mit der Stromqualität wie Oberschwingungen, die von herkömmlichen Ladestationen während des Betriebs verursacht werden, haben die Installation von Energiespeichern in Ladestationen zur ersten Wahl gemacht.

Eine Energiespeicher-Ladestation ist eine intelligente Ladeinfrastruktur, die Photovoltaik-Stromerzeugung, ein Energiespeichersystem und EV-Ladestationen integriert. Ihre Hauptfunktion besteht darin, die effiziente Nutzung sauberer Energie und die Stabilität der Stromversorgung durch Energiespeicherung und optimale Konfiguration zu erreichen.

Im Vergleich zur herkömmlichen einzelnen Ladestation bietet dieser Stationstyp erhebliche Vorteile wie komplementäre Multi-Energiequellen, Energieeinsparung und Umweltschutz, Spitzenlastabdeckung und Talfüllung. Im tatsächlichen Betriebsprozess können die wirtschaftlichen und sozialen Vorteile durch optimierte Konfiguration und Dispatching-Management maximiert werden.

Betriebskosten senken. Derzeit wird landesweit die Berechnungsmethode für zeitabhängige Strompreise angewendet. Durch die Konfiguration von Energiespeichern kann das Laden während der Nebenzeiten und das Entladen während der Spitzenzeiten den Stromverbrauch in Spitzenzeiten reduzieren und die Stromkosten senken. Gleichzeitig kann nach der Konfiguration von Energiespeichern der Verkehrsfluss der Station erhöht werden, indem die Servicegebühren während der Spitzenzeiten gesenkt werden. Einige Stationen sind mit Photovoltaikanlagen ausgestattet, und der Photovoltaikstrom wird spontan für den eigenen Gebrauch gespeichert, sodass der gespeicherte Strom in Spitzenzeiten genutzt werden kann, um die Stromkosten zu senken. Die Konfiguration von Energiespeichern ermöglicht auch die Teilnahme an der Nachfrageantwort des Stromnetzes, um dem Stromnetz beim Abflachen von Spitzenlasten und der Frequenzmodulation zu helfen, was in Zukunft auch die Teilnahme am Spotmarkt für Strom ermöglicht, mit vielfältigen Einnahmequellen und vielversprechenden Perspektiven.

Virtuelle Kapazitätserweiterung. Dies entspricht der Allwettererkennung von Strom- und Verteilungskapazität; die Lade- und Entladeleistung der Energiespeicherung passt sich dynamisch an den Strombedarf der Station an. Super-Speicherung und -Aufladung sind integriert und gewährleisten sorgenfreies Schnellladen.

Verbesserung der Stromqualität. Wenn die Ladestation mit Energiespeichern ausgestattet ist, kann sie in Situationen, in denen der Transformator überlastet ist, Strom rationiert wird oder das Laden aufgrund eines Stromausfalls nicht möglich ist, die Stromqualität verbessern und den normalen Betrieb der Ladestation aufrechterhalten.

Teilszenario von Energiespeicheranwendungen in Ladestationen

Von der Stromerzeugungsseite sind die Endverbraucher der Energiespeicheranforderungen Kraftwerke. Aufgrund der unterschiedlichen Auswirkungen verschiedener Energiequellen auf das Stromnetz und der dynamischen Diskrepanz zwischen Stromerzeugung und Stromverbrauch, die durch unvorhersehbare Lasten verursacht wird, gibt es viele Arten von Energiespeicheranforderungen auf der Stromerzeugungsseite, einschließlich sechs Szenarien wie Energiespeicherzeitverschiebung, Kapazitätseinheit, Lastverfolgung, Systemfrequenzmodulation, Reservekapazität und Anbindung erneuerbarer Energien.

Energiezeitschicht erreicht die Spitzenlastabdeckung und das Füllen von Tälern der Stromlast durch Energiespeicherung, das heißt, das Kraftwerk lädt die Batterie während der Nebenzeiten der Stromlast und gibt den gespeicherten Strom während der Spitzenzeiten der Stromlast ab. Darüber hinaus ist es auch eine Energiezeitschicht, um die eingeschränkte Wind- und Solarenergie erneuerbarer Energien zu speichern und diese dann in andere Zeitperioden für die Netzanbindung zu verschieben. Energiezeitschicht ist eine typische energiebasierte Anwendung, die keine strengen Anforderungen an die Lade- und Entladezeiten hat und breite Anforderungen an die Lade- und Entladeleistung stellt. Die Anwendungsfrequenz der Energiezeitschicht ist jedoch relativ hoch, mehr als 300 Mal im Jahr, aufgrund der Stromlast der Nutzer und der Erzeugungsmerkmale erneuerbarer Energien.

Aufgrund der Unterschiede in der Stromlast zu verschiedenen Zeitpunkten müssen kohlebetriebene Kraftwerke die Fähigkeit zur Spitzenlastregelung übernehmen. Daher ist es notwendig, eine bestimmte Erzeugungskapazität für entsprechende Spitzenlasten vorzuhalten, was dazu führt, dass die thermischen Kraftwerke nicht ihre volle Kapazität erreichen können und die Wirtschaftlichkeit des Betriebs der Einheiten beeinträchtigt wird. Durch die Nutzung von Energiespeichern kann während der Zeiten mit niedriger Stromlast geladen und während der Zeiten mit hoher Stromlast entladen werden, um die Spitzenlast zu reduzieren. Der Vorteil des Substitutionseffekts des Energiespeichersystems wird genutzt, um die Kapazitätseinheiten der kohlebetriebenen Kraftwerke freizusetzen, wodurch die Auslastung der thermischen Kraftwerke verbessert und ihre wirtschaftliche Effizienz gesteigert wird. Die Kapazitätseinheit ist eine typische energiebasierte Anwendung, die keine strengen Anforderungen an Lade- und Entladezeiten hat und breite Anforderungen an Lade- und Entladeleistungen stellt. Aufgrund der Stromlast der Nutzer und der Erzeugungsmerkmale erneuerbarer Energien ist die Anwendungsfrequenz der Kapazitätszeitverschiebung relativ hoch, etwa 200 Mal im Jahr.

Lastverfolgung ist ein Hilfsdienst, der dynamisch angepasst wird, um ein Echtzeitgleichgewicht für die langsam wechselnde und ständig wechselnde Last zu erreichen. Die kontinuierlich wechselnde Last mit langsamer Veränderung kann je nach tatsächlicher Situation des Generatorbetriebs weiter in Grundlast und Rampenlast unterteilt werden, und die Lastverfolgung wird hauptsächlich auf Rampenlast angewendet, das heißt, durch Anpassung der Ausgabe wird die Rampenrate traditioneller Energieeinheiten so weit wie möglich minimiert, sodass sie sanft auf das Dispatching-Anweisungsniveau übergehen kann. Im Vergleich zu Kapazitätseinheiten erfordert die Lastverfolgung eine höhere Entlade-Reaktionszeit, und die entsprechende Zeit muss in Minuten angegeben werden.

Änderungen der Frequenz haben Auswirkungen auf den sicheren und effizienten Betrieb sowie die Lebensdauer von Energieerzeugungs- und elektrischen Geräten. Daher ist die Frequenzanpassung sehr wichtig. In der traditionellen Energiestruktur wird das kurzfristige Energieungleichgewicht des Stromnetzes durch traditionelle Einheiten (hauptsächlich thermische Kraftwerke und Wasserkraft in China) angepasst, indem auf AGC-Signale reagiert wird. Mit dem Anschluss neuer Energiequellen hat die Volatilität und Zufälligkeit von Wind- und Solarenergie das kurzfristige Energieungleichgewicht des Stromnetzes in kurzer Zeit verschärft. Traditionelle Energiequellen (insbesondere thermische Kraftwerke) hinken bei der Reaktion auf die Dispatch-Anweisungen des Stromnetzes aufgrund ihrer langsamen Frequenzmodulation hinterher, und manchmal kommt es zu falschen Aktionen wie einer Rückwärtsanpassung, sodass sie die neue Nachfrage nicht erfüllen können. Im Vergleich dazu ist die Frequenzmodulationsgeschwindigkeit von Energiespeichern (insbesondere elektrochemischen Energiespeichern) schnell, und die Batterie kann flexibel zwischen Lade- und Entladezuständen umgeschaltet werden, was sie zu einer sehr guten Frequenzmodulationsressource macht.

Im Vergleich zur Lastverfolgung ändern sich die Lastkomponenten der Systemfrequenzmodulation in Minuten und Sekunden, was eine höhere Reaktionsgeschwindigkeit erfordert (in der Regel Reaktion in Sekunden), und die Anpassungsmethode der Lastkomponente ist in der Regel AGC. Die Systemfrequenzmodulation ist jedoch eine typische Leistungsanwendung, die eine schnelle Lade- und Entladezeit erfordert und eine hohe Lade- und Entladerate benötigt, wenn elektrochemische Energiespeicherung verwendet wird, was die Lebensdauer bestimmter Batterietypen verkürzt und somit deren Wirtschaftlichkeit beeinträchtigt.

Die Reservekapazität bezieht sich auf die aktive Leistungsreserve, die zur Sicherstellung der Qualität der Stromversorgung und des sicheren und stabilen Betriebs des Systems im Notfall reserviert ist, zusätzlich zur Deckung der erwarteten Lastanforderungen. Im Allgemeinen muss die Standby-Kapazität 15-20 % der normalen Stromversorgungskapazität des Systems betragen, und der Mindestwert sollte der Kapazität der Einheit mit der größten installierten Kapazität im System entsprechen. Da die Reservekapazität für Notfälle gedacht ist, ist die jährliche Betriebsfrequenz in der Regel niedrig. Wenn die Batterie ausschließlich als Reservekapazitätsdienst verwendet wird, kann die Wirtschaftlichkeit nicht garantiert werden, daher ist es notwendig, sie mit den Kosten der bestehenden Reservekapazität zu vergleichen, um den tatsächlichen Substitutionseffekt zu bestimmen.

Aufgrund der zufälligen und intermittierenden Eigenschaften der Stromerzeugung aus Windkraft und Photovoltaik ist die Stromqualität schlechter als die von traditionellen Energien. Da die Schwankungen der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien (Frequenzschwankungen, Ausgabeschwankungen usw.) von wenigen Sekunden bis zu mehreren Stunden reichen, gibt es sowohl leistungsbasierte als auch energiebasierte Anwendungen, die allgemein in drei Typen unterteilt werden können: Energiespeicherung von erneuerbaren Energien, Festigung der Erzeugungskapazität erneuerbarer Energien und Glättung der Stromausgabe erneuerbarer Energien. Zum Beispiel ist es notwendig, das verbleibende während des Tages erzeugte Elektrizität zu speichern, um es nachts abzugeben, um das Problem der Lichtabweisung in der Photovoltaik-Stromerzeugung zu lösen, was zur Energiespeicherung von erneuerbaren Energien gehört. Bei der Windkraft schwankt die Stromausgabe aufgrund der Unvorhersehbarkeit des Windes stark und muss geglättet werden, weshalb sie hauptsächlich als leistungsbasierte Anwendung genutzt wird.