充換電站蘇滬杭城際互聯(lián)方案和工程難點(diǎn)

寇英剛 ，許慶強(qiáng) ，金勝利 ，江 明

(1.江蘇省電力公司，江蘇 南京 210024；2.無錫供電公司，江蘇 無錫 214000；3.南京供電公司，江蘇 南京 210012)

電動(dòng)汽車具有顯著的節(jié)能減排和環(huán)保優(yōu)勢，發(fā)展電動(dòng)汽車已成為世界各國的共識[1-4]。為保障國家能源安全，減少對石油進(jìn)口的依賴，我國政府出臺了多項(xiàng)鼓勵(lì)政策，全力推動(dòng)電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展。國家電網(wǎng)公司積極響應(yīng)國家號召，把推動(dòng)電動(dòng)汽車發(fā)展作為貫徹國家能源戰(zhàn)略、落實(shí)節(jié)能減排政策和履行社會責(zé)任的重大戰(zhàn)略舉措。截至2011年底，國家電網(wǎng)公司已建成投運(yùn)200多座充換電站和13000余臺交流充電樁，使我國成為世界上投運(yùn)充換電設(shè)施數(shù)量最多的國家。

受電池容量的限制，電動(dòng)汽車無法滿足長距離行駛和跨省跨市互聯(lián)運(yùn)行的需要，制約了電動(dòng)汽車的推廣應(yīng)用和節(jié)能減排宣傳效果[5]。為了能實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車在城際間的互聯(lián)互通運(yùn)行，國家電網(wǎng)公司在2011年初開始在蘇滬杭（蘇州-上海-杭州）高速公路服務(wù)區(qū)部署建設(shè)充換電站，作為我國首個(gè)跨省互聯(lián)試點(diǎn)工程，也為長三角地區(qū)電動(dòng)汽車充換電服務(wù)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

1 工程總體情況

蘇滬杭電動(dòng)汽車城際互聯(lián)示范工程涉及蘇州、上海和杭州間3條高速公路、5個(gè)服務(wù)區(qū)的9座電動(dòng)汽車充換電站。

1.1 蘇滬城際高速充換電站布點(diǎn)

蘇州與上海間的主要互聯(lián)通道為滬寧高速，該互聯(lián)通道的互聯(lián)點(diǎn)選在陽澄湖服務(wù)區(qū)。陽澄湖的南服務(wù)區(qū)和北服務(wù)區(qū)相互貫通，且北服務(wù)區(qū)占地面積大、人流量多、設(shè)施齊全，故本互聯(lián)點(diǎn)選擇在北服務(wù)區(qū)建設(shè)1座充換電站。為配合蘇滬電動(dòng)汽車互聯(lián)運(yùn)行的需求，上海將建設(shè)嘉定充換電站，蘇州則已建成了鄧蔚路充換電站，陽澄湖服務(wù)區(qū)和蘇州、上海充換電站之間的距離如圖1所示。

圖1 陽澄湖服務(wù)區(qū)與蘇州及上海的距離示意圖

1.2 滬杭城際高速充換電站布點(diǎn)

上海與杭州間的主要互聯(lián)通道為滬杭高速，該通道的互聯(lián)點(diǎn)分別為嘉興服務(wù)區(qū)和楓涇服務(wù)區(qū)，每個(gè)服務(wù)區(qū)各建設(shè)1對（2座）充換電站。

為配合滬杭電動(dòng)汽車互聯(lián)運(yùn)行的需求，上海還計(jì)劃建設(shè)閔行充換電站，杭州計(jì)劃建設(shè)石橋充換電站，兩服務(wù)區(qū)和上海、杭州之間的距離如圖2所示。

圖2 服務(wù)區(qū)與上海及杭州的距離示意圖

1.3 蘇杭城際高速充換電站布點(diǎn)

蘇州與杭州間主要的互聯(lián)通道為常臺高速,該通道的互聯(lián)點(diǎn)分別為白洋湖服務(wù)區(qū)和新塍服務(wù)區(qū)，每個(gè)服務(wù)區(qū)各建設(shè)1對（2座）充換電站，兩服務(wù)區(qū)和蘇州、杭州之間的距離如圖3所示。

圖3 服務(wù)區(qū)與蘇州及杭州的距離示意圖

國家電網(wǎng)公司統(tǒng)一部署的2011年整個(gè)蘇滬杭電動(dòng)汽車城際互聯(lián)示范工程布點(diǎn)如圖4所示，圖中黑色圓點(diǎn)為每座充換電站。

圖4 蘇滬杭城際互聯(lián)充換電站布點(diǎn)圖

1.4 服務(wù)對象和規(guī)模

從國內(nèi)電動(dòng)汽車應(yīng)用情況來看，電動(dòng)商用車均在半徑較小的區(qū)域范圍內(nèi)示范運(yùn)行，短期內(nèi)如要實(shí)現(xiàn)城際互聯(lián)存在換電次數(shù)較多、站點(diǎn)占地面積大、運(yùn)營模式復(fù)雜等困難。另外，在國網(wǎng)系統(tǒng)現(xiàn)有的充換電服務(wù)網(wǎng)絡(luò)中，針對電動(dòng)乘用車的充換電設(shè)施技術(shù)較為成熟，并且已經(jīng)有了商業(yè)化運(yùn)營基礎(chǔ)。

綜合考慮上述因素，按照國家電網(wǎng)公司“換電為主、插充為輔”的運(yùn)營模式，結(jié)合目前高速公路服務(wù)區(qū)用地面積及現(xiàn)場溝通情況，確定蘇滬杭城際互聯(lián)充換電站以滿足后備箱換電模式電動(dòng)乘用車的換電需求為主，后續(xù)再根據(jù)實(shí)際需求情況，擴(kuò)展為適用于多種車型的充換電站。示范工程建成后，短期內(nèi)在蘇滬杭高速公路服務(wù)區(qū)充換電需求的電動(dòng)汽車數(shù)量較少，每座站的設(shè)計(jì)服務(wù)能力為50輛/天,并預(yù)留擴(kuò)充空間。

2 充換電站建設(shè)方案

江蘇區(qū)域內(nèi)3座高速公路服務(wù)區(qū)充換電站具有相同的建設(shè)規(guī)模和設(shè)備配置，以陽澄湖服務(wù)區(qū)充換電站為例進(jìn)行介紹。

2.1 土建

充換電站綜合用房為單層建筑，建筑面積約200 m2，包含設(shè)備區(qū)、營業(yè)室、監(jiān)控室和換電工位，站外行車道借用高速公路服務(wù)區(qū)內(nèi)部道路。綜合用房體型規(guī)整，造型簡潔大方，房外立面采用國網(wǎng)標(biāo)識的白、綠兩色為主色調(diào)，簡潔而又富有變化。

供水采用城市自來水，從服務(wù)區(qū)給水管網(wǎng)上接入，排水采用分流制排水系統(tǒng)，雨水用污水道收集后排出，生活污水經(jīng)化糞池處理后排入高速公路服務(wù)區(qū)污水管道。站內(nèi)建筑樓頂及主罩棚頂設(shè)避雷帶作為防雷保護(hù)，并在10kV進(jìn)線上安裝避雷器。站內(nèi)各配電裝置室、設(shè)備室均設(shè)置移動(dòng)式化學(xué)滅火器，電纜敷設(shè)采用防火和阻止延燃措施設(shè)計(jì)。

2.2 配電系統(tǒng)

充換電站采用10kV單電源供電，單母線接線方式，配置1臺250kV·A箱式變壓器，放置在充換電站旁的綠化帶內(nèi)。高壓柜采用全充氣環(huán)網(wǎng)開關(guān)柜，額定電流為630 A，分?jǐn)嗄芰?0 kA。0.4kV側(cè)配置有源濾波設(shè)備一套,以消除電池充電過程中產(chǎn)生的諧波。

2.3 充換電系統(tǒng)

充換電站內(nèi)配置2個(gè)電池倉，每個(gè)電池倉含20箱電池，滿足電動(dòng)汽車動(dòng)力電池存放、運(yùn)輸?shù)男枨蟆Ｕ緝?nèi)同時(shí)配置2個(gè)充電機(jī)倉，每個(gè)充電機(jī)倉含4 kW分箱式充電機(jī)20臺，用于對電池倉內(nèi)的整箱電池進(jìn)行充電。換電部分配置半自動(dòng)換電設(shè)備1套，換電手推小車2輛。

2.4 監(jiān)控系統(tǒng)

全站設(shè)置監(jiān)控系統(tǒng)一套，主要包括：充換電監(jiān)控系統(tǒng)、配電監(jiān)控系統(tǒng)、安防系統(tǒng)及通信管理機(jī)等[6-9]。

2.4.1 充換電監(jiān)控系統(tǒng)

實(shí)現(xiàn)對充電倉充電設(shè)備、電池箱庫存以及更換電池等情況進(jìn)行監(jiān)控。充電倉充電設(shè)備監(jiān)控信息包括該站所有模塊充電機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)：充電模式、運(yùn)行狀態(tài)、輸出電壓、輸出電流、輸出有功功率、連接的充電電池組中最高的溫度、電池總電壓等。充電架和充電倉的監(jiān)控系統(tǒng)圖如圖5和圖6所示。

圖6 充電倉監(jiān)控系統(tǒng)圖

2.4.2 配電監(jiān)控系統(tǒng)

配置配電監(jiān)控系統(tǒng)一套，負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)充換電站配電系統(tǒng)的保護(hù)與測控功能，通過通信管理機(jī)與充換電站監(jiān)控后臺實(shí)現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)交換。配電設(shè)備監(jiān)控界面如圖7所示。

圖7 配電設(shè)備監(jiān)控圖

2.4.3 安防系統(tǒng)

全站設(shè)置一套由視頻監(jiān)控實(shí)現(xiàn)的綜合安全防范系統(tǒng)（包括消防、門禁和周界安全監(jiān)控），通過通信管理機(jī)來獲取配電監(jiān)控系統(tǒng)及充電機(jī)的相關(guān)告警信息，用以完成視頻聯(lián)動(dòng)監(jiān)控。安防系統(tǒng)監(jiān)控圖如圖8所示。

圖8 安防系統(tǒng)監(jiān)控圖

2.4.4 通信管理機(jī)

配置通信管理機(jī)一套，負(fù)責(zé)配電監(jiān)控系統(tǒng)、充換電站后臺監(jiān)控、安防系統(tǒng)、計(jì)量計(jì)費(fèi)系統(tǒng)及充電機(jī)之間的數(shù)據(jù)交換；負(fù)責(zé)向安防系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)警信號實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控聯(lián)動(dòng)；負(fù)責(zé)向充換電站上級監(jiān)控系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)本站相關(guān)信息。

2.4.5 對時(shí)系統(tǒng)

在視頻監(jiān)控柜上配置GPS對時(shí)系統(tǒng)一套，以滿足站內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)的對時(shí)要求。

3 互聯(lián)工程難點(diǎn)

通過對江蘇高速公路服務(wù)區(qū)充換電站的項(xiàng)目前期、土建施工和建設(shè)運(yùn)營情況進(jìn)行總結(jié)，主要遇到下述難題：

（1）建站用地緊張。高速公路服務(wù)區(qū)土地所有權(quán)歸國家所有，高速公路管理方只有若干年的土地使用權(quán)，所以只能以租賃方式獲得建站土地。另外，高速公路服務(wù)區(qū)的整體規(guī)劃中沒有充換電站建設(shè)計(jì)劃，且現(xiàn)有大部分服務(wù)區(qū)的空余土地較少，獲取建站用地有較大難度。

（2）場地租金貴。高速公路服務(wù)區(qū)內(nèi)部現(xiàn)有的加油站、超市、商鋪等營業(yè)場所都是商業(yè)用途，土地租金非常昂貴。電動(dòng)汽車充換電站在運(yùn)營初期是為了響應(yīng)國家的節(jié)能減排號召，倡導(dǎo)綠色社會，具有明顯的公益性質(zhì)，按照商業(yè)用途租賃土地則費(fèi)用過高。

（3）充換電站運(yùn)營。高速公路的服務(wù)區(qū)充換電站建成后，配套的電動(dòng)汽車智能充換電服務(wù)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營管理系統(tǒng)需同步建設(shè)到位。該系統(tǒng)必須具備客戶服務(wù)管理、計(jì)量計(jì)費(fèi)、收費(fèi)賬務(wù)、跨區(qū)域結(jié)算、資產(chǎn)管理等功能，以實(shí)現(xiàn)城際互聯(lián)充換電站的統(tǒng)一監(jiān)控和運(yùn)營。

（4）電池資產(chǎn)管理。 江蘇、上海和浙江均在充換電站內(nèi)配置一定數(shù)量的動(dòng)力電池。電池資產(chǎn)歸屬主體不同，需要解決不同區(qū)域、不同省市之間電池資產(chǎn)的相互流通與清分結(jié)算問題，為國網(wǎng)系統(tǒng)同網(wǎng)、同質(zhì)、同價(jià)的電動(dòng)汽車充換電標(biāo)準(zhǔn)化服務(wù)奠定基礎(chǔ)。

4 結(jié)束語

國家電網(wǎng)公司在電動(dòng)汽車充換電服務(wù)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的規(guī)劃、標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)備研制、商業(yè)模式研究、示范工程等方面均已走在國內(nèi)外前列。

蘇滬杭城際間電動(dòng)汽車智能充換電服務(wù)網(wǎng)絡(luò)在全世界尚屬首次，該工程所涉及上海、蘇州和杭州間3條高速公路5個(gè)服務(wù)區(qū)、9座充換電站。工程投運(yùn)后，電動(dòng)乘用車可在蘇滬杭三地跨城際運(yùn)行，對后續(xù)更大范圍的長三角地區(qū)電動(dòng)汽車城際互聯(lián)建設(shè)起到重要的示范效應(yīng)和引導(dǎo)作用。

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