解读2024零碳交通白皮书-固德威

分布式光伏接入配电网的三大隐忧

白皮书开门见山指出了分布式光伏大量接入配电网后的核心风险。首先是电压问题：传统配电网呈辐射状，电压沿馈线潮流方向逐渐降低，但分布式光伏接入后潮流流向改变，馈线上功率方向存在很大不确定性，当接入容量接近该电压等级允许最大建议接入容量时——一般400V为200kW，10kV为10MW——会对局部电压升高造成较大影响。

其次是谐波污染。光伏阵列通过逆变器将直流电转变为交流电，不可避免地会产生谐波。当分布式光伏电源大量接入时，谐波源的数量会显著增加，在电网中可能会产生高次谐波的功率谐振。谐波不仅会加剧线路或变压器附加损耗、引起发热，还可能导致电费计量系统把谐波电流计为有功电流，造成用户多支出电费；对计算机等电子设备而言，较高的谐波可导致控制设备误动作，进而造成生产或运行中断。

这一判断实际上为后续光储充方案的出场做了铺垫：正因为配电网承载能力有限，才需要通过储能和智能调度来缓解冲击。

电动汽车群充电对电网的冲击与机遇

白皮书对电动汽车充电负荷的描述非常具体。目前单个直流快充桩功率在60kW以上，一台直流快充桩运行大约相当于二三十个家庭的用电量，对电网的冲击很大。当充电站采用大电流快速充电时，会形成150至600A的大电流，可能造成电网不稳定，过分密集的集中充电还可能导致充电站瞬时负荷过大，对电网的负荷调节能力、载荷能力和电源容量均构成考验。

充电过程主要产生谐波污染。由于电动汽车蓄电池充电属非线性负荷，谐波会对电网造成危害，引起线路或变压器附加损耗增加和发热，造成电网中局部的电感、电容发生谐振，使谐波进一步放大。白皮书还特别列举了谐波对充电站设备的三种威胁：对电费计量系统可能造成用户多支出电费；对计算机等电子设备可能导致控制设备误动作；对开关和继电保护设备可能导致电子保护式低压断路器之固态跳脱装置不正常跳闸，对由序分量滤过器组成启动元件的保护及自动装置产生干扰。

不过白皮书也指出了一线积极面：大多数电动汽车主要在白天行驶，晚上利用低谷低价电充电，对电力系统起到了削峰填谷的作用。充电站中用电设备不含大型冲击性设备，对公用电网产生的电压偏差、频率偏差、电压闪变、三项不平衡度基本满足国标要求。通常汽车充电站会考虑在相关配电系统中配有补偿装置和滤波装置，以达到降低谐波污染的目的。

户用场景：别墅光伏车棚的经济账

户用光储充系统在欧美地区发展非常迅速，白皮书给出的原因是欧美多数国家人口密度小，公共充电桩分布密度很难提高。所谓户用光储充，并非仅仅是光伏、电池和电动汽车的互动，而是融合了家庭原有的配电系统，将常规家庭用电、电网配电系统和新能源系统相互融合。

在物理结构上，白皮书区分了两种方式。方式一是家用充电箱和光伏系统通讯，作为光储系统的一部分运作，充电桩运行模式可以通过光储系统统一调节和控制，整个新能源系统更好地融合，可以最大程度实现新能源自发自用和汽车充电需求之间的平衡。但这种方式需要光储系统和充电设备统一开发或后期做兼容和模式优化。方式二是家用EV充电设备独立存在，充电系统自己检测电网买卖电来控制汽车充电功率，充电设备作为普通负载，开发相对简单和独立，但无法和光储系统充分互动，无法根据光伏的状况或电池的情况灵活控制充电的功率。

效益方面，一般别墅户用场景下结合屋面光伏和车棚光伏，装机量在10kW左右，年发电量可达1.1万度，CO2减排8.95吨，每年经济收益8250元。白皮书进一步做了全国测算：全国范围内有超300万栋别墅，若按10%渗透率计算，全国别墅光储充系统中光伏总装机容量3.28GW，每年发电近36亿度；另有近2亿栋自建房别墅，若按2%渗透率计算，光伏总装机容量40GW，每年发电近440亿度。

高速服务区与商超停车场：快充场景的配置逻辑

高速服务区场景的核心特点是车辆快速流动性强，用户更愿意像"加油"一样"充电"，因此充电桩基本以快充为主，主流功率是120kW一机双枪式直流快充桩，一般配置4至10个车位不等。白皮书指出，针对快充数量多的高速服务区，仅考虑光伏车棚的装机量远远不够：按照单个车位装机量3kW估算，10个车位光伏装机量仅有30kW左右，而10个车位配备5台120kW一机双枪式直流快充桩，充电桩功率已高达600kW，考虑实际运行的损耗、功率因数及同时系数，实际所需的视在功率高达724.63kVA，至少需要800kVA的专用配电变压器进行供电。

储能容量则取决于不同时间段充电的峰谷价差。储能系统在谷电阶段充电，在尖、峰阶段按需放电，实时检测配电变压器有无上行电量，一旦有电量上行则储能降低功率输出，若储能不输出仍有电量上行，则说明光伏电量可以覆盖充电桩负载。以一个90个车位的服务区为例，结合服务区内建筑屋面进行光伏配置，装机规模在400kW左右，年发电量可达44.15万度，CO2减排359.38吨，每年经济收益41.28万元，若考虑30%的配储量，每年可额外收益近11万元。

商超等大型地面停车场场景的优势在于空间充足。具备大型地面停车场的商超有着充足的空间安装光伏车棚，屋顶资源也可以用来建设光伏电站。白皮书援引调研数据指出，停车3小时以内的车主属于购物中心的黄金客户，0至1小时占比49%，1至2小时占比31%，2至3小时占比12%。以苏州某大型商超为例，地面停车位近2000个，按单个车位装机量3kW估算可安装近6MW的光伏车棚，屋顶面积4万平方米取40%可利用面积可安装近3MW屋面光伏系统。按照新能源汽车占比6.07%的比例，现场可合理配置130个快充车位。

城市快充站：储能配置与防火间距约束

城市快充站的充电桩配置以60kW直流快充为主，各地区根据电网调度配置不同比例的V2G专用充电位。由于建设场地的区域位置，给到快充站的建设用地相对较少。白皮书以一个具体假设做了推演：假设电动汽车电池电量60kWh，60kW快充桩让一辆车从零充满的时间为1小时，考虑充电效率一天差不多可以从零充满20辆车，一个电站20个车位就可以充满400辆电动汽车。

储能配置方面，结合尖、峰、平、谷的电价分布以及当地新能源汽车不同时段的充电预测，考虑初始投资压力，储能容量一般会与尖峰时段的用电相契合，占据全天时段的1/3左右，考虑0.85的同时系数后，储能整体配置在1020kW/8160kWh左右。这里有一个重要的合规约束：根据《电化学储能电站设计规范》GB 51048-2014，新建、扩建或改建的功率为500kW且容量为500kW·h及以上的电化学储能电站的设计需满足防火间距的要求，白皮书中还附上了详细的防火间距表。

效益测算显示，一个20个车位的快充站装机规模在60kW左右，年发电量可达6.33万度，CO2减排51.53吨，每年经济收益4.5万元。若考虑尖峰时段电量的配储，每年可额外收益近240万元。白皮书还援引中国充电联盟数据，截至2023年底已建成直流充电桩120.3万台，假设30%为地面快充站，为达到未来1:1的车桩比，预计地面快充站需3.61万座，若其中25%为大型城市快充站，则未来全国将有约9000座，可实现光伏装机容量550MW。

房车、光伏隔声屏与地铁：出行场景的延伸方案

白皮书将零碳出行的视野从固定充电设施延伸到了移动和基础设施场景。房车发电系统主要包括光伏组件、市电输入/直流充电桩、行车发电机、发电机输入、蓄电池、逆变器/逆充一体机、充电控制器几个部分。蓄电池一般采用铅酸电池或锂电池，容量根据用电量和续航时间而定，一般是12V 400Ah至800Ah，未来国内房车用48V电池的趋势越来越明显，对应配置是48V 100Ah至200Ah。截至2023年底中国房车综合保有量约21.34万台，若每辆房车加装1000W光伏组件，按渗透率50%计算，总装机容量达100MW，年发电量可达1亿度，每年CO2减排8.8万吨，每年可节约油费支出3.05亿元。

光伏声屏障是一种跨领域技术融合的产品，集声屏障技术与光伏发电技术融为一体，既能隔音降噪又能产生清洁能源。由于是直立安装，两面在不同时段都能被太阳照到，即便背对太阳，环境的反射光也优于常见的双面发电地面反射，因此光伏隔声屏障的组件需要具备双面发电的功能。白皮书援引产业信息网报告预测，声屏障市场容量每年以5%的速度增长，基于声屏障发展趋势，30%建设光伏声屏障，初步估算有270亿元的潜在市场容量。如果在全国道路上采取光伏双玻组件隔声屏技术，按照50%具备安装条件计算，可以安装光伏隔音墙12万公里，总装机容量36GW，每年发电300多亿度。

地铁进出站口方面，截至2022年12月31日，我国城市轨道交通线路290条，运营里程9584公里，车站5609座，按照平均每个站点4个进、出站口，进、出站口数量在2.24万的体量。一般地铁进出站口的光伏可利用面积在130平方米左右，可装光伏约26kW。按照50%的渗透率，装机规模可达200MW，每年发电21多亿度，每年可节约标准煤66.8万吨，CO2减排178.2万吨，每年经济收益15亿元。

业务模式与固德威的全链条布局

白皮书提出了三种业务模式。EMC合同能源管理模式是指项目由建设单位出资建设，通过房屋、场地租赁合作方式，所发电能收益归建设单位所有，场地持有方单位享受电价优惠，常见的有四种具体模式，包括出租车位屋顶资源给EMC公司、EMC免费租赁业主车位屋顶、发电量全部上网或用于储能，以及与EMC成立合资公司共同投资共同获取电站收益。白皮书特别指出，如果不加储能系统，可大大降低前期投资，EMC可作为纯光伏项目处理。

Peak shaving需量电费管理是基于云端的负荷预测，通过Peak shaving减小最大需量电费，节约基本电费。选择月最大负荷而非变压器固定容量收费，通过储能进行需量管理时，能量管理系统可准确识别尖峰负荷，并向电池发出调度，从而降低充电站运营过程中的用电成本，适用于既有建筑或既有配电设施改建充电场景。V2G车网互动技术则是利用电动汽车的电池作为移动储能单元，实现与电网之间的双向能量流动。V2G涉及的关系方主要包括电动汽车车主、V2G运营商或聚合商、电动汽车制造商、储能设备供应商。白皮书也承认，V2G技术目前在充电站中的占比较低，其发展仍面临基础设施建设、电池寿命、技术难题等挑战。

为支撑上述场景落地，固德威从三个方面布局：齐全的发电单元覆盖各类场景的车棚光伏、高速服务区内的各类建筑屋面瓦光伏、连廊采光顶光伏、不同道路的声屏障光伏以及房车光伏；完备的电气设备以电力电子技术为核心，产品线包含逆变器、储能机、充电桩；高效的运维平台即固德威智慧能源WE平台，为"光储充用售"系统提供整体软件解决方案，通过分析分布式光伏发电和企业用电引起的关口功率波动，结合企业用电电价差，对企业配置合理储能容量提出科学建议，支持不同品牌的"光储充"设备数字化聚合，实现设备的统筹管理和运营。

这组数据对比了四类主要场景的单体项目配置规模。户用别墅单套装机10kW、年发电1.1万度，属于最小单元；高速服务区以90个车位为样本，装机400kW、年发电44.15万度；商超场景以苏州某大型商超为例，地面和屋顶合计装机9MW、年发电950万度，是单体规模最大的场景；城市快充站20个车位装机仅60kW、年发电6.33万度。 不同场景的装机与发电量差异反映了各自的空间资源禀赋。商超有着充足的地面停车位和屋顶面积，可以支撑MW级光伏系统；高速服务区受限于服务区面积，光伏车棚装机有限，需要向非充电车位和周边区域扩建；城市快充站建设用地更少，光伏只能集中在车棚部分。这种差异也意味着各场景的储能配置策略和投资回报模型需要区别对待。

这组数据汇总了白皮书对全国各场景光伏装机潜力的测算。自建房别墅以40GW居首，反映了2亿栋自建房按2%渗透率的保守估算；光伏隔声屏以36GW紧随其后，基于全国道路50%具备安装条件的假设；商超6.39GW、别墅户用3.28GW、高速服务区1.33GW分别对应各自场景的渗透率假设。 值得注意的是，不同场景的渗透率假设差异很大。别墅户用按10%渗透率，自建房别墅按2%，高速服务区按50%，商超按10%，城市快充站按25%。这些假设直接决定了测算结果的量级，渗透率的选择本身就是一个需要审慎评估的关键变量。白皮书通过这些数据展示了零碳交通场景下光伏装机的规模化潜力，但实际落地仍取决于政策、成本和技术等多重因素。