电池储能系统如何降低电动汽车充电成本

简答： 电池储能系统通过三种叠加机制降低电动汽车充电成本：首先，它通过降低电网峰值负荷来削减需求电费（通常可节省 40% 至 70% 的需求电费）；其次，它利用分时电价进行套利，在非高峰时段以 0.04 至 0.08 美元/千瓦时的价格充电，在高峰时段以 0.18 至 0.35 美元/千瓦时的价格放电；最后，在配备太阳能设施的场所，它将太阳能自用率从约 30% 提高到 80% 至 90%。这些措施共同作用，通常可使高吞吐量商业场所的总充电成本降低 25% 至 45%。这些节省是真实且可衡量的——但前提是充电模式、电价结构和电池控制逻辑必须完美匹配。我们见过一些项目，这些因素并不匹配，而由此产生的差异会直接体现在每月的电费账单上。

要点总结：

• 降低需求电价是最大的单一杠杆，占总电价的 45% 至 60%。 贝丝 大多数商业网站都能帮您省钱。
• 能源套利 广告ds 每千瓦时通过电池输送的电量价值为 0.08–0.25 美元/千瓦时。
• 有了储能装置，太阳能自用率大约翻了一番——从直接使用 30-40% 提高到使用电池后达到 80-90%。
• 根据我们的项目数据，在日充电量为 1,000 kWh 的充电站安装 500 kWh 的电池储能系统，每年通常可节省 45,000 至 65,000 美元。
• 电池控制逻辑（EMS 预测）决定您能获得 70% 还是 95% 的理论节省量。电动汽车充电的资金究竟流向何处？

要想降低充电成本，首先要从电力公司的角度看待电费账单。商业电动汽车充电站的电费账单主要包含三项：电费（每千瓦时）、需量电费（按最高15分钟平均用电量计算）和固定费用。在美国典型的商业电价中，需量电费为每月每千瓦8-25美元，并且是根据当月用电量最高的15分钟时段计算的，而不是平均用电量，而是最高用电量。

这种计费结构正是电池储能系统（BESS）经济效益得以实现的关键所在。例如，一个并网充电桩组在一个晚上以 350 千瓦的功率充电 20 分钟（三辆车，每辆车使用 150 千瓦的充电桩），即使该充电桩组其余时间的平均用电量只有 30 千瓦，它仍需按 350 千瓦的用电量支付整个月的需量电费。而配备 250 千瓦功率控制充电系统（PCS）的电池储能系统可以将充电桩组的电网用电量限制在 180 千瓦，其余用电量则由电池自身提供。同样的车辆，同样的电量，同样的收入——但需量电费是按 180 千瓦计算的，而不是 350 千瓦。按每千瓦 15 美元计算，仅仅 20 分钟的充电，每月就会产生 2550 美元的差价。这并非什么细微的优化，而是决定充电是否盈利的关键所在。

第二项成本是能源价格。 sp电价分时计费通常将高峰时段的电价定为每千瓦时 0.18 至 0.35 美元，低谷时段的电价定为每千瓦时 0.04 至 0.08 美元。电池在夜间充电，并在下午高峰时段放电，可以将储存的每一千瓦时电量转化为每千瓦时 0.10 至 0.25 美元的价差。如果一个站点每天通过电池输送 1000 千瓦时的电量，那么每天的价差就是 100 至 250 美元，每年就是 36,000 至 90,000 美元。然而，实际上电池无法完全获取每一千瓦时电量的价差，我们假设 60% 至 80% 的价差获取率才是比较合理的。

第三条线路是太阳能。在充电站上方安装一个200-400千瓦峰值功率的太阳能发电系统，可以在中午充电需求通常较为温和的时候发电。不带储能装置的直接自用电量为25-40%，其余电量以批发价出售或通过限电措施出售。如果配备电池，太阳能可以为电池充电，电池则用于满足晚间充电高峰的需求。自用电量将跃升至80-90%，太阳能的有效利用率也将大致翻倍。

需求费用削减机制的量化

需求削减之所以有效，是因为电池相当于电表的一个物理上限。能源管理系统（EMS）持续读取站点的电网输入功率（通过服务入口处的电表或电流互感器），当输入功率接近设定值（例如 200 千瓦）时，电池会放电以弥补超出设定值的部分。当输入功率低于设定值时，电池则利用剩余的廉价电力进行充电。

设定值的选择属于工程决策范畴。设定值过高会错失节能良机；设定值过低则会导致电池在高峰时段过早耗尽，使您面临风险。我们根据12个月的周期数据进行设定：找到实际最严重月份的峰值功率，减去目标减排量，然后根据预计最长的峰值时段来选择合适的电池容量。例如，一个下午高峰时段持续2小时且配备522千瓦时电池的站点，可以维持约250千瓦的功率输出2小时——这正好弥补了180千瓦设定值与430千瓦实际负载之间的差距。

以下是我们投资组合中一个已部署站点的真实数据：位于美国东南部的一个物流仓库，配备六个 120 kW 的充电桩。在安装储能系统之前，该站点的月峰值用电量为 380–420 kW，平均每月需付费 5,800 美元。安装一套 522 kWh 的储能系统，配备 250 kW 的 PCS 控制器，并将电网上限设置为 200 kW 后，峰值用电量降至 210–235 kW，每月需付费降至 3,100 美元。电池组通常最多只能节省 180 kW 的用电量，因为 EMS 系统会错开充电桩的启动时间——两个充电桩同时启动会产生峰值用电量，而 EMS 系统会指示第二个充电桩等待 40 秒。仅此一项就节省了每月 600 美元的费用。

关键在于：需求电费是按月最高用电量计费的，因此电池需要在每月用电高峰时段保持可用状态——例如七月的一个下午 4:30，三辆车同时在商场里，空调开到最大。应急管理系统 (EMS) 必须为这段时间预留电量，而不是把所有电量都用于中午的套利。这就是预测控制优于规则控制的地方。规则系统通常只能实现 65% 到 80% 的理论需求节约；而根据我们的测量，采用 14 天滚动曲线的预测系统可以实现 90% 到 95% 的节约。

分时套利：低买高卖

套利的概念很简单，但操作起来却很繁琐。电池在电价最低的时段（通常为 23:00 至 06:00）充电，在电价最高的时段（通常为 16:00 至 20:00）放电。价差必须超过电池往返效率成本（交流耦合电池为 12% 至 18%，直流耦合电池为 7% 至 10%）加上循环损耗成本（按当前电池价格计算，磷酸铁锂电池的损耗成本约为每千瓦时 0.01 至 0.02 美元）。

以下是一个来自英国商业网站的实际案例：非高峰时段电价为 0.08 英镑/千瓦时（约 0.10 美元），高峰时段电价为 0.32 英镑/千瓦时（约 0.40 美元），价差为 0.30 美元/千瓦时。一个 261 千瓦时的电池每天循环一次，在 85% 的往返效率下，大约可以捕获 220 千瓦时的可用电量。每日套利价值：220 × 0.30 美元 × 0.7（实际套利系数）= 约 46 美元/天，即 16,800 美元/年。虽然这笔收入并不会改变生活，但结合电池自身需求的降低，每千瓦时电池容量的总价值才是该项目盈利的关键所在。

最棘手的部分是电价日历。高峰时段会因星期几和季节而异；节假日通常会转为非高峰时段；有些电力公司的超高峰时段甚至短至2小时。能源管理系统（EMS）需要将电价结构作为日程表加载，而不是硬编码。我们曾经遇到过一个系统，其节假日日历设置错误——在实际上是非高峰时段的节假日，系统却以高峰价格放电，导致客户支付了高峰价格进行充电。这个错误造成了300美元的损失，虽然在第二个月才被发现，但它说明了一点：节能效果取决于控制器内部电价模型的准确性。

此外，如何进行套利也是一个需要考虑的战略决策。激进的套利（每天进行全周期套利）虽然能最大限度地节省能源，但会缩短电池寿命，并降低电池应对需求高峰的准备度。我们默认的建议是“高峰优先”策略：预留30-40%的电池容量用于削减需求，其余容量用于套利。在我们管理的站点中，这种分配方式仅需60%的循环次数即可获得约90%的套利价值——考虑到电池寿命为15年，这无疑是一个更优的选择。

太阳能自用和组合堆

在屋顶或顶棚上安装太阳能板的场所就拥有了第三个优势，而这正是节能效果难以匹敌之处。在美国南部，一个300千瓦峰值功率的太阳能板在夏季每天大约可以产生1000-1200千瓦时的电量——远远超过中午时分充电桩的用电量，此时太阳能发电量达到峰值，但充电需求却相对温和。

如果没有储能，该站点可能直接使用约 35% 的发电量，其余部分以 0.02-0.04 美元/千瓦时的价格输电——或者如果并网协议禁止输电（这种情况在某些地区很常见），则完全停止输电。如果配备 500 千瓦时的电池，则流程如下：太阳能在上午 10:00 至下午 3:00 为电池充电，电池承担下午 4:00 至晚上 8:00 的充电高峰，在太阳能发电时段，电网输入量接近于零。自用率提高到 80-90%，太阳能发电的有效价值大约翻了一番，从 0.03-0.04 美元/千瓦时（输电价格）提高到 0.15-0.25 美元/千瓦时（避免的零售价格）。

这种组合式系统使太阳能+储能+充电成为我们建造的最强项目类型。以一个实际运营的零售站点为例：380千瓦峰值功率的太阳能发电系统、522千瓦时的电池储能系统（BESS）以及8个直流充电桩。第一年的成果是：太阳能发电量达到52万千瓦时，其中72%为自用；电网输入量减少了41%；需量电费降低了58%；站点总能源成本较项目实施前基准值降低了31%。充电桩本身的用电量仅占站点总用电量的38%；其余部分来自建筑物本身。关键在于——电池储能系统为整个站点供电，而充电桩则是支撑整个系统运行的核心用电负荷。

来自运营站点的实际节省数据

从这张表格中可以得出两点观察结果。首先，节能效益与吞吐量和电价高低成正比，而非与场地规模成正比——一个200千瓦时的酒店电池每年可带来19,000欧元的收益，其效益比一个261千瓦时的办公楼电池每年可带来38,000澳元的收益更高，因为酒店的用电高峰期更为恶劣。其次，投资回收期与节能效益/资本支出比率密切相关，而激励措施决定了哪些项目属于例外：美国零售站点在第一年获得了30%的联邦税收抵免，因此尽管其节能效益处于中等水平，但其投资回收期却更长。

我们也应该坦诚面对故障模式。我们数据集中表现最差的项目是一个位于工作场所的300千瓦时储能系统，该系统白天负荷平稳且无需电费——每年仅能盈利约8000美元，需要9年才能收回成本。该项目当初的销售宣传只是笼统地强调“储能省钱”，而没有进行针对特定地点的建模。正是因为这个项目，我们现在才坚持要求提供12个月的间隔数据才能确定储能系统的容量。如果您要购买用于电动汽车充电的电池储能系统（BESS），请务必坚持要求提供针对特定地点的模型，该模型应分别显示需电、套利和太阳能发电的曲线。如果卖家无法提供这样的模型，请立即放弃购买。

优化控制系统以实现最大节省

硬件只是问题的一半；控制逻辑是另一半，而这正是每年1万美元成本差异的根源所在。EMS至少应实施以下措施：

• 优先预订： 预留 30-40% 的产能用于需求高峰期；其余产能仅用于套利。
• 基于预测的排放： 使用滚动 14 天负载曲线来预测峰值何时到来以及持续时间；逐渐减少放电，以避免在峰值持续到 18:00 时，电池在 16:45 耗尽。
• 充电器爬坡顺序： 通过 OCPP 后端协调充电桩启动时间，避免同时出现高峰；这是无需任何成本的免费节省。
• SOC校准规范： 安排每月进行顶部平衡周期，以保持库仑计数准确；SOC 估计的漂移会悄然侵蚀节省的成本。
• 关税日历维护： 保持分时电价表的更新，包括节假日和季节变化。

我们已量化了自身机组的控制差距：硬件配置相同，分别采用基于规则和基于预测的控制方式，结果显示，基于预测的系统在18个月内平均收益高出22%。这种差异几乎完全体现在需求电费的获取上——预测系统恰好在每月用电高峰出现时启动，而基于规则的系统则经常在不恰当的时机因套利而损失收益。

对于希望全面了解储能支持充电如何影响损益表的运营商，我们的指南将对此进行详细介绍。 最大化电池储能系统集成式电动汽车充电的投资回报率 更深入地探讨运营战略，以及 储能系统 该页面详细介绍了实现这些节能效果的硬件。文章的简要概括是：电池本身并不创造价值——只有通过良好的控制、合适的容量配置和合理的循环使用才能创造价值。

常见问题解答

问题1：电池储能系统（BESS）究竟能为我的电动汽车充电电费降低多少？ 对于采用需求电价的商业场所，预计总电费可降低 25% 至 45%，而采用需求电价的线路则可降低 40% 至 70%。对于采用固定电价、低需求的场所，预计降幅要小得多，有时甚至没有降幅。降幅取决于电价结构和充电模式，而非电池容量。

Q2：什么是需求电价削减？它可以节省多少钱？ 需求费用按您当月最高15分钟平均用电量计费。削减用电量是指电池提供的电量超过电网设定的上限，从而降低该上限。按每月每千瓦10-25美元计算，削减200千瓦的用电量每月可节省2000-5000美元——这通常是电池储能系统（BESS）带来的最大单次节省。

问题3：电池储能系统能否降低每千瓦时充电成本？ 是的。如果通过套利和太阳能，有效能源成本从每千瓦时0.16美元降至0.10美元，那么每千瓦时输送成本也会相应下降——在高吞吐量站点，成本可降低25%至40%。充电桩定价权是另一个问题；无论如何，节省的成本最终都会转化为运营商的利润。

Q4：分时套利如何应用于电动汽车充电？ 电池在电价较低的时段（夜间）充电，在电价较高的时段（下午/晚上）放电，此时车辆也实际充电。其价值为价差减去往返损耗，通常为每千瓦时0.08至0.20美元（净值）。

Q5：我需要太阳能才能让储能系统（BESS）实现节能吗？ 不。需求削减和套利无需太阳能即可运作——这些纯粹是利用电价波动。太阳能则带来第三层节省，通常较少。如果您的场地无法安装太阳能，电池仍然可以从前两层节省中获利。

Q6：节省的费用多久才能收回电池投资？ 在条件优越的地点，投资回收期通常为 3-6 年，如有激励措施则更快。影响投资回收期的三大主要因素是：需求费率、吞吐量和激励措施的可用性。在进行建模之前，请先查看是否有联邦税收抵免（美国）或区域储能计划。

Q7：运营商在购买用于充电的储能系统时最常犯的错误是什么？ 用通用规则而非实际数据进行容量规划，会导致容量过大（资金闲置，投资回收期长达8年）和容量不足（高峰期前电池电量耗尽，意外的高额电费）。至少需要12个月的间隔电表数据，并结合符合电价的精确模型，才能达到最低限度的可行性。

相关新闻

• 最大化电池储能系统集成式电动汽车充电的投资回报率：运营策略和盈利能力终极指南
• 261kWh电池储能系统，集成直流快速充电功能——工商业储能的终极解决方案
• BESS基础设施场地规划指南
• 储能系统充电站选址及基础设施规划——MIDA专家白皮书
• 资产守护者：BESS维护与安全指南第五部分