通过基于场景的混合太阳能-储能系统优化实现可持续的电动汽车充电：一种区域适应性方法

《Renewable Energy》：Sustainable EV Charging via Scenario-Based Optimization of Hybrid Solar-Storage Systems: A Regionally Adaptive Approach

　　

阿尔帕斯兰·德米尔吉（Alpaslan Demirci）|扎费尔·奥兹图尔克（Zafer Ozturk）|穆萨·特尔克斯（Musa Terkes）

土耳其耶尔德兹技术大学（Yildiz Technical University）电气工程系

摘要

电动汽车（EV）的快速普及需要既经济可行又符合低碳能源转型目标的充电基础设施。在这方面，碳税和能源存储的经济性在塑造可再生能源驱动的电动汽车充电站（EVCS）的性能方面起着决定性作用。本研究提出并评估了一个基于场景的区域适应性优化框架，用于评估在不同充电需求、碳税（CT）、空间限制和存储投资成本条件下，集成光伏（PV）系统和能源存储系统（ESS）的EVCS的技术经济和环境性能。结果表明，尽管碳税增加了总系统成本，但它通过提高可再生能源自消费的经济价值，显著减少了了对电网的依赖并加速了投资回收。这些效应在高辐照度地区最为明显，在这些地区，协调的光伏扩张和需求响应的ESS规模调整带来了显著的减排和财务绩效提升。研究发现，40–60美元/吨的碳税激励区间最为有效，超过这个区间后，边际经济效益会随着成本的增加而减少。分析进一步表明，最佳的ESS规模主要由光伏发电与电动汽车充电需求之间的时间不匹配决定，而不仅仅是资本成本的最小化。当投资成本降至约150美元/千瓦时以下时，ESS的部署变得具有经济吸引力，从而能够缓解限电问题并提高可再生能源的利用率。跨区域比较显示了强烈的位置依赖性：高太阳能地区能够实现更快的回报，而在低辐照度或低电价市场，仅靠碳税是不够的。这些发现为特定地区的可持续电动汽车充电基础设施规划提供了量化的、具有政策相关性的指导。

部分摘录

引言

能源系统的脱碳使得交通与电力生产之间的互动成为战略重点。电动汽车（EV）的快速普及正在重塑电力需求模式，而这一转型的环境和经济效益在很大程度上取决于用于充电的能源类型[1]。将本地可用的可再生能源（RES），特别是太阳能，整合到电动汽车充电基础设施中，可以带来显著

系统架构和组件模型

光伏阵列的性能取决于太阳辐照度、电池温度、面板效率以及降额系数（DF）[41]。光伏功率输出、标准测试条件（STC）下的效率以及工作电池温度分别由公式（1）、（2）、（3）定义。

所提出架构的建模

图1展示了所提出的EVCS架构。每日能源需求范围为4,091至10,815千瓦时，对应50至500名用户，而基本电力负荷为每天50千瓦时，峰值需求为6.84千瓦。这些负荷曲线是根据年平均数据得出的。土耳其拥有较高的太阳能潜力，年平均日照时间为2,026小时。安卡拉（北纬39°56′，东经32°51.6′）的太阳能资源数据是通过NASA POWER数据库使用HOMER工具获得的。图2

结果与讨论

本研究开发了四种场景，以评估集成光伏和ESS的EVCS的技术经济性能。这些场景旨在分析充电需求、光伏容量、碳税（CT）和ESS成本等关键参数对整体HPS性能的影响。第一个场景旨在确定在不同需求水平下的最佳HPS配置，而第二和第三个场景则侧重于经济和技术因素的敏感性分析。表1展示了

结论

本研究提出了一个基于场景的多维度优化框架，用于评估集成光伏系统和能源存储的混合动力电动汽车充电站，在不同的需求曲线、碳税水平和区域气候条件下的性能。碳税显著改变了混合动力EVCS的技术经济平衡。尽管碳税使平均LCOE从0.0877美元/千瓦时增加到0.1306美元/千瓦时，并提高了NPC，但它同时缩短了

CRediT作者贡献声明

阿尔帕斯兰·德米尔吉（Alpaslan Demirci）：撰写 – 审稿与编辑、可视化、验证、监督、软件、资源、方法论、调查、数据整理、概念化。扎费尔·奥兹图尔克（Zafer Ozturk）：撰写 – 原稿撰写、可视化、软件、资源、方法论、调查、形式分析、数据整理、概念化。穆萨·特尔克斯（Musa Terkes）：撰写 – 审稿与编辑、原稿撰写、资源、方法论、调查、概念化

[44]。

利益冲突声明

? 作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的竞争性财务利益或个人关系。