以下為演講實錄：
中國華能集團清潔能源技術研究院有限公司 儲能研發(fā)中心總監(jiān) 何曉磊發(fā)表了《換電模式中充換分離方案定義與實踐》的主題演講，他表示：
華能以電力為著稱，全國近10%的電是我們發(fā)的。請允許我花一點時間對我所在的單位進行一個簡單的介紹。
華能據(jù)我所知有四大板塊：
（1）眾人熟知的電力板塊。
（2）第二個板塊是礦業(yè)。因為目前火力發(fā)電是主要的發(fā)電方式，擁有礦業(yè)資源可以保持電力的供應穩(wěn)定性。
（3）交通運輸。我們有電力、有礦業(yè)，如何和電力和礦業(yè)有效聯(lián)合起來？我們肯定要做交運行業(yè)。
以上介紹的是我們實體的三個板塊，剩下的兩個板塊是科技板塊和金融板塊。
（4）關于科技板塊，一共有三個院：西安熱工院，它是做傳統(tǒng)火力發(fā)電的；第二個院也就是我所在的單位華能清潔能源技術研究院。華能集團溫總提及的“風光水核儲”，我們院就是做新能源主要業(yè)務中“風光儲”方面的科研機構；第三個院，公眾的活動參加的比較少，是華能核能技術研究院。目前華能清能院現(xiàn)在博士占比是51%，是華能高新人才基地。
下面我來介紹一下我所在的儲能技術中心，儲能技術中心我解讀是“兩縱兩橫”。
兩縱：沿襲了我們院的傳統(tǒng)業(yè)務，是解決國家重大攻關項目和集團重大科研項目的。第一個是電池技術板塊，目前在研納離子、固態(tài)、半固態(tài)電池，后期有可能會擴展到液流電池的研發(fā)。另一部分是儲能數(shù)字化，華能集團目前應該是電力行業(yè)的數(shù)字化應用的排頭兵，儲能數(shù)字化做為儲能應用板塊的具象化研究技術而存在。
兩橫：一個是儲能電站，由于國家政策性的風光配儲，儲能得以在最近幾年得到迅猛的發(fā)展。固定的儲能電站，在華能的風電和光電的很多電廠都可以看到了。在這里跟各位嘉賓匯報一下，近期由華能清能院牽頭研制的全球單機功率最大電化學儲能系統(tǒng)，華能上都35千伏高壓直掛儲能系統(tǒng)也已經(jīng)實現(xiàn)滿功率并網(wǎng)運行。第二個方向是換電重卡，也就是目前我所在的板塊，換電重卡業(yè)務為什么會是在儲能技術中心呢？因為我們目前在院內(nèi)是將換電重卡業(yè)務做為移動儲能的業(yè)務被闡釋的。
接著我為大家匯報一下我們團隊所做的具體工作。
首先請讓我為各位嘉賓介紹一下華能為什么要做重卡換電。華能做為電力行業(yè)的主力企業(yè)，2022年發(fā)了7900億千瓦時，2022年的總裝機量共有2.1億千瓦，其中有5000萬千瓦是新能源的裝機量；第二方面，煤炭產(chǎn)業(yè)2022年首次突破1億噸，目前也是產(chǎn)煤大戶；第三方面是運輸產(chǎn)業(yè)，2022年實現(xiàn)利潤總額155億元。我們目前是換電行業(yè)，也就是移動儲能，我們提出的講法就是固定儲能與移動儲能并存，天然、綠色、電力能源轉(zhuǎn)化運力，所以衍生了換電板塊，從發(fā)電到儲能到運力轉(zhuǎn)換，這個生態(tài)鏈整個是可以走通的，所以也就是換電業(yè)務對于集團實現(xiàn)雙碳目標有價值，有作用。這就是華能做重卡換電的意義和價值。
集團既然有了油改電的業(yè)務需求，就需要選擇補能的方式，那么應該選擇什么樣的補能方式是值得我們下一步深入思索的問題。根據(jù)各位的認知，補能方式是有充電和換電兩種方式。我們團隊評估了一下充電補能方式應用在集團主要運力，也就是重卡補能上會有很多弊端。比如我材料里列舉了車輛運行效率低，充電時間長，壓縮運營時間等問題，還有充電這種補能方式占據(jù)了大量土地資源，用電負荷峰谷是不均勻的，購車成本又相對高。
隨著車電分離，換電模式不僅有經(jīng)濟上的優(yōu)勢，而且換電模式中車輛運行效率也是高于充電的，同時適合整日連續(xù)作業(yè)，設備的初始投資相對適中。而且換電模式相對于華能這種發(fā)電企業(yè)，更利于打造溫董事長提倡的“源網(wǎng)荷儲”的新模式，從而改變“源隨荷動”的傳統(tǒng)模式。
PPT的右邊是行研報告里提到的重卡換電的具體情況。從圖里可以看出，換電重卡在電動重卡中的占比在逐年攀升，2022年已經(jīng)到達50%左右，預計后繼能達到80%左右。這更堅定了我們選擇重卡換電這種補能模式做為研究方向。
既然華能有了業(yè)務，也選定了換電的模式，那接下來就要選擇具體的應用場景。圖示是市場上主流的判定，跟我們的團隊的思考也是一致的。封閉場景，例如港口和礦場肯定是非常適合初步推廣和應用換電技術的，然后推廣到短倒運輸場景，最后延伸到干線中長途的場景。
我們團隊根據(jù)評估，首先選擇了礦場這種應用場景。因為主要是礦場這個應用場景，能同時滿足換電礦卡應用的這三個要素：
（1）電力供應。
（2）運輸運力。
（3）土地使用權。
首先礦場一般在內(nèi)蒙、新疆這些偏遠的省份，電力供應必然會有新能源裝機發(fā)電的產(chǎn)生，一般是風電和光電，就解決了電力供應的問題；第二點礦上是有運力消化的，用來運土方和運煤。最后，礦上有土地使用權。綜合這三方面的考慮，我們選擇了礦場作為首發(fā)換電的科研方向，此后會將礦上的研究成果拓展到港口和短倒場景的重卡領域。目前華能礦山換電模式問題導向是解決礦山的征地問題，所以我們團隊提出了充換分離的研究模式，后繼也會向重卡推廣成熟的應用模式。
這是充換分離方案的簡介。充換分離模式不需要征地，在礦上剝離運載土方的話，一個解決的問題就是換電站要跟隨工作面定期移動，挪站減少成本；可以使礦車就近換電，保證換電站在礦卡的運載路徑，礦卡在運輸?shù)缆分虚g就可以直接換電，使車輛的無效里程接近于零。集中充電的優(yōu)勢是線路投入成本低，后期構建源網(wǎng)荷儲新模式。但缺點也會有一些，換電設備及備用電池包一次性投資高，對于電池配送距離有嚴格要求，應用場景限于封閉道路。在充換分離模式中控制研究對象與傳統(tǒng)的充換一體模式相比，追加了運輸板車和集中的充電站。
前面溝通了我們?yōu)槭裁从醒a能方面業(yè)務的需求，選擇了充換分離模式的原因。那接下來就是經(jīng)濟可行性分析了，因為只有經(jīng)濟可行性分析才能對集團創(chuàng)造價值和節(jié)省開支。我們團隊經(jīng)濟可行性分析需要礦廠需要提供場景必須的關鍵參數(shù)：礦卡單車往返距離和運輸板車往返距離，年運輸總量，礦上是以方量的經(jīng)濟數(shù)據(jù)和油車比對的，充電站選址，換電站選址，日工作時長，電力負荷配電情況和基礎電價。
我們團隊首先要做的事電氣接線規(guī)劃，包含一次電氣主接線圖和二次電氣系統(tǒng)圖，根據(jù)電氣的情況做線損電量預估，然后需要考慮電池車輛選型，從而確定綜合每公里電耗，單車滿載運量（方），電池實際容量及可用容量，確定車輛數(shù)和充換電站的個數(shù)。根據(jù)所有的已知條件，計算固定資產(chǎn)的投入，其中包含配電和配電基建費用，充換電站及車輛費用，數(shù)據(jù)平臺和其他費用，然后要根據(jù)固定投入的折舊殘值來確定運維投入的費用，包含軟硬件運維費用，人工費用，電耗費用，移動站挪移的費用和其他的一些雜費。根據(jù)資產(chǎn)投入和運維投入從而計算出換電服務的費用。如果持有電池還要加入電池租賃的服務費用，這個服務費用是通過電池購置價格，租賃期，承租年化利率和備用電池比計算出來。通過了經(jīng)濟型評估，才能更好的為客戶服務，由于華能的主營業(yè)務沒有生產(chǎn)制造，所以我們團隊也不會進行生產(chǎn)制造，我們會聯(lián)合供應商給體系內(nèi)的客戶提供更好的服務。綜上，我們提出服務礦區(qū)的口號是“與客戶和供應商共贏，體現(xiàn)油改電方案土方成本的優(yōu)越性”。為什么是土方呢？因為礦上關心的是土方成本，而不是目前市場上考慮的度電成本。
在經(jīng)濟可行性方面，我們團隊在關鍵問題上提出了解決方案，即如何選擇電池容量和裝載量。如圖所示，裝載量帶來的好處和電池容量帶來的好處肯定是不言而喻的，但絕對不是階梯提升的。根據(jù)我們團隊將目前的研究數(shù)據(jù)和經(jīng)濟模型進行融合，給客戶提供了解決方案和相關的分析說明。根據(jù)充換分離模式的經(jīng)濟模式進行分析，我們團隊對現(xiàn)有的客戶情況進行了拆解，從而計算出來容量在520-540度電，裝載量40方-50方車輛適合能夠最好的服務客戶，從而帶來最優(yōu)的經(jīng)濟利益。我們會逐步將這部分的研究工作細化，讓他更接近于運營后真實的狀況。
我們團隊是一個研究型團隊，根據(jù)我們院的科研優(yōu)勢會向集團內(nèi)部爭取資源，會申請?zhí)峁┦着_套的支持，從而在供應商量產(chǎn)制造之前，我們要對首臺套進行自主的開發(fā)實現(xiàn)。然后后期批量生產(chǎn)可以和供應商一道提高生產(chǎn)質(zhì)量，從而確保安全可靠的運行運營。我們服務首要的目標就是保供和質(zhì)量，底線是為集團內(nèi)的客戶完成年度的運力目標。所以每個部件的首臺套我們都會進行拆分和逐步的控制。我以車載換電系統(tǒng)為例，解釋一下我們的管控手段和技術實現(xiàn)手段。車載換電系統(tǒng)的一級供應商是換電框架，底托和換電控制器，由于目前我們的換電控制器是放在駕駛艙的位置，所以它目前是一級供應商，但市場上有很多是跟換電控制器是跟底托綁定在一起了，換電控制器就不是一級供應商了；我們根據(jù)第一級的供應商拆解出我們的第二級供應商，我們拆解的二級供應商就是電池箱、高壓箱、熱管理系統(tǒng)和換電連接器；再往下拆解可以拆解程第三級，包含充電插座，電池管理系統(tǒng)，診斷接口，電磁閥和磁性開關。第一級供應商當然是簽訂技術協(xié)議來確保質(zhì)量的，對于第二級供應商我們會提出技術指標，要求二級供應商提供的東西能夠匹配，三級供應商就更細了，因為有很多不同的技術方案，但我們?yōu)榱吮ＷC質(zhì)量能提供技術指標的就確定技術指標，實在無法實現(xiàn)的我們就會確定品牌。我們會標準化技術協(xié)議，標準化接口定義和交付文件，完成這部分硬件的標準化工作。值得一提的是，我們要對診斷這個地方還是很關注的，我們標準化了系統(tǒng)的診斷接口定義來滿足我們自己的需求，通過這個診斷接口來完成一些客戶的特殊要求和對現(xiàn)有系統(tǒng)從我們的角度進行管控和監(jiān)控。
因為我們是做系統(tǒng)解決方案的，我們比較關注接口。因為移動換電站老是要移動，所以不能接網(wǎng)、不能接電，那它的電從哪里來？我們就用換電板車的牽引車頭通過V2L去供電。充電方面雖然有液冷槍的解決方案，由于我們選的電池包電量非常高，所以需要很多的槍去實現(xiàn)，而且這些槍都需要人工拔插的，這對于人員來說是比較痛苦的。所以我們?yōu)榱藢崿F(xiàn)高自動化，用充電弓和受電排這種方式去解決，用非人工的方式對運輸板車上的電池做充電。我們提倡的理念就是“高內(nèi)聚，低耦合”。我們也重點解決了現(xiàn)有解決方案的一些關鍵問題，比如兩個站臨近的時候，這個wifi通信到底接入哪個站。目前我們自己的這套系統(tǒng)里面還是進行有線通訊的，因為無線通訊我們還是評估會有一些問題。同時會設定一些按鈕可以滿足客戶的應急和特殊的需求，比如手動和自動禁止艙位，手動和自動解鎖艙位，手動和自動升降充電排。
硬件已經(jīng)標準化了，我們評估協(xié)議核流程也是需要自主可控的，這樣信息安全性也會高一些。我們關注的主要就是車上的換電流程和通訊協(xié)議以及車站聯(lián)通的wifi通信協(xié)議、換電站和板車的通信協(xié)議、充電站和板車的通信協(xié)議。由于充換分離的特點，所以換電站和車都是孤立的，所以現(xiàn)在不能通過互聯(lián)網(wǎng)直傳的方式上傳到云平臺，所以需要4G網(wǎng)絡傳輸?shù)姆绞缴蟼鞯皆破脚_。如何上傳也是我們重點關注的協(xié)議。我們有4G通訊的解決方案，同時也有互聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)慕鉀Q方案，比如有些整車廠的T-BOX只傳給它相關的平臺，然后才發(fā)送給其他的平臺。所以我們制定查詢或推送的具體接口協(xié)議，與合作方約定后將數(shù)據(jù)傳輸?shù)轿覀兊臄?shù)據(jù)平臺。制定這些主要講的是整個系統(tǒng)的整體自主可控，某一個協(xié)議某一個流程如果因為國標地標的強制要求或者客戶有特殊的要求，就需要進行修改。而我們制定了整個系統(tǒng)的通訊協(xié)議，可以最快速的響應這些需求，對整個系統(tǒng)進行升級。在滿足一些協(xié)議的同時，用其他協(xié)議均衡對系統(tǒng)的影響。我們可以從全局對系統(tǒng)在滿足功能的同時強化功能安全和信息安全。這樣至少也能做到企業(yè)級的標準化。
我之前的從業(yè)經(jīng)歷一直在做新能源汽車行業(yè)的研發(fā)工作，也是最近幾年才由于一些機緣巧合的原因轉(zhuǎn)到換電行業(yè)的。我個人也比較推崇汽車的V字型流程開發(fā)理念。所以我們團隊的管理供應商理念就是抓住兩頭，一方面是系統(tǒng)定義，一方面是驗收測試。系統(tǒng)定義如果轉(zhuǎn)換過來的話應該是技術協(xié)議，對于我們來說技術協(xié)議只是個開始，我們會充分拆解技術協(xié)議的各個細則，將其拆解為需求分項的細則，我們對于需求分享的細則的拆解要求是能夠?qū)牧谐鱿嚓P具體的測試用例，我們列出分項的測試用例會反推回整個驗收細則。就如我PPT中展示的這樣，形成一個有效的閉環(huán)，逐步改善。PPT右邊這個是車載換電系統(tǒng)驗收細則的一部分，我們通過這個細則達到高壓線路和低壓線路硬件100%的測試和軟件的一部分測試，滿足到達車上的時候只調(diào)軟件而不調(diào)硬件的效果，這是我們跟合作供應商逐步討論后逐步達到的共識和彼此的認可。
我們的數(shù)據(jù)云平臺是自主開發(fā)的。數(shù)據(jù)平臺一般都是做展示和歷史數(shù)據(jù)篩查的，最后存儲數(shù)據(jù)形成充換電訂單，這部分行業(yè)里都在做，我就不深入展開了。我想重點講一下我們云平臺目前礦卡的調(diào)度方式，行業(yè)里做的調(diào)度方式都是先期規(guī)劃，根據(jù)之前的數(shù)據(jù)進行推演然后做規(guī)劃。由于我們在礦上掌握了運力、土地和電力，可以做比先期規(guī)劃更有優(yōu)勢的實時調(diào)度算法。值得一提的是，行業(yè)里的先期規(guī)劃只調(diào)用工程車輛，但是我們不僅要做工程車輛的調(diào)度，還得實時調(diào)度運輸板車。從軟件角度來說，這就是一個二維的復雜度。目前我們也在和高校合作，將路徑規(guī)劃和人工智能算法相結(jié)合，達到理想的全局最優(yōu)的調(diào)度結(jié)果。第三我想講一下我們特有的仿真模型，因為換電站跟工作面是逐步推進的，這個換電站的選址一旦改變，影響的是運距，你之前定義的東西還能滿足現(xiàn)在的場景嗎？不一定。我們怎么知道呢？我們就需要通過仿真去看現(xiàn)在這個東西做得好不好，我們根據(jù)仿真來建議客戶追加一些投資或者減少一些投資，充分調(diào)動資源優(yōu)化配置，從而利于充電站、換電站的選址。我們根據(jù)現(xiàn)有的模型和數(shù)據(jù)，目的是為了把仿真模型訓練得越來越精準。不僅可以滿足當前客戶的需求，也方便我們跟新客戶溝通的時候，直接就可以拿這個仿真模型通過新客戶的充換電位置選址計算出更容易讓他們信服的經(jīng)濟可研報告，我們評估這是非常有意義的。
接下來就是換電模式的應用和推廣。這是我們2021年的光儲充一體化規(guī)范，這是我們2022年的移動換電站的商業(yè)運營。
雖然我們在礦卡上在做，但目標著眼并不僅僅是礦卡，而是起量的重卡，因為礦卡只是重卡的一部分么。華能運輸產(chǎn)業(yè)有那么大的量，我們希望將來做重卡換電更好的為集團服務，我們將來的目標是重卡產(chǎn)品全場景應用，而且能夠根據(jù)客戶及項目需求提供更多的方案利于客戶靈活選型。
因為我們是儲能分出來的，所以電芯實驗室是共用的，淄博也有相關的電池pack的組裝產(chǎn)線，我們評估換電+儲能的方式，無論對于電網(wǎng)還是車輛，都能非常好的響應和支持，所以未來一定是移動儲能和固定儲能并存的時代。
最后推薦一下我們院的產(chǎn)業(yè)公司，我剛才說兩縱兩橫，固定儲能那個方向的產(chǎn)業(yè)公司叫華清儲創(chuàng)，而換電方向的產(chǎn)業(yè)公司叫儲動科技。這個公司不是華能資本完全持有的企業(yè)，我們也邀請了其他公司加盟，成立的這個公司是股份制公司。為集團內(nèi)外能夠提供成套的解決方案、銷售產(chǎn)品和聯(lián)合運營，在知識產(chǎn)權也有很多的斬獲。
最終，我希望跟各位優(yōu)秀的供應商一道，首先服務好華能體系內(nèi)部，未來以期將來做更好的長足化商業(yè)運營。最后請允許我用目前很火的熱播劇《漫長的季節(jié)》的主人公王響的經(jīng)典臺詞來對咱們重卡換電未來的路做結(jié)語，“往前走，別回頭”。與諸君共勉。
