電儲能技術介紹

12 一、背景1.1儲能技術的背景二、若干關鍵問題以及清華的部分工作2.1電池技術、狀態(tài)估計和管理2.2電力變換裝置及其控制技術2.3功率預報技術l風電場對儲能技術的需求3l智能電網(wǎng)對儲能技術的需求45l電動汽車對儲能技術的需求“車輛到電網(wǎng)”(V2G)的概念正在興起，期待其作為電力系統(tǒng)“削峰填谷”國家電網(wǎng):支持V2G的快速充電座不同需求對充放電速度和容量的要求6ChangingtheElectricityGame,IEEE-PEMag,2009,July7按照儲能介質形態(tài)分類，目前的電力儲能可分為：l化學儲能：鉛酸電池、鈉硫電池、全釩氧化還原液流電池l電磁儲能：超導儲能、雙電層電容器l機械儲能：如抽水儲能、飛輪儲能、壓縮空氣儲能l熱/冰儲能：如熱泵儲能、電鍋爐儲能8主要儲能方式比較(2003)主要儲能方式的比較BarinA.etal,StorageEnergyManagementWithPowerQualityConcernsTheAnalyticHierarchyProcessAndTheFuzzyLogic,COPEP’20099一個1MW變電站電儲能裝置10MW饋線負載的削峰填谷作用一個2MW,14.4MWh蓄電站的組成清華純電動比亞迪純電動QQ2010/6，財政部、科技部、工信部和發(fā)改委聯(lián)合發(fā)布了私人購買新能源汽車補貼標準，確定將在上海等5個城市啟動私人購買新能源汽車補貼試點工作。國家對滿足支持條件的新能源汽車，按3000元/千瓦時給予補貼。13 ）；）；n發(fā)電：“大規(guī)模儲能：大型抽水蓄能電站、大容量電池儲能系統(tǒng)”n用電：“智能用電中的“儲能及管理”/電二、若干關鍵問題 2.1電池技術、狀態(tài)估計和管理2.1.2電池應用：狀態(tài)估計和管理2.2電力變換裝置及其控制技術2.2.2多電平逆變器控制技術2.3功率預報技術 2.1電池技術、狀態(tài)估計和管理Fig.Approximatescaleofenergystoragesystemsinstalledbymid-2006,鈉硫電池（NAS）及技術現(xiàn)狀原理：鈉和硫分別作為陰極和陽極，陶瓷β-氧化鋁同時起隔膜和電解液的雙重作用，正常工作溫度范圍在300℃-360℃。高溫下的電極物質處于熔融狀態(tài)，使得鈉離子流過β-氧化鋁固態(tài)電解液的電阻大為降低，以獲得電池充放電高效率。優(yōu)點：(1)理論比能量高達760Wh/kg，實際中>100Wh/kg(鉛酸電池的3-5倍)。(2)高效率，實驗室充放電效率高達89%，實際效率也高達80%；沒有自放電現(xiàn)象；容量和功率分別可調；(3)充放電循環(huán)次數(shù)高達4500次，壽命可達10-15年。(4)原材料豐富且易開采，維護成本低；(5)不含重金屬，環(huán)境友好。缺點：工作溫度高，大電流充放電可能發(fā)生爆炸；技術難度高。技術所有：日本NGK；我國：大連化學物理研究所、上海硅酸鹽研究所等鈉硫電池（NAS）及技術現(xiàn)狀全釩液流電池（VRB）和技術現(xiàn)狀positive：positive：dischargeVO+2H++eVO2++H2OV2+V3++echarge優(yōu)點：1)反應電堆與電解液分開，儲能系統(tǒng)的容量和功率可分別設計。2)高效率，實驗室充放電效率高達88%，實際效率在75%左右，且沒有自放電現(xiàn)象。3)充放電循環(huán)次數(shù)高達4000次。4)原材料豐富(我國已探明五氧化二釩資源大約1000萬噸，每儲存1度電大約需要五氧化二釩5.62公斤);不含重金屬，環(huán)境友好。缺點：能量密度為20Wh/kg，略高于鉛酸電池。技術所有：日本住友電工，我國：大連化學物理所、中南大學、清華大學全釩液流電池（VRB）和技術現(xiàn)狀l我國于1995年開始VRB的研究工作，研究單位主要有中國工程物理研究清華大學5kW釩電池反應電堆與電解液儲蓄罐鋰離子電池（Li-ion）和技術現(xiàn)狀鋰離子電池（Li-ion）和技術現(xiàn)狀 動力電池（串聯(lián)）應用的三個問題2.1.2電池應用：狀態(tài)估計和管理 等效電路模型解析模型隨機數(shù)學模型基于模型的等效電路模型解析模型隨機數(shù)學模型基于模型的SOC估計方法電池SOC檢測技術現(xiàn)狀離線檢測離線檢測存在非線性誤差測法線性模存在非線性誤差測法線性模\受電池工作狀況影響較大放電試驗法存在累計誤差抗法安時積存在累計誤差抗法安時積分法受電池工作狀況影響較大受電池工作狀況影響較大依賴于電池模型卡爾曼濾波法 2.2.1兩種典型拓撲2.2.2并網(wǎng)技術2.2.3多電平逆變器控制技術大型電儲能裝置的電力變換接口及控制系統(tǒng)為電力電子裝置，其關鍵技術與SVG、并網(wǎng)PV裝置等技術相通。 2.2.3多電平逆變器控制技術l直流側電壓平衡控制技術—硬件控制基于交流母線和直流母線能量交換的直流側電壓平衡控制方法（、清華劉文華）基于脈沖循環(huán)換位及PWM制動的直流側電壓平衡控制方法 2.2.3多電平逆變器控制技術l容錯控制技術 2.2.3多電平逆變器控制技術l容錯控制技術——零序電壓注入 1.功率短期預報的作用2.功率短期預報的定義3.功率短期預報方法分類基于物理模型的方法基于物理模型的方法基于統(tǒng)計模型的方法基于統(tǒng)計模型的方法