9、电动汽车、储能与智能电网

谢谢！
大规模储能技术
来小康 2009年11月
目 录
1 智能电网对储能系统的需求分析 大规模储能技术发展现状 大规模储能技术近期研究重点
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大规模发展新能源和推动节能环 保亟须发展大规模储能技术
节能减排
采
发
输 储 能 系 统
配
用ຫໍສະໝຸດ Baidu
设备应用 充分高效 兼容可再生
减少资源浪费
提高用电可靠性 改善电能质量
输入输出特性 要求的变化
对应常规电源和一般负荷的 昼夜或时段变化（抽水蓄能、 压缩空气等） 对应可再生能源、一般负荷 （电化学电池） 常规电源、特殊负荷（电化 学电池、超导、超电、飞轮）
平稳输入 储能 系统
平稳输出
波动输入
设定输出
可再生能源平滑功率输出 （电化学电池）
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新能源发电的间歇性
40000 风电场输出功率(kW) 30000 20000
电动汽车与智能电网
来小康 2009年11月10日
内容
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电动汽车发展概述 电动汽车发展对电网的影响 电动汽车与智能电网的关系
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电动汽车发展概述
1.1 发展电动汽车的意义
（1）降低对石油资源的依赖，保障国家能源安全； （2）改善城市空气质量，降低噪声污染，有利于人类 健康； （3）发展电动汽车，可有效提高电能在终端能源消费 领域的比重，利用夜间充电，实现“填谷”，提高 机组利用率； （3）从我国自身的汽车产业发展角度看，通过电动汽 车技术的突破，缩短和先进国家的汽车发展距离， 实现汽车工业的跨越式发展。
692万 kW
2.2 对电网输配电设施建设的影响
至2009年9月底，我国发电装机容量为8.3亿千瓦；至 2009年8月底，我国汽车保有量超过7000万辆。假定每 辆电动汽车充电功率为10千瓦，则全国所有车辆都变为 电动汽车，同时充电总功率将达到7亿千瓦。 未来随着电动汽车保有量的增加，电动汽车作为用电负 荷的影响将日益增大，如控制协调得当，将提高发电机 组和电网的利用率，提高运行效益。 但如果协调不好，无序充电得不到有效控制，将会出现 “峰上加峰”，增大电网调峰难度，加大了输配电网建 设的压力，降低发电机组和电网的运行效率。
风能及太阳能等可再 生能源发电功率波动性 大。电动汽车动力电池 具有存储电能的特性， 可以有效平抑功率波 动，提高电网接纳可再 生能源发电的能力。
3. 电动汽车与智能电网的关系 3.3 国外电动汽车与智能电网相关研究情况
（1）V2G技术研究及其应用(美国等)；
• 1). V0G Vehicles Plug-in without Logic/Control 即接（入电网）即充方式 2). TC Timed Charging 时间控制方式，电动汽车在一个给定的时刻开始充电 3). V1G Vehicles Plug-in with Logic/Control regulated charge 电动汽车充电受电网控制方式，电动汽车与电网进行实时通信，可在电网允许 时刻进行充电，但不能向电网反馈送电。
10000
0 00:00 04:00 08:00 12:00 16:00 20:00 00:00 04:00 08:00 12:00 16:00 20:00 时间
风机输出功率波动曲线
光伏典型输出功率曲线—晴到多云
光伏典型输出功率曲线——阴天
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传统发电 ------稳定
风能、太阳能 ---波动、间歇
钠硫电池 锂电池
100kW-100MW kW－MW
数小时 分钟~小时
各种储能技术的适应规模
抽水蓄电
可再生燃料电池
备 用 电 源
规 模 蓄 电
大规模电化学储能工程应用情况 化学电池储能
铅酸电池、钠硫电池、液流电池和锂离子电池均有商业或示 范工程，目前最大容量是用于风力发电的34MW钠硫电池。 日本在钠硫电池的研究和开发中处于领先地位，并已有较成 熟的商业化产品，已推广应用了一百多套。 液流电池研究上比较突出的是日本的住友电工和中国的普能 公司，容量达到MW级。 美国在锂离子的应用方面领先，美国电科院（EPRI）在2009 年开展了兆瓦级锂离子电池储能系统用于平滑风电场功率波 动的示范应用。
1.3 我国电动汽车发展情况
在“十一五”启动了国家863计划节能与新能源汽车重 大项目。 2009年1月，科技部和财政部共同启动了“十城千辆” 电动汽车示范应用工程。北京、上海、重庆、长春、 大连、杭州、济南、武汉、深圳、合肥、长沙、昆明 、南昌等13个城市入选。 目前国内纯电动汽车主要应用在公交、环卫等行业， 预计到2012年将达到3万辆。
•
•
（2）美国EPRI开展了一系列与即插式混合动力电 动汽车(PHEV)相关的项目；
3. 电动汽车与智能电网的关系 3.4 国网公司目前开展的相关工作
（1）上海世博园智能电网综合示范工程； （2）电动汽车充放电站标准制修订； （3）电动汽车充放电站试点工程。
3. 电动汽车与智能电网的关系
上述所有工作都依赖于 电池技术的突破！
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电网对储能系统的需求变化
位置变化
• 传统电力系统——跟踪负荷式
– 常见储能手段：抽水蓄能、铅酸蓄电池 – 应用位置：靠近负荷侧 – 应用范畴：削峰填谷；UPS
• 现代电力系统——跟踪负荷式+跟踪电源 式
– 应用背景：可再生能源并网应用； – 应用位置：靠近电源侧(我国特点)
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电网对储能系统的需求变化
能量来源
特点
零排放 不燃烧石油 续驶里程短 电池成本高 已小批量生产销售 电池价格高 电池性能有待提高
主要问题
1.3 我国电动汽车发展情况
我国自“八五” 以来，在研发电 动汽车方面取得 了一系列科研成 果。科技部在“ 十五”组织实施 国家863计划“ 电动汽车”重大 专项，建立了“ 三纵三横” 研 发布局。
目 录
1 智能电网对储能系统的需求分析 大规模储能技术现状 大规模储能技术近期研究重点
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大规模储能技术发展重点
关键技术 大 规 模 储 能 技 术 示范工程 能力和平台建设 前沿技术 前沿技术
大规模储能技术近期研究方向
系统配置 近 期 研 究 方 向
风力发电 太阳能发电 电池储能 抽水蓄能
储能有助于平衡各方利益，有效调控电力资源，是可再生能源应用的 重要前提和实现电网互动化管理的有效手段。
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需求总结
• 针对可再生能源
– 要求动态响应特性好、动态循环寿命长，能有 效平抑功率波动；提高可再生发电的置信度， 增大可再生的接入量；
• 针对负荷
– 要求比能量/比功率高，具备移峰能力，能有助 于降低备用冗余配置、有效节约输配电资源；
1.2 电动汽车的分类
（1）纯电动汽车 （2）混合动力汽车 可外接充电的混合动力汽车 （3）燃料电池汽车
1.2 电动汽车的分类
类型 驱动系统 能源系统 氢气 甲醇、汽油 乙醇 无废气排放 不燃烧石油 行驶里程长 成本高 仍处于开发中 燃料电池价格昂贵 燃料处理器技术复杂 缺少燃料加注基础设施 燃料电池电动汽车 电机 燃料电池 混合动力汽车 电机 内燃机 蓄电池 超级电容 内燃机单元 加油站 电网 废气排放少 燃烧石油 行驶里程长 车价较高 已批量生产销售 可利用现有加油站设施 多能源管理 能量控制系统复杂 价格高 纯电动汽车 电机 蓄电池 超级电容 电网
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电动汽车发展对电网的影响
2.1 充电对电网负荷的影响
电动汽车可以在电网负荷低谷时段充电，发挥“填谷”作用。
2009年北京某日负荷曲线
1414万kW
2006年北 京市所有燃 油车更换为 电动汽车， 其电耗将占 北京市总用 电量的 22.6%。
1125万kW
以北京现有发输配电能 力，谷电可利用电能量为 2694万kWh，按照日行90km 耗电量18kWh计 ，夜间低 谷时段可为约150万辆电动 轿车充满电。
大规模储能技术发展趋势及差距
储能技术正朝着大容量、长寿命、高效和低成本的方向 发展； 钠硫和液流电池具有的一系列特点使它们成为未来大规 模电化学储能的两种主要方式，有望在未来的10年内 逐步取代铅酸电池。 锂离子电池在电动汽车的推动下也有望成为后起之秀。 国内在储能材料、制造工艺、系统集成及运行维护等技 术上同国外相比还有不小的差距。
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目 录
1 智能电网对储能系统的需求分析 大规模储能技术发展现状 大规模储能技术近期研究重点
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储能技术发展现状
储能类型 抽水储能 机 械 储 能 压缩空气 飞轮储能 超导储能 电 磁 储 能 高能电容 超级电容 铅酸电池 电 化 学 储 能 液流电池 典型额定功率 100 ~ 2000MW 10 ~ 300MW 5kW ~ 10 MW 10kW~50MW 1~10MW 10kW~1MW kW~50MW 5kW~100MW 额定能量 4~10小时 1~ 20小时 1秒~30分 2秒~5分 1~10秒 1~30秒 分钟~小时 1~20小时 特点 适于大规模，技术成熟。响 应慢，需要地理资源。 适于大规模。响应慢，需要 地理资源。 比功率较大。成本高、噪音 大。 响应快，比功率高。 成本高、维护困难。 响应快，比功率高。 比能量太低。 响应快，比功率高。成本高 、储能量低。 技术成熟，成本低。 寿命短，环保问题。 寿命长，可深放，适于组合 ，效率高，环保性好。但储 能密度稍低。 比能量与比功率较高。高温 条件、运行安全问题有待改 进。 比能量高。成组寿命、安全 问题有待改进 应用场合 日负荷调节，频率控制和 系统备用 调峰、调频，系统备用， 风电储备 调峰、频率控制、UPS和 电能质量 输配电稳定、抑制振荡 输电系统稳定、电能质量 控制 可应用于定制电力以及 FACTS 电能质量、电站备用、黑 启动 电能质量、备用电源、调 峰填谷、能量管理、可再 生储能、EPS 电能质量、备用电源、调 峰填谷、能量管理、可再 生储能、EPS 电能质量、备用电源、 UPS
2.3 充电对电能质量的影响
电动汽车充电将影响电网的电能质量，增加电网谐波含量。
电动汽车充电机是一种非线性设备，其产生的谐波主要是5k±1次 谐波。如果不加治理，将导致电网损耗增加、设备过热及寿命损失、 对控制和通信电路的干扰等，同时会造成电压畸变、功率因数下降， 影响电网中其他用电设备的正常运行等。这些问题在进行电动汽车充 电基础设施建设时必须考虑。 对奥运公交车充电站测试， 当84台充电机同时投入运行 时，其含有的电压谐波含有 率达到6%以上，电流谐波含 有率达到30%以上，远远超 出国家标准。 当有源滤波设备投入运行 时，可有效治理谐波，保证 电能质量。
1.4 国家电网公司推动电动汽车 发展工作情况
从2006年以来，国家电网公司大力开展电动汽车关键技术 研究与推广应用工作,在公司内部应用电动汽车近百辆。成 功研制5款内部用电动汽车、2款充电机，并建设内部充电 站。 开发电动汽车充电机和充电监控系统、服务奥运电动汽车 充电站。开展电动汽车充电站供充电系统相互影响研究， 完成奥运公交电动车充电站测试工作。 开展电动汽车能源供给相关标准编制,6项国家电网公司企 业标准已颁布。
3
电动汽车与智能电网的关系
3. 电动汽车与智能电网的关系 3.1 智能电网是电动汽车规模化应用的必要基础
（1）智能电网可实现电动汽车有序充电； （2）降低电动汽车供充电基础设施投入； （3）促进电动汽车基础设施建设。
3. 电动汽车与智能电网的关系 3.2 电动汽车将成为智能电网的分散式储能单 元，促进可再生能源发电的利用
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3. 电动汽车与智能电网的关系 3.3 国外电动汽车与智能电网相关研究情况
• 4). V2B Vehicles Plug-in to Buildings/Communities with regulated charge/discharge 电动汽车与建筑物的能量管理系统通信，并受其控制，实现电动汽车与建筑物供电 系统之间的能量转换（充、放电）。 5). V2G Vehicles Plug-in with Logic/Control regulated charge/discharge 电动汽车与电网的能量管理系统通信，并受其控制，实现电动汽车与电网间的能量 转换（充、放电）。 此种方式下，电动汽车可以作为电能存储设备、备用电源设备 来使用。 6). V2G NGU V2G Next Generation Utility 满足V2G等应用需求的电力公共设施