清洁绿色能源铅炭电池新储能解决方案

UltraBattery® (Furukawa, East Penn)
L-C
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铅炭电池（Lead-Carbon）
性 能 特 点
炭材料直接添加在负极铅膏中 可有效抑制负极硫酸盐化 HRPSoC循环寿命延长6倍 优异的快充性能 工艺简单，成本低
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铅炭电池（Lead-Carbon）
清洁绿色能源铅炭电池新储能解决方案
什么是铅炭电池？
Lead-Carbon: A Game Changer for Alternative Energy Storage
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铅炭电池 vs. 铅酸电池
铅炭电池
铅酸电池
在负极引入炭材料 真的如此简单？？
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三类广义的铅炭电池
PbC ®
(Axion Power)
为什么选择铅炭电池？
循环寿命
安全性
规模化程度
效 率
经济性 储能的五项关键指标
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铅炭电池的循环（能量型）
Cyclingbetween 80% SoC and 40% SoC (模拟削峰填谷)
南都REX-C铅炭电池实测数据
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铅炭电池的循环（能量型）
Cyclingbetween 30% SoC and 80% SoC (模拟削峰填谷)
概况
地点 规模 时间
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南都铅炭储能应用案例
项目
印度国家电网公司储能项目
•南都首个海外储能项目 •标志南都铅炭储能获得包括印度、新加坡等海外客户 的认可 •500kW铅炭+500kW锂电 印度
1MW 2015正式投运 •调频 •削峰填谷
概况
地点
规模 时间 功能
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在建和在谈的削峰填谷项目
项目名称
空间位阻效应 3
防止硫酸铅大颗粒的形成，以保证其能够可逆的 转化成活性铅。
*P. T. Moseley, D. A. J. Rand, K. Peters, “Enhancing the performance of lead–acid batteries with carbon – In pursuitofanunderstanding,”J.PowerSources,295,2015:268-274. 7
概况
地点 规模 时间 功能
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南都铅炭储能应用案例
项目
汉能快装电站
•2014赛季国际汽联电动方程式世锦赛(FIAFormula EChampionship)首站赛于9月13日在北京奥林匹克 公园拉开帷幕。太阳能快装电站采用了汉能领先业界 的柔性组件，重量非常轻，只有常规晶硅组件的四分 之一左右。 •采用南都最新一代的铅炭电池储能系统，配置 144KWh容量，在北京的日照条件下，每天可提供70 度电力，满足200至400人的基本用电需求。所有设 备都安装在一个20尺标准集装箱内，4名操作人员仅 需半小时即可安装完毕。 北京奥林匹克公园 144kWh 2014
地点 规模 时间 功能
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南都铅炭储能应用案例
项目
广成铝业蓄能微网项目(863计划)
•该项目是863计划“主动配电网的间歇式能源消纳及 优化技术研究与应用”，也是目前国内有色金属行业 (广成铝业)规模最大的“金太阳”示范工程(5.5MW) •该项目是国内首个“主动配电网的间歇式能源消纳及 优化技术研究与应用”研究项目 •依托该项目实现微网系统，大电网失电后能利用太阳 能继续供电；利用储能系统实现全额电量本地消耗或 者错峰选择用电，多余部分补充至大电网 佛山，广东 1.5MW/1.5MWh 2013正式投运 •新能源并网 •功率平滑 •削峰填谷
南都REX-C铅炭电池实测数据
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铅炭电池的循环（功率型）
IEC 61427-2: 6.2 Frequency Regulation (模拟调频)
Maximum charge voltage < 2.40 Vpc
Minimum discharge voltage > 1.80 Vpc
南都REX-C铅炭电池实测数据
概况
地点 规模 时间 功能
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南都铅炭储能应用案例
项目
国家新能源示范城市吐鲁番屋顶光伏电站暨 微电网试点工程
•该项目为国内第一个新能源示范城市的兆瓦级微 电网储能项目，采用公司储能铅炭电池新产品， 项目集成了储能电池、直流电源、电池管理系统 与热管理系统等全套技术 •该项目的中标标志着公司储能系统集成技术已获 得市场认可 吐鲁番，新疆
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铅炭电池目前的技术短板
铅炭电池经3300次循环(30~80%SoC) 的电极电位曲线
负 极
尽管电池PSoC循环寿命显著提高，但是最终失效仍然在于负极
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技术突破方向
明确炭的作用机理
炭的作用机理需要进一步明确，只有完全掌握炭在负极的电化学行为以及对电池 性能的贡献，才能有针对性地设计和开发出更高性能的铅炭电池。
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铅炭电池 vs 其他化学储能
循环寿命
铅炭电池 普通铅酸电池 锂离子电池 钒液流电池 钠硫电池
安全性 ★★★★ ★★★★ ★★
可规模化 ★★★★ ★★★★ ★★
经济性 ★★★ ★★★ ★★
能效 ★★★ ★★ ★★★★
★★★ ★★ ★★★
★★★★
★★★
★★★
★
★★★★
★★★
★★
★★★
★★★
★★
尽管，目前还没有一种储能技术能够完全满足五项关键指标； 但是，铅炭电池安全可靠性高、储能规模大，综合性价比高。
1 江苏中能硅业峰谷储能电站
规模
12MWh
投资运营模式
南都投资运营
2
3
江苏苏州辉腾机电峰谷储能电站
湖北金波集团峰谷储能电站
12MWh
9MWh
南都投资运营
南都投资运营
4
5 6 7 8 9 10
江苏苏州东山永创精密峰谷储能电站
广东佛山美的电器峰谷储能电站 河南岷山有色金属集团峰谷储能电站 福建南平铝业峰谷储能电站 江苏宿迁金达峰谷储能电站 协鑫集成无锡工业园区储能电站 南都酒店峰谷储能电站
地点 规模 时间 功能
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南都铅炭储能应用案例
项目
甘肃玉门中科恒源光伏储能电站
•解决西部地区的“弃风弃光”验证现象，当地政策只 允许光伏发电量的40%上网，限电量高达到发电量的 60%。安装储能电站解决新能源并网难的问题，并可 产生弃掉能源的经济性收益 •本项目位于甘肃省玉门金塔，该地区（一期）计划建 设一套20MW光伏发电电站，设计3MW/12MWh铅 炭储能系统，与光伏发电系统协调配合，实现提升可 再生能源利用率、移峰可获得电价差为0.9元/kWh 玉门，甘肃 1MW/2.16MWh 2015正式投运 •平滑光伏功率输出 •光伏发电削峰填谷 •错峰发电
概况
地点 规模 时间 功能
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南都铅炭储能应用案例
项目
南网万山海岛新能源微电网示范项目
概况
国内首个拟商业化新能源微网项目，也目前为止国内 最大的海岛离网微网铅酸储能示范项目 南都电源独家中标，提供储能系统解决方案，储能技 术全部采用公司储能铅炭电池新产品 海岛无电地区孤岛运行，解决风能/太阳能等多种新能 源接入并网 储能系统兼具功率平滑与能量存储功能 珠海，广东 2.5MW/8.4MWh 2014投入使用 提高可再生能源利用率 平滑风光功率输出
优化电池设计制造与管理
先进生产制造技术的发展也是铅炭电池应对大规模储能挑战的重要措施。 电池管理与热管理技术也需同步发展，以保障储能系统的可靠运行。
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铅炭储能的应用（北美）
规模：3MW，1-4MWh 电网辅助能量存储 调节频率 管理能源需求
该项目总耗资美元5,087,269美元 其中美国能源局（DOE）资助2,543,746美元 该项目始于2011年
概况
地点 规模 时间
功能
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南都铅炭储能应用案例
大丰海水淡化系统智能微电网项目
项目
(863计划)
概况
•本项目以风力发电1×2.5MW为主，储能系统及柴 油发电机为辅，为最高日产5000吨淡化海水提供能 源，并结合微电网技术构建非并网风电-海水淡化集 成系统 •南都电源独家中标，储能技术采用铅炭电池，储能 容量1.8MWh 大丰，江苏 1.5MW/1.8MWh 2013正式投运 •新能源接入并网 •平滑风机功率输出
可减少65%柴油用量
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铅炭储能的应用（中国）
总装机容量超过100MWh
铅炭微网储能项目超过20个， 覆盖10个省市自治区
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南都铅炭储能应用案例
项目
国网鹿西岛储能示范项目
•该项目是“含分布式电源的微电网关键技术研究”国家 863课题的两个示范工程之一 •建设风力发电、光伏发电、储能三个系统，实现并网和 孤网两种运行模式的灵活切换 •提升可再生能源利用率、平滑风光功率输出等功能，具 备暂态有功出力紧急响应、暂态电压紧急支撑功能 温州，浙江 2MW/4MWh 2014投入使用 提高可再生能源利用率 平滑风光功率输出
0.65,000 3,000 C 1800 15,000 0.320,000 800 C 5,000 C 13,000 C
90 80 95 80
1 0.6 3 10
0.37 (0.28*) 0.94 (0.62*) 0.63 0.96
全钒液流电池 113,000
*此处考虑铅酸电池的可回收性，以传统铅酸电池成本30%可回收计算
南都REX-C系列铅炭电池
2013年通过国家能源局鉴定，填补国内空白，达到国际先进水平
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铅炭电池的作用机理
电容缓冲效应 1
以法拉第反应吸收额外的大电流，防止电流过大 对铅负极造成损害，原理同超级电池；
提供更多的可供充放电反应的电极表面 2
Pavlov经典的平行作用机理解释了在铅炭电池负 极，电化学反应不仅在铅表面发生，在炭的表面 也会发生；
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铅炭储能的应用（北美）
采用Axion Power公司的PbC®铅炭电池
2011年12月项目验收 需求响应、调节频率 直接并入PJM电网 运行与管理 美国13个州和哥伦比亚特区的 电力系统
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铅炭储能的应用（北美）
采用East Penn公司的 Uຫໍສະໝຸດ BaidutraBattery®铅炭电池
10MWh
10MW 16MW
南都投资+中恒运营
南网+南都投资 南都+岷山投资 南都投资
概况
地点
规模
时间 功能 2013正式投运 •能源集中管理 •功率平滑 •削峰填谷
1MW/2MWh
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南都铅炭储能应用案例
临安光储一体化企业级微网储能电站
项目
概况
•国内首创的企业级微网储能电站，实现新能源接入和 削峰填谷 •模块化可移动储能系统 •铅炭/锂电混合储能技术 •在储能系统中首次采用蓄电池热管理系统 •孤岛/并网运行 临安，浙江 0.5MW/2MWh 2011正式投运 •功率平滑 •削峰填谷
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铅炭电池的循环（功率型）
Sandia实验室和Ecoult公司的PSoC测试(模拟调频)
East Penn的Ultrabattery的测试结果
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铅炭电池的经济性
储电成本——电池在寿命周期内每储一度电的成本
** 综合体现电池一次购置成本、循环寿命以及能量效率
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铅炭电池的经济性
DOD寿命 铅炭电池 传统铅酸电池 锂离子电池 运行期间放 能效/% 出的总电量 电池成本 ￥/Wh 发电成本 ￥/kWh
开发高性能炭材料与添加剂
需要开发价格低廉、性能稳定的铅炭电池用炭材料。实现低成本炭材料的批量化 生产有助于进一步降低铅炭电池成本，提高析氢过电位和与铅活性物质的兼容性，
则可有效防止电池失水，延长电池循环寿命。 负极其他添加剂，如有机膨胀剂和硫酸钡等与炭材料在充放电过程中的协同作用 也需要进一步明确。
2011年10月通过PNM 电网验收 平滑光电出力
光伏电压波动 输出到电网的平滑电压 电池电压波动 *该示范项目表明：铅炭电池可有效平滑光电出力
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铅炭储能的应用
采用East Penn公司的UltraBattery®， 集成商为Ecoult
2012年6月项目验收 3MW调频系统 1MW/1-4h 峰电负荷管理 太阳能供电，柴油机每天关停数小时，
地点 规模 时间 功能
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南都铅炭储能应用案例
项目
国家风光储输工程新能源微电网示范项目
•包括100MW风力发电、50MW太阳能光伏发电、 20MW化学储能的一体化工程，是目前世界上规模 最大的新能源综合利用平台 •公司首个新能源微网总包项目的中标，标志公司储能 系统集成技术水平和解决方案的得到市场的认可 •该项目预示国家电网对铅酸储能技术路线的重视与探 索，也标志着市场对公司国际领先的产品与技术的高 度认可 张北，河北 1MW/6MWh 2015投入使用 •平滑风光功率输出 •跟踪计划发电 •削峰填谷 •调频