储能为核心的新能源革命技术路径探索

1欧阳明高1清华大学车辆与运载学院1SCHOOLOFVEHICLEANDMOB2储能为核心的新能源革命技术路径探索2.新能源动力系统技术研发3.新能源革命技术路径展望能源转型历程与新能源革命每次能源革命都是先发明了新动力装置和交通工具，然后带动对能源资源的开发利用，并引发工业革命美国超越英国英国超越荷兰硒第三次新经济模式如何改变世界第三次能源革命—-新能源技术革命硒第三次新经济模式如何改变世界新能源革命的“五大支柱”四，发展能源(电能)互联网技术；但是储能是瓶颈，需要靠电池、氢能、电4新能源动力系统新能源电力系统新能源动力系统新能源电力系统意意可变发电储能系统算电网储能系统WBEVchargerstatiBEVchargerstati推动能源转型和新型电力系统发展，是面向碳中和的中国新能源革命重要技术路径5Storagetime电池和氢能各有特点，两者互补性强，共同构成主流储能方式存储时间功率6电解水长周期大规模可再生能源的氢储能方式电解水,逐步替代燃煤作用：调峰规模：大规模作用：调峰规模：大规模能量的时空转移规模：中大规模7能量的时间转移78长周期大规模可再生能源的氢储能方式可再生能源制氢合成氨，制备成常温运输的液氨，成本低廉、化学性质稳定，再投入燃气轮机进行火力发电，实现了可再生能源长周期存储、长距离运输，并助力火力脱碳日本SIP'绿氨合成发电项目·JGC公司在2018年底于日本郡山示范工厂完建设了可再生能轮机零碳氨供给零碳氨供给实用供应链验证大规模供应链搭建小型燃气轮机中型燃气轮机小型燃气轮机中型燃气轮机大型燃气轮机氨掺烧(燃煤锅炉)氨掺烧(燃煤锅炉)动力电池大规模产业化与电化学储能电站随着全球电动化进入高速发展阶段，带动中国动力电池行业飞速发展，2023年规划产能大于1TWh,2025国内电池年需求/出货量预计1.2TWh;其中车用动力电池占主导2020中国储能总装机量比例压缩空气储能压缩空气储能电化学储能抽水密能熔融盐储热数据来源：中关村储能联盟电力/储能电池总装机量年份9数据来源：网络公开资料、SPIR、智研咨询、电动1家、起点锂电大数据基于车网互动的储能方式基于车网互动的储能方式为何开展车网互动?——“削峰填谷”,减小电网功率需求◆随着电动汽车数量增加，智能有序充电和V2G逐渐表现出优越性◆无序充电的功率需求是有序充电的两倍以上，而V2G则可以反过来减小功率需求电动汽车动力电池储能的能量潜力时间(时)时间(时)时间(时)G车网互动的广泛应用场景G低压配电网(农村地区典型场景)WAN通信WAN通信集群后可参与V2G>③V2mG(AC):组和可再生能源单元②②集群后可参与V2G③00电化学储能：车网互动与储能电站对比01容量02时间03空间04固定成本05安全风险定定声声2增增高高XXNN零零低低储能为核心的新能源革命技术路径探索1.新能源革命储能瓶颈技术2.新能源动力系统技术研发3.新能源革命技术路径展望张家口氢能研究院与创业企业群3.光储氢-充放互动能源系统南京电控动力创新中心与创业企业群——深圳电动汽车智慧能源创新中心与创业企业群动力系统发动机电堆动力系统发动机电堆膜电极剥洋葱模式建立了氢能燃料电池的技术体系(已突破)2005年2013年2005年2013年氢储能与电解水制氢技术研发质子交换膜电解碱性电解清华培育出科创版上市公司，中国氢能第一股——亿华通科技公司亿华通体系氢能全链条布局亿华通体系氢能全链条布局2021年，联合建立北京国际氢能中心(有限公司)辆数京辉张张家口赛区工作辆数京辉张张家口赛区工作京辉大兴跨赛区5行500辆燃料电池汽车，张家口和北京2022年运行1000辆序序号中石油福田4赛区内5条线路，100赛区两工条线路，90辆车制氢厂中国石油环字京辉示范线路(抵离、跨赛区)示范线路(赛区内)中石油金龙站史石油北京赛字大兴站电化学储能与锂离子电池的安全事故电动自行车安全事故2021年共发生1.8万起，死亡57人，受伤157,说明技术水平和安全规范起决定作用l432102机由鹅oo000n0543tCC清华大学电池安全实验室◆清华大学车辆学◆清华大学车辆学院电池安全实验室及其附属四川宜宾电池安全实验基地(投资超过2亿元),专注于锂离子电池安全研究，对全球厂家和机构开展合作和提供服务，参动力电池安全技术研发与产业化车网互动的关键技术基础动车一直插在桩上，会不会出问题?现在的电动车会不会无法满足V2X需求?池频繁充电，是否能满足?状态监测系统jection整车级充康口实时安金技术重性克电技术级充康口实时安金技术场1先进率母律技术离压平世架构先进率母律技术n安全长毒使充能理外部混制冷部柱术先进使充地端随术双向互联电池电池子安全设计标准政策支撑标准政策支撑禁禁4"4◆面向市郊V2H+光储充系统的软硬件与通讯技术开发设备层控制层设备层能量管控逻辑设计能量管控逻辑设计管理层◆以多层级硬件安全和软件监控技术为核心，构建面向园区的V2X智慧系统车网互动储能：分布式能量管理平台能量管理平台功能效果：设备配置、系统监控、能量优化、互动展示零C云智慧能源平台产品特点●智能展示●智能运维●能量预测优化●能量管理调度●能源交易应用场景●园区综合能源管理●光储充微网能量管理●车网互动V2G调度●虚拟电厂聚合交易光-储-充-换一体化互补型智慧能源系统——电动汽车时代的”加油站”储能和快换系统能量管理和微网控制保护系统能量管理和微网控制保护系统集超充、重卡换电、光伏发电、智能微网一体的的城市级区域级城市级区域级场站级实时调度日前计划实时调度日前计划外部地区发同层级的价格激励。市级控制中心市级控制中心区域级虚拟电厂台给出各场站的功率调发电和总体负荷，给区域虚拟电厂和本市远端发电下达指令。数据监测与预测平台进场站级控制单元能量管理和聚合的指导，并开展安全预警。能量管理平台负责场站/楼宇级的本地能量控制。储能为核心的新能源革命技术路径探索1.新能源革命储能瓶颈技术2.新能源动力系统技术研发3.新能源革命技术路径展望0新能源汽车市场前景预测与展望2021—2030年：快速增长0年份年份2021年前数据来源：国家统计局，《中国汽车产业发展年报(2021)》未来十年电动汽车智慧能源生态1T:光伏进入太瓦时代1T:电池进入太瓦时时代1百万：燃料电池汽车进入百万辆时代(1亿干瓦发电功率) **0*车网互动分布式短时储能的潜力与前景96分的0—G.He,ct—G.He,ct--J.Li,etal.,--CNESA、能源局、天风证券_2021--发改委、广发证券_2020--工信部、东吴证券_2021--清华能源经济所能源结构20%*2小时--清华能源经济所能源结构_40%*2小时--新能源动力系统团队RE95-V0G--新能源动力系统团队RE95-V2G(非化石能源发电比例)未来中国电力系统的点线面特征能源基地+特高压输电+储能电站第一火电机组+高压输电网+抽水蓄能负荷+低压配电网+分布式光伏+2030年中国新型电力系统特征求比为4:5,分别为1亿kW、1.3亿kW。火电灵活性改造压力(装机量占27%)高时间h用户侧(面)65%的用户侧储能需求位于中东南部地区，约1亿kW/3.2亿kWh,峰2060年中国新型电力系统特征发电侧(线)62%的发电侧储能需求位于西北部地区，约4亿kW,保障风光基地可再生能源的可靠并网。西北风光基地向负荷区域的特高压输电线路建设需匹配氢储能需求。西北地区储能调节风光并网电网侧(点)西北部地区与中东南部地区的电网调峰需求比为4:1,分别为4.4亿kW、1.2亿kW。◆西北地区的调峰需求主要依赖于氢