电储能技术介绍

12 一、背景1.1储能技术的背景二、若干关键问题以及清华的部分工作2.1电池技术、状态估计和管理2.2电力变换装置及其控制技术2.3功率预报技术l风电场对储能技术的需求3l智能电网对储能技术的需求45l电动汽车对储能技术的需求“车辆到电网”(V2G)的概念正在兴起，期待其作为电力系统“削峰填谷”国家电网:支持V2G的快速充电座不同需求对充放电速度和容量的要求6ChangingtheElectricityGame,IEEE-PEMag,2009,July7按照储能介质形态分类，目前的电力储能可分为：l化学储能：铅酸电池、钠硫电池、全钒氧化还原液流电池l电磁储能：超导储能、双电层电容器l机械储能：如抽水储能、飞轮储能、压缩空气储能l热/冰储能：如热泵储能、电锅炉储能8主要储能方式比较(2003)主要储能方式的比较BarinA.etal,StorageEnergyManagementWithPowerQualityConcernsTheAnalyticHierarchyProcessAndTheFuzzyLogic,COPEP’20099一个1MW变电站电储能装置10MW馈线负载的削峰填谷作用一个2MW,14.4MWh蓄电站的组成清华纯电动比亚迪纯电动QQ2010/6，财政部、科技部、工信部和发改委联合发布了私人购买新能源汽车补贴标准，确定将在上海等5个城市启动私人购买新能源汽车补贴试点工作。国家对满足支持条件的新能源汽车，按3000元/千瓦时给予补贴。13 ）；）；n发电：“大规模储能：大型抽水蓄能电站、大容量电池储能系统”n用电：“智能用电中的“储能及管理”/电二、若干关键问题 2.1电池技术、状态估计和管理2.1.2电池应用：状态估计和管理2.2电力变换装置及其控制技术2.2.2多电平逆变器控制技术2.3功率预报技术 2.1电池技术、状态估计和管理Fig.Approximatescaleofenergystoragesystemsinstalledbymid-2006,钠硫电池（NAS）及技术现状原理：钠和硫分别作为阴极和阳极，陶瓷β-氧化铝同时起隔膜和电解液的双重作用，正常工作温度范围在300℃-360℃。高温下的电极物质处于熔融状态，使得钠离子流过β-氧化铝固态电解液的电阻大为降低，以获得电池充放电高效率。优点：(1)理论比能量高达760Wh/kg，实际中>100Wh/kg(铅酸电池的3-5倍)。(2)高效率，实验室充放电效率高达89%，实际效率也高达80%；没有自放电现象；容量和功率分别可调；(3)充放电循环次数高达4500次，寿命可达10-15年。(4)原材料丰富且易开采，维护成本低；(5)不含重金属，环境友好。缺点：工作温度高，大电流充放电可能发生爆炸；技术难度高。技术所有：日本NGK；我国：大连化学物理研究所、上海硅酸盐研究所等钠硫电池（NAS）及技术现状全钒液流电池（VRB）和技术现状positive：positive：dischargeVO+2H++eVO2++H2OV2+V3++echarge优点：1)反应电堆与电解液分开，储能系统的容量和功率可分别设计。2)高效率，实验室充放电效率高达88%，实际效率在75%左右，且没有自放电现象。3)充放电循环次数高达4000次。4)原材料丰富(我国已探明五氧化二钒资源大约1000万吨，每储存1度电大约需要五氧化二钒5.62公斤);不含重金属，环境友好。缺点：能量密度为20Wh/kg，略高于铅酸电池。技术所有：日本住友电工，我国：大连化学物理所、中南大学、清华大学全钒液流电池（VRB）和技术现状l我国于1995年开始VRB的研究工作，研究单位主要有中国工程物理研究清华大学5kW钒电池反应电堆与电解液储蓄罐锂离子电池（Li-ion）和技术现状锂离子电池（Li-ion）和技术现状 动力电池（串联）应用的三个问题2.1.2电池应用：状态估计和管理 等效电路模型解析模型随机数学模型基于模型的等效电路模型解析模型随机数学模型基于模型的SOC估计方法电池SOC检测技术现状离线检测离线检测存在非线性误差测法线性模存在非线性误差测法线性模\受电池工作状况影响较大放电试验法存在累计误差抗法安时积存在累计误差抗法安时积分法受电池工作状况影响较大受电池工作状况影响较大依赖于电池模型卡尔曼滤波法 2.2.1两种典型拓扑2.2.2并网技术2.2.3多电平逆变器控制技术大型电储能装置的电力变换接口及控制系统为电力电子装置，其关键技术与SVG、并网PV装置等技术相通。 2.2.3多电平逆变器控制技术l直流侧电压平衡控制技术—硬件控制基于交流母线和直流母线能量交换的直流侧电压平衡控制方法（、清华刘文华）基于脉冲循环换位及PWM制动的直流侧电压平衡控制方法 2.2.3多电平逆变器控制技术l容错控制技术 2.2.3多电平逆变器控制技术l容错控制技术——零序电压注入 1.功率短期预报的作用2.功率短期预报的定义3.功率短期预报方法分类基于物理模型的方法基于物理模型的方法基于统计模型的方法基于统计模型的方法