先进铅碳电池储能技术吴贤章

先进铅炭电池储能技术Advanced Lead-Carbon Technology for EES吴贤章 wxznarada.bizzei厂siclev南副电湄Narada 2012 Microgrid Energy Storage Forum SessionNovember 21th, Hangzhou, China储能系统是智能电网的核心Naracfa提纲微网储能的机遇与挑战 先进铅酸储能技术概况口铅炭电池原理与特点南都铅炭储能技术与应用案例Energy ProductionEnergy DeliveryEnergy ConsumptionWind Gener-adonTransmiss-on & Distnbutian5储能系统是智能电网的核心Naracfa储能的意义：平抑峰谷差，减少发电功率调整，提高传统发电效率； 降低主干网扩容投入，节约大量扩容资金；稳定新能源接入，调整风光电的不可预测性，提高电网电能质量; 提高电网安全性，在输配环节出现问题时提高备份电源； 提高黑启动安全性，降低事故发生率。变化的可再生能源发电会影响电网的运行Variable Generation Affects Grid OperationsNo wind11 % renewables23% renewables35% renewablesre怖洌絹1”砂力碎6储能技术的关键安全性、能量转换效率、成本、寿命、比能量、比功率、可维护性、环境友好储能技术的关键7储能电池系统能量转换系统储能电池双向逆变器成组技术能源管理系统电池管理系统负载管理系统热管理系统远程监控系统#规模储能的关键指标口储能容量口循环寿命和转换效率经济性可批量生产15MW/1OM Wh铅酸储能电站6MW/48MWh钠硫电池储能电站12MW/12MWh锂电储能电站6不同储能技术的经济性对比7#电池名称循环次数电池价格 （元/KW）总固定投资 （元/KW）寿命期内投资 （元/KW）收益/投资经济性普通铅酸电池8001000400060401.24高改性铅酸电池150010004000-约1.6高高能超级电池250013004300约2.0很高钠硫电池250042007200103750.72低锂电池200040007000101040.74低钮液流电池13000420072001003750.72低抽水蓄能350059832.51髙压缩空气30000400060001.25高超导100000510080000.93低资料来源：中国电科院新能源研究所根据经验，容量电价取500元/（KW*#）,使用寿命按15年计算，寿命期内收益二容量电价运行年限 寿命期内投资二初始总投资隹行维护成本#化学储能技术的市场预测Naracfa8化学储能技术的市场预测Naracfa2011 Lead Lithium NickelTotal: 405 GWh2016Pb5 Li and Ni batteries for energy storage90.6% 2011 2016Lead15.0% Lithium Nickel#化学储能技术的市场预测NaracfaTotal: 552 GWhLead Lithium Nickel*Source: John Craig, BCI, State of the Industry, 124 BCI Convention, Phoenix, AZ (USA), 2012铅酸储能技术在当前以及未来仍将占据绝对的市场份额#铅酸电池的不断发展铅酸电池工作模式随市场需求发展不断变化9#Starter BatteryMotive BatteryStandby BatteryPSOC Ultra BatteryMarket Size:$15BMarket Size:$3.5BMarket Size:$6BNew Lead-Acid MarketState of Charge188119601980Today 100% 斗80%#新兴市场要求铅酸电池在PSOC模式下工作，荷电态在20%80%范围内以确 保该应用场景下的功率输出及良好的充电接受能力。10口微网储能的机遇与挑战 谆先进铅酸储能技术概况口铅炭电池原理与特点口南都铅炭储能技术与应用案例11先进铅酸电池储能系统Naracfa来f 削峰填卻片F f 配电存储止tA -功率品质只A可再生供传输服“ 负荷平衡b I P-122009年以后新建的铅酸电池储能系统（1.5蓄电池储能系统地点系统容量应用日期Kaheawa I & II, Kahuku风力发 电站夏威夷的Maui和Oahu1.5MW, 1.0 MWh10 MW, 20 MWh15 MW, 10 MWh斜波控制滤波电压调节 频率校正200920112011太阳能技术加速中心SolarTAC哥伦比亚的Aurora1.0 MW, 1.0 MWh斜波控制辅助服务整形2011Lanai岛光伏可持续发展研究夏威夷的Lanai1.125 MW, 0.5MWh斜波控制辅助服务2011Kaua，i岛光伏电站夏威夷的Kaua，i1.5 MW, 1.0 MWh斜波控制辅助服务相应余量2011新墨西哥太阳能光伏电站美国新墨西哥州的Albuquerque500kW, 2.8MW11削峰稳定功率2011Duke Notrees风能储能电站美国德克萨斯州西部的 Goldsmith36MW, 24MWh削峰稳定功率预计2012北美超导体输电美国新墨西哥州的Clovis100 MW,200MWh辅助服务 稳定风能削峰预计201311电网辅助能量存储1美国宾夕法尼亚州 的Lyon Station3MW, l-4MWh调节频率管理能源需求12011始建|J14典型储能系统架构3MW调频系统IHililHiIHililHi13.8 kV3 MW Frequency Regulation Installed atEPMBESSMasterConiroller4 x UltraBafteiyS)900* kWstringsInverter3.6 MW BES System for 3MW of Frequency Regulation15典型储能系统通讯框架16#包括系统总控、子系统分控、储能超级电池组、电池管理及监控系统（可反馈电池温度、荷电态、电压等参数）#String Voltages - Aug 30, 2012String SOC-Aug 30. 2012YOOflO15:0000100 I String 1(V)叶2(V) Stmg3(V)Stang4(Y)12：0CH15400W08#T先进铅酸电池储能系统先进储能电池在北美超导体输电中的应用17T先进铅酸电池储能系统#T先进铅酸电池储能系统Eastern Interconneclron22.5 SQ mih Clovis Ng貳 Mexico 長A9 怜 IfcVTexas tirtereojinection地点：Clovis, NM容量：100MW/200MWh 时间：预计2013 Ancillary Services Wind Firming Shapi ng通过3个AC/DC换流站以及3个换流站之间的超导体输电线路把东、西互联系统 和得克萨斯电力系统联系起来。#最新技术铅炭电池18最新技术铅炭电池#最新技术铅炭电池ONQC铅炭电池在北美电网中的应用(3MW, l-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，建成时间待定来源：Energy Storage Activities in the United States Electricity Grid. Report of EAC, May2011.19最新技术铅炭电池可用于智能电网的铅炭电池（日本某公司生产）模拟风能存储模式的电池循环性能比较200015001000500 0Wind power profileMfljcitnurn clwrge current1.0C(A) (1000A)Maximum dischrae cunrent 0.6C(A) (600A) 4 C800屯池以备用状态运行，仍传输利用应急储备50%40%30Vt20%10%0%24小时期限电池放电，提供储备电能或供应峰价销件18#对该系统的寿命预测应用系统容量运行模式估计年使用程度寿命传输利用20MW/10MWH 充电持续备用3-5个充电循环10年*应急储备10MW/10MWK 放电持续备用60个放电循环10年*峰价销售10MW/10M5M1充放电依据市场 而定20个放电循环10年片*系统寿命在20年以上，计划电池更换周期为10年#提纲口微网储能的机遇与挑战口先进铅酸储能技术概况谆铅炭电池原理与特点口南都铅炭储能技术与应用案例19什么是铅炭电池?a）负板全部由高比表面的炭取代长循环寿命，高比功率-Axion Powerb）负板部分由高电容活性的炭取代-超长循环寿命，高比功率-CSIRO, Furukawa, East PennUltra batteryc）采用3D结构的炭取代或部分取代负极集流体高比能量和比功率，良好的循环寿命-Warsaw University, Firefly Energy, CEA-INESd）负极活性物质中添加特殊的炭 e-特殊的铅炭配方、合膏工艺，板栅优化等优异的HRPSoC循环寿命，更易产业化-ALABC引导的最新铅炭技术PbO2SeparatorPb * C20铅炭电池原理常规铅酸电池Lead sutfate-22Grid ；;：Sponge leadGridNegative oGtive-materlal低倍率放电高倍率放电再充电DischargeDlssoluti onPb + HSO4 2ePb2* + SO42- + 屮1X PrecipitationPbSO4(2)ChargeDissolutionPhnJ.Pb2* + SO42- + 2e + 屮1尸 D HSO4Precipitation负板表面形成粗大致密硫酸铅，不能可逆转化铅炭电池irate PbO2SeparatorPb + CHjSO solutionP0by Dr. D Pavlov, 2008丿21#抑制硫酸盐化，提高充电接受能力#HRPSoC循环性能22#Regular VRLA batteryFurukawa Ultra- Battery#:7,000 cycles伽“25(1”Number or HEV cycie$765432104-npqAI亠。j e-lrucHdEelanpovlNumber of HEV cyclesG) o二二尺 16d= 6=-=0s=-=os#cml 二 OL 6 $l_o铅炭电池在HRPSoC工况下运行, 循环性能是普通铅酸电池的34倍*Test in ALABC program#储能循环寿命测试及评估方法 SandiaNationalLaboratoriesannmdoooo200.1 0J 0.3040.50.6D.7 OJ Oj 1Depth of DischargeVRLA Life cycle data S. Drouilhef, B.L Johnson, 1997 NREL低倍率深放电Slow Energy Cycling 能量型模式Time (Hours)23储能循环寿命测试及评估方法 SandiaNationalLaboratoriesI ECEast PennEast Penn Ultrabattery Module20.347 5% PSOC utility cycles422 Days and 229 PV deep discharge cyclesFurukawa24FurukawaUltra battery Module7.012 5% PSOC utility cycles498 Days nnd 280 PV deep discharge cyclesII美国Sandia国家实验室采用的几种波形测试，包括 调频、负载均衡、随机应用模式。模拟储能循环测试 ELUtility PSOC Cycle-Life12-0110100908070605010%DOD25#O a-VRLA BatteryUltraBatterya0：Li-ion (Li-FePO4)-x-East Penn Wind BatteryOJ-*-C&D CPVTime (Minutes)East Penn Wind VRLA (0.4C Rate)C&D CPV Vented (0_5C Rate)yitniBattery VRLA(1C, 2C&4C Rate)10,00012,00014,00016,00018,00020,000PSOC Cycle Number2,00 04,000LHon (2C & 4C Rate)VRLA AGM (1C Rate)times longer功率型模式#*Data is updated by September 28 201226模拟储能循环测试PV Hybrid Cycle-Life Test105100958580757065East Penn Ultrabattery 40 Day Deficit ChargeFurukawa Ultrabattery40 Day DeficiCharge卜口 OVRLA Battery.30 Day Deficit Charge 12 tilTieS l0ngeBoede。一eEu-孑VRLA Battery7 Day Deficit ChargeTime (Hours)能量型模式600100200Filled symbols () 10 hr taper chargeOpen symbos (0口) 4 2 hr taer charge300400500600Days Cycling*Data is updated by September 28 2012提纲微网储能的机遇与挑战 先进铅酸储能技术概况口铅炭电池原理与特点南都铅炭储能技术与应用案例28南都储能技术发展历程iMaracfa29#口南都电源在储能技术上的研究和应用已经超过十年，已掌握从储能产品 到系统集成的全套技术，具备了提供各种储能系统整体解决方案的能力。#发展历程wFo 1L系纟 L （夬充集成技见模应用35先进储能电池 和系统（超级 电池等核心技 术）2000 2005201230南都铅炭电池产品31南都铅炭电池产品voltage during HRPSoC Cycling3.201.602.802.402.00020406080100120140time / s#南都铅炭电池产品2.052.001.951.901.851.807206606005404804203603006只GFM-300R电池30%DOD循环放电终止电压曲线01000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000循环次数6只GFM-3OOR电池C1O容量（每60循环测试一次）循环次数拿60(1) 恒电流放电：按照30%DOD计算，蓄电 池以45A进行放电，连续放电时间为2小时；(2) 恒压限流充电：恒压2. 35V/cel I, 限流值为0.15CA (45A),连续充电时间 为4小时。(3) 重复和，共计30次小循 环； 定时满充电：在第30次恒电流放电后， 对蓄电池进行定时满充电：恒压2. 35V/ce11,限 流值为0.15CA,连续充电时间为12小时。(5) 重复(1)、(2)、(3)、(4),共计2次大循环；(6) 核对性容量检测：在完成2次大循环 后，对蓄电池作10小时率核对性容量检测， 然后再完全充电。(7) 重复，直至核对性容量检测小于 60%C10为止。(当核对性容量检测小于60%C10 时，需要再次确认)(8) 记录时间要求：测试期间充电时 10min记一次，放电时10min记一次。30南都铅炭电池产品Elapsed discharge to 2V0 5 05 2 03 3 3527VOOLA0 0一 sonl.lu.o&Jelps-p jo uolalna0 5 05 2 02 2 2Discharge aurstion elapsed cycle of REX-1000 cells in the Africa routine-C10 capacity test every 120cycles311!500010000150002000025000300003500040000Cycle Number模拟电池HRPSoC循环性能特殊的铅炭配方O259585756 .91.81.71.G1.(A)a)6elo emeqos 石32南都铅炭电池特性33南都铅炭电池特性#南都铅炭电池特性充电接受能力0Test Cells5 3 5 2 5 1 5 3 2 10 ourad 总cu6euoCharge Time (h)250200150100500.三三一忌i止电压7.2V020000400006000080000循环次数35南都铅炭电池特性36南都铅炭电池特性#南都铅炭电池特性IX0 5 0 2 1 1 IX IX IX5O IXHRPSoC循环性能（模拟功率平滑）10.0020000400006000080000100000120000140000Cvcle umber#南都铅炭储能系统微网储能解决方案口行业首创及唯一的企业级微网 储能系统口低成本、长寿命、高可靠性口模块化设计，可移动储能口环保，节能口推动智能电网和新能源储能PCSBMS储能电池监控系统 uiFHUnnm S3 |“确卑1冏举!JSSD * ab*垃纏!Tt!zz-ai3jju 匸Jf J/ f i V F 耳 - w 9 V37系统运行模式并网运行孤岛运行并网充电状态囂囂独立逆变状态并网放电状态紧急停机状态东福山岛风光柴储能电站及海水淡化系统 Msracla口东福山岛风光柴储能电站是国内第一个规模化投入实际应用的新能源 储能电站，集风、光、储一体并升压运行孤岛微网系统，技术难度高，意义重大，具有很强的示范性和影响力。40#100KW光伏组件210KW风力发电机组南都储能蓄电池组#新疆吐鲁番新能源城市微电网示范工程国电龙源电力首个微电网示范工程获批更新：2012-03-13 10:57:51作者：liuyong来源：综合报道点击：106次:字号：大中小】中国储能爾讯:近日，龙源电力所属新疆吐魯晋新能源城市徽电洌示范工程项目获得国家发改 委、国家能源局、匡家电监会联合批复.该项目是全国首个徽电洌示范工程项目，也是目前匡内装 机容量最大、涉及用户范围最广的徽电厕项目。新疆吐魯琴新能源城市徽电洌示范工程项目采用屋顶光伏徽电刚系统，装机容墨13.4兆瓦，建 成后将为吐魯琴新区7千余户家廃、2万多民民提供优质电能.该项目包括两部分：一是光伏建筑一 体化工程，建设13. 4兆瓦屋顶光伏发电及直接入户用电系统；二是为有效利用光伏发电而相应建设 i0千伏变电装萱、城市公交电勿车充电设施、配套储能装苴及徽电刚控制中心等，形成智能徽电网 系统。徽电洌系统实行“自发自用、余量上洌、电网调剂”的运行机制，即屋顶光伏电站电量直接 出售给徽电洌內用户，汽车充电站和储能单元充电，富余电童送向地区电洌.当光伏发电电量不忌 时，从地区电刚购电，通过徽电洌向用户供电。南都电源中标国家新能源示范工程储能项目日前，南都电源中标国家新能源示範吐鲁番示范区屋顶光伏电站暨微电网试点工程储能项目。作为国內笫一个新能源示矩城市兆瓦级储能项目，第一个2卩铅碳电池批虽用于储能应用的项目，第一个完整 的糸统集威项目，得到了公司领导的犬力支持和充分关注，通过储能专网帀场部的积祓争取和南都研梵尿旳大力 配合下，我司在高手如林的竞争中中标，为公司在整个储能行业的发展奠定了基础。42大连通信数据传输用光伏储能示范电站NaracfaIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIHI1III11IIIIIIIIIIIIIIIIIIII1IIII1IU11111III11IIIIIIHIIIIIIIIIIHIII1I143#口大连通信数据传输用光伏储能示范电站是一个用于较大的数据传输的 独立光伏储能系统，主要由光伏和储能电池供电。#内蒙风电移动储能示范系统与清华大学、北京四方 联合开发；口解决风电并网难题。44国能电力风电路灯示范系统fMaracfa45国能电力风电路灯示范系统fMaracfaH方案275Ah45W5OAh3OWOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOO OOOOOOOOOOOO QOOOOQQPOQQO7e.5.4.3.2.l39.8.7.63.3.3.3.3.3.3.12.Z 乙2. 1111111 1111 、二三三-越一总888888888卜 86铅碳电油充放电电压趋势对比图循环次数5075铅碳2 44 16 a3.43.2132.86#南非M OBAX光储混合储能系统Naracfa46南非M OBAX光储混合储能系统Naracfa#南非M OBAX光储混合储能系统Naracfa#南非M OBAX光储混合储能系统Naracfa口南非MOBAX光储混合储能系统应用结果显示较原有燃油发电节省40%以上。The following re suits were achieved during the irial: A runtime saving of 429% resulting in the Generator IKespan increased of 4L29% By running the generator less ty 41%, 15 Services are sav?d pryar (seivict- interval is after 250 hours of runtime) Fuel saving of Whichtranslates to 9 392 e of disel savMl over one year#临安光储一体化储能系统系统容量2MWh系统功率0.5MW并网电压380V / 50Hz建成时间2011功能削峰填谷、功率平滑*铅炭电池与锂离子电池混合储能方式,实现系统高性能及高可靠性47临安光储一体化储能系统系统主接线图NaEM扫產谕电順主同百南都电邈光，储二体化电盞二蠶嬴嬴臨躺诉南都电源电站系统主接线图FT1380： 103配电所380稠线系统超级电容器组CT1站用负荷J75 5CSCZ11_1UPS直赭巨300bWtif 能 PCS:LOOkWf诸能 PCSCSC211.3 -ICT6CST2H 61200:5CSC211N OLOOkY超级电容器PCSCT5300:5CSCZ11.4CSC211 TCSC211_5分画向 策略控制 頁流屏 光伏 代象仪 I00KW逆变雷300KW逆爽器 锂电池 铅酸电池 刘络48储能电站塾创峰填谷和平滑负荷辛圖诫鲁堅 并可接入新能源.更锻： 微网储能点亮世界 绿色能源驱动未来 49