“蓄光充放電”一體化設(shè)施集光伏發(fā)電,、儲能、微網(wǎng)控制,、電動汽車充電,、用戶休息體驗(yàn)于一體,將光伏發(fā)電,、智能充電樁,、電站建設(shè)融為一體,為用戶提供智能,、高效,、經(jīng)濟(jì)、便捷的服務(wù),。
瑞德(300001)該股屬于儲能充電樁智能電網(wǎng)新能源汽車光伏概念。
“蓄光充放電”一體化設(shè)施集光伏發(fā)電、儲能,、微網(wǎng)控制,、電動汽車充電、用戶休息體驗(yàn)于一體,,將光伏發(fā)電,、智能充電樁、電站建設(shè)融為一體,,為用戶提供智能,、高效、經(jīng)濟(jì),、便捷的服務(wù),。
“蓄光充放電”是能源產(chǎn)業(yè)的重要發(fā)展方向,對破解新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展瓶頸具有重要意義,。
1.儲能技術(shù)
儲能技術(shù)主要分為三大類:物理儲能(如抽水儲能,、壓縮空氣儲能、飛輪儲能等,。),、化學(xué)儲能(如鉛酸電池、氧化還原液流電池,、鈉硫電池,、鋰離子電池)和電磁儲能(如超導(dǎo)電磁儲能、超級電容儲能等),。).
根據(jù)各種儲能技術(shù)的特點(diǎn),,飛輪儲能、超導(dǎo)電磁儲能和超級電容器儲能適用于需要提供短時(shí)大脈沖功率的場合,,如應(yīng)對電壓驟降和瞬時(shí)停電,、改善用戶電能質(zhì)量、抑制電力系統(tǒng)低頻振蕩,、提高系統(tǒng)穩(wěn)定性等,。抽水蓄能、壓縮空氣蓄能和電化學(xué)電池蓄能適用于調(diào)峰,、大規(guī)模應(yīng)急電源和可再生能源集成等大規(guī)模大容量應(yīng)用,。
儲能效率是指儲能元件儲存的電能與輸入能量的比值。電池的儲能效率關(guān)系到電池的壽命和成本。要提高電池的儲能效率,,就要知道影響儲能效率的因素有哪些,。除了電池本身的結(jié)構(gòu),比如組件材料,、制造工藝,、電解液配置等。電池的儲能效率還與一些外界因素如充電狀態(tài),、充放電電流,、充電電壓、環(huán)境溫度等密切相關(guān),。
2.電池儲能效率測試系統(tǒng)的設(shè)計(jì),。
電池儲能效率測試系統(tǒng)的基本原理如圖所示。系統(tǒng)主要部件有:單相智能電表,、充電器,、逆變器、單片機(jī),、負(fù)載等,。
圖1電池儲能效率測試系統(tǒng)的基本原理
工作過程可以簡要描述為:
充電開始時(shí),電表連接在交流電源和電池的充電模塊之間,。電池充電后消耗的電能可以通過電表直接讀出。這部分電能包括兩個3360充電器和各種開關(guān)器件損耗的電能,,電池的內(nèi)阻能耗和儲存的電能,。
充電完成后,充電模塊向控制模塊發(fā)送充電完成信號(持續(xù)高電平),,控制模塊將電表數(shù)據(jù)發(fā)送給單片機(jī),,單片機(jī)記錄并顯示數(shù)據(jù)。然后控制模塊向充電模塊發(fā)出指令停止充電電路,,向逆變模塊發(fā)出指令使逆變電路工作并向負(fù)載供電,。此時(shí),電表連接在逆變器和負(fù)載之間,,負(fù)載從電池獲得的電能可以通過電表直接讀取,。由于電表只能檢測220伏交流電,因此從電表中獲得的電能實(shí)際上包括
電池的儲能效率關(guān)系到電池的壽命和成本,。要提高電池的儲能效率,,就要知道影響儲能效率的因素有哪些。除了電池本身的結(jié)構(gòu),,比如組件材料,、制造工藝、電解液配置等。電池的儲能效率還與一些外界因素如充電狀態(tài),、充放電電流,、充電電壓、環(huán)境溫度等密切相關(guān),。
-充電狀態(tài)的影響
荷電狀態(tài)是指電池充電時(shí)達(dá)到的狀態(tài),。總之Wally的充電狀態(tài)是100%,。根據(jù)國家的相關(guān)規(guī)定,,電池在不同充電狀態(tài)下的儲能效率有不同的標(biāo)準(zhǔn),。當(dāng)充電狀態(tài)小于50%時(shí),,要求電池的儲能效率大于95%。當(dāng)充電狀態(tài)為75%時(shí),,要求電池的存儲效率大于90%,;當(dāng)荷電狀態(tài)為90%時(shí),要求電池的儲能效率大于85%,。
-充電和放電電流的影響
根據(jù)電池的特性,,大電流放電的電池實(shí)際釋放的能量小于小電流放電的電池釋放的能量,說明電池的儲能效率與放電速率有很大關(guān)系,。
從圖2可以看出,,當(dāng)電流變大時(shí),電池的庫侖效率也增加,。這是因?yàn)樵诖箅娏鞒浞烹姇r(shí),,電池的充放電時(shí)間會縮短,所以電池因自放電造成的能量損失相對較小,。但當(dāng)電流比較小時(shí),,充電效率和放電效率都會隨著電流的增大而增大,過了一定時(shí)間后,,又會隨著電流的增大而減小,。這是因?yàn)楫?dāng)電流過大時(shí),電池內(nèi)部的極化現(xiàn)象會加劇,,電池的功率損耗增加,,導(dǎo)致能量損耗增加,從而導(dǎo)致電池的效率降低,。所以在選擇充放電電流時(shí),,不能盲目選擇。如果電流過大或過小,,都會降低電池的效率,。我們應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況來選擇電池的充放電電流,。
-充電電壓的影響
實(shí)際上,充電效率是硫酸鉛轉(zhuǎn)化為二氧化鉛和鉛活性物質(zhì)時(shí)消耗的電量與充電時(shí)輸入電池的電量之比,。這里,,假設(shè)電池沒有自放電,電池的存儲效率等于充電效率乘以放電效率,。
在充電過程中消耗的電能主要是由于一些副反應(yīng),,如電池中的氣體析出和腐蝕。VRLA電池充電效率高,,與荷電狀態(tài)有很大關(guān)系,。VRLA電池在充滿電之前充電效率會很高,接近充滿電時(shí)充電效率會下降,。以單體電池為例,,其額定電壓一般為2.0V如圖3所示,給出了恒壓充電模式下充電電壓與儲能效率的關(guān)系曲線,??梢钥闯觯?dāng)電壓較低時(shí),,儲能效率會隨著充電電壓的增加而增加,,超過一定值時(shí)會因副反應(yīng)而降低。
-環(huán)境溫度的影響
當(dāng)環(huán)境溫度低于10時(shí),,將電池的充電設(shè)置為恒壓限流會影響電池內(nèi)的電流擴(kuò)散并使其減小,,但對交換電流的密度影響不大,因此加劇了電池內(nèi)濃差極化,,導(dǎo)致儲能效率降低,。在低溫條件下,放電過程中產(chǎn)生的電解液在充電時(shí)的溶解速率會降低到很小的水平,,表面的縫隙無法將電解液的飽和度保持在最低,,在一定程度上阻礙了充電的化學(xué)反應(yīng),,最終的結(jié)果就是儲能效率的降低,。
4.飛輪儲能
近年來,飛輪儲能技術(shù)的突破是基于以下三項(xiàng)技術(shù)的快速發(fā)展:一是高能永磁和高溫超導(dǎo)技術(shù)的出現(xiàn),;二是高強(qiáng)度纖維復(fù)合材料的問世,;第三,電力電子技術(shù)的快速發(fā)展,。利用超導(dǎo)性,,我們可以把一定質(zhì)量的飛輪放在永磁體上面,飛輪也可以作為電機(jī)轉(zhuǎn)子,。電機(jī)充電時(shí),,飛輪加速儲能,,轉(zhuǎn)換能量為機(jī)械能;當(dāng)飛輪減速時(shí),,它釋放能量,,將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。飛輪儲能器件實(shí)例:超導(dǎo)體由Ba-Y-Cu合金制成,,用液氮冷卻到77K,,飛輪腔抽至10-8 Torr (Torr=133.332Pa)的真空度。這種飛輪消耗的能量很少,,每天只有儲存能量的2%,。
1994年,美國ANL國家實(shí)驗(yàn)室試制出碳纖維儲能飛輪:直徑38厘米,,質(zhì)量11公斤,,超導(dǎo)磁懸浮,飛輪線速度達(dá)到1000米/秒,,其儲存的能量可以點(diǎn)燃10個100瓦燈泡2 ~ 5小時(shí),。該實(shí)驗(yàn)室正在開發(fā)一種儲能容量為50千瓦時(shí)的儲能輪,最終目標(biāo)是一種儲能容量為5000千瓦時(shí)的儲能飛輪,。一個發(fā)電量為100萬千瓦的電廠,,大約需要200個這樣的儲能輪。
1992年,,美國飛輪系統(tǒng)公司(AFS)開發(fā)了一種用于汽車的機(jī)電電池(EMB),。每個“電池”長18厘米,直徑23厘米,,質(zhì)量23公斤,。電池的核心是一個轉(zhuǎn)速為20萬轉(zhuǎn)/分的碳纖維飛輪,每個電池的儲能容量為1千瓦時(shí),。他們將12塊“電池”放在沖擊車上,,可以讓汽車以每小時(shí)100公里的速度行駛480公里。機(jī)電電池總重量273kg,,鉛酸電池總重量396kg,。機(jī)電電池的儲能是鉛酸蓄電池的2.5倍,使用壽命是鉛酸蓄電池的8倍,,其“比功率”(即爆發(fā)力)極高,,是鉛酸蓄電池的25倍,是汽油機(jī)的10倍,。它可以在8秒內(nèi)將汽車從靜止加速到100公里/小時(shí),。
5.泵送能量存儲
抽水蓄能電站儲存能量的釋放時(shí)間從幾個小時(shí)到幾天不等,綜合效率在70%-85%之間,。
水輪機(jī)效率:轉(zhuǎn)輪技術(shù)模型最高效率95%,,十年代水輪機(jī)模型最高效率只有90%,。中小型汽輪機(jī)的效率可能只有75~80%左右。大型泵的效率約為85~90%,。
然后考慮98%左右的發(fā)電機(jī)效率,。看起來泵送儲能的效率大概在70~80%左右,。
6.超導(dǎo)儲能
超導(dǎo)儲能系統(tǒng)(SMES)利用超導(dǎo)體制成的線圈來儲存磁場能量,,在電力傳輸過程中不需要能量形式的轉(zhuǎn)換。它們具有響應(yīng)速度快(ms級),、轉(zhuǎn)換效率高(96%),、比容量大(1-10 Wh/kg)/比功率大(104-105kW/kg)等優(yōu)點(diǎn),可與電力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)大容量能量交換和功率補(bǔ)償,。
SMES完全可以滿足輸配電網(wǎng)的電壓支持,、功率補(bǔ)償、頻率調(diào)節(jié),、系統(tǒng)穩(wěn)定性和輸電能力的要求,。
7.氫能儲存
氫能儲存是在電力供大于求的情況下,利用水的電解作用獲得氫氣,,然后以低溫液態(tài)儲存,,需要時(shí)通過燃燒產(chǎn)生能量。氫氣也是燃料電池的主要燃料之一,。氫能的生產(chǎn)成本是汽油的4 ~ 6倍,,運(yùn)輸、儲存,、轉(zhuǎn)換成本也高于化石能源,。有人提出,可以利用太陽能,、風(fēng)能,、水能發(fā)電、電解水,,真正實(shí)現(xiàn)新能源發(fā)電和儲能效果,,真正實(shí)現(xiàn)“清潔能源的可持續(xù)利用”。
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