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基于电池网络的大规模分布式储能系统
发表时间:2015/8/20点击数:2901投稿邮箱:yaoguisheng@chinapower.com.cn
    
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近日,由国家能源局指导,中关村储能产业技术联盟(CNESA)与杜塞尔多夫展览(上海)有限公司共同主办的“储能国际峰会2015”在北京召开。在储能技术分论坛上,美国内布拉斯加林肯大学慈松教授发表题为《基于电池网络的大规模分布式储能系统》的演讲,以下为演讲内容。

  美国内布拉斯加林肯大学慈松教授:

  我们之所以发展储能,是因为发电曲线和用电曲线不匹配,储能的作用就是要把这两条曲线拉直成一条直线。

  储能技术层出不穷,但没有哪种技术是可以在各种场景下都可以使用的,只要能解决实际问题的都是好技术。

  根据美国能源部相关定义,锂电池储能技术的最大的优势在于动态技术非常快,在100微秒的时候就可以做出响应,效率非常高,是一种可以移动部署的电池储能技术。截止到2013年底,美国大概部署了15个兆瓦级的锂电池储能项目。

  今天我们重点探讨电池的应用问题。电池本身是一个能循环几千次,使用十几年的装置,在市场销售中类似于桶装水,桶是一次性交费,水是用多少交多少费用,电池也是如此。

  任何一个大容量电池都是用小容量堆积起来的,不论是锂电池、铅电池、镍氢电池,都必须先做成电池组,我们打开笔记本电池后会发现里面的也是由多个电池组成的。现在,中国做BMS电池管理系统的企业有100多家。我们认为在电池管理系统中还存在一些问题,比如在一些设计中,第一个电池放不出电的时候才会让第二个电池放电,或者是6个电池中只要有3个好的也可以用。但这样的设计降低电池组的系统效率、可靠性,在安全回收、环保再利用等方面存在问题。因为,任意两节电池都不会完全一样,电池发明至今已经有150多年的历史,但电池在刚性组织管理下的结构从来没有改变过。

  锂电池的差异性比较大,我们从2006年开始做相关研究,发现垂直简单集成的方法不能解决锂电池的非线性差异性。另外,在能量密度方面,锂电池的提高速度也比较慢,大概提高一倍能量密度用了12年的时间。在有效的系统构架下,做好单体电池比做好应用系统更重要,否则使用锂电池还不如铅电池。

  电池是化学能和电能转换的装置,这里的化学反应是非线性的,从系统参数上会显示的淋漓尽致。在使用电池的时候,放在电动汽车里的电池会呈现出不同管控模式。在一个有6个电芯的电池组中,如果有2个坏了,我们是否可以重构一下,只将电池组中的部分电池换掉,解决管控问题?我们是否可以让新电池与旧电池放在一起使用?是否可以让锂电池和铅电池放在一起使用?这就是现在讲的能源互联网概念,就是构建一个平等的接入方式,能力强的出力多一点,弱的就出力少一点。在这方面我们的一个解决办法是计算机分布式构架,在系统中,整个结构可以在毫秒级进行重构,电池单体可以在纳秒级关断一次,这也就是能量和信息如何融合的问题。

  特斯拉汽车中有7000多节18650电池,这些电池被焊接在一起。我们在单体管控水平上已经超越了特斯拉,我们做的研究相当于给电池加了神经网络,可以管控到每一节电池。

  2010年时,我们做了一个大规模分布式电池储能项目。在我看来,构建一个大规模储能系统,本身并不难。其难点在于将通信、计算和控制这三者和物理系统能量之间,形成控制和持续融合,这也就是工业4.0的核心问题。我们的系统做了管控能量的计算机、做了CPU和主板,将电池放在上面,这样做下来,我们将能量信息化和互联网管控能力结合到了一起。

  在二手车销售市场中,一辆二手车能够卖出去是因为有大量的使用信息在后面做支撑。我们做电网储能,也需要有数据中心,做好电池的能量管控。

  我们对能源互联网发展的愿景是,如果用户数越多,系统的效率可靠性就越高,最终我们会变成电池能量运营商,支撑电网能量平衡,与运营商脱离关系,形成C2C模式。我们的目标是要将电池组的寿命做到跟单体电池一样,而且可以做到互换。

  我们在能源互联网、数据中心的UPS储能、移动电源、通信基站效率等方面都做了研究,希望能够通过互联网管控到每一节电池的充放电情况。

  在能源互联网电动车项目中,我们也彻底颠覆了“电动车要配充电桩”的概念,因为车是自由的,充电桩是固定的,我们不能让把电动车束缚在有限的充电桩网络中。我们要做可替换电池的电动车,但在此背后也存在能量信息化。针对这个项目我们总结了12个字:车电分离、电池配送、能量运营。这就是我要讲的内容,谢谢大家!


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