比亞迪鐵電池 儲(chǔ)能技術(shù)調(diào)研報(bào)告

1、比亞迪鐵電池 儲(chǔ)能技術(shù)調(diào)研報(bào)告比亞迪鐵電池 儲(chǔ)能技術(shù)調(diào)研報(bào)告 2011年09月06日 第一章 比亞迪（byd）公司概況 比亞迪股份有限公司成立于1995 年2 月，是一家具有民營(yíng)企業(yè)背景的香港上市公司，現(xiàn)擁有it、汽車以及新能源三大產(chǎn)業(yè)，是一家集研究、開發(fā)、生產(chǎn)、銷售為一體的深圳市重點(diǎn)高新技術(shù)企業(yè)。 深圳比亞迪（byd）公司多年來(lái)一直致力于動(dòng)力電池的研發(fā)和應(yīng)用，并取得重大成果。byd 的鐵電池技術(shù)已經(jīng)在電動(dòng)汽車上得到充分應(yīng)用，2008 年12 月，byd 生產(chǎn)的f3dm 雙模車成功上市；2008年下半年，byd 利用成熟的動(dòng)力電池技術(shù)進(jìn)軍新能源領(lǐng)域。 比亞迪基于鐵電池核心技術(shù)實(shí)現(xiàn)能源儲(chǔ)存，達(dá)到

2、對(duì)電網(wǎng)移峰填谷、平滑負(fù)荷曲線的目的，形成對(duì)電網(wǎng)的有力支撐。2009 年9 月已經(jīng)建成了2 個(gè)電池儲(chǔ)能示范/試驗(yàn)電站，為探索電能存儲(chǔ)的新途徑打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 第二章 byd儲(chǔ)能技術(shù) 一、鐵電池技術(shù) 1. 鐵電池特點(diǎn)及生產(chǎn)工藝 鋰離子電池以工作電壓高、體積小、儲(chǔ)能密度高、響應(yīng)速度快、循環(huán)壽命長(zhǎng)、內(nèi)阻小等特點(diǎn)而得到快速發(fā)展。比亞迪生產(chǎn)的鐵電池屬于鋰離子電池的一種，其正極材料為磷酸鐵鈷鋰lifecopo4，與傳統(tǒng)的鈷酸鋰電池相比，鐵電池的能量密度為鈷酸鋰電池的75，但在制造成本、安全性能、循環(huán)壽命、功率輸出范圍等方面都具有明顯優(yōu)勢(shì)。 比亞迪的鐵電池生產(chǎn)工藝包括配料、涂布、輥壓、表面檢測(cè)、分切、卷繞、

3、裝配、烘烤、注液、陳化、化成、存放、分容、存放、分選、組裝、模組分容等多道工序，采用自動(dòng)化生產(chǎn)線，生產(chǎn)車間設(shè)計(jì)為無(wú)塵車間，較好的保證了電池的品質(zhì)和電池之間的一致性。 2. 鐵電池技術(shù)參數(shù) 目前比亞迪能量型fv200a鐵電池的技術(shù)參數(shù)如下： 額定電壓：3.25v 容量：200ah 重量：6.7kg 體積：389.7mm57.7mm145.7mm 充電電壓：3.6000.049v 充電電流：標(biāo)準(zhǔn)：100a，快充：200a，最大充電電流：600a 放電電流：常規(guī)：200a，快放：600a，最大放電電流：1000a 放電終止電壓：2.00v 運(yùn)行溫度：充電：1050，放電：2060 運(yùn)行相對(duì)濕度：10

4、90 內(nèi)阻：1m 自放電：25保存條件下，28天后，自放電不超過(guò)30mv 充放電效率：97 根據(jù)上述數(shù)據(jù)推算，fv200a鐵電池的儲(chǔ)能容量約為0.65kwh，能量密度（體積）為198.4kwh/m3,能量密度（重量）為97kwh/噸。 3. 鐵電池試驗(yàn)測(cè)試項(xiàng)目 3.1循環(huán)壽命 鐵電池常溫條件下（25），1c充電電流，4c放電電流，循環(huán)6600次后，電池剩余容量保持在設(shè)計(jì)容量的80。 測(cè)試表明鐵電池的循環(huán)壽命受溫度影響較大。如果長(zhǎng)期工作于45，循環(huán)壽命可能縮短50，如果長(zhǎng)期工作于60，循環(huán)壽命將更短。 另一方面，鐵電池的循環(huán)壽命受充放電速率的影響也較大。對(duì)于200ah電池，如果采用0.125c（

5、25a）充電，0.25c（50a）放電，循環(huán)壽命將達(dá)到700010000次，按1天1次循環(huán)計(jì)算可使用19年27年，淺充淺放時(shí)壽命將更長(zhǎng)。 3.2充電特性 鐵電池的充電特性參見圖1，在充電初期為恒流充電，當(dāng)電池電壓達(dá)到穩(wěn)定值時(shí)，進(jìn)行恒壓充電。充電電流越小，達(dá)到恒壓狀態(tài)以及滿充電狀態(tài)所需的充電時(shí)間就越長(zhǎng)。 圖1 充電特性曲線 3.3放電特性 鐵電池的放電特性參見圖2，其放電曲線較平穩(wěn)，在大部分放電時(shí)間內(nèi)能保持穩(wěn)定的電壓。當(dāng)以小電流放電時(shí)，其放電電壓能保持在較高水平，放電電流越大，電壓穩(wěn)定期越短，且放電電壓越低。 圖2 放電特性曲線 4. 鐵電池生產(chǎn)能力 比亞迪現(xiàn)有鐵電池fv200a生產(chǎn)能力為500

6、節(jié)/天，折合年產(chǎn)量0.12gwh，預(yù)計(jì)2010年鐵電池年產(chǎn)量將達(dá)到0.8gwh。 5. 鐵電池的回收處理 制造鐵電池的材料均為無(wú)毒材料，其正極材料為磷酸鐵鈷鋰，負(fù)極材料為碳類材料，正極板為鋁箔，負(fù)極板為銅箔，介質(zhì)是溶劑和鋰離子電解質(zhì)，隔膜為高分子聚合物，這些材料本身不對(duì)環(huán)境構(gòu)成污染影響，與常規(guī)電池相比具有良好的環(huán)保性能。同時(shí)比亞迪公司擁有鐵電池回收利用技術(shù)，可提取廢棄電池中的有效成份進(jìn)行重復(fù)利用，降低資源消耗，減少環(huán)境污染。 6. 安全性分析 比亞迪鐵電池新型安全閥設(shè)計(jì)，密封在電池內(nèi)，爐溫測(cè)試表明當(dāng)電池內(nèi)部壓力超過(guò)0.2mpa時(shí)，安全閥動(dòng)作，防止電池爆炸產(chǎn)生。另外鐵電池還通過(guò)了針刺、擠壓、撞擊

7、、短路、過(guò)充、反充、過(guò)放、火燒等安全性測(cè)試，驗(yàn)證了鐵電池具有較高的安全性。 二、換流技術(shù) 換流技術(shù)是蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行的核心技術(shù)之一。byd采用了自行研制開發(fā)的雙向換流器。 1. 雙向換流器的基本結(jié)構(gòu)和技術(shù)參數(shù) byd雙向換流器采用三橋臂整流/逆變電路，開關(guān)采用igbt模塊，控制單元為dsp芯片，除可進(jìn)行整流和逆變外，還可以提供四象限無(wú)功輸出。 byd生產(chǎn)的雙向換流器已應(yīng)用于f3dm雙模車。使用于電力領(lǐng)域的大功率雙向換流器主要規(guī)格有100kw、200kw、800kw、1mw。目前byd儲(chǔ)能電站已使用的是100kw換流器（型號(hào)：bsn100ka），200kw換流器在調(diào)試階段，800kw、1m

8、w換流器尚在研發(fā)階段。bsn100ka的結(jié)構(gòu)圖參見圖3，主要技術(shù)參數(shù)如下： 1）尺寸：1000mm600mm2200mm 2）總重量：500kg 3）逆變數(shù)據(jù)： 最大逆變效率：98 直流側(cè)： 額定輸入功率：102kw 最大輸入電流：204a 直流輸入電壓范圍：500v880v 交流側(cè)： 額定交流輸出功率：100kw 工作電壓范圍：300v10 額定輸出電流：192a 工作頻率范圍：50hz1 電流總諧波畸變率：3 4）充電數(shù)據(jù)： 最大充電效率：98 電網(wǎng)側(cè)： 額定輸入功率：102kw 輸入交流電壓：300v10 額定輸入電流：196a 工作頻率范圍：50hz1 電流總諧波畸變率：3 直流側(cè)：

9、額定直流輸出功率：100kw 輸出電壓范圍：500v800v 最大輸出電流：200a 圖3 雙向換流器的總體結(jié)構(gòu) 2. 雙向換流器的功能分析 雙向換流器主要集成了換流、并網(wǎng)控制、功率調(diào)節(jié)、保護(hù)四大功能。 1) 換流 雙向換流器的主要功能是進(jìn)行整流和逆變。在逆變過(guò)程中，由于電池放電將造成電池端電壓下降，通過(guò)控制換流器igbt的導(dǎo)通時(shí)間，補(bǔ)償電壓，以保證交流輸出端的電壓穩(wěn)定。 2) 并網(wǎng)控制 在放電狀態(tài)下，雙向換流器的dsp進(jìn)行蓄電池的并網(wǎng)控制過(guò)程如下：首先，dsp控制投入直流側(cè)開關(guān)，由dsp采樣交流電壓的相位和幅值，把逆變器的輸出電壓調(diào)至與電網(wǎng)側(cè)電壓同幅、同相、同頻，完成后控制交流側(cè)開關(guān)投入，實(shí)

10、現(xiàn)并網(wǎng)。 3) 功率調(diào)節(jié) dsp采樣直流側(cè)電壓、電流和交流側(cè)電壓、電流，形成反饋信號(hào)，確定交流輸出的電流或充電電流大小，可按給定功率進(jìn)行調(diào)節(jié)。 dsp還可控制交流輸出電流、電壓間的相角，實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)在-1,1區(qū)間連續(xù)可調(diào)。 4) 保護(hù) 換流器具有以下保護(hù)功能：交、直流過(guò)壓、欠壓保護(hù)，過(guò)頻、欠頻保護(hù)，相序檢測(cè)與保護(hù)，防孤島保護(hù)（檢測(cè)電網(wǎng)斷電時(shí)，停止換流器運(yùn)行），過(guò)熱保護(hù)，過(guò)載、短路保護(hù)。其中通過(guò)dsp軟件和硬件共同實(shí)現(xiàn)過(guò)熱保護(hù)，通過(guò)dsp軟件、斷路器和熔斷器共同實(shí)現(xiàn)過(guò)流保護(hù)。 3. 需進(jìn)一步完善的方面 1) 換流器的功率有待提高. 目前byd使用的換流器功率為100kw，對(duì)于10mw儲(chǔ)能站，需要

11、100個(gè)換流器柜，而300mw儲(chǔ)能站，需要3000個(gè)換流器柜，占地面積大，線路連接繁瑣，加大了電能損耗和運(yùn)行維護(hù)難度； 2) 換流器端電壓有待提高。 目前直流端電壓為500v880v，交流端電壓為300v，如需接入380v或更高電壓等級(jí)的電網(wǎng)，還要增加專門的升壓電路； 3) byd的大功率換流器為近期開發(fā)產(chǎn)品，目前在試運(yùn)行階段，受測(cè)試工具、測(cè)試人員的限制，尚缺乏完整規(guī)范的測(cè)試報(bào)告，難以準(zhǔn)確評(píng)判其運(yùn)行性能；另一方面，由于試運(yùn)行僅3個(gè)月，還缺乏可靠性數(shù)據(jù)及長(zhǎng)期運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。 三、電池管理技術(shù) 電池管理系統(tǒng)用于控制電池模塊，保證電池的安全可控運(yùn)行。由于電池?cái)?shù)目龐大，電池管理系統(tǒng)采用分層結(jié)構(gòu)（參見圖4），

12、最底層的sbms控制器用于控制一個(gè)電池模塊，可以監(jiān)視電池模塊中每個(gè)電池單體的電壓、溫度，以及模塊的電流和漏電流。最上層的電池堆管理器用于與中央控制系統(tǒng)交換信息，并向中間層的電池組管理器發(fā)布命令。中間層的電池組管理器的層數(shù)和各層數(shù)目可根據(jù)電池?cái)?shù)目及分組需要配置。 電池管理系統(tǒng)除監(jiān)視電池運(yùn)行狀態(tài)外，還具有過(guò)壓、欠壓、溫度、漏電報(bào)警及保護(hù)功能，以及過(guò)流報(bào)警功能。 圖4 電池管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 四、中央控制系統(tǒng) 中央控制系統(tǒng)（參見圖5）負(fù)責(zé)監(jiān)控整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，其設(shè)有人機(jī)交互界面，內(nèi)部集成算法控制部分、通訊控制部分以及驅(qū)動(dòng)控制部分，用以根據(jù)人機(jī)交互界面輸入的命令控制電池管理系統(tǒng)和雙向換流系統(tǒng)的運(yùn)行。 圖5

13、中央控制系統(tǒng)圖 第三章 byd儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用 一、比亞迪儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用情況簡(jiǎn)介 基于byd對(duì)儲(chǔ)能技術(shù)的研究和其在電動(dòng)汽車領(lǐng)域取得的應(yīng)用成果，byd于2008年下半年決定進(jìn)軍電力系統(tǒng)， 截至2009年9月建成2個(gè)儲(chǔ)能示范/試驗(yàn)電站，出力（容量）分別為200kw（800kwh）和1mw（4mwh）。電池儲(chǔ)能電站/系統(tǒng)（bess）的總體設(shè)計(jì)相似，由鐵電池堆、電池管理系統(tǒng)（pbms）、雙向換流系統(tǒng)（twi）、中央控制系統(tǒng)、變壓器和并網(wǎng)開關(guān)柜等6個(gè)子系統(tǒng)組成。200kw 移動(dòng)式儲(chǔ)能示范/試驗(yàn)電站（參見圖6）外型尺寸（單位：m）: 12.02（l） 2.35（w） 2.38（h），重量約 20 噸，系統(tǒng)效率

14、大于91%，特點(diǎn)是：便捷、可移動(dòng)、通用、反應(yīng)迅速、應(yīng)急效果好、空間布局合理；理論使用壽命在20 年以上；建設(shè)周期短，維護(hù)成本低。本章將重點(diǎn)介紹1mw（4mwh）儲(chǔ)能示范電站。 圖6 200kw 移動(dòng)儲(chǔ)能電站 二、1mw（4mwh）儲(chǔ)能示范/試驗(yàn)電站 1. 1mw（4mwh）儲(chǔ)能電站設(shè)計(jì) 1.1基本情況： 1）電站容量：額定功率 1,000kw，總?cè)萘?,000kwh（目前未達(dá)到設(shè)計(jì)要求）。 2）電壓等級(jí)：10kv/0.3kv（ac50hz） 3）地點(diǎn)：深圳市龍崗區(qū)坪山鎮(zhèn)橫坪公路 3001 號(hào) 4）占地面積：700 5）設(shè)計(jì)服務(wù)年限：20年以上 6）運(yùn)行環(huán)境：室溫，585%rh 7）運(yùn)行模式：少

15、人值班/無(wú)人值守 8）系統(tǒng)效率：90% 9）電池型號(hào)：比亞迪 fv200a鐵電池 10）單體電池總數(shù)量：6000節(jié)。 1.2基本結(jié)構(gòu) 1.2.1儲(chǔ)能電站總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)： 如圖7所示，3個(gè)電池組并聯(lián)后構(gòu)成1個(gè)儲(chǔ)能單元（功率100kw），再接入雙向換流器直流側(cè)，雙向換流器交流側(cè)接入低壓母線。10個(gè)儲(chǔ)能單元并聯(lián)接在低壓母線上，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能電站總?cè)萘繛?,000kwh。儲(chǔ)能電站通過(guò)10kv變壓器與電網(wǎng)連接。 圖7 1mw儲(chǔ)能電站連接圖 1.2.2 100kw儲(chǔ)能單元結(jié)構(gòu) 1）100kw儲(chǔ)能單元框圖（參見圖8） 圖8 100kw儲(chǔ)能單元框圖 2）100kw儲(chǔ)能單元由3個(gè)電池組并聯(lián)而成。每個(gè)電池組由20個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電

16、池模組串聯(lián)組成，而每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電池模組又由10節(jié)fv200a單體鐵電池串聯(lián)構(gòu)成。一個(gè)電池組共有200節(jié)fv200a單體鐵電池，故100kw儲(chǔ)能單元共有600節(jié)單體電池。 3）標(biāo)準(zhǔn)電池模組基本參數(shù)（參見圖9） 圖9 標(biāo)準(zhǔn)電池模組 根據(jù)byd工程技術(shù)人員介紹，由于目前鐵電池工廠的產(chǎn)能不足，該1mw儲(chǔ)能電站實(shí)際額定功率只有333kw，容量?jī)H1,333kwh。 1.3雙向換流器與儲(chǔ)能單元的設(shè)計(jì) 1）電壓 相同功率的換流器可以對(duì)應(yīng)不同連接結(jié)構(gòu)的儲(chǔ)能單元，儲(chǔ)能單元的連接結(jié)構(gòu)應(yīng)與雙向換流器的耐受電壓相匹配。如：1mw換流器對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)能單元可以由30個(gè)200節(jié)電池串聯(lián)回路并聯(lián)組成，電池組端電壓為600v，則換流器直

17、流側(cè)額定電壓應(yīng)不低于600v；或者該儲(chǔ)能單元由15個(gè)400節(jié)電池串聯(lián)回路并聯(lián)組成，電池組端電壓為1200v，則換流器直流側(cè)額定電壓應(yīng)不低于1200v。 2）單體電池?cái)?shù)量 單體電池?cái)?shù)量取決于電站儲(chǔ)存總?cè)萘?，而?chǔ)存總?cè)萘坑秩Q于所需放電功率和放電時(shí)間。對(duì)應(yīng)100kw額定功率，如果要持續(xù)放電4小時(shí)，則儲(chǔ)存總?cè)萘繛?00kwh，除以單體電池容量就可得出所需單體電池?cái)?shù)量。 3）雙向換流器數(shù)量 目前比亞迪已生產(chǎn)出100kw、200kw雙向換流器，800kw、1mw雙向換流器正在研發(fā)中。大容量雙向換流器的使用可以減少換流柜的數(shù)量，在電壓允許的范圍內(nèi)1個(gè)1mw換流柜可替代10個(gè)100kw換流柜，則可大大節(jié)省占

18、地空間。 1.4 儲(chǔ)能電站的電池管理系統(tǒng)和中央控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)詳見第二章，在此不再贅述。由于比亞迪對(duì)電力系統(tǒng)安全及可靠性需求不熟悉，其設(shè)計(jì)的繼電保護(hù)系統(tǒng)在與外部電網(wǎng)的保護(hù)配合方面還有待完善。 2運(yùn)行方式 儲(chǔ)能電站目前運(yùn)行方式為晚上11點(diǎn)至早上7點(diǎn)，以0.125c倍率充電8小時(shí)，白天以 0.25c倍率放電4小時(shí)。用戶可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)置，也可實(shí)時(shí)進(jìn)行調(diào)整。 3安全可靠性分析 3.1安全性分析 1）電池及電池管理系統(tǒng) byd 儲(chǔ)能系統(tǒng)中的電池陣列采用了高安全性的fe 電池，該電池在擠壓、針刺、過(guò)充、高溫試驗(yàn)條件下能做到不起火，不冒煙，不爆炸。電池管理系統(tǒng)對(duì)電池陣列進(jìn)行溫度、電壓和電流等實(shí)時(shí)采樣，具

19、有過(guò)溫、過(guò)壓、欠壓和過(guò)流等監(jiān)測(cè)和保護(hù)功能。 2）充電系統(tǒng) 充電系統(tǒng)采用高頻充電模塊并聯(lián)冗余方案，即使有某一個(gè)模塊故障也不會(huì)影響整個(gè)充電系統(tǒng)的正常運(yùn)行。充電系統(tǒng)具有過(guò)壓保護(hù)、過(guò)流保護(hù)、欠流保護(hù)等功能，同時(shí)在充電過(guò)程中與電池管理系統(tǒng)（bms）進(jìn)行實(shí)時(shí)通信，監(jiān)測(cè)充電狀態(tài)，充電裝置和電池組任一方面出現(xiàn)故障時(shí)，充電裝置都會(huì)停止充電。 3）逆變并網(wǎng)系統(tǒng) 逆變并網(wǎng)系統(tǒng)采用高可靠性功率開關(guān)器件，dsp 數(shù)字控制，輸出經(jīng)工頻變壓器隔離，保證逆變器自身出現(xiàn)故障時(shí)不會(huì)影響電網(wǎng)。逆變器具有輸入接反保護(hù)、輸入欠壓保護(hù)、輸入過(guò)壓保護(hù)、輸出過(guò)載保護(hù)、輸出短路保護(hù)、過(guò)熱保護(hù)等功能，保證了逆變器自身工作的安全性。同時(shí)具有電網(wǎng)電

20、壓異常保護(hù)、電網(wǎng)頻率異常保護(hù)、接地保護(hù)，孤島效應(yīng)保護(hù)，保證了系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行的安全性和可靠性。 4）監(jiān)控系統(tǒng) 監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控電池及電池儲(chǔ)能管理系統(tǒng)、充電系統(tǒng)、逆變并網(wǎng)系統(tǒng)和各個(gè)開關(guān)柜的狀態(tài)，并通過(guò)聯(lián)鎖控制方式防止充電模式和放電模式同時(shí)進(jìn)行，保證系統(tǒng)正常運(yùn)行。 5）電氣及繼電保護(hù)系統(tǒng) byd 儲(chǔ)能系統(tǒng)的高壓、低壓交流和直流等一次部分均采用具有過(guò)負(fù)荷和短路保護(hù)的開關(guān)器件，并通過(guò)配套的繼電保護(hù)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，保證系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行。 3.2可靠性分析 1）byd1mw儲(chǔ)能電站由相對(duì)獨(dú)立的10個(gè)儲(chǔ)能單元并聯(lián)組成，當(dāng)單個(gè)儲(chǔ)能單元故障時(shí)，隔離故障的儲(chǔ)能單元即可，不會(huì)造成儲(chǔ)能電站整體退備，僅僅降低儲(chǔ)能電

21、站額定功率和總?cè)萘看笮　?2）儲(chǔ)能電站對(duì)每個(gè)電池均進(jìn)行監(jiān)控，可以對(duì)故障的電池進(jìn)行準(zhǔn)確定位，確保了儲(chǔ)能電站可靠運(yùn)行。 4儲(chǔ)能電站現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試 為了驗(yàn)證儲(chǔ)能電站性能，考察組在byd工程技術(shù)人員的配合下進(jìn)行了部分性能的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。試驗(yàn)選擇在3儲(chǔ)能單元進(jìn)行。 4.1儲(chǔ)能單元充放電轉(zhuǎn)換時(shí)間測(cè)試 30kw轉(zhuǎn)換時(shí)間為2.07秒，50kw轉(zhuǎn)換時(shí)間為2.49秒，表明放電充電轉(zhuǎn)換時(shí)間快。 4.2效率 3儲(chǔ)能單元充放電效率90，效率高。 4.3無(wú)功調(diào)整試驗(yàn) 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試表明，可通過(guò)雙向換流器在全范圍內(nèi)調(diào)整相角，以實(shí)現(xiàn)無(wú)功調(diào)節(jié)。這在電網(wǎng)實(shí)際應(yīng)用中意義重大。 4.4諧波測(cè)量結(jié)果偏大，通過(guò)濾波措施可改進(jìn)。 4.5沖擊電壓、電流，噪

22、聲、電磁輻射等項(xiàng)目及甩負(fù)荷試驗(yàn)等本次調(diào)研時(shí)間內(nèi)無(wú)法完成，需更深入測(cè)試獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。 51mw鐵電池儲(chǔ)能電站實(shí)際運(yùn)行情況 該電站因鐵電池產(chǎn)能原因?qū)嶋H只有333kw，容量1333kwh，投運(yùn)期間基本能實(shí)現(xiàn)全部設(shè)計(jì)功能，系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行正常，發(fā)生1起因開關(guān)容量選擇不當(dāng)而引起的故障，除觸頭燒損外未發(fā)生其它異常。已運(yùn)行105天，共發(fā)電55209 kwh，運(yùn)行期間有其他調(diào)試試驗(yàn)，按實(shí)際正常運(yùn)行天數(shù)計(jì)算，平均每天發(fā)電量為1300kwh。 三、8mw（32mwh）、300mw（1800mwh）儲(chǔ)能電站初步設(shè)計(jì)方案 為了能對(duì)大、中型鐵電池儲(chǔ)能電站形成一個(gè)初步的輪廓概念，調(diào)研小組要求byd電力科學(xué)院分別按8mw（32

23、mwh）和300mw（1800mwh）兩種規(guī)模制定電站方案（詳見附件七 8mw、300mw儲(chǔ)能示范電站設(shè)計(jì)圖）。 18mw（32mwh）儲(chǔ)能電站初步設(shè)計(jì)方案 1.1設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu) 250節(jié)電池串聯(lián)成1個(gè)電池組，5個(gè)電池組并聯(lián)成1個(gè)儲(chǔ)能單元，每個(gè)儲(chǔ)能單元與200kw雙向換流器直流側(cè)連接，200kw雙向換流器交流側(cè)通過(guò)1個(gè)隔離變后與ac380v母線連接。40個(gè)儲(chǔ)能單元和換流柜共同構(gòu)成8mw（32mwh）儲(chǔ)能電站。 1.2基本參數(shù) 1）8mw能量型儲(chǔ)能電站，電池總數(shù)量為50000節(jié)，型號(hào)為fv200鐵電池。 2）放電時(shí)間4小時(shí)，放電功率8mw；充電時(shí)間8小時(shí)，充電功率4mw。 3）200kw換流柜共40個(gè)

24、，柜內(nèi)主要有換流器、濾波器、隔離變壓器。 4）電池架占地面積（包括過(guò)道）約1404平方米。 2300mw（1800mwh）儲(chǔ)能電站初步設(shè)計(jì)方案 2.1設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu) 250節(jié)電池串聯(lián)成1個(gè)電池組，38個(gè)電池組并聯(lián)成1個(gè)儲(chǔ)能單元，每個(gè)儲(chǔ)能單元與1個(gè)1mw雙向換流器直流側(cè)連接，1mw雙向換流器交流側(cè)通過(guò)1個(gè)隔離變后與ac380v母線連接。300個(gè)儲(chǔ)能單元和換流柜共同構(gòu)成300mw（1800mwh）儲(chǔ)能電站。 2.2基本參數(shù) 1）300mw能量型儲(chǔ)能電站，電池總數(shù)量為2,850,000節(jié)，型號(hào)為fv200鐵電池。 2）放電時(shí)間6小時(shí)，放電功率300mw；充電時(shí)間8小時(shí)，充電功率225mw。 3）1mw換流

25、柜300個(gè)。 4）電池架占地面積（包括過(guò)道）約52182（附圖標(biāo)明25847是錯(cuò)的）平方米。 第四章 byd儲(chǔ)能技術(shù)在電網(wǎng)中的應(yīng)用前景分析 一、鐵電池儲(chǔ)能電站在電網(wǎng)中的應(yīng)用前景分析 1. 在電網(wǎng)中的作用 鐵電池儲(chǔ)能電站具有儲(chǔ)能、停止、發(fā)電、調(diào)相四個(gè)工況。工況之間轉(zhuǎn)換靈活快速，從靜止到發(fā)電只需2秒左右時(shí)間；現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)證明負(fù)荷調(diào)整速度快，從50kw到50kw額定負(fù)荷只需2.49秒時(shí)間；出力調(diào)整范圍廣，可以從-100%到+100%額定出力范圍內(nèi)任意調(diào)整；效率高，現(xiàn)場(chǎng)效率試驗(yàn)表明，其綜合循環(huán)效率達(dá)到90以上。 隨著電網(wǎng)峰谷差越來(lái)越大，用戶對(duì)電能質(zhì)量要求也越來(lái)越高，系統(tǒng)調(diào)峰填谷、調(diào)頻調(diào)相任務(wù)繁重，蓄電池儲(chǔ)

26、能電站在這方面可發(fā)揮重要作用。在緊急情況下能快速響應(yīng)，只要從系統(tǒng)取頻率信號(hào)，與設(shè)定值比較，立即可以按策略調(diào)整運(yùn)行狀態(tài)，滿足系統(tǒng)需要，也可以當(dāng)黑起動(dòng)電源。由此可見在系統(tǒng)中建設(shè)鐵電池儲(chǔ)能電站意義重大。 2. 對(duì)環(huán)境的影響 1） 制造鐵電池的材料均為無(wú)毒材料，其正極材料為磷酸鐵鈷鋰，負(fù)極材料為碳類材料，正極板為鋁箔，負(fù)極板為銅箔，介質(zhì)是溶劑和鋰離子電解質(zhì)，隔膜為高分子聚合物，這些材料本身不對(duì)環(huán)境構(gòu)成污染影響，與常規(guī)電池相比具有良好的環(huán)保性能。同時(shí)比亞迪公司擁有鐵電池回收利用技術(shù)，可提取廢棄電池中的有效成份進(jìn)行重復(fù)利用，降低資源消耗，減少環(huán)境污染。 2） 蓄電池儲(chǔ)能電站沒(méi)有高速旋轉(zhuǎn)設(shè)備等，僅雙向換流器

27、開關(guān)切換有較小噪聲，不會(huì)造成過(guò)大的噪音污染。 3. 技術(shù)可行性分析 1） 從byd的技術(shù)研究成果和現(xiàn)有的兩個(gè)儲(chǔ)能示范/試驗(yàn)電站的設(shè)計(jì)和運(yùn)行情況看，技術(shù)上是可行的。 2） 通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的工況轉(zhuǎn)換、有功和無(wú)功調(diào)整、并網(wǎng)等實(shí)際操作試驗(yàn)，證明了電站基本能實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)功能。投運(yùn)至今，除因開關(guān)容量選擇不當(dāng)而造成觸頭燒損外未發(fā)生其它異常。 3） 儲(chǔ)能電站的核心技術(shù)是電池組、雙向換流裝置和電池管理及控制系統(tǒng)。鐵電池在動(dòng)力汽車使用效果良好；電池管理系統(tǒng)邏輯清晰，監(jiān)控模擬量數(shù)量多但類型少、簡(jiǎn)單，可靠性也高；雙向換流器目前用的是單屏100kw，運(yùn)行至今未發(fā)生故障，但800 kw以上還沒(méi)有得到考驗(yàn)。 4） 電站儲(chǔ)存容量理論上

28、可以擴(kuò)大到無(wú)窮大，只要增加電池組和雙向換流裝置數(shù)量即能加大儲(chǔ)能站容量，擴(kuò)展性好。 5） 儲(chǔ)能電站用 200ah鐵電池，如果采用0.125c（25a）充電，0.25c（50a）放電，循環(huán)壽命將達(dá)到700010000次，1天1次循環(huán)的話可使用19年27年，淺充淺放其壽命將更長(zhǎng)。電池壽命長(zhǎng)短與運(yùn)行的環(huán)境、工況有關(guān)，在環(huán)境溫度25左右、淺充淺放條件下，壽命最長(zhǎng)。 6） 電池運(yùn)行性能和電池的一致性有關(guān)，電池一致性好其運(yùn)行性能也較好。電池的一致性主要靠自動(dòng)化生產(chǎn)線、生產(chǎn)過(guò)程的先進(jìn)技術(shù)、嚴(yán)格的質(zhì)量控制、“分容”分組、無(wú)塵車間來(lái)保證。 4. 安全性分析 1） 鐵電池與常規(guī)蓄電池相比其最大的優(yōu)點(diǎn)就是安全性能好，

29、該電池在擠壓、針刺、過(guò)充、高溫、震動(dòng)等極端條件下試驗(yàn)?zāi)茏龅讲黄鸹?，不冒煙，不爆炸?2） 與水力和火力等常規(guī)發(fā)電廠比，鐵電池儲(chǔ)能發(fā)電站設(shè)備不需承受高溫、高壓、高轉(zhuǎn)速，其安全性將更高。事故時(shí)在與系統(tǒng)快速解列對(duì)電站的損害小。 5. 可靠性分析 發(fā)電設(shè)備可靠性，是指設(shè)備在規(guī)定條件下、規(guī)定時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力。設(shè)備可靠性指標(biāo)是設(shè)備可用性的量化描述，通過(guò)一系列的指標(biāo)反映可靠性水平，也是行業(yè)內(nèi)評(píng)比的重要指標(biāo)。類似于抽水蓄能電站，鐵電池儲(chǔ)能電站可靠性指標(biāo)可分為：等效可用系數(shù)、發(fā)電啟動(dòng)成功率、儲(chǔ)能啟動(dòng)成功率、等效強(qiáng)迫停運(yùn)率、非計(jì)劃停運(yùn)系數(shù)（次數(shù)）、電站跳閘次數(shù)等。鐵電池儲(chǔ)能電站因系統(tǒng)組成和控制邏輯簡(jiǎn)單，不需油、氣、水等配套的輔助系統(tǒng)，大大降低了電站的故障率。萬(wàn)一發(fā)生某儲(chǔ)能模塊故障跳閘后，其它