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特斯拉家用电池:改变世界的梦想还有多远?

2015年05月08日 ?? 收藏1

谈完这些我们来稍微深入的谈点技术性问题。

我们已经清楚了,在家庭配的储能单元不只是一个大型充电宝,它的功能远非充放电那么简单,它是未来智能电网中一块重要的拼图。知乎上一位网友(余希瑞,电力电子专业博士生)为我们分享了一些不错的文字,主要概括了几个重要的概念。

特斯拉为更高需求的能源应用提供冰箱式的Powerpack
特斯拉为更高需求的能源应用提供冰箱式的Powerpack

光储一体机,PCS(Power Conditioning System)

把光伏和储能相结合的想法并不新鲜,百度“光储一体机”发现国内也已经有人再卖成品了,它的主要结构包括光伏阵列(很多块光伏电池板)、蓄电池、变换器、控制部分等。

光伏阵列:吸收太阳光发出电能(直流电)。

蓄电池:吸收电能也可以储存电能。

变换器:这里用的一般包括DC/AC变换器和DC/DC变换器(DC表示直流电,AC表示交流电),光伏电池和蓄电池发出的都是直流电,因此需要用DC/AC变换器把直流电变为交流电,这样才能供给其他电器使用或者将电并入电网。光伏电池发出的电一般电压较低,需要用升压DC/DC变换器(boost converter)将直流电升压,再用DC/AC变换器变为交流电。蓄电池需要充放电,因此它用的是双向DC/DC变换器,既可以输出也可以输入能量,不像光伏只能输出电能。

控制部分:比较繁杂,包括光伏的MPPT(最大功率点跟踪)、能量管理等。光照随时在变化,需要保证光伏始终能最大限度的发出电量;发电量富余的时候把多的电存起来,发电量不足的时候蓄电池输出电能,这点大家应该都能理解,但注意电池是有寿命的,频繁充放电会让电池很快失效,因此这里需要一个合理经济的控制策略,等等,就不展开说了。

PCS:中文一般翻译为光储一体化能量转换系统。英文直译可能比较抽象,和“空调”(air conditioner)类比下就比较好理解了,既能制冷(发电,把能量送出去)也能制热(储能)。

对于单个家庭而言,光储一体化的最大意义在于可以更加灵活的调度自己的用电方式,以前光伏白天多发的电只能并网(卖电,可以获得一定金额的补贴),晚上还是得从电网取电(买电),现在可以囤起来自己用了。自己发电,自己用电,这里就涉及到微电网的概念。

微电网/微网

简单说微网就是一个小型电力系统,它可以自给自足,也能和外部电网发生能量交换。以前我们只能从电网买电,发的电大部分来自于火电站或水电站,发电比较集中(集中式发电,数量少但单个功率大);现在家家户户都能发电和卖电(分布式发电,个数非常多但单个功率小)。火电站发的电需要经过很远的输电线才能送到用户端,中间会损失不少电能;但是分布式发电基本是就地使用,无疑能量利用效率大大提升,而且不需要铺设很长的输电线路,更加环保节能。微网是个很大的话题,这里只能挑几个特点简单介绍下。

虚拟同步发电机算法(VSG,Visual Synchronous Generator)

这是一种可应用于光储一体化系统的控制方法(控制方法的意思就是如何对光伏/蓄电池的电能输入/输出进行控制)。可能有人说这不很简单嘛,让光伏尽量多发电,用不完的存起来不就完了。除了前面提到的电池寿命问题,这里还有一个问题就是频率。对于大电网来说,大部分发的电来自于火电站或水电站,即汽轮机或者水轮机发的电,这些机组一般个头大,惯性自然大,因此它们的转速比较恒定,电网频率因此不会发生太大变化。但对光储一体化系统(或者扩大到微网)而言,因为发电单元惯性小,比如光伏电池,光照波动大些就会对发出的电量产生很大影响,因此我们就需要利用储能抑制这种波动。VSG算法就是讨论如何让光伏和储能有机结合,让它们具备类似于汽轮机等大型旋转设备所具有的大惯性,最终保证发出交流电频率稳定。除了频率,还有谐波问题等,这就是我前面说的,储能远非充放电这么简单,你还必须要对电能的质量负责。

能源互联网,能源路由器

现在啥都能和互联网扯上关系,能源也不例外。前面介绍光储一体化系统只提到了单个家庭,实际上这套系统可以相互连接,在一个社区内构建一个能源局域网,在这个网内我们可以自由进行电力交易,用户之间协调分配电能使得能量能最有效的得到利用;再大点,能源城域网;再大点,能源广域网……这里区别于传统电网的特点就是交互、合作、环保,最终目的还是达到可持续发展,人们能更加自由放心的用电。至于能源路由器,顾名思义,就是让能量能像信息一样能自由流动和分配,实际上这不是个轻松的活儿。在电力系统中,你发多少电就得同时用多少电,如果发电和用电不平衡,就可能出乱子,比如发电机转速变了,电网频率就变了,如果频率变化太大某些负载就可能会应故障保护而停机,负载突变,导致电网频率或电压进一步恶化,最终使得整个系统崩溃,因此能量的传输比信息的传输需要考虑的实际情况更加复杂。

集中式储能系统

前面基本说的是分布式储能,这里再说点集中式储能。现在的储能电站已经能做到兆瓦级,比如Prudent公司2012年的钒液流电池项目和2013年国网的辽宁卧牛石风电场全钒液流电池储能示范电站,可见储能技术并不像人们想象的那样难以企及。退一步说,即使目前储能技术还不够完善,但发展储能是未来人类更合理有效利用能源的必经之路,没有捷径可走。

这里只能简单列出一些关键词,感兴趣的朋友可以此为线索做更深入的查阅。

文章整合自:特斯拉官网,知乎,中国科学报,新浪...

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家用电池? 特斯拉? 可再生能源?

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