比亚迪BYD储能技术调研报告内部资料

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1、h w比亚迪（BYD ）储能技术调研报告（内部资料，注意保密）ZTPost By: 2009-11-20 12:44:00第一章 比亚迪（BYD ）公司概况比亚迪股份有限公司成立于 1995年2月，是一家具有民营企业背景的香港上市公司，现拥有 IT、汽车以 及新能源三大产业，是一家集研究、开发、生产、销售为一体的深圳市重点高新技术企业。深圳比亚迪（BYD ）公司多年来一直致力于动力电池的研发和应用，并取得重大成果。BYD的铁电池技术已经在电动汽车上得到充分应用，2008年12月，BYD生产的F3DM双模车成功上市；2008年下半年，BYD利用成熟的动力电池技术进军新能源领域。比亚迪基于铁电池核

2、心技术实现能源储存，达到对电网移峰填谷、平滑负荷曲线的目的，形成对电网的有力支撑。2009年9月已经建成了 2个电池储能示范/试验电站，为探索电能存储的新途径打下了坚实的 基础。第二章BYD储能技术一、铁电池技术1. 铁电池特点及生产工艺锂离子电池以工作电压高、体积小、储能密度高、响应速度快、循环寿命长、内阻小等特点而得到快速发展。比亚迪生产的铁电池属于锂离子电池的一种，其正极材料为磷酸铁钻锂LiFeCoPO4，与传统的钻酸锂电池相比，铁电池的能量密度为钻酸锂电池的75 %，但在制造成本、安全性能、循环寿命、功率输岀范围等方面都具有明显优势。比亚迪的铁电池生产工艺包括配料、涂布、辊压、表面检测

3、、分切、卷绕、装配、烘烤、注液、陈化、化 成、存放、分容、存放、分选、组装、模组分容等多道工序，采用自动化生产线，生产车间设计为无尘车 间，较好的保证了电池的品质和电池之间的一致性。2. 铁电池技术参数目前比亚迪能量型 FV200A铁电池的技术参数如下：额定电压：3.25V 容量：200Ah 重量：6.7kg 体积：389.7mnX 57.7mm 145.7mm充电电压：3.600 0.049V 充电电流：标准：100A，快充：200A，最大充电电流：600A 放电电流：常规：200A，快放：600A，最大放电电流：1000A 放电终止电压：2.00V 运行温度：充电：10+ 50 C，放 电

4、：20 + 60 C运行相对湿度：10 %90%内阻：90 ，效率高。4.3 无功调整试验现场测试表明， 可通过双向换流器在全范围内调整相角， 以实现无功调节。 这在电网实际应用中意义重大。4.4 谐波测量结果偏大，通过滤波措施可改进。4.5 冲击电压、电流，噪声、电磁辐射等项目及甩负荷试验等本次调研时间内无法完成，需更深入测试获取相关数据5 1MW 铁电池储能电站实际运行情况该电站因铁电池产能原因实际只有 333kW ，容量 1333kWh ，投运期间基本能实现全部设计功能，系统设 备运行正常， 发生 1 起因开关容量选择不当而引起的故障， 除触头烧损外未发生其它异常。 已运行 105 天，

5、 共发电 55209 kWh ，运行期间有其他调试试验， 按实际正常运行天数计算， 平均每天发电量为 1300kWh 。三、 8MW （32MWh ）、 300MW （1800MWh ）储能电站初步设计方案为了能对大、中型铁电池储能电站形成一个初步的轮廓概念，调研小组要求BYD 电力科学院分别按 8MW（ 32MWh ）和 300MW （1800MWh ）两种规模制定电站方案（详见附件七8MW 、 300MW 储能示范电站设计图）18MW （32MWh ）储能电站初步设计方案1.1 设计结构250 节电池串联成 1 个电池组， 5 个电池组并联成 1 个储能单元， 每个储能单元与 200kW

6、双向换流器直流 侧连接， 200kW 双向换流器交流侧通过 1 个隔离变后与 AC380V 母线连接。 40 个储能单元和换流柜共同 构成 8MW （ 32MWh ）储能电站。1.2 基本参数1 ）8MW 能量型储能电站，电池总数量为 50000 节，型号为 FV200 铁电池。2 ）放电时间 4 小时，放电功率 8MW ；充电时间 8 小时，充电功率 4MW。3 ）200kW 换流柜共 40 个，柜内主要有换流器、滤波器、隔离变压器。4 ）电池架占地面积（包括过道）约 1404 平方米。2 300MW （1800MWh ）储能电站初步设计方案2.1 设计结构250 节电池串联成 1 个电池组

7、， 38 个电池组并联成 1 个储能单元，每个储能单元与 1 个 1MW 双向换流器 直流侧连接， 1MW 双向换流器交流侧通过 1 个隔离变后与 AC380V 母线连接。 300 个储能单元和换流柜 共同构成 300MW （ 1800MWh ）储能电站。2.2 基本参数1 ）300MW 能量型储能电站，电池总数量为 2,850,000 节，型号为 FV200 铁电池。2 ）放电时间 6 小时，放电功率 300MW ；充电时间 8 小时，充电功率 225MW 。3 )1MW 换流柜 300 个。4) 电池架占地面积(包括过道)约52182 (附图标明 25847 是错的)平方米。第四章 BYD

8、 储能技术在电网中的应用前景分析一、铁电池储能电站在电网中的应用前景分析1. 在电网中的作用 铁电池储能电站具有储能、停止、发电、调相四个工况。工况之间转换灵活快速，从静止到发电只需 2 秒 左右时间；现场试验证明负荷调整速度快，从 50kW 到 50kW 额定负荷只需 2.49 秒时间；出力调整范 围广，可以从 -100% 到+100% 额定出力范围内任意调整；效率高，现场效率试验表明，其综合循环效率达 到 90 以上。随着电网峰谷差越来越大，用户对电能质量要求也越来越高，系统调峰填谷、调频调相任务繁重，蓄电池 储能电站在这方面可发挥重要作用。在紧急情况下能快速响应，只要从系统取频率信号，与

9、设定值比较， 立即可以按策略调整运行状态，满足系统需要，也可以当黑起动电源。由此可见在系统中建设铁电池储能 电站意义重大。2. 对环境的影响1) 制造铁电池的材料均为无毒材料，其正极材料为磷酸铁钴锂，负极材料为碳类材料，正极板为铝箔， 负极板为铜箔， 介质是溶剂和锂离子电解质， 隔膜为高分子聚合物， 这些材料本身不对环境构成污染影响， 与常规电池相比具有良好的环保性能。同时比亚迪公司拥有铁电池回收利用技术，可提取废弃电池中的有 效成份进行重复利用，降低资源消耗，减少环境污染。2) 蓄电池储能电站没有高速旋转设备等，仅双向换流器开关切换有较小噪声， 不会造成过大的噪音污染。3. 技术可行性分析1

10、) 从 BYD 的技术研究成果和现有的两个储能示范/试验电站的设计和运行情况看，技术上是可行的。2) 通过现场的工况转换、有功和无功调整、并网等实际操作试验，证明了电站基本能实现设计功能。投 运至今，除因开关容量选择不当而造成触头烧损外未发生其它异常。3) 储能电站的核心技术是电池组、双向换流装置和电池管理及控制系统。铁电池在动力汽车使用效果良 好；电池管理系统逻辑清晰，监控模拟量数量多但类型少、简单，可靠性也高；双向换流器目前用的是单 屏 100kW ，运行至今未发生故障，但 800 kW 以上还没有得到考验。4) 电站储存容量理论上可以扩大到无穷大，只要增加电池组和双向换流装置数量即能加大

11、储能站容量， 扩展性好。5) 储能电站用 200Ah铁电池，如果采用 0.125C (25A)充电，0.25C (50A )放电，循环寿命将达到 7000 10000 次， 1 天 1 次循环的话可使用 19 年 27 年，浅充浅放其寿命将更长。电池寿命长短与运行 的环境、工况有关，在环境温度 25 C左右、浅充浅放条件下，寿命最长。6) 电池运行性能和电池的一致性有关，电池一致性好其运行性能也较好。电池的一致性主要靠自动化生 产线、生产过程的先进技术、严格的质量控制、 “分容 ”分组、无尘车间来保证。4. 安全性分析1) 铁电池与常规蓄电池相比其最大的优点就是安全性能好，该电池在挤压、针刺、

12、过充、高温、震动等 极端条件下试验能做到不起火，不冒烟，不爆炸。2) 与水力和火力等常规发电厂比，铁电池储能发电站设备不需承受高温、高压、高转速，其安全性将更 高。事故时在与系统快速解列对电站的损害小。5. 可靠性分析 发电设备可靠性，是指设备在规定条件下、规定时间内，完成规定功能的能力。设备可靠性指标是设备可 用性的量化描述， 通过一系列的指标反映可靠性水平，也是行业内评比的重要指标。 类似于抽水蓄能电站， 铁电池储能电站可靠性指标可分为：等效可用系数、发电启动成功率、储能启动成功率、等效强迫停运率、 非计划停运系数（次数） 、电站跳闸次数等。铁电池储能电站因系统组成和控制逻辑简单，不需油、

13、气、水 等配套的辅助系统，大大降低了电站的故障率。万一发生某储能模块故障跳闸后，其它储能模块可继续运 行而不影响储能电站整体运作，所以铁电池储能电站可靠性将明显提高。6. 经济性分析 从投资经济性角度分析， 比较了同等规模的铁电池储能电站和抽水蓄能电站后发现， 虽然铁电池的效率高、 运行成本低，但由于单位千瓦投资大（铁电池约7000元/kW，抽水蓄能3500元/kW）,年折旧率高（电池寿命按 15 年算是 6.6% ），其经济性略差于抽水蓄能电站。 然而， 从定性上讲铁电池的静态效益和动态效益 总和应好于抽水蓄能电站。更准确的经济性分析，需进一步调研分析。二、国外蓄电池储能电站建设和应用据有关

14、资料的不完全统计， 国外从 1980 年至今建设了 17 个蓄电池储能系统， 容量范围从 200kW（400kWh ） 到20MW （ 14MWh ）。蓄电池储能技术不断成熟，所用电池大部分是富液式铅酸蓄电池，仅4种使用阀控式铅酸蓄电池。容量较大的蓄电池储能系统为波多黎各电力局20MW （14MWh ）蓄电池储能系统， 1994年投运， 1999 年因很多电池失效而停止运行， 5 年运行过程对运营商具有很高价值。美国加利福尼亚州弗 农蓄电池储能系统 3MW （4.5MWh ）和阿拉斯加 Metiakatia 岛屿蓄电池储能系统 1MW（1.2MWh ）采用 阀控式铅酸电池，分别于 1996 年

15、和1997 年投运，至 2006 年这两个系统运行良好。波多黎各电力局蓄电 池储能系统单位千瓦投资为 1102 美元，弗农蓄电池储能系统单位千瓦投资为 1416 美元，按 1995 年美元 汇率 8.3507 ，则单位千瓦投资分别为 9202 元和 11824.6 元。三、结论 铁电池储能电站具有工况转换快、运行方式灵活、效率高、安全、可靠、环保、运行维护费低、建设工期 短、可扩展性强等特点，铁电池储能电站在未来有着较好的发展前景。随着铁电池技术的发展、突破，铁 电池储能电站在电网中的调峰、填谷、调相、事故备用及黑起动等作用将得到更好的发挥。但是铁电池储 能电站单位千瓦的投资较大，大功率大容量

16、电站在国、内外实际应用经验缺乏是影响其发展的重要因素。 为推进铁电池储能电站的建设和应用，铁电池特性改进和制造成本的降低、电池连接组合及堆放方式的优 化、大功率双向换流装置开发和可靠性的提高等问题需要继续研究和进一步提高。四、建议1、建设铁电池储能电站技术上是可行的，电站的调峰、填谷、调频、调相性能较好、可以考虑兴建。2、现有电网容量大，铁电池储能电站容量目前暂不能做得太大，为充分发挥储能电站的调节作用，可针对 储能电站的运行特点选择局部电网或负荷较小的电网试行，例如接入峰谷差较大的变电站以发挥移峰填谷 的作用，或接入负荷特性变化快、差异大的系统以发挥调功调相作用。3、铁电池储能电站的扩展性好，规划时可以预留空间，由小到大逐步建设发展。4、 铁电池储能电站与风能和光伏发电等不稳定的可再生能源的配合是将来发展的热点方向，是绿色能源接 入电网的最佳选择，可积极关注该技术的进展。