Systém baterie pro uskladnění energie a příklady

Transkript

Česko – japonský transfer technologií (JAPATEC 2012)
Systém baterie pro uskladnění energie
a příklady aplikací – chytrá baterie od Toshiby
Toshiba Corporation
Skupina pro bateriové systémy
Oddělení automatizace a inteligentní sítě
Takenori Kobayashi
13.11. 2012
styl
Skupina Toshiba přispívá
k udržitelnému rozvoj naší planety.
© 2012 Toshiba Corporation
Toshiba Corporation
2
Profil společnosti Toshiba
Založena:
1875
Prezident & CEO: Norio Sasaki
Ústředí:
Tokio, Japonsko
Zaměstnanci:
203,000
Celková aktiva:
US$64.8 miliard
Tržby:
US$77.1 miliard
Počet sdružených společností:
499 společností
(k 31.3. 2011)
Závazky Toshiby
- k lidem
- k budoucnosti, k firmě Toshiba
3
Organizace společnosti Toshiba
Podnikové skupiny (od 1999)
Představenstvo
Sk. Digitálních produktů
Nominační
komise
Společnost digitálních produktů a služeb
Řídicí centrum sítě & řešení
Kompenzační
komise
Úřad auditní
komise
Auditní komise
Divize podnikového
auditu
Prezident & CEO
Společnost polovodičů a skladovacích zařízení
ODD divize
Podnikoví
zaměstanci
Skupina
Strategického
plánovaní a
komunikace
Divize nových
osvětlovacích
systémů
Divize smart
community.
Norio Sasaki
Prezident & CEO
(od června 2009)
Sk. Elektron. zařízení a komponentů
Divize materiálů a
zařízení
Sk. Infrastrukturních systémů
Společnost energetických systémů
Společenské infrastrukturní systémy
Domácí spotřebiče & ostatní
Toshiba Consumer Electronics Holdings Corporation
Social Infrastructure company (［SIS］ company)
R8
4
Segmenty byznysu a prodej
Čisté tržby: US$ 77.1 miliard v 2010FY
Ostatní
9％ 5％
Domácí
spotřebiče
Elektronická
zařízení
20％
(\83/US$)
Digitální produkty
33％
33％
Infrastrukturní systémy
Společnost energetických systémů
Společenské infrastrukturní systémy
5
Skupina Toshiba – oblasti byznysu
Digitální produkty
Notebook PCs
LED & LCD TV
Multi-Function POS Systémy
PPC "e-STUDIO"
Infrastrukturní systémy
turbíny
Rozvodny izolované plynemVýtahy a eskalátory
klimatizace
LED osvětlení PV Systémy
Nová Li-ion Baterie
Elektronická zařízení a komponenty
NAND Flash Memory Čisté provozy přímý Methanol. pal. článekFlash Memory Cards Nízkoteplotní
Polysilicon TFT LCDs
Domácí spotřebiče a ostatní
Alkalické suché baterie
Lednice a pračky/sušičky
Lane Chang
LED osvětlení
Podpůrný systém
6
Obsah
Ⅰ. Technologie akumulátoru podporující smart grid
Ⅱ. 東芝のリチウムイオン二次電池SCiBTM
Ⅲ. スマートバッテリの構成と特長
～ｋＷクラスからＭＷクラスまで～
Ⅳ. スマートバッテリの適用事例
7
Společnost s nízkými emisemi uhlíku
poptávka
2011 versionVýhled
of World
Energy
Outlook
energií
ve světě
optimalizace
biopaliva
jaderná energie
CCS
2011 version of World Energy Outlook
Dodávka el.
energie z obnov. zdrojů
From world Energy Outlook 2011 IEA
From world Energy Outlook 2011 IEA
Různá opatření v dodávce a poptávce po elektřině pro snížení emisí CO2
8
Změny v dodávkách elektřiny ve smart gridu
Zavádění decentralizovaných zdrojů obnovitelné
energie
Jednosměrný tok
Solární panely
PV
Decentralizované
zdroje elektřiny
Stávající elektrárny
Tepelná elektr.
Smart grid
Jaderná elektr.
akumulátor
Komunikační
síť
Distribuční síť
přípojka
Hydroelektr・přečerpávací elektr.
Elektr. síť
akumulátor
Solární energie
Kontrolní systém
(μEMS)
Větrná energie
Systém akumulátorů pro skladování elektřiny
Využití technologií smart grid pro stabilizaci výkyvů elektrické sítě způsobených instalacemi obnovitelných zdrojů za účelem
redukce emisí CO2
μEMS: micro Energy Management System
9
Výkyvy v odběru elektřiny v chytrých sítích
Úspora energie
Zařízení v souladu s životním
prostředím
Nejvhodnější využití u skupiny
závodů
Zařízení šetřící energii
ＨＥＭ
dům Ｓ
Smart
meter
Komunik.
síť
Elektr. síť
(μEMS)
akumulátor
Domácí
spotřebiče
ＥＶ
Ecocute
Smart
meter
Kontrolní systém
Solární panely
pro domácnost
Home Gateway
Podnikové řešení
ＢＥＭ
Smart meter
Ｓ
LED osvětlení
klimatizace
EM
S
budova
Solární panely
ＦＥＭ
Ｓ
PCS
Energetický
řídicí
systém (EMS)
závod
akumulátor
Střešní solární panely
Smart grid
akumulátor
Jednotlivě optimalizovat účinnost zařízení na straně zákazníka a posun špiček.
10
Technologie akumulátoru podporující smart grid
Nabíjecí síť
・nabíjecí stanice
Rozdílné zdroje
energie
EV
・Light rail
Nový dopravní systém
Jaderná elektrárna
akumulátor
Zařízení na skladování
elektřiny
Solární farmy
akumulátor
smart grid
Tepelná elektrárna
Zdroj el.
energie
Grid connection
equipment
Řídicí systém
Obousměrná ICT
komunikace
Hydroelektr・Přečerpávací elektr.
ＨＥＭＳ
dům・škola
Smart meter
Solární panely
pro domácnost
BEMS
ＥＶ
Ecocute
Palivový článek
el. síť
Komunik.
síť
kancelář・
nemocnice・
obchod atd.
FEMS
ＰＣＳ
Smart meter
Smart meter
akumulátor
Domácí spotřebiče
větrníky
(μEMS)
LED osvětlení
akumulátor
・obchodovaná elektřina
・obchodovaná
elektřina
klimatizace
akumulátor
・záložní zdroj
・řízení úspor energie
kontrolní řízení
・záložní zdroj
・řízení úspor energie
Technologií smart gridu maximalizovat posun špiček a zvýšit celkovou účinnost na straně zákazníka i dodavatele.
11
Systém stacionární baterie pro uskladnění energie - příklady aplikací (ze strany
dodávky)
Řízení frekvence
Obnovitelná energie
Zamezení přetížení
12
Systém stacionární baterie pro uskladnění energie - příklady aplikací (ze strany
zákazníka)
Vyrovnávání zátěže
Záložní zdroj
Sebeudržující provoz
Smart house
13
Přínos pro energetickou regulaci a rezervu: řízením akumulátoru udržovat rovnováhu nabídky a poptávky
μEMS
Prognóza poptávky
Skutečná poptávka
nabití/vybití
vybití
výkon
Přečerpání
Výroba solární energie
Přečerpané
množství
Výkon dle řízení
nabídky a poptávky
Dodávky el.
Výroba
elektřiny
čas
Scénář nabídky a poptávky (neočekávaná
fluktuace)
１）je těžké předvídat změny počasí
během dne
výroba solární energie
PCS
vybití
Řízení
akumulátoru
Zásobování el.
２）stálý provoz jaderné elektrárny
３）špička v noci – přečerpání
El. síť
akumulátor
nabití
４）Pro nepředpokládané změny v zátěži
a ve výrobě solární energie má pouhé
LFC řízení tepelné elektrárny
nedostatečnou kapacitu
５）akumulátor a tepelná elektrárna jsou
předmětem regulace LFC
Řídit nepředpokládané fluktuace ve výrobě solární energie na základě poptávky.
14
Přínos k energetické rezervě a regulaci: výroba solární energie a řízení nabídky a
poptávky (příklad)
Nepredikovatelné krátkodobé fluktuace ve výrobě solární energie řídit pomocí LFC tepláren a
spolu s kapacitně nekomplementárním nabíjením a vybíjením akumulátoru řídit nabídku a
poptávku. Doba fluktuace se mění s rozlohou regionu.
Nabídka
Nedostatečná regulace výrobou tepla
a poptávka
poptávka
Poptávka-výroba solární energie
ELD
příkaz
火力ELD指令値
Tep. energie
LFC-rozsah
řízení
Scénář nabídky a
poptávky:
Nedostatečná
regulace výrobou
tepla
数分から十数分
１）poptávka na téměř
fixní období
数分から十数分
２）změny ve výrobě
solární energie
Solární energie (velká oblast)
（広域）
Nabíjení
baterie
Vybíjení baterie
３）výroba tepla řídí LFC,
ale regulace energie je
nedostatečná
４）nabíjení a vybíjení
広域で平滑化された変動
akumulátoru doplňuje
řízení LFC
čas
ELD: Economic Load Dispatch, LFC: Load Frequency Control
Řízená součinnost teplárny a akumulátoru
15
Dostupná
energie
Srovnání charakteristik řídicích frekvencí
Řídicí
instrukce
čas
60 min
generátor
akumulátor
PJM Test Pattern reference
Reakční charakteristika akumulátoru je ve srovnání s generátorem rychlá. Je efektivní, je-li akumulátor schopen dodat vysoký
výkon po několik desítek minut
16
Zachování kvality el. energie:
Řízení fluktuací výkonu akumulátorem
μEMS
Výroba el.
Dodávky el.
Skladování
výkon
el.
vybití
nabití
Solární energie
čas
Solární energie
Dodávky
el.
Výroba
el.
Solární panely PCS
vybití
Scénář výroby el.:
（neočekávané fluktuace）
Řízení
akumulátoru
１）je velmi těžké předpovídat
změny počasí
Distrib. síť
akumulátor
nabití
２）náhlé změny výkonu snižují
stabilitu napětí v distribuční síti
３）vybíjením/nabíjením
akumulátoru se reaguje na
náhlé změny, zmírňují se
fluktuace v dodávkách el.
Předvídat vyráběné množství solární energie a přebytky posunout do období zvýšené poptávky.
17
Podmínky výběru technologie skladování elektřiny
Technologie skladování el. (reprez. příklad)
■ přímé uskladnění
⇒ el. dvouvrstvový kondenzátor (el. náboj)
⇒ SMES (el. proud)
■energetická konverze
⇒ přečerpání vody (místo, změna nadm.
výšky)
⇒ stlačený vzduch (rozdíl tlaku)
⇒ vodík (palivo)
⇒ setrvačník (setrvačnost, otáčky)
■ skladovací baterie (reakce vědy)
⇒ Li-ion
⇒ Pb
⇒ NaS
⇒ Va
⇒ NiMH
Srovnávací hodnocení technologie
skladování elektřiny
Společenský faktor
- trvale udržitelná společnost
ekonomika
- vyčerpávání fosilních paliv
účinnost nabíjení/vybíjení
- energetická bezpečnost
velikost, váha
- obnovitelné zdroje
bezpečnost
- bezpečnost
doba výstavby
recyklace
atd.
- působit na živ. prostředí a
společenská shoda
- ekonomické břemeno a
společenská shoda
- surovinová bezpečnost
atd.
Výběr a nejlepší mix technologií skladování
Li-ion baterie je kompaktní a má nízkou hmotnost. Pro aplikaci v EV dojde hromadnou produkcí ke
snížení ceny ⇒ vysoká efektivita ukládání el. en. a vysoký potenciál také u stacionárního použití.
SMES： Superconducting Magnetic Energy Storage
18
Typy baterií pro systémy akumulace energie – výhled do budoucnosti
Použití
sta
cio
nár
ní
mo
bilní
dříve
současnost
výhled
Pb nebo
Li-ion
UPS
Pb
Pb
Stabilizace
sítě
NaS
NaS
NaS (typ Wh) nebo
Li-ion (typ W)
ー
ー
Li-ion
Možnost
přemístění
HEV/
PHEV
NiMH
NiMH
NiMH nebo
Li-ion
EV
ー
Li-ion
Li-ion
・Li-ion baterie má vysoký poměr uskladněné energie na kg hmotnosti a její aplikace v EV má perspektivu
・V případě UPS, v oblastech s častými výpadky elektřiny, má potenciál Li-ion baterie s dlouhou životností.
・Lze očekávat použití Li-ion baterie pro stabilizaci sítě /HEV
19
19
Obsah
Ⅰ. スマートグリッドを支える蓄電池技術
Ⅱ. Li-ion akumulátory SCiBTM od Toshiby
20
Charakteristika chytré baterie od Toshiby
■ Po různých demonstračních testech stále sbíráme zkušenosti
- systém skladovací baterie a řídicí systém
■ Vlivem dlouhé životnosti se sníží i náklady za dobu životnosti
■ nízkoztrátová skladovací baterie a stabilizátor energie
■ rozmanité řídicí funkce a tomu odpovídající kapacita (kWh)
■ sestava od nízkokapacitních po vysokokapacitní
■ u baterií podporujících vysoký v/v en. tok se snížením kapacity sníží i cena
■ hromadná výroba baterií – vysoká kvalita a vysoká kapacita systému výroby
Článek baterie modul baterie
1.1kWh
20Ah
x 24
Panel
baterie
24kWh
x 22
５００ｋＷＰＣＳ
Vysokokapacitní systém
＋
Dodávky systému skladovací baterie a řídicího systému odpovídající různým potřebám.
21
Návrh technologie baterie na skladování energie od Toshiby
Téma: Li-ion baterie
Bezpečnost, životnost, cena
ＳＣｉＢＴＭ
je
řešením
Bezpečnost
Vynikající odolnost vůči
explozi a vznícení
Rychlé nabíjení
vysoký v/v energetický tok
Charakteristické nabití/vybití
(dlouhá životnost)
Možnost nabití
během 5 minut
Více než 6000x cyklů
nabití/vybití
U baterie¨ na uskladnění energie od Toshiby SCiB
je materiál katody z lithium titanátu
TM¨
SCiB (Super Charge ion Battery)
TM
Použití není omezeno na mobilní objekty (např. EV). I při aplikaci ve stacionárním provedení má vynikající vlastnosti.
22
Crush test
teplota
Ve srovnání s provedením s uhlíkovou katodou, při pomalém vybíjení po vnitřním zkratu je nárůst teploty malý.
23
ＳＣｉＢ rychlonabíjení/vysoký v/v en. tok
ＴＭ
Možnost snížení kapacity baterie (vstupní ceny)
Nabití (%)
Pro regulaci krátkodobé fluktuace, s aplikací 3C lze
dosáhnout 3-násobku jmenovitého výkonu (kW)
SCiB
TM
Doba nabíjení (min)
Charakteristika nabíjení（@25℃）－4.2Ah článek
Třída C: proud (A) /kapacita (Ah) (Příklad:3C-kapacita baterie1Ah se
nabije/vybije 3A)
U vysokého výkonu je využití kapacity méně než 1 hod ekonomické.
24
Vysvětlení vysokého v/v en. toku
Obyčejná Li-ion baterie
製品ラインナップ
Products Line-Up
SCiBTM20Ahｾﾙ
input
300kW
baterie SCiBTM
input
300kW
Skladovací
kapacita １／３
output
300kW
output
300kW
Skladovací
kapacita baterie
300kWh
Skladovací kapacita
baterie
100kWh
（300kW-20min）
※ princip baterie jako nádrže
S malou skladovací kapacitou baterie (kWh), dostaneme stejný výkon nabití/vybití (kW). Je možné snížení ceny.
25
ＳＣｉＢ cyklus životnosti
ＴＭ
Zachovaná
Kapacita
(%)
6000 x nabití/vybití, ale vybíjecí
kapacita zůstává na více než
80%
Existující
Li-ion baterie
Testovací podmínky
3C (60A) plné nabití/vybití @ 25oC
Počet cyklů
1000 cyklů＝asi 2,7 let、6000 cyklů＝asi16,4 let
Dlouhá životnost, pokles provozních nákladů.
26
Vlivem dlouhodobé životnosti baterie se sníží cena investice
Kumulativní
investice
Krátká životnost
Krátká životnost
Dlouhá životnost
životnost
baterie
Dlouhá
životnost
SCiB
investice
Krátká
investice
SCiB
Četnost nabití/vybití (v
letech)
nákup
výměna
výměna
výměna
Četnost nabití/vybití (v
letech)
nákup
Výměna není
potřeba
Výměna není
potřeba
Výměna není
potřeba
Vlivem dlouhé životnosti se sníží cena investice.
27
Vysvětlení účinku kapacity
Products Line-Up
SCiBTM20Ahｾﾙ
Baterie SCiBTM
input
300kW
input
300kW
150kWh
150kWh
Kapacita
Kapacita
baterie
baterie
300kWh
300kWh
Kapacita
baterie
600kWh
300kWh
Kapacita baterie
1/2
output
300kW
300kW
output
Kapacita baterie
300kWh
Při dlouhé životnosti je možné plné nabití/vybití.
28
ＳＣｉＢ™ - výsledky mobilní aplikace
●’09/8：užití při vývoji ¨full-flat seat“ autobusu Keio univ.
●Ｈｏｎｄａ – elektrický skútr “EV-neo,” v prodeji od
12/2012
●’11/11：Honda「Fit ＥＶ」představené na Motor show v
Tokiu a Los Angeles. Od léta 2012 v prodeji v Japonsku a
USA
※poskytnutí dat：společnost Isugu motor
※Zdroj：Toshina「nový typ dobíjecí baterie「ＳＣｉＢ™」ve spolupráci s
Keioi Univ. na projektu elektrického autobusu. Publikováno (2009/8/7)
●’11/6: nová generace EV Mitsubishi
MINICAB-MiEV※１
i-MiEV,
“EV-neo (prototype)”
※ poskytnutí obrázků: Honda Motor
※1：Zdroj Honda「business user EV two wheeled vehicle
「EV-neo」12/2010 plán prodeje, oznámeno（2010/4/13）」
※2：30km/h = ekonomická jízda ※3：při použití rychlonabíječky ※4：při použití
obyč. nabíječky
Honda「Fit ＥＶ」（SCiB™zabudovaná）
※ poskytnutí obrázků: Honda Motor
※１：zdroj: Honda 「42 ročník Motor Show v Tokiu 2011
oznámeno (2011/11/30)」
i-MiEV M
●’12/9：použití v malých vozech Suzuki 「 wagon R 」
SCiB™ Battery Pack v autě
270V, 10.5kWh
Vysoký v/v typ
3Ah článek
MINICAB-MiEV
※poskytnutí obrázků: Mitsubishi Motor
※1Zdroj：Toshiba「dobíjecí baterie「ＳＣｉＢ」-použití v EV Mitsubishi」 Publikováno
Zdroj； TechOn
29
Opětovné použití EV/PHEV baterie
Je nutný hodnoticí ukazatel prodejní ceny, nezávisle na vlastníkovi baterie.
Tendence baterie ztrácet výkon
放 100%
kapacita
電
容
Současné Li-ion baterie
Předpokládaná cena baterie na trhu
量
維
Cenové zhodnocení
持 50%
Uživatel
uživ. ojetého vozu
nového vozu
率
Opětovný prodej
（
％
Zůstatková hodnota při
použití v autě.
Vliv zhodnocení technologie
Cenové zhodnocení
uživ. ojetého vozu
Opětovný prodej
）
0%
00
1000
2000
2000
4000
3000
6000
4000
8000
5000
10000
6000
12000
cyklus
サイクル
Při použití v autech spolu se stacionárním využitím baterií je klíčové stanovení ceny v rámci opětovného prodeje.
30
Představení závodu v Kashiwazaki
●ＳＣｉＢ™ hromadná výroba, dokončení výstavby a otevření (’10/9/29)
● Cílem je posílení výroby závodem se špičkovými technologiemi
●Velikost：
144m (délka)×60m (šířka)×19m (výška)
●plocha：21,000m2
●podlaží：3
●Výrobní sekce
１podlaží: výroba elektrod
２podlaží: kanceláře, infrastruktura
３podlaží: vybavení pro zpracování
●Sekce nabíjení/vybíjení
zařízení na zpracování kalů
testovací zařízení
balicí zařízení
31
Obsah
Ⅲ. Konfigurace a přednosti chytrých baterií
32
Zařízení používající stacionární systém SCiB – příklady kapacit
500kW-216kWh
Kapacita
(KWh)
1000
100
Panely
baterií
PCS
10
300kW-60kWh
1
1
10
100
1000
Výkon (KW)
1kW-3.45kWh
3kW10kWh
4kW-10kWh
10kW-45kWh
Systém akumulátoru
25kW-15kWh
100kW-200kWh
Panel baterie
Zkušenosti s různým výkonem (kW) a kapacitou (kWh) dle využití.
33
Sestavy systémů SCiB chytrých baterií
Použití v energetice a
průmyslu
Použití v budovách a
průmyslu
panel baterií (řada panelů)
1００ｋＷＰＣＳ
Použití v budovách a
průmyslu
５０ｋＷＰＣＳ
30kWh panel baterií
domácnost
kancelář
2５ｋＷＰＣＳ
22kWh panel
10ｋＷＰＣＳ
11kWh panel
3kＷ-několik kWh
PCS+panel
3kW/6.6kWh
Zdroj nepřerušovaného
napájení 700W/1.6kWh
Korespondují s různými výkony (kW) a kapacitou (kWh).
34
Komponenty systému vysokokapacitního akumulátoru (1MW-2MWh)
Článek akumulátoru
20Aｈ
Panel
24kWh
Stabilizátor energie (PCS)
500kW
x 24
modul
1.1kWh
x 22
Terminal board
x 84 set
x 2 set
Řídicí panel
Přídavný panel
asi 3m
asi 6.5m
asi 17m
Systém
akumulátorů
Podle stejnosměrného napětí PCS určit počet sérií modulů, korespondující s výkonem (MW).
35
Chytrá baterie velkých rozměrů – pro energetiku a průmysl
Přednosti zařízení
◆vysoká účinnost PSC (víc než 95% účinnost měniče)
◆funkce připojení sítě
◆víceúčelové rozhraní (ve shodě s DNP3.0 a IEC61850, μEMS možnost připojení)
◆nezávislý chod, podpora „black start“
◆snadná údržba, přístup z přední části panelu
→zákaznické zařízení
systém akum.←
Schéma připojení
Přídavný panel
PCS panel
(500kW)
6.6kV
Příkaz
nabití/vybití
Ochrana
síť.
spojení
elektrárna
Akmul.
panel
(24.2kWh)
Akum.
panel
(24.2kWh)
Akum.
panel
(24.2kWh)
Dohled a
ochrana
akumulátoru
24kWh panel
(na fotce 2 panely)
Místní řídicí
panel
Nadřazené
příkazy
řízení sítě
μEMS
Nejvíce 160 řad (3872kWh)
1００ｋＷＰＣＳ
36
Klasifikace systému akumulátoru (AC/DC systém obvodu)
Střídavé propojení systému akumulátoru
OZ způsobují fluktuace výkonu. Decentralizované uspořádání
systému stacionárních bat. stanic umožní jeho stabilizaci.
Stejnosměrné propojení systému akumulátoru
Optimální využití užitné hodnoty různých baterií.
Komplexní systém skladování elektřiny.
link
Charakteristika
●SCiB 「schopnost vysokého výkonu」
možnost stabilizace strmých
fluktuací výkonu kompaktním zařízením
● 「výkon při nízkých teplotách」 možnost instalací v chladných
oblastech
● 「dlouhá životnost」 schopnost dlouhodobě odolávat častým
fluktuacím výkonu
● redukce odběrových špiček, předpoklad použití jako zdroje elektřiny
při výpadku
Charakteristika
●přednosti různých typů baterií
životnost, rozložení cenové zátěže
●ＢＥＭＳ，ＦＥＭS spojení
●i pro znovupoužité baterie různých výkonů
● snadno spolupracuj e s ＰＶ a ＥV rychlonabíječkou
●kompenzace výpadku elektřiny
Střídavé propojení akumulátoru, stejnosměrné propojení různých funkcí
37
Chytrá baterie středních rozměrů – pro průmysl, vysoce funkční 50kW
Charakteristika
◆možnost použití stejnosměrného propojení
・spojení se solárními panely a EV rychlonabíječkami
・stabilní dodávky elektřiny i přes krátkodobé výpadky v distrib. síti
◆komplexní využití různých typů akumulátorů
・nabídka řešení skladování elektřiny dle různých zákazníků kW/kWh
・údržba akumulátorů a opětovně použité baterie
Schéma aplikace
Distrib. síť
v továrně
továrna
senzor
５０ｋＷＰＣＳ
30kWh panel
akumulátoru
baterie
Tovární stroje
rychlonabíječka
Solární panely
38
Chytrá baterie středních rozměrů – pro průmysl
25/10kW
Charakteristika
◆funkce připojení sítě
◆řízení spojení s nadřazeným EMS
◆rychlé řízení proudu s vysokou přesností dle CPU
◆detekce nezávislého provozu, nezávislé rozhodování PCS
o redukci špiček
25ｋＷＰＣＳ
22kWh panel
Schéma aplikace
budova
Distrib. síť v budově
Řízení komunikace
klimatizace
výtah
Max 16 řad
osvětlení
10ｋＷＰＣＳ
11kWh panel
39
Chytrá baterie malých rozměrů- pro domácnost, průmyslové užití, 3kW
Charakteristika
◆škálovatelná kapacita baterie (4.4kWh ～ 22kWh)
◆kontrola odebírané elektřiny, řídicí funkce posunu a redukce
špiček
◆komunikační funkce
v budoucnu i spojení s implementovaným HEMS
(ECHONET atd.)
Schéma aplikace
Solární
panely
domácnost
Spínací skříň
Rozvodný panel
1fáze3vodiče
3ｋＷ-4.4kWh
PCS+panel
akumulátoru
Panel akumulátoru max 4 řady
Zátěž v domácnosti
40
Systém akumulátoru pro domácnost (výrobní model)
Akumulátor
Model
Typ akum. Li-ion akumulátor
akumumátor jm. kapacita
doba nabíjení Normální asi 5 hod. rychlonabíjení asi 2 hod
V; výpadek: 1 fázový, 2 vodič. systém 100 V
jm.. napětí Běžný: 1fázový, 3 vodič. systém 200
výpadek
vstup
frekvence
Běžný: 1fázový, 3 vodič. systém 200 V; výpadek: 1 fázový, 2 vodič. systém 100 V
jm. napětí
Běžný
výpadek
Jjjm. výkon
výstup
frekvence
vnější
umístění
podmínky
užívání
teplota
bez kondenzace
vlhkost
míry
rozměry
hmotnost
Regulátor
Model
užití
míry
Komunikační
adaptér
umístění
rozměry
vnitřní
instalace
stabilně na stěně
vysokokapacitní Li-ion baterie –
z vnějšího pohledu má úzký profil, asi
30cm na šířku.
komunikace
protokol
41
Zdroj nepřerušovaného napájení
■ název modelu: ＳＢＥ１Ｐ－Ｕ１００１０ＳＣ
■kapacita: 1,6ｋＷｈ
■Přednosti
・ＵＰＳ (nepřerušené dodávky elektřiny) – spolehlivý
zdroj elektřiny
・s vybavením dobíjecí baterieＳＣｉＢdlouhá životnost
・záloha na dlouhou dobu
・dobití (za８hodin)
Příklady užití
Normal mode -nabíjení
Dodávky el.
Normal mode – plné nabití
Battery mode
Dodávky el.
Dodávky el.
výpadek
Generování
Elektřiny
.
※1 出典：東芝「二次電池ＳＣｉＢを搭載した蓄電池の発売について」プレスリリース
(2011/7/11)
42
Obsah
Ⅳ. Příklady použití chytré baterie
43
Miyakojima micro-grid: velké solární experimentální zařízení
Demonstrační test systému akumulátorů (NaS baterie a SCiB celkem 4.1MW) připojených do sítě
ＳＣｉＢ
modul
Vnitřek panelu
Panoramatické foto velkého solárního experimentálního
zařízení, Miyakojima
ＳＣｉＢinstalace
10/2010 začátek experimentálního provozu, Okinawa Electric Power Co., Inc.
systém ve fázi testovaní
44
Miyakojima micro-grid zařízení
Okinawa Electric Power Co., Inc. 「Ukázka instalace ostrovní nezávislé sítě alternativní energie」
池間島
Miyako větrníky 6
Karimata větrníky 1,2
2,400kW
伊良部島
下地島
Miyako No.2
elektrárna
40,000kW
大神島
Miyako plynová
elektrárna
15,000kW
Miyako
elektrárna.
19,000kW
Zař. exp. studie
Začátek studie：15.10.2010
Gener. solár. energie: 4,000kW
Agregátní poptávka asi 50MW
Populace asi 55,000 lidí
Sadefune větrníky 1,2
1,800kW
Současné elektr.
Větrnné elektr.
Stožáry distrib. sítě
Přenosová soust.
来間島
Miyakojima exper. studie velké solár. zařízení
Generace solární energie 4,000kW
Akumulátor
4,100kW
45
Miyakojima smart grid – komunikace a řízení
46
Okinawa Electric Power Co., Inc 「Ukázka instalace ostrovní nezávislé sítě alternativní energie」
elektrárna
Centrální řídící
systém
Plynová elektrárna
větrníky
Terminál optické sítě
větrníky
elektrárna
Řídící systém distribuce
Systém řízení zákazníků
větrníky
Demonstration
Demonstrační
výzkumné
zařízení
Research
Facility
46
Schéma uspořádání velkého solárního experimentálního zařízení v Miyakojima
Okinawa Electric Power Co., Inc
「Ukázka instalace ostrovní nezávislé sítě alternativní
energie」
Centrální řídící
systém
větrníky
elektrárna
elektrárna
Plynová elektrárna
větrníky
Demonstrační výzkumné zařízení
Skříň
transformátoru
NAS
NAS-PCS
4MW
NAS systém baterie
3MW PV
1MW-PV-PCS
baterie
Řídící systém distribuce
Total 1MW PV
・150KW PV×4
・4kWPV×100
100kW
SCiB systém baterie
47
Zařízení u velkých solárních instalací
Okinawa Electric Power Co., Inc
48
「Ukázka instalace ostrovní nezávislé sítě alternativní
energie」
48
Schéma hierarchie řízení – YSCP a Nové Mexiko
μEMS
NEDO：
New Energy and Industrial Technology Development
Organization – společný projekt s USA – smart grid
projekt v Novém Mexiku
CEMS
HEMS
Akumulátor
SCADA
METI
「Energie příští generace - společenská
struktura v regionu」- Yokohama smart
city projekt (YSCP)
BEMS
Akumulátor pro regulaci
nabídky a poptávky
METI projekt – základní technologie výstavby systému. NEDO – implementace projektu.
YSCP： Yokohama smart city projekt
49
Toshiba – závod Fuchu: výzkum výroby solární energie
Místo (střecha) výzkumu generování solární energie
・množství PV (celkem 400kW)
・systém akumulátorů s vysokým výkonem pro omezení fluktuací
300kW-60kWh
・Micro Energy Management Systém μEMS
監視制御装置 μ EMS
（Micro Energy Management System）
計測信号
Měřicí
signál
Řídící příkazy
制御指令
Vnitřní síť
構内系統
SOC
420V
MU
MU
MU
MU
MU
PV- PCS
250kW
PV- PCS
100kW
PV- PCS
10kW* 5
SCiBTM- …
PCS 50kW
4.2Ah článek
SCiBTM- 50kW
PCS 50kW
SOC
(6set)
…
Panel PCS, panel baterie
ＳＣｉＢ modul
PV Module PV Module PV Module
SCiBTM (1)
10kWh
SCiBTM (6)
MU: Measuring Unit
Smart grid řídicí technologie a ověření spolehlivosti vysokého výkonu SCiB.
50
Vysvětlení vysokého v/v energ. toku
Products Line-Up
SCiBTM20Ahｾﾙ
baterie SCiBTM
input
300kW
60kWh
60kWh
60kWh
60kWh
60kWh
input
300kW
kapacita １／５
ouput
300kW
output
300kW
kapacita
60kWh
（300kW-12min）
kapacita
300kWh
Kapacita SCiB je 5x nižší.
51
Výzkum výroby solární energie: tvary křivek za různého počasí
PV elektřina
ＳＣｉＢ output
jasno
nejprve jasno, pak
oblačno
jasno, občas oblačno
oblačno, občas jasno
oblačno
déšť
Regulace náhlých změn: když je jasno a občas oblačno, nebo oblačno a
občas jasno a tyto změny se velmi často opakují.
52
Výzkum výroby solární energie:
příklad testu na omezení fluktuací
蓄電池出力 (kW)
PV出力 (kW)
1.12.2010 – výsledky testu na omezení fluktuací
300
250
200
150
100
50
0
20011.75
100
PV výkon
velké fluktuace v rozsahu 60kW
～250kW
12
vybíjení
12.25
12.5
180kW
12.75
13
60kW
0
11.75
- 100
12
12.25
12.5
12.75
13
60kWh výkon akumulátoru
Kompenzace fluktuací PV
nabíjení
連系点電力 (kW)
- 200
300
250
200
150
100
50
0
11:45
11.75
Průběh výkonu, dodávaného
do sítě
12:00
12
12:15
12.25
12:30
12:45
12.5
12.75
čas（h）
13:00
13
Zmírnění fluktuací výkonu
generovaného PV
60kWh akumulátorem omezovat fluktuace velkým výkonem, vyšším než 60kW.
53
Stacionární systém akumulátoru pro italskou společnost ACEA
Řím, společnost ACEA, smart grid:
v transform. stanici Raffinerie
probíhá nabíjení systému
akumulátoru energií z PV; dodávka
nabíjecího zařízení pro EV.
31.12.2011 - začátek provozu.
（ACEA:italská společnost zajišťující
dodávky elektřiny a vody
Orientace vývoje
4,2 Ah článek - adaptace modelu do výroby (2010)
20 Ah článek - adaptace modelu do výroby (2011)
Akum. systém EVnabíječka
Kontejner pro přepravu
zařízení
Situační instalace
Použití: 1. jako nouzový zdroj, 2. pro nabíjení EV energií z fotovoltaiky.
54
Akumulátor pro „smart energy house“
Příklad ověření účinku úspory energie v systému baterie (Osaka Gas, zahájení 5.2.2011)
Optimálním řízením nabíjení/vybíjení akumulátoru a provozem palivového článku, ověřovat v podmínkách reálných domů
vysokou účinnost palivového článku a s tím spojenou úsporu energie.
V období malé spotřeby se využívá jmenovitého výkonu palivových článků; v domácnosti nevyužitá energii se uskladní do
akumulátoru a zbylá energie se ve formě tepla uskladní do nádrže na horkou vodu. Večer a v noci se využívá energie
uskladněná v akumulátoru, nestačí-li energie, kterou dodávají solární panely a palivový článek.
Optimální řízení 3 baterií
Zátěžový diagram a výkon palivového článku
Kupovaná el.
Solární el.
Akumulátor
Palivový čl.
zátěž
Bez řízení
Noční provoz nízkého výkonu
palivového článku
Použití
akumulátoru
S řízením
Vybíjení večer-noc
Výroba el.
v noci
Generovaný výstup je nízký
Účinnost (%)
Účinnost výroby energie
Díky akumulátoru můžeme efektivně
využít energii z palivových článků, i
zbylé teplo lze efektivně využít
Díky akumulátoru možnost
vysoce účinného výkonu
výkon
Zdroj：Osaka Gas
Akum. systém
HPhttp://www.osakagas.co.jp/company/press/pr_2011/1191946_4332.html
55
Toshiba Group contributes to
the sustainable future of planet Earth.
Děkuji za pozornost.
Toshiba Group Slogan:
Committed to People, Committed to the Future.
TOSHIBA provides Smart Community
56
57

Systém baterie pro uskladnění energie a příklady

Transkript

Podobné dokumenty

Dr.VAP IV Family, NÁVOD NA POUŽITÍ.

Energetická účinnost budov - IUSES

PLYNOVÝ SPORÁK

Zkvalitňujeme cestu poznání

tepelných čerpadel

Využití elektromobilů a baterií

Prezentace ze seminářů Protherm 2016

Návod k použití a údržbě

Strategie nulových emisí v Nissanu a význam

autogen - portema