¿Cuál es el modo de almacenamiento de energía y el principal desafío del vehículo eléctrico?

Con la continua expansión del número de vehículos eléctricos, el almacenamiento de vehículos eléctricos ha recibido una atención cada vez mayor por parte de la industria. Los vehículos eléctricos también pueden considerarse instalaciones de almacenamiento de energía distribuida. Se pueden combinar con fuentes de energía distribuidas, fuentes de energía renovables, etc. para formar sistemas de microrredes. También se pueden aplicar a la respuesta a la demanda de energía, y se pueden realizar cambios de carga y descarga en tiempo real de acuerdo con los requisitos de ajuste de flexibilidad del sistema.

Concepto y estado del almacenamiento de electricidad de los vehículos

A medida que la proporción de generación de energía renovable sigue aumentando. El desarrollo de la tecnología de almacenamiento de energía será la forma fundamental de compensar la falta de flexibilidad del sistema eléctrico. Sin embargo, la capacidad instalada de almacenamiento de energía de China es menos del 1,5% de la capacidad de generación de energía nacional, más la generación de energía de gas natural nacional y la capacidad de almacenamiento de energía hidroeléctrica. Cuando los recursos tradicionales de pico son escasos, los limitados recursos de almacenamiento por bombeo no pueden satisfacer la enorme demanda de una futura transformación de energía limpia. Aunque las tecnologías de almacenamiento de energía electroquímica (como baterías de iones de litio, baterías de flujo, etc.) se han desarrollado en los últimos años, su capacidad instalada representa menos del 1% de la capacidad instalada total, lo que no es suficiente para llenar sustancialmente la energía. suministro de almacenamiento en la brecha a corto plazo.

Los vehículos eléctricos son industrias emergentes estratégicas que se dan cuenta de la transformación de la energía del transporte de China y se ponen al día con la industria del automóvil. China ha llevado a cabo una investigación y desarrollo tempranos de tecnologías clave para vehículos eléctricos y ha implementado políticas de apoyo a la comercialización, lo que ha promovido eficazmente el rápido desarrollo de la industria de vehículos eléctricos de China. En 2017, las ventas nacionales de vehículos eléctricos alcanzaron las 777.000 unidades y el volumen de ventas acumulado superó los 1,8 millones de unidades, lo que representa más de la mitad del mercado mundial de vehículos eléctricos. En la actualidad, Alemania, Francia, Gran Bretaña, Noruega, Países Bajos, India y otros países han elevado el objetivo de los vehículos de combustible. China también ha establecido un objetivo de desarrollo de 2 millones de vehículos y 5 millones de vehículos para vehículos de nueva energía en 2020 y 2018. La implementación del "Método de gestión en paralelo para el consumo medio de combustible de las empresas de vehículos de pasajeros y los puntos de vehículos de nueva energía" significa que La electrificación del tráfico se ha convertido en una tendencia irreversible.

Con la continua expansión del número de vehículos eléctricos, el almacenamiento de vehículos eléctricos ha recibido una atención cada vez mayor por parte de la industria. Los vehículos eléctricos también pueden considerarse instalaciones de almacenamiento de energía distribuida. Se pueden combinar con fuentes de energía distribuidas, fuentes de energía renovables, etc. para formar sistemas de microrredes. También se pueden aplicar a la respuesta a la demanda de energía, y se pueden realizar cambios de carga y descarga en tiempo real de acuerdo con los requisitos de ajuste de flexibilidad del sistema. Después de la popularización de los vehículos eléctricos, la escala de regulación y control es muy impresionante. En combinación con la tecnología avanzada de control de comunicaciones electrónicas de potencia, el diseño razonable de las instalaciones de carga y descarga y la política de guía de precios de la electricidad, los vehículos eléctricos tienen un gran potencial de aplicación para mejorar la confiabilidad y flexibilidad del funcionamiento del sistema de energía.

La investigación extranjera sobre el almacenamiento de energía eléctrica de los vehículos comenzó antes. Kempton y Tomic de la Universidad de Delaware compararon anteriormente la escala de desarrollo del sistema de energía y el sector de transporte de EE. UU. Y encontraron que si hay una cuarta parte del número de vehículos en el sector de transporte de EE. UU. Para los vehículos eléctricos, la potencia total de carga / descarga de vehículos eléctricos excede la capacidad total instalada de generación de energía en los Estados Unidos. El estudio encontró además que, dado que el vehículo eléctrico fue diseñado para lograr una capacidad de ajuste de potencia instantáneo para las condiciones de la carretera, el vehículo eléctrico también cumple completamente con los requisitos de tiempo de respuesta y velocidad de ascenso del servicio auxiliar del sistema de potencia. Además, el costo de inversión del hardware V2G de vehículos eléctricos es relativamente limitado. El factor más importante que limita su promoción es la alta pérdida de vida del ciclo de la batería durante su funcionamiento. Kempton analizó además la viabilidad de tres tipos de vehículos eléctricos, a saber, vehículos eléctricos puros, vehículos híbridos enchufables y vehículos de pila de combustible, en generación de energía de carga base, generación de energía de carga máxima, capacidad de reserva y modulación de frecuencia del sistema. El estudio concluyó que diferentes tipos de vehículos eléctricos (vehículos eléctricos puros, vehículos híbridos enchufables, vehículos de pila de combustible) se adaptan a diferentes tipos de servicios auxiliares y, aunque la economía es diferente, no existen obstáculos técnicos insuperables.

En términos de demostraciones de tecnología, el gobierno danés lanzó el proyecto Edison Electric Vehicle Smart Grid de tres años en 2009, que tiene como objetivo explorar el potencial de los vehículos eléctricos para responder a la demanda de energía. El proyecto fue completado por 7 grupos de trabajo del grupo de tecnología de vehículos eléctricos, grupo de simulación de batería de potencia, equipo de evaluación técnica económica, grupo de integración de tecnología conectada a la red de energía distribuida, grupo de instalación de carga rápida, grupo de sistema de comunicación y grupo de prueba de función del sistema. La viabilidad técnica del sistema de energía V2G consiste en la generación de energía renovable y los vehículos eléctricos. El proyecto es uno de los mayores proyectos de investigación empírica para el almacenamiento de energía de vehículos eléctricos en el mundo hasta la fecha.

En términos de industrialización, los vehículos eléctricos y las empresas de pilas de carga de China ya han tomado la delantera. El BYD e6 y otros modelos han logrado una función de descarga externa de 3,3 kW y son los primeros en tener centrales eléctricas de almacenamiento distribuido de energía y vehículos de carga móvil. El sistema de carga inteligente flexible activo CMS desarrollado por Special Calls integra control, protección, visualización y medición en la subestación tipo caja basado en la función de retener la base de la pila de carga. Al mismo tiempo, detecta la carga de la red en la zona, el número de vehículos a cargar y la carga de la batería. Requisitos de tiempo de carga del estado y del usuario, distribución inteligente de la potencia de carga, carga de la batería con salida de corriente flexible optimizada, sentar las bases técnicas para la carga inteligente y el almacenamiento de energía del vehículo.

Modo de almacenamiento de electricidad del vehículo y principales desafíos

Los vehículos eléctricos pueden realizar el almacenamiento de energía eléctrica del vehículo a través de diferentes modos. Este documento divide el almacenamiento de energía eléctrica del vehículo en cuatro tipos: carga ordenada, V2G, reemplazo de batería y almacenamiento de energía de batería fuera de servicio. Los diferentes modelos tienen diferencias en el potencial de escala, el costo y la infraestructura. :

1. Carga ordenada. Aunque el vehículo eléctrico no puede descargar directamente a la red o cargar con la carga ordenada, aún puede participar en el recorte de la red eléctrica y el llenado de valles cambiando el tiempo de carga (respuesta a la demanda de energía) para realizar la función de "almacenamiento de energía virtual". La potencia de almacenamiento de energía de un vehículo eléctrico en una carga ordenada depende de la potencia de carga y descarga del vehículo, y su capacidad de almacenamiento de energía depende de la eficiencia energética del vehículo y de la intensidad del viaje.

2. Interconexión eléctrica del vehículo (V2G). En la actualidad, la capacidad de la batería de potencia de los vehículos eléctricos es generalmente limitada y la vida útil de la batería es suficiente para cumplir con el comportamiento de la carretera. La participación de vehículos en V2G acelerará el envejecimiento de la batería y generará costos extremadamente altos para los usuarios. Sin embargo, con el aumento de la capacidad de la batería y el aumento de la vida útil del ciclo, la vida útil de la batería de los vehículos eléctricos superará gradualmente la demanda de tráfico diaria y el valor de V2G aparecerá rápidamente.

3. Reemplazo de batería. El reemplazo de la batería ofrece la posibilidad de reponer rápidamente la energía del vehículo eléctrico. Dado que el vehículo y la batería están separados, el modo de reemplazo de batería libera el potencial de almacenamiento de energía de la batería del vehículo en la mayor medida posible. La batería descargada del vehículo se puede cargar y descargar en cualquier momento de acuerdo con la demanda máxima del sistema de energía. En este momento, la batería de almacenamiento de energía es similar a la central eléctrica de almacenamiento de energía de batería fija. Para el reemplazo de la batería, se permite un largo tiempo de espera entre cada dos reemplazos de batería, de modo que la batería de descarga pueda cumplir con los requisitos de regulación de la red y la vida útil de la batería para cargar y descargar, mientras maximiza el valor del almacenamiento de energía de la batería, tanto como sea posible Extienda la batería la vida.

4. Batería retirada. Con el final de la vida útil de la batería del vehículo, se espera que la batería fuera de servicio participe en el almacenamiento de energía de la red indirectamente a través del uso de la escalera. En términos generales, una vez que la capacidad de la batería se reduce a menos del 80% de la capacidad original, no se pueden cumplir los requisitos para la batería de potencia del vehículo. A medida que la escala de la promoción del vehículo eléctrico continúa expandiéndose, no se puede ignorar el potencial de almacenamiento de energía de la batería fuera de servicio.

Según los cuatro tipos anteriores de métodos de almacenamiento de energía de vehículos, si se promocionan 100 millones de vehículos eléctricos en todo el país en 2030, la capacidad teórica de almacenamiento de energía de los vehículos eléctricos puede alcanzar más de 5,000 GWh, que es mucho más alta que el potencial de los recursos de almacenamiento bombeados en China, y es plenamente capaz y a gran escala. La energía renovable forma una sinergia entre la oferta y la demanda y acelera la transformación de la estructura energética de China.

Aunque la capacidad de almacenamiento de energía del vehículo tiene una ventaja potencial sobre los recursos tradicionales de almacenamiento de energía, todavía existen muchos obstáculos para su comercialización. Además del problema del costo de la batería de energía, también tiene un impacto profundo en el modo de operación del sistema de energía existente.

Tomando V2G como ejemplo, en primer lugar, en términos de economía, el costo del almacenamiento de electricidad del vehículo está altamente correlacionado con el ciclo de vida de la batería de energía. En la actualidad, la vida útil de la batería del vehículo antes de que la tasa de retención de la capacidad de la batería de potencia se atenúe al 80% solo puede cumplir con el rango de crucero acumulado de 150,000 kilómetros, y esto solo puede satisfacer básicamente la demanda de viajes de los usuarios generales de automóviles eléctricos privados de pasajeros. Con el aumento de la capacidad de energía y el ciclo de vida, su resistencia acumulada superará gradualmente las necesidades de viaje de los usuarios de vehículos, lo que a su vez generará la economía de los servicios del sistema de energía V2G. Por lo tanto, V2G todavía tiene ciertas limitaciones económicas en el futuro cercano, pero la mejora continua de la tecnología de baterías promoverá fuertemente su reducción de costos.

En segundo lugar, V2G también cambiará la estructura del mercado de energía existente, no solo agregando un nuevo tipo de suministro de energía descentralizado, sino también cambiando la relación entre las empresas de la red eléctrica y los individuos de generación de energía, creando empresas de la red directamente y cobrando con aleatoriedad y complejidad de interés. Los usuarios de coches eléctricos tienen una relación. Desde la perspectiva de las transacciones de mercado, en el mercado tradicional, la energía eléctrica se transmite directamente desde el lado de la generación de energía a la empresa de la red en una dirección, y luego la empresa de la red la transmite al lado de la carga, por lo que el flujo de capital también es uno- forma de transmisión; en el mercado con V2G, la energía y los fondos fluyen en ambas direcciones entre el coche eléctrico y la red. Debido a las descargas frecuentes para acelerar el envejecimiento de la batería, las empresas de la red deben influir en el comportamiento de carga y descarga de los usuarios de vehículos eléctricos formulando precios de electricidad contra la compra.

Además, desde la perspectiva del modo operativo, los recursos de V2G pueden proporcionar servicios de confiabilidad similares a unidades a gran escala solo cuando una gran cantidad de vehículos eléctricos están concentrados y participan en los servicios del sistema. Por lo tanto, V2G se basa en la popularidad de los vehículos eléctricos, el establecimiento de redes inteligentes y los modelos comerciales maduros.

Promoción de las recomendaciones de la política de almacenamiento de electricidad de los vehículos

Desarrollar un precio de carga y descarga que refleje el valor del sistema.

El mecanismo del mercado y el precio de carga y descarga son los factores decisivos que afectan el efecto de almacenamiento de energía de los vehículos. Los vehículos eléctricos tienen un enorme potencial para la carga y descarga flexibles, y su valor debe reflejarse en un mercado razonable y un diseño de mecanismos de precios, promoviendo así la conexión amigable entre los vehículos eléctricos y los sistemas de energía.

Acelerar la construcción de la plataforma de operación de carga y descarga y el sistema estándar

En la actualidad, los sistemas de monitorización de las instalaciones integradas y de infracarga cuentan con diferentes niveles de soporte para la facturación ordenada. Incluso si admite una carga ordenada, el sistema tiene problemas en relación con el sistema operativo de la red. Con la aplicación a gran escala de vehículos eléctricos, los vehículos eléctricos eventualmente se convertirán en instalaciones distribuidas de almacenamiento de energía móvil, lo que impondrá mayores demandas en la carga y descarga ordenada. La carga y descarga ordenada de vehículos eléctricos depende de los vehículos, las instalaciones de carga y las empresas de redes eléctricas. Por lo tanto, la investigación sobre tecnologías de carga y descarga ordenadas debe integrar completamente a varias partes interesadas. Para las empresas de la red, las instalaciones de carga deben tratarse como una infraestructura de energía. La red de carga debe utilizarse como parte integral de la red de distribución. Se debe dar una consideración integral a la planificación, diseño, construcción y operación de las instalaciones de carga y redes eléctricas, y acelerar la plataforma de operación del servicio de carga unificada y La construcción del sistema estándar de carga y descarga promueve el desarrollo coordinado de las instalaciones de carga de vehículos eléctricos y la red eléctrica.

Realizar demostración de proyecto de sinergia entre nueva generación de energía eléctrica y vehículo eléctrico.

Sobre la base de la demostración técnica, en ciudades y regiones clave como la región de Beijing-Tianjin-Hebei, la zona de los Juegos Olímpicos de bajo carbono de Zhangjiakou, la ciudad de demostración de energía renovable de alta proporción, la zona de demostración de Internet de energía, el área piloto nacional de ciudad inteligente y vehículos eléctricos , promover y aplicar de forma centralizada las ciudades, organizar la implementación de la demostración de la tecnología de almacenamiento de energía del vehículo y acumular experiencia en el modo de política y operación para la promoción a gran escala en el futuro.

Acelerar el uso de escaleras de almacenamiento de energía de baterías fuera de servicio y el reciclaje de materias primas.

El litio, el cobalto y otros recursos son los materiales centrales en los que se basa la tecnología de las baterías de litio. La motorización de vehículos eléctricos y el almacenamiento de sistemas de energía impulsarán el crecimiento geométrico del consumo de recursos antes mencionado. La competencia y división de los recursos de litio y cobalto en el mundo se volverá más intensa en el futuro. El almacenamiento de energía de la batería retirado y el reciclaje de las materias primas de la batería pueden aliviar el problema del suministro insuficiente de materias primas ascendentes y, al mismo tiempo, aumentar el valor del ciclo de vida de la batería. Sin embargo, el almacenamiento actual de baterías fuera de servicio y la recuperación de material aún enfrentan muchos desafíos. En primer lugar, debido a la variedad de diseños de paquetes de baterías de potencia para diferentes modelos, es necesario subdividir para diferentes tipos de baterías y el flujo del proceso y los problemas de seguridad son bastante complicados. En segundo lugar, todavía existen obstáculos técnicos para la evaluación y la integración del sistema del estado de las baterías fuera de servicio. Cómo controlar eficazmente el proceso y los costos de materiales de desmontaje, prueba, agrupación, agrupación, gestión de baterías, etc., mejorar el nivel técnico relevante y mejorar los estándares de la industria son requisitos previos para el desmantelamiento de la energía de la batería y el reciclaje de materiales clave.

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