基本信息
- 項目名稱：
- 面向智能電網(wǎng)的電動汽車節(jié)能增效管理優(yōu)化系統(tǒng)
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 研究具有中國特色的電動汽車和智能電網(wǎng)互動系統(tǒng)，是建設資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會的需要。針對電動汽車產(chǎn)業(yè)存在的節(jié)能增效問題，本項目創(chuàng)新提出了面向智能電網(wǎng)的電動汽車節(jié)能增效管理優(yōu)化系統(tǒng)。從節(jié)能理念、電動汽車綠色電源以及節(jié)能監(jiān)管等方面實現(xiàn)我國電動汽車的最大化節(jié)能增效。預計2015年（266萬輛電動汽車），將每年帶來經(jīng)濟效益約為300億元，推動電動汽車節(jié)能增效步伐及產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。
- 詳細介紹：
- 一、項目背景究符合我國國情的電動汽車和智能電網(wǎng)的互動系統(tǒng)，是建設資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會的需要。我們針對電動汽車產(chǎn)業(yè)中存在的電能使用方面的問題，創(chuàng)新提出了這套面向智能電網(wǎng)的電動汽車節(jié)能增效管理優(yōu)化系統(tǒng)。二、系統(tǒng)設計思路系統(tǒng)分為三個部分（如下圖所示）：節(jié)能設備層、監(jiān)管層、站控層，它同時與智能電網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)對接。簡單的說也就是，節(jié)能設備層是系統(tǒng)的終端，它與電動汽車相連；監(jiān)管層負責用戶的自主操作和人機交互；站控層負責對各個子站進行宏觀的管理。我們想通過這套系統(tǒng)來實現(xiàn)電動汽車最優(yōu)化的用電模式，使電動汽車能夠通過使用我們的系統(tǒng)參與到電網(wǎng)的供需平衡調(diào)節(jié)中來，從而為國家創(chuàng)造更大的經(jīng)濟收益和環(huán)境效益。簡單的講就是引導電動汽車用戶在夜間用電低谷時進行充電，而在用電高峰時把電動汽車的電能回饋給電網(wǎng)。通過這樣的方式，電動汽車不但不會增加電網(wǎng)的尖峰負荷，反而能使其負荷平均化，減少電能的浪費。顯然想實現(xiàn)上述方案，必須從技術(shù)與監(jiān)管兩方面進行： 從技術(shù)上講：我們構(gòu)建的電動汽車PWM綠色電源不但能夠進行充電，而且實現(xiàn)了電動汽車把電能回饋給電網(wǎng)的功能。同時在能量傳輸?shù)倪^程中，提高了輸出電流、電壓的穩(wěn)定性，降低了電能的浪費。從監(jiān)管層面上講：我們通過電價與節(jié)能積分等方式，引導和鼓勵用戶進行合理充電、饋電，我們通過站控層對各子站的實時監(jiān)控、和快速充電名額分配等實現(xiàn)一個宏觀的管理。三、節(jié)能效果我們的一套系統(tǒng)的成本為1萬1千元左右，經(jīng)估算，如果能夠在充電站中投入使用，能夠比現(xiàn)有充電設備提高約35.7%的電能利用率，能夠為每臺充電樁節(jié)約38%的實際運行成本，預計2015年（266萬輛電動汽車的保有量），將每年帶來經(jīng)濟效益約為300億元，推動電動汽車的節(jié)能增效步伐及其產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。四、項目所獲榮譽 1、2010年11月，榮獲施奈德電氣杯全國大學生“節(jié)能增效”大賽一等獎。 2、2011年3月，榮獲清華大學“挑戰(zhàn)杯”學生課外科技作品競賽一等獎。 3、申請國家科技發(fā)明專利一項（201120081343.7）。 4、2011年3月，經(jīng)國家科技部信息中心查新，該項成果被認定為國內(nèi)首創(chuàng)。 5、本項目作品曾出展中國第十二屆科協(xié)年會，受到中國科協(xié)黨組書記鄧楠、中國科協(xié)副主席齊讓、中國工程院院士倪維斗、福建省副省長等專家領導一致好評。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標
- 一、設計目的我國正大力推進新能源汽車戰(zhàn)略。但實用化仍有不少問題： 1、早期的充電裝置在充電時造成的諧波污染嚴重，效率低下，電能浪費大；2、電動汽車充電電流大，易對電網(wǎng)造成嚴重沖擊，甚至使其崩潰； 3、現(xiàn)有的商品化充電系統(tǒng)不具備雙向充電-饋電功能，無法使車主參與電網(wǎng)供需平衡調(diào)節(jié)，且缺乏電動汽車用電監(jiān)管評價體系。為此，我們構(gòu)建出面向智能電網(wǎng)的電動車節(jié)能增效管理優(yōu)化系統(tǒng)。二、基本思路 1、通過PWM整流、雙向DC-DC及雙閉環(huán)前饋算法等，構(gòu)建高效、低諧波的“雙向智能充-饋電裝置”（見技術(shù)文檔）；2、搭建人機交互系統(tǒng)，給出節(jié)能評價和整改措施；通過站級管理中心對各充電站實行管理；3、通過物聯(lián)網(wǎng)及中央數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)用電信息共享，評估經(jīng)濟效益，確?？尚行?。三、創(chuàng)新點 1、充、饋電低碳化：研發(fā)低諧波污染、高效率的雙向智能充-饋電裝置；2、電網(wǎng)負荷平均化：使電動汽車促進電網(wǎng)的“削峰填谷”；3、節(jié)能模式自主化：基于PLC控制器，實現(xiàn)對車主用電行為的評價和監(jiān)管；4、節(jié)能管理智能化：構(gòu)建站級管理中心，實現(xiàn)可擴展至物聯(lián)網(wǎng)的節(jié)能增效評價監(jiān)管體系。四、關(guān)鍵技術(shù)指標硬件參數(shù)：功率因數(shù)0.95、諧波畸變率0.8%、充電功率40kW、饋電功率32kW、充電電流191A、饋電電流153A、輸入電壓220V、輸出電壓70V、充電SOC上限95%、饋電SOC下限70%；節(jié)能降耗參數(shù)：用戶節(jié)能意識、貢獻率、節(jié)能積分、充電站使用率、充饋電效率、電網(wǎng)貢獻率、諧波畸變率。
科學性、先進性
- 科學性： 1、節(jié)能設備：通過構(gòu)建“雙向智能充-饋電裝置”，實現(xiàn)了高功率因數(shù)、高有功功率利用率、低諧波污染、電能雙向流動。 2、節(jié)能管理：通過人機交互系統(tǒng)的構(gòu)建，實現(xiàn)用戶充電、饋電的自主操作；同時，通過對車主個體充、饋電等信息的采集和統(tǒng)計分析，提出節(jié)能評價模型和整改策略；再者，通過構(gòu)建站級管理中心根據(jù)電網(wǎng)當前運行狀況，制定相應電價和快速充電指標及積分鼓勵措施，引導用戶合理制定自己的用電及饋電方案。先進性： 1、所研發(fā)的 “雙向智能充-饋電裝置”：功能和性能超越現(xiàn)有單純的充電裝置，實現(xiàn)了電動汽車向電網(wǎng)饋電。 2、電動汽車節(jié)能降耗監(jiān)管系統(tǒng)：通過對車主充、饋電行為的評價及充電站運行情況的監(jiān)管，并與物聯(lián)網(wǎng)和智能電網(wǎng)信息技術(shù)融合，制定相應節(jié)能策略和鼓勵措施。若我們所研發(fā)的這套系統(tǒng)能在充電站使用，假設僅有約3萬輛電動汽車使用本系統(tǒng)參與電網(wǎng)供需平衡調(diào)節(jié)，則它們每年可節(jié)約的發(fā)電廠建設投資、發(fā)電燃煤費用及二氧化碳排放治理費用合計約340億元。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 1、2010年11月，榮獲施奈德電氣杯全國大學生“節(jié)能增效”大賽一等獎。 2、2011年3月，榮獲?！疤魬?zhàn)杯”學生課外科技作品競賽一等獎。 3、申請國家科技發(fā)明專利一項（201120081343.7）。 4、2011年3月，經(jīng)國家科技部信息中心查新，該項成果被認定為國內(nèi)首創(chuàng)。 5、本項目作品曾出展中國第十二屆科協(xié)年會，受到中國科協(xié)黨組書記鄧楠、中國科協(xié)副主席齊讓、中國工程院院士倪維斗、福建省副省長等專家領導一致好評。 6.獲2011年省級“挑戰(zhàn)杯”大學生課外學術(shù)科技作品競賽特等獎
作品所處階段
- 與遼寧電力公司、國電旗下的幾個正在籌建的電動汽車公司有合作意向。
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 合作
作品可展示的形式
- 實物、產(chǎn)品 模型 圖紙 現(xiàn)場演示 圖片 錄像
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 一、推廣前景：項目符合我國節(jié)能減排的國策，順應國家新能源汽車發(fā)展戰(zhàn)略；旨在推動我國電動車使用方面的節(jié)能增效，提高電能利用率，減少電能浪費，帶動電動汽車產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。二、技術(shù)優(yōu)勢：本設備，不僅能實現(xiàn)電動汽車的充電，同時還可將電動汽車的電能回饋給電網(wǎng)。此外，該系統(tǒng)具有很強的可擴展性，能夠?qū)嶋H運用到電動汽車充電站中。三、經(jīng)濟效益：按照國家2010-2015電動汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃和科技部預測數(shù)據(jù)，2015年，我國將建成314個充電站，電動汽車保有量將達266萬，如果我們所研發(fā)的系統(tǒng)能在這些充電站投入使用，經(jīng)估算，將減少配電線路損耗功率約1.034*106kW，減少變壓器損耗約2.095*104kW；假設有約1%的電動汽車使用本系統(tǒng)參與電網(wǎng)供需平衡調(diào)節(jié)，則它們每年可節(jié)約的發(fā)電廠建設投資約300億元，同時減少煤炭用量約8.564*105t/年，減少CO2排放量約3.323*106t/年，合計每年為國家節(jié)約投資約344億元；且隨著電動汽車保有量增加，所帶來的經(jīng)濟、環(huán)境效益無疑會不斷擴大。
同類課題研究水平概述
- 目前從核心技術(shù)而言，國內(nèi)外在消除和抑制電力電子裝置的諧波污染上主要有兩種手段：（1）裝設補償裝置，以補償無功功率；（2）采用“綠色”電源技術(shù)。對第一種方案，主要是在諧波污染產(chǎn)生后再進行治理，但這不符合電動汽車充電技術(shù)發(fā)展的要求。第二種方案中普遍采用的技術(shù)主要是有源功率因數(shù)校正器，主要由有源開關(guān)、電感及控制電路組成，其所需的可關(guān)斷開關(guān)管數(shù)量雖較少，但削弱諧波的效果不盡如人意，且控制復雜，價格昂貴，大多應于小功率場合，不適合眾多電動汽車同時充電的大功率場合，且僅允許單向傳輸電能。隨著電動汽車保有量的不斷增加和智能電網(wǎng)的不斷發(fā)展，電動汽車除耗用電能外，還可作為整個電力網(wǎng)絡供需平衡的調(diào)劑者來儲存和提供電能，參與供電系統(tǒng)的削峰填谷，為使供電系統(tǒng)更穩(wěn)定可靠出力。不久前美國特拉華大學率先提出并開展V2G（vehicle-to-grid）項目研究。該項目與威爾明頓的Auto Port公司合作，并在美國特拉華州小范圍內(nèi)投入使用，為了支持該項目，美國特拉華州通過一項法律，要求電力公司以電動汽車充電同等的費率為電動汽車向電網(wǎng)送電支付費用。但是其目前所實現(xiàn)V2G的方式是，在每輛電動汽車上安裝V2G轉(zhuǎn)換裝置，而這樣的豐田Sicons電動汽車的售價就會高達75000美元，這個價格顯然超出了廣大駕車者的承受能力。事實上，V2G的關(guān)鍵在于如何合理調(diào)節(jié)充電與饋電的過程，而作為V2G的先驅(qū)，美國也并未對此提出相應的有效對策。在國內(nèi)，V2G的大多數(shù)報道還處于概念階段，雖然有個別公司開始進行相關(guān)充饋電裝置的研發(fā)，但是也只停留在技術(shù)層面，對于V2G關(guān)鍵領域的管理調(diào)節(jié)充電、饋電過程并未涉及，在電動汽車節(jié)能增效充饋電管理優(yōu)化領域，尚無報道有任何企業(yè)或科研機構(gòu)涉及，可以說我們的項目為首創(chuàng)。
