基本信息
- 项目名称：
- 面向智能电网的电动汽车节能增效管理优化系统
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 研究具有中国特色的电动汽车和智能电网互动系统，是建设资源节约型、环境友好型社会的需要。针对电动汽车产业存在的节能增效问题，本项目创新提出了面向智能电网的电动汽车节能增效管理优化系统。从节能理念、电动汽车绿色电源以及节能监管等方面实现我国电动汽车的最大化节能增效。预计2015年（266万辆电动汽车），将每年带来经济效益约为300亿元，推动电动汽车节能增效步伐及产业化发展。
- 详细介绍：
- 一、项目背景究符合我国国情的电动汽车和智能电网的互动系统，是建设资源节约型、环境友好型社会的需要。我们针对电动汽车产业中存在的电能使用方面的问题，创新提出了这套面向智能电网的电动汽车节能增效管理优化系统。二、系统设计思路系统分为三个部分（如下图所示）：节能设备层、监管层、站控层，它同时与智能电网和物联网对接。简单的说也就是，节能设备层是系统的终端，它与电动汽车相连；监管层负责用户的自主操作和人机交互；站控层负责对各个子站进行宏观的管理。我们想通过这套系统来实现电动汽车最优化的用电模式，使电动汽车能够通过使用我们的系统参与到电网的供需平衡调节中来，从而为国家创造更大的经济收益和环境效益。简单的讲就是引导电动汽车用户在夜间用电低谷时进行充电，而在用电高峰时把电动汽车的电能回馈给电网。通过这样的方式，电动汽车不但不会增加电网的尖峰负荷，反而能使其负荷平均化，减少电能的浪费。显然想实现上述方案，必须从技术与监管两方面进行： 从技术上讲：我们构建的电动汽车PWM绿色电源不但能够进行充电，而且实现了电动汽车把电能回馈给电网的功能。同时在能量传输的过程中，提高了输出电流、电压的稳定性，降低了电能的浪费。从监管层面上讲：我们通过电价与节能积分等方式，引导和鼓励用户进行合理充电、馈电，我们通过站控层对各子站的实时监控、和快速充电名额分配等实现一个宏观的管理。三、节能效果我们的一套系统的成本为1万1千元左右，经估算，如果能够在充电站中投入使用，能够比现有充电设备提高约35.7%的电能利用率，能够为每台充电桩节约38%的实际运行成本，预计2015年（266万辆电动汽车的保有量），将每年带来经济效益约为300亿元，推动电动汽车的节能增效步伐及其产业化发展。四、项目所获荣誉 1、2010年11月，荣获施奈德电气杯全国大学生“节能增效”大赛一等奖。 2、2011年3月，荣获清华大学“挑战杯”学生课外科技作品竞赛一等奖。 3、申请国家科技发明专利一项（201120081343.7）。 4、2011年3月，经国家科技部信息中心查新，该项成果被认定为国内首创。 5、本项目作品曾出展中国第十二届科协年会，受到中国科协党组书记邓楠、中国科协副主席齐让、中国工程院院士倪维斗、福建省副省长等专家领导一致好评。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 一、设计目的我国正大力推进新能源汽车战略。但实用化仍有不少问题： 1、早期的充电装置在充电时造成的谐波污染严重，效率低下，电能浪费大；2、电动汽车充电电流大，易对电网造成严重冲击，甚至使其崩溃； 3、现有的商品化充电系统不具备双向充电-馈电功能，无法使车主参与电网供需平衡调节，且缺乏电动汽车用电监管评价体系。为此，我们构建出面向智能电网的电动车节能增效管理优化系统。二、基本思路 1、通过PWM整流、双向DC-DC及双闭环前馈算法等，构建高效、低谐波的“双向智能充-馈电装置”（见技术文档）；2、搭建人机交互系统，给出节能评价和整改措施；通过站级管理中心对各充电站实行管理；3、通过物联网及中央数据库实现用电信息共享，评估经济效益，确保可行性。三、创新点 1、充、馈电低碳化：研发低谐波污染、高效率的双向智能充-馈电装置；2、电网负荷平均化：使电动汽车促进电网的“削峰填谷”；3、节能模式自主化：基于PLC控制器，实现对车主用电行为的评价和监管；4、节能管理智能化：构建站级管理中心，实现可扩展至物联网的节能增效评价监管体系。四、关键技术指标硬件参数：功率因数0.95、谐波畸变率0.8%、充电功率40kW、馈电功率32kW、充电电流191A、馈电电流153A、输入电压220V、输出电压70V、充电SOC上限95%、馈电SOC下限70%；节能降耗参数：用户节能意识、贡献率、节能积分、充电站使用率、充馈电效率、电网贡献率、谐波畸变率。
科学性、先进性
- 科学性： 1、节能设备：通过构建“双向智能充-馈电装置”，实现了高功率因数、高有功功率利用率、低谐波污染、电能双向流动。 2、节能管理：通过人机交互系统的构建，实现用户充电、馈电的自主操作；同时，通过对车主个体充、馈电等信息的采集和统计分析，提出节能评价模型和整改策略；再者，通过构建站级管理中心根据电网当前运行状况，制定相应电价和快速充电指标及积分鼓励措施，引导用户合理制定自己的用电及馈电方案。先进性： 1、所研发的 “双向智能充-馈电装置”：功能和性能超越现有单纯的充电装置，实现了电动汽车向电网馈电。 2、电动汽车节能降耗监管系统：通过对车主充、馈电行为的评价及充电站运行情况的监管，并与物联网和智能电网信息技术融合，制定相应节能策略和鼓励措施。若我们所研发的这套系统能在充电站使用，假设仅有约3万辆电动汽车使用本系统参与电网供需平衡调节，则它们每年可节约的发电厂建设投资、发电燃煤费用及二氧化碳排放治理费用合计约340亿元。
获奖情况及鉴定结果
- 1、2010年11月，荣获施奈德电气杯全国大学生“节能增效”大赛一等奖。 2、2011年3月，荣获校“挑战杯”学生课外科技作品竞赛一等奖。 3、申请国家科技发明专利一项（201120081343.7）。 4、2011年3月，经国家科技部信息中心查新，该项成果被认定为国内首创。 5、本项目作品曾出展中国第十二届科协年会，受到中国科协党组书记邓楠、中国科协副主席齐让、中国工程院院士倪维斗、福建省副省长等专家领导一致好评。 6.获2011年省级“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛特等奖
作品所处阶段
- 与辽宁电力公司、国电旗下的几个正在筹建的电动汽车公司有合作意向。
技术转让方式
- 合作
作品可展示的形式
- 实物、产品 模型 图纸 现场演示 图片 录像
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 一、推广前景：项目符合我国节能减排的国策，顺应国家新能源汽车发展战略；旨在推动我国电动车使用方面的节能增效，提高电能利用率，减少电能浪费，带动电动汽车产业化发展。二、技术优势：本设备，不仅能实现电动汽车的充电，同时还可将电动汽车的电能回馈给电网。此外，该系统具有很强的可扩展性，能够实际运用到电动汽车充电站中。三、经济效益：按照国家2010-2015电动汽车产业发展规划和科技部预测数据，2015年，我国将建成314个充电站，电动汽车保有量将达266万，如果我们所研发的系统能在这些充电站投入使用，经估算，将减少配电线路损耗功率约1.034*106kW，减少变压器损耗约2.095*104kW；假设有约1%的电动汽车使用本系统参与电网供需平衡调节，则它们每年可节约的发电厂建设投资约300亿元，同时减少煤炭用量约8.564*105t/年，减少CO2排放量约3.323*106t/年，合计每年为国家节约投资约344亿元；且随着电动汽车保有量增加，所带来的经济、环境效益无疑会不断扩大。
同类课题研究水平概述
- 目前从核心技术而言，国内外在消除和抑制电力电子装置的谐波污染上主要有两种手段：（1）装设补偿装置，以补偿无功功率；（2）采用“绿色”电源技术。对第一种方案，主要是在谐波污染产生后再进行治理，但这不符合电动汽车充电技术发展的要求。第二种方案中普遍采用的技术主要是有源功率因数校正器，主要由有源开关、电感及控制电路组成，其所需的可关断开关管数量虽较少，但削弱谐波的效果不尽如人意，且控制复杂，价格昂贵，大多应于小功率场合，不适合众多电动汽车同时充电的大功率场合，且仅允许单向传输电能。随着电动汽车保有量的不断增加和智能电网的不断发展，电动汽车除耗用电能外，还可作为整个电力网络供需平衡的调剂者来储存和提供电能，参与供电系统的削峰填谷，为使供电系统更稳定可靠出力。不久前美国特拉华大学率先提出并开展V2G（vehicle-to-grid）项目研究。该项目与威尔明顿的Auto Port公司合作，并在美国特拉华州小范围内投入使用，为了支持该项目，美国特拉华州通过一项法律，要求电力公司以电动汽车充电同等的费率为电动汽车向电网送电支付费用。但是其目前所实现V2G的方式是，在每辆电动汽车上安装V2G转换装置，而这样的丰田Sicons电动汽车的售价就会高达75000美元，这个价格显然超出了广大驾车者的承受能力。事实上，V2G的关键在于如何合理调节充电与馈电的过程，而作为V2G的先驱，美国也并未对此提出相应的有效对策。在国内，V2G的大多数报道还处于概念阶段，虽然有个别公司开始进行相关充馈电装置的研发，但是也只停留在技术层面，对于V2G关键领域的管理调节充电、馈电过程并未涉及，在电动汽车节能增效充馈电管理优化领域，尚无报道有任何企业或科研机构涉及，可以说我们的项目为首创。
