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我们在帮电动汽车变成“充电宝”,争取让大家“充电放电都是赚钱”

除了饮食安全、健康,现在的城里人最怕的还有停电。一旦停电,空调暖气不能用,电脑不能用,更可怕的是Wi-Fi也没有了,此时,如果恰好你的手机还没来得及充电,那就更焦虑了。中国科学院广州能源研究所研究员黄玉萍带来分享《能源优化能做什么?我们想让每辆电动汽车都成为行走的储电站》。


黄玉萍演讲视频:


以下为黄玉萍演讲实录:


大家好,我是黄玉萍,来自中国科学院广州能源研究所。我的研究工作主要有两部分:能源系统优化和电动汽车并网运营


大家可能发现,现在停电已经越来越少了,这其实就是能源系统优化的成果。


不过前几天我家停电了,整个小区一片漆黑,电梯也停了。我那天下班,回家要爬上十楼。回到家,我老公说他晚上要加班,就把孩子交给了我。我在家里翻箱倒柜,把多年不用的充电宝找了出来,希望有一些余电,不过放了太久,平常也没有充放电,用不了。



十几分钟后有人敲门,原来是我老公回来了,手里拿了一包蜡烛。他跑遍了整个小区,好不容易才买到几根。当时我感动得不知道说什么,因为我觉得爬十楼已经气喘吁吁了,没想到他还专门买了蜡烛回来。那天晚上我和我妈、还有我蛙,点着蜡烛等着电来。


以前晚自习一停电,大家就很开心,因为可以不做作业。大家拿着蜡烛狂欢,还有一些调皮的同学讲鬼故事。


而这时候,通常会听到一个轰隆轰隆响的声音,其实是备用发电机在工作。没多久,电就来了。


其实停电,就是城市电网和配电网局部发生了故障


当备用发电机组开始工作,停电的地方就变成了一个独立微电网(Micro-Grid),也叫“微网”,是指由分布式电源、储能装置、能量转换装置、负荷、监控和保护装置组成的一个小型发配电系统。


简单来说,微网主要由三部分组成——



分布式电源:微网中的电源多为容量较小的分布式电源,包括微型燃气轮机、太阳能电池、光伏电池、小型风力发电机组等。


储能装置:包括蓄电池、热储能等,将余电通过电或者其它能量形式储存起来,在需要的时候使用。储能装置非常重要,可以保持整个微网供需平衡,还能维护电压和频率稳定。


负荷。其实就是微网的用电容量。如果为手机搭配微网,负荷很小,但如果为居民小区搭建微网,负荷就非常大,而且搭配的储能装置容量也要非常大。


为什么现在很少经历大规模停电呢?


因为我们早已对电力系统进行了升级改造,包括发电、输变电、配电和用户系统各方面。



电力系统的主要功能是将自然界的一次能源,通过发电动力装置转化成电能,再经过输变电设备和配电系统供电到各负荷中心,最后通过各种设备将电能转化成动力、光、热等不同形式能量为人们服务。


电力系统的升级改造实际要求有充足的发电、输电设备和足够可利用的动力资源,满足日益增长的全社会用电需求。



居民小区用电负荷具体怎样变化?


早上七、八点,大家起床、洗漱、吃早餐,这时候就会出现一个小高峰。下午四点钟开始,用电量突然上涨,因为大家开始下班、放学回家,做饭吃饭,打开电热水器准备洗澡,也称为“用电高峰”。到了半夜,人们用电量最低,也叫做“用电低谷”。


电力系统每日最大负荷与最小负荷之差,就是“峰谷差”。其实峰谷差并不是越大越好,因为用电高峰时段需要额外的发电资源,燃烧更多的燃料供电。


所以电力能源系统优化就是为了减少峰谷差,进行削峰填谷,同时还要确保电力系统安全运行,做到既经济又合理地利用这部分能源


怎样才能做到能源系统优化?



2017年,我从美国回来接手了一个项目,给一个主要生产中成药和中药片剂的产业园区做智慧能源管理系统,其中有各种各样的用能需求。


在家煲中药,一般先把药材放进药锅,再加水,然后打开炉子烧。药厂有一点点不一样,他们先把药材放进提取罐里,然后加入蒸汽和热水,先盖上锅盖猛火烧半小时,接着转为小火熬一个半小时,再经历一些提取、浓缩、干燥、制粒、包装的生产工艺。整个过程中,每个过程、每个操作的用电量都不一样,而且也不是每个操作都需要用到蒸汽。



产业园区还有好多企业,另外一个企业生产不同牌子的中药冲剂。他们的要求是生产线八小时不停运作,前面四小时用蒸汽,后面四小时用电。此外还有其它厂家。把它们所有能源负荷加起来,问题就变得非常复杂:锅炉每小时产多少蒸汽,才能满足大家的用热需求?发电厂要发多少电,才能满足整个园区的正常运作?


在这里,就用到能源系统优化。


首先,我们会为主要用能设备安装传感器进行实时监测;然后,把采集的数据上传系统分析,挖掘出用能负荷特征,对系统运行、操作逻辑关系进行数学建模,在计算机内建立仿真模型,模拟出整个园区的实际生产状况,包括产能、产热过程,用户用电特征等等。我们可以在仿真系统里随意增减设备,控制锅炉开关,从而找出最佳搭配和最佳运行条件。通过这种优化调度方式,就可以提高能源系统效率,增强调峰能力和最大范围的优化配置资源。


大家可能会想,我们能不能把电储存起来,需要的时候再拿出来用?


我们手上的充电宝就可以储存一定电量,但只够对储能电器进行一些简单供电,并不能把电反馈给电网,达到调峰要求。



现在我们来做一个小调查:在座各位观众,已经买了车的请举手?开纯电动汽车的请举手?


现在在交通运输领域里,车辆电动化已逐渐成为潮流趋势。2017年,中国占据全球电动车销量一半以上,并且超过全球第二大电动汽车市场(美国)两倍。


从能源和环境角度考虑,电动汽车可以利用多样化电源,替代传统的化石燃料能源,不仅能源转化效率比较高,而且对环境也比较友好,可以减少温室气体、改善空气质量、降低噪声污染。


除此之外,电动汽车还有什么作用?


电动汽车是家庭里最大的储能设备,它还可以和电网互动——可以给电网提供电力辅助服务,同时也可以作为可再生能源的缓冲


这是怎么做到的?



电动汽车最主要的核心部件是电池,可以在用电高峰放电,用电低谷充电。车主可以通过低价充电、高价卖电的方式赚取一定收益。这也是我们课题组目前研究的一个内容,在未来一段时间内可以帮助大家赚差价



电动汽车可以给城市带来更多智慧,而且让城市更干净。我们可以在太阳能辐照强烈的地区采用太阳能充电桩,在风力资源发达的地方利用风机,搭配储能电池就可以直接给电动汽车供电。


大家还记得我前面说的吗?电动汽车可以并入电网,在用电低谷时段(电价0.3~0.4元)充新能源发的电,在用电高峰时段(电价1.3~1.4元)售电,这样1度电就可以赚1块钱了,更何况电动汽车一天不仅仅充放电一次。可能很多人已经在心里打小算盘想赚差价了。


但我们也要全盘考虑事情,例如电动汽车的电池容量,车子当前的荷电状态,电池的能量密度,充放电桩的便捷性……它现在还是比较理论化和前沿的概念,市面上还没有充放电桩。不过相信在很快的将来,可能就在两三年内,大家就可以在上海看到示范项目了。

大家可能说,我不就是买几辆电动车,准备囤电就行了吗?但我可能出于个人工科思维的考虑,想问题会比较全面、细致一些。



以前也有人问我,一个女孩子,为什么要去学理工科?当时我的回答是“我喜欢”。但是慢慢长大后,我发现跟原生家庭很有关系。


我爸爸以前是一个木工专家,我小时候喜欢翻箱倒柜找东西,把他的工具全部玩了一遍。我很喜欢爸妈买给我洋娃娃玩具,但也喜欢他们我买的金属拼插玩具——我可以折腾一下午,然后非常有成就感地拿给他们炫耀我的成果。


另外,家庭周边氛围也比较重要。我从小在广东工业大学校园里长大,经常去实验室溜达,趴在窗上看哥哥姐姐们做实验。等我上中学慢慢接触化学,才挑起对理工科的兴趣。我大学导师是我楼上邻居,给了我不少鼓励,让我毕业后在科研道路上走得更远。


我很庆幸自己一直在做喜欢的事情,也希望今后可以对能源系统不断优化,把电动汽车与新能源进行无缝衔接,从各个角度服务社会。我也希望今后和同仁们一起来做好这件事情,间接保护我们的环境,谢谢大家。


演讲嘉宾黄玉萍:《能源优化能做什么?我们想让每辆电动汽车都成为行走的储电站》


作者:黄玉萍

编辑:麦芽杨、凝音

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