李璟---钛酸锂于储能领域应用方案分享.pdf

钛酸锂于储能领域应用方案分享 LTO Application Solutions in Energy Storage 银隆新能源股份有限公司 Yinlong Energy co., Ltd 奥钛纳米技术公司 Altairnano Inc. 目 录 Content 企业简介 Company Profile 技术优势 Technical Advantages 产品概况 Products Overview 应用案例 Market Applications 1 企业简介 Company profile 银隆新能源股份有限公司成立于2008 年 ， 是一家集银隆钛核心材料、 电池、 电机 电控 、 充 电设备、 智能 储能系 统、 纯电 动整 车研发 、 生产 、 销售以及 动力 电池 回 收梯次 利用为 一体 的 全球综 合新能 源产 业 集团， 旗下拥有银隆新能源、广通汽车、奥 钛储能 三大品 牌等。 奥钛纳米技术公司是银隆全资控股子公司， 总部位 于美国内华 达州里诺市Reno, Ne. ， 在美国印第安纳州 ， 安德森市Anderson, In. 及国内成都均设有研发和测试中心 。 公司主要研发及生 产高性能纳米钛酸 锂（nLTO ）材料、钛酸锂电池及电池 系统，为电网、工业 、运输、军工 及新能源发电领域提供商 业化的 专业储 能解决 方案。 2012 奥钛中国基地建立 2011 被银隆收购53.4% 股份 2005 开始钛酸锂电池研发 1973 公司成立 2018 被银隆全资收购 珠海总部 Zhuhai 天津产业园 Tianjin 成都产业园 Chengdu 南京产业园 Nanjing 洛阳产业园 Luoyang 兰州产业园 Lanzhou 邯郸产业园 Handan 石家庄产业园 Shijiazhuang 全国八大基地，实现辐射性战略部署 Production Deploied in 8 Cities of China 奥钛国际储能研究院 Altair 材料研究院 Material 电池研究院 Cell 电池应用和PACK 研究院 燃料电池研究院 充电中心 商用/ 专用车研究院 6+1研发体系，加速技术创新及产业升级步伐 6 R&D Institutes and 1 Charging Center 银隆新能源从纳米材料研究到电池、三电系统、充电设备、纯电动汽车、储能等 产品的研发生产，再到动力电池回收梯次利用， 已形成全闭合式循环产业链。 2 技术优势 Technical Advantages 银隆钛电池优势 Yinlong LTO battery’s advantages 在目前的商业应用中 钛酸锂电池的4 大优势可以发挥出其它电池无法达到的性能 而秘密就在于我们的专利 技术--- 湿法纳米材料工艺 频繁脱嵌，使石墨体积变化增大（体积变化率±10% ） 严重降低了循环寿命。 脱嵌过程，LTO 结构稳定（体积变化率±0.3% ） 具有长循环寿命特性。 材料的特性 钛酸锂材料具有稳定的三维晶体结构 ，在充 放电过 程中， 材料结 构几乎 不发生 变化， 与石墨负极材料相比被称为“零应变材料”。 3 产品概况 Product Overview 电机电控 纯电动公交车 产品概览 Product Overview 储能系统 / 电动车 单元电池柜/ 电池架 模组 / PACK / BMS 电 芯 工艺材料 纳米钛酸锂材料 提供稳定电网的  国内火电联合调频辅助服务  可再生能源，即风电，太阳能发电平滑 产品特征  3MW/1MWh ～1.2MWh；  -50℃~60 ℃；  45尺集装箱；  系统设计寿命25年， 1MWh/3MW 3C 倍率钛酸锂储能系统 45尺标准HQ 海运集装箱储能系统 1. 钛酸锂的 高倍率 性能能够 提供3C 配置系统Power : Energy=3 ，为 用户提供 一个最 小规模的 高倍率系统完成调频等辅助服务，瞬 间提供 大倍率 的输入/ 输出 ； 2. 调频等电网辅助服务或新能源平滑需求储能系统每天几百甚至上千次的浅充浅放， 尤 其是 中国的火电/ 热电 储能联合调频应 用负荷强度非常 高 ， 只有钛酸锂 系统能够承受如 此重 度 的 负荷且实现15年以上循环寿命，为 客户带 来最低 全寿命 周期成 本； 3. 钛酸锂极佳的安全性，及奥钛完善成 熟的系 统设计 能力为 电网项 目提供 安全保 障； 4. 电网系统将实际受益于提高的稳定性 ，效率 ，污染 排放及 运行维 护成本 的减少 。 奥钛钛酸锂储能系统运用于电网调频的技术优越性 Altairnano LTO advantages in Frequency Regulation  IEC 62133 国际电工委员会标准  SAE J2464 美 国机 动车工程 师学会 电 动和混合 动力电 动 汽车储能 安全和滥用试验  ISO 12405 Thermal vibration & Mechanical Shock 国际标 准 化组织 锂离子电池包和系统的测试规范 热震动及机械振动  UN38.3 锂离子电池及电池包国际运输标准  2MW KEMA 认证先进的钛酸锂 电池储能系统成功的展示了电网 应用的潜力 国际权威认证 International Certification 我们的钛酸锂技术不仅提供高功率 而且提供强大的解决方案 想象一下电动车充满电只 需要6 分 钟甚至 更短 Imagine completely charging an EV in only 6 minutes or less 想象一下像超级电容一样 工作， 但只需 要支付 锂电池 的价格 Imagine supercap-like perform at lithium-ion battery costs 想象一个电池可以在-50°C 到65°C 正常工作 Imagine a battery perform unaided at -50°C & 65°C 想象一个电池较其它锂离 子电池 ，有2 倍 以上的 滥用承 受能力……. Imagine a battery 2 times more abuse-tolerant than other Li-ion technologies…… Not just power Powerful solutions 4 应用案例 Market Applications Škoda Electric 斯柯达电气及捷克两大电车公司Ekova和Cegelec 项目需要应用钛酸锂电池 超长的 循环寿 命、超 低温性能 及3C ～6C 的高 倍率性 能。 01. 交通运输案例 Transportation 英国庞巴迪公司在英国生 产陆运 空运的 驱动系 统 ， 位于英国的德比纯电动客 运火车 。  庞巴迪公司- 英国客运火车 Bombardier 调度火车头混合动力系统  国家铁路总公司大连机车厂 • 3000HP 混合动力调车机，柴电功率混合动力系统； • 为机车提供待机工况下的辅助系统电力供应； • 机车单机运行时的电力供应； • 轻负荷牵引时的电力供应。  比利时EMROL –电动客船 BB Green • 20米客船，可运载70-100 名乘客； • 20分钟岸上充电时间； • 往返里程都以全电动模式运行。  快速充电纯电动巴士 Ultra Fast Charge EV bus Proterra BE35 Fast Charge Battery Electric Transit Bus (NREL/Leslie Eudy) Two 500kw fast chargers are located at the Pomona Transit Center Average 4.99 min charging time/12.5times /day Hybricon 12m & 18m Ultra-fast Charge Electric Bus 3 min 6~8C fast charge, operate for one hour 瑞典 Hybricon • 在北欧寒冷的冬季- 30℃ 的环境中完美运行； • 最早一批车已运行五 年以上，电池系统无任何质量投诉； • 3 分钟6 ～8C 超快速充电可以持续1 个小时的运行。 美国 Proterra • 美国能源部国家可再生能源实验室NREL成功案例研究； • 在内华达及加州运行已超过6 年； • 3 ～5 分钟600kw 6C 快速充电。 第二代 TOSA in Geneva 第一代TOSA Bus in Geneva ABB –闪充电巴士 TOSA Flash Charging EBus 日内瓦第一台纯电动铰接巴士 ， 无架空线运行， 已在瑞士日内 瓦成功运行， 目前正在国内实 现大规模应用。 运用银隆奥钛 电池10C 以上 高倍 率性能 ， 在行 驶途中，15 秒 内即可瞬间完成 充电。  芬兰卡尔玛港口机械 Cargotec 混合动力港口跨运车Hybrid Straddle Carrier 35 度奥钛LTO 电池系统8C 倍 率回馈 能量 来自该客户的混合动力系 统技术 优越性 及经济 性分析 I. 节省柴油（比传统柴油设备或车辆节 省30% ～40% ） II. 安静（噪音减少50% ，给驾驶员舒适的驾 驶环境 ，并减 少对环 境的噪 音污染 ） III. 环境污染小（减少碳排量，可以符合 各种日 益严苛 的场地 排放标 准） IV. 高效（自动化程度提高） V. 维护成本降低（减少了发动机工作时 间约1/3 ，从而 减少对 发动机 的维护 工时） VI. 运行成本降低 （每年可以节省近20万元的柴油 及维护 费用） VII. 投资的电池系统约3 年可回收成本。 VIII. 已成熟运行6 年以上 02. 工业市场案例 Industry 70 度电的系统，5 分钟6C 快速 充电可 连续在 港口运 行1个 小时 纯电动快充港口跨运车Fast Charge Straddle Carrier  芬兰卡尔玛港口机械 Cargotec 纯电动快速充电AGV  芬兰卡尔玛港口机械 Cargotec • 负载70 吨 • 70 度电的电池系统 • 6-10 分钟快速充电，无需更 换电池  通用电气- 风电 GE Wind Brilliant Wind Turbiners 奥钛与风力发电涡轮机配合使用 的小型 储能系 统 GE 风电在加州的示范系统 Small Altairnano System Larger Durathon System Test Trailer (Operates both batteries) 通过使用奥钛PowerRack 电池系统可以做到以下: • 短期储存供应风力发电场 应用所 需要的 电力 Short term storage to deliver committed power within Wind Farm Application • 确保工作人员可以15~60分钟间隔 预计能 量输出 Enable operators to forecast energy output in 15-60 minute intervals • 额外的运 营收入 ，风力 发 电商可以 卖给电 网运营 商 Additional revenue stream for wind developer- sell electricity to grid operators to regulate frequency variations AGV 无人车：EMROL & Schaefer 等公司 该应用需要钛酸锂电池的高倍率快速 充电性能， 保证无 人车24 小时不停 作业。 奥钛24V,22Ah 电池及集成的电池管理系统BMS 成功应用于武 器 ， 军事车辆， 可移动电源及备用电源应用– 美国军事与航空 电子研究组织。 ONR美国海军研究办公室 Australian DSTO 澳大利亚国防科技组织 UK Submarine 英国海军潜艇 03. 军工领域案例 Military  军舰备用及黑启动电源 Back up and black start Battery 08 年2 月20 日Piper Jaffray 清洁技术及可再 生能源 会议发 表声明 ： 奥钛电池系统将会取代美 国海军2类 军舰(52 号阿 利伯克 护卫舰 ）上持 续运行 的500kw 备 用柴油 发电机 组。 图片来源于网络 奥钛钛酸锂电池经测试通 过 ， 为美国陆军M19 105mm 轻型机枪数字化项 目供应电池。  陆军项目 ARDEC M19 Howitzer 轻型机枪 Nanosensor SBIR 纳米传感器 Micro Grid 微网 .BAA#19 .CERL 2008年10月9日，美国海军水面作战中 心对奥 钛基于50Ah 软包 电芯的 5个100Ah 22.4V 2P8S 模组进行了滥用测试，验证奥钛电池 可安全 运用于 军事项 目。 Conclusion 奥钛锂离子电池模 块被证明在所有滥 用测试场景中相比 以前测试过类似大 小的锂离子电池 ， 表 现出明显良性的结果。所 有测试 无着火 ，爆炸 现象， 无任何 模组内 的零部 件或材 质喷射 出来。 The Altairnano Mk0.5 modules performed better than other similar batteries in regards to possibility of fire. There was no fire during any of the tests performed. There was also no deflagration of the module case and no internal components were ejected from the case. With the exception of the crush test the module was not deformed as a result of any test. With respect to other similar sized lithium ion batteries the testing of this module proved very benign. 7.62mm 子弹冲击测试 Bullet 50 口径的机关枪射击冲击测试 Cal Bullet 柱体重压测试 Crush 试验非常 良性， 子弹没 有 完全穿过 模块， 模块只冒出一股烟, 模组仍有大约19.5 vdc 的电压，没有火灾或爆燃。 子 弹完全穿 过模块 ， 模块冒 出灰白色 的烟, 大概 持续了5分钟 ，模 组电压 降至12.5 Vdc ，之后在 3 个小时内降到了9.0Vdc ， 没有火灾或爆燃情况 。 子弹完全穿过模块， 模块冒出灰白色的烟, 大概持续 了5 分钟 ，模组 电压降至12.5 Vdc ， 之 后在3 个小 时内降 到了9.0Vdc ， 没有 火灾 或爆燃情况。 针刺测试 Nail Penetration Test 过充测试 Overcharge 震动测试 Viberation 温度及湿度测试 Temperature & Humidity 盐雾测试 Salt Fog 对单个模组和由铜牌连接 的一对模组在任意轴线上 进行震动测试 ， 结果显示 对电池模组没有任何负面 影响。 扫描没有发现不良 的共振频率， 模组外壳没 有扭曲或膨胀 ， 没有发现 环氧树脂胶开裂 。 测试的由铜排连接的一对 模组没有显示出受环境温 度和湿度对电性能或物理 性能的负面影响 。 对一对由铜排连接的模组 进行了测试， 发现仅在金 属和环氧树胶板表面显示 出轻微的腐蚀， 是盐雾蒸 发后留下来的盐结晶造成 的 。 无其它电性能或物理 性能方面的负面 影响 。 产生大量的烟雾。模块侧 板融化，但是没有可见的 火灾或爆燃。 电池被充电至4.0Vdc, 冒 出白色烟雾，但是无火灾 或爆燃。 通过实现以下服务功能，奥钛针对电网的各种问题提供专业的解决方案： Altairnano creates solutions to problems highly specific to the electric grid, and uses our energy storage technology to bring value to utilities, through: 04. 电网项目案例 Grid • 调频 • 可再生能源发电整合-- 平滑及调频 • 电压调节 • 分布式能源电力支持 • 黑启动 • 微网优化 • 增量配网 • 热备用 •Frequency regulation •Renewable integration •Voltage support •Distribution level support •Black start •Microgrid optimization •Energy capacity enhancement •Spinning reserve 客户 Customer 系统配置 Configuration 应用 Application 地点 Location 运行始于 Operation started in AES 1MW/250KWh Frequency regulation PJM, America 2009 AES 1MW/250KWh Frequency regulation ERCOT, America 2010 Energy Storage Holdings, LLC 1.8MW/300KWh Frequency Regulation PJM, US 2013 • 可靠的运行及与电网交互反应 • 超过500,000次的浅充浅放，共3,300 兆瓦时 • 在线率 95%, 按照计划创造经济收入 • 能量衰减小于2% ， 并且没有大的功率衰减 • 预期保持额定功率及能量25年以上，无需更换电池 2007年奥钛向美国AES 先后交付2套各1MW/250kWh 的调频 系统， 服务于PJM ISO( 独立系统 运营商） 市场，以下是截取了头两年的 一段运 行数据 ： 对AGC 信号在4 秒钟内 做出反应 客户 Customer 系统配置 Configuration 应用 Application 地点 Location 运行始于 Operation started in HNEI / HELCO 1MW/250KWh Wind power Integration & FR Hawaii 2013 HNEI / HECO 1MW/250KWh Solar power Integration & FR Oahu, Hawaii 2016 HNEI /MECO 2MW/397KWh Solar power Integration & FR Molokai, Hawaii 2016 Actual Wind Farm Output-Smoothing Potential by Altairnano Lithium Titanate Battery Storage 9.50000 10.50000 11.50000 12.50000 13.50000 14.50000 15.50000 16.50000 1 68 135 202 269 336 403 470 537 604 671 738 805 872 939 1006 1073 1140 1207 1274 1341 1408 1475 1542 1609 1676 1743 1810 1877 1944 2011 2078 2145 2212 2279 2346 2413 2480 2547 1.5 Hour Event 2 Second Resolution MWs 0% 20% 40% 60% 80% 100% 120% 140% 160% 180% 200% State of Charge  奥钛展示风电平滑技术 1MW/250kwh储能系统整合10.5MW 风电场 9.5% 储能配比  通过平滑新能源功率斜坡率及控制电压波动创造价值 180万美金交钥匙项目，包含3 年的技术支持  控制斜坡率至1 MW/min 根据以下夏威夷自然能源研究所基于其中一套系统前三年的运行记录，发表于 Journal of Power Sources 的文章信息可获知：  奥钛1MW/250kwh储能系统处于工作状态的时间达到了90% ，期间没有出 现过任何故障  3 年时间中，储能系统单体电芯一共进行了5200次左右的等效满功率循环  最高充放电倍率达到了6C 客户 Customer 系统配置 Configuration 应用 Application 地点 Location 运行始于 Operation started in Vestas 1MW /250KWh Wind power Integration &FR Denmark 2014 储能与风电场的功率配比 ESS & Wind Farm Power Ratio 18 MW Wind Farm with Output Ramping Smoothed to .7MW/min 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 1 68 135 202 269 336 403 470 537 604 671 738 805 872 939 1006 1073 1140 1207 1274 1341 1408 1475 1542 1609 1676 1743 1810 1877 1944 2011 2078 2145 2212 2279 2346 2413 2480 2547 2 Hour Event 2 Second Resolution MWs Raw Wind Farm Output Smoothed Windfarm Output 18 MW Wind Farm with Output Ramping Smoothed to 2 MW/min 8 9 10 11 12 13 14 15 16 1 68 135 202 269 336 403 470 537 604 671 738 805 872 939 1006 1073 1140 1207 1274 1341 1408 1475 1542 1609 1676 1743 1810 1877 1944 2011 2078 2145 2212 2279 2346 2413 2480 2547 2 Hour Event 2 Second Resolution MWs Raw Wind Farm Output Smoothed Windfarm Output 1. 客户期望达到的调节效果 Effect 2. 并网政策要求 Policy 4MW 储能系统 整合18MW 风电场 （22% ）平滑后输出的斜坡率为 0.7MW/ 分钟 2MW 储能系统 整合18MW 风电场 （11% ）平滑后输出的斜坡率为 2MW/ 分钟 客户 Customer 系统配置 Configuration 应用 Application 地点 Location 运行始于 Operation started in TSK 2MW/397KWh Integrated solar power generation PUERTO RICO, USA 2015 客户 Customer 系统配置 Configuration 应用 Application 地点 Location 运行始于 Operation started in China state grid 2MW/500 KWh Wind and solar power Integration Hebei 2015 银隆新能源，为您提供定制化的储能应用解决方案 交通 运输 工业 制造 电网 调频 通信 基站 家庭 储能 建筑 节能 军工 领域 仓储 物流 银隆新能源致力于 社会· 环境· 人类· 未来与绿色同行 THANKS