无线电能传输技术在智能电网中的应用

无线电能传输技术在智能电网中的应用东南大学黄学良教授博导电话：[phone]E-mail:[e-mail]汇报提纲主要内容无线输电技术对智能电网的影响电动汽车无线输电技术与发展趋势无线充电联盟2007年，美国麻省理工学院的马林·索尔贾希克（MarinSoljacic）等人在无线电能传输方面取得了新进展，他们用两米外的一个电源，“隔空”点亮了一盏60瓦的灯泡。MIT小组隔空点亮灯泡2008年12月17日成立无线充电联盟（WirelessPowerConsortium），2010年8月31日，无线充电联盟在北京正式将Qi无线充电技术引入中国。无线电能传输的发展历史19世纪90年代，尼古拉•特斯拉提出无线电力传输的构想。由于缺乏技术/资金/客观需求等因素，无线电能传输技术长期以来未有大的突破…汇报提纲主要内容无线输电技术对智能电网的影响电动汽车无线输电技术与发展趋势1普通充电（充电桩）•多为交流充电，电压220V或380V，一次需要8-10小时充满。•一个有10个位置的电站一天充30辆汽车，10万辆汽车需多少个充电站？占用多少城市用地？2快速充电（充电站）•多为直流充电，一次充电需要10-20分钟左右。•10分钟左右把35KwH的电池充电完毕大约需要250Kw的充电功率，是一个办公大楼用电负荷的5倍，不可能在家充！一个充电站开4个充电机，功率就能达到“兆瓦”级，是个难题！！3电池更换（换电站）•更换电池，时间短，能保证汽车的正常行驶。•电池组标准化比较困难，电池组新旧问题难以解决。电动汽车的当前主要充电方式及弊端无线无线充电充电无论从安全性，美观性，便利性来讲，目前的主要充电方式存在一定的弊端，急待寻求更好的解决办法电动汽车目前充电方式的弊端汇报提纲主要内容无线输电技术对智能电网的影响电动汽车无线输电技术与发展趋势感应充电观光车韩国首尔一座游乐园内试运行一种新型电车。这种电车在铺有电感应条的路面上行驶时可“无线”充电，不像传统电车需通过路轨或车顶电线获得电力。电动汽车无线充电—目前概况•日本国土交通省（交通部）于2009年10月在奈良市，就针对充电式混合动力巴士组织过两次实际应用实验。•供电线圈埋入充电台的混凝土中。车开上充电台后，当车载线圈对准供电线圈后（重合），车内的仪表板上有一个指示灯会亮，司机按一下充电按钮，就开始充电。•电磁感应式充电充电台电动汽车无线充电—目前概况电磁感应式无线输电电磁感应——初级线圈一定频率的交流电，通过电磁感应在次级线圈中产生一定的电流，从而将能量从传输端转移到接收端。电动汽车无线充电—充电方式优点：•功率较大缺点：•传输距离较短，实用上多在mm、cm级；•控制器体积较大；•较大气隙的存在使得系统构成的耦合关系属于松耦合，使得漏磁与激磁相当，甚至比激磁高。电磁感应式无线输电电动汽车无线充电—充电方式磁耦合谐振式（又称WiTricity技术）是由麻省理工学院（MIT）物理系、电子工程、计算机科学系，以及军事纳米技术研究所（Institute for Soldier Nanotechnologies）的研究人员提出的。系统采用两个相同频率的谐振物体产生很强的相互耦合，能量在两物体间交互，利用线圈及放置两端的平板电容器，共同组成谐振电路，实现能量的无线传输。磁耦合谐振式无线输电电动汽车无线充电—充电方式优点:•利用磁场通过近场传输，辐射小，方向性要求不高•中等距离传输，传输效率较高•能量传输不受空间障碍物（非磁性）影响•传输效果与频率及天线尺寸关系密切缺点：•电源要求高，高频率、大功率实现较难磁耦合谐振式无线输电电动汽车无线充电—充电方式电磁感应方式与磁耦合谐振方式比较示意图电动汽车无线充电—充电方式比较目前东南大学已在磁耦合谐振式无线电能传输技术的多个方面处于国内领先水平，基本与国际前沿保持同步。同时我们的研究成果也得到很多企业和机构的关注，如奇瑞汽车、国网电科院、北京四方、上汽等先后来课题组参观交流。奇瑞汽车技术人员说：“贵课题组是目前我们见到的国内唯一能在半米距离实现千瓦级无线功率传输的课题组。”电动汽车无线充电—研究基础传输距离为1.3m，负载为5K欧姆电阻与一60W白炽灯串联本课题组发现的“单极放大”现象传输距离为70cm，接收功率约为600w传输距离为30cm，接收功率1kW电动汽车无线充电—研究基础结论：1、电动汽车无线充电是未来的发展趋势；2、磁耦合谐振式无线输电技术是未来电动汽车无线充电的关键技术。电动汽车无线充电—结论汇报提纲主要内容无线输电技术对智能电网的影响电动汽车无线输电技术与发展趋势优点便于信息化、智能化，降低人力管理成本真正实现电动汽车移动蓄能作用自动有序充电；多台同时充电自动有序充电降低对电池容量的要求削峰填谷，减少对电网的冲击便利、安全、可靠占地少，能充分有效利用土地资源无线输电技术与电动汽车抑制可再生能源输出波动无线充放电的电动汽车很容易实现与电网的自动交互，通过双方的智能互动系统，自动控制电动汽车的合理充放电,从而达到抑制可再生能源输出波动，提高可再生能源的消纳。抑制可再生能源输出波动无线输电技术与电动汽车减少对电网冲击无线输电技术与电动汽车①充电地点分散，有利于减少电动汽车充电的聚集度，降低局部区域对电网的冲击。②随时充电，分散连续充电时间，增加在非峰荷时间进行充电将减小充电对电网的冲击。无线输电技术与电动汽车目前电动汽车推广的瓶颈之一就是车载电池问题。若道路上可以实现无线供电，可以降低对电池容量的要求，推动电动汽车的大规模应用。降低对电池容量要求便于信息化、智能化，降低人力管理成本无线充放电的电动汽车很容易与电网实现自动交互。电动汽车与智能电网建设结合，可以监控所有电动汽车的车辆与电池状态，采集高峰、低谷用电负荷及电价等方面的相关信息，引导电动汽车车主合理充放电，不再需要大量工作人员的参与，降低了人力管理及维护的成本。无线输电技术与电动汽车自动有序充电无线输电技术与电动汽车安全、可靠有线充电方式要求在较短的时间完成汽车的充电过程，且充电过程需要人值守，以确保安全。另外，充电电缆存在老化、漏电问题，且其摆放不适当会导致人员的磕绊。而无线充电只需程序设定即可实现自动充电，且其充电过程不受物体（非磁性）影响。便利性没有电缆的连接，便于移动过程充电/静止充电，不必等待，程序设定之后即可离开。汇报提纲主要内容无线输电技术对智能电网的影响电动汽车无线输电技术与发展趋势两网合一的新型电网智能电网和公路网两网合一概念两网合一实现方式地下电能发射线圈车载智能终端公路配电变压器枢纽变电站太阳能发电风力发电。。。。。。电能无线传输电缆电能无线传输常规电网电能传输形式多样化优势１对于尚未架设输电线路的地区，可以通过在路面下方铺设发射线圈的方法，通过公路上运行的电动汽车将附近的可再生能源发电站的电能输送出来，开辟了无线车载输电方式。分布式发电公路上的发射线圈电动汽车智能终端电动汽车充电电缆无线输电两网合一的新型电网消纳可再生能源消纳可再生能源两网合一的新型电网新能源发电站投资降低优势２由于无线车载输电方式的出现，新能源发电站建设过程中可以不必考虑远距离输电线路架设的投资，只需进行电源配套投资，整体新能源发电站的投资额度会有一定程度的下降。两网合一的新型电网新能源产业投资主体多元化优势３借助无线车载输电方式将原来那些需要架设长距离输电线路而造成开发利用价值不大的可再生能源资源利用起来。由于不必直接并网，不必经过复杂审批，放宽了发电站投资建设对资质的要求，社会资金流可以充分调动起来，满足当地负荷需求。传统的可再生能源发电站由于其电力的外送必须借助于输电线路，故投资主体主要局限于电网/发电公司，但无线车载输电方式可吸引地方政府、汽车厂商以及一些投资机构参与，扩大投资主体，促进新能源开发。两网合一的新型电网促进新能源消纳优势４可将原来远离现有输电网络的那些中小规模、被认为利用价值不大的风电场和光伏电站的资源充分利用起来。将原来那些大型可再生能源发电站由于储能备用不足造成的弃风资源通过向电动汽车充电就地消耗、储存的方式利用起来。两网合一的新型电网对电网无冲击、无影响优势5无线车载输电方式在电动汽车的无线充电、能量消耗的过程中只和本地新能源电源交互，并不和电网发生直接交互，因此不存在对电网的冲击和影响。两网合一的新型电网汇报提纲主要内容无线输电技术对智能电网的影响电动汽车无线输电技术与发展趋势无线传感器网络有着十分广泛的应用前景，在工业、农业、军事、环境、医疗，数字家庭，绿色节能，智能交通等传统和新兴领域具有巨大的运用价值，无线传感器网络将无处不在，将完全融入我们的生活。无线输电技术与无线传感网如此多的节点如何解决电池问题？无线传感器网络节点典型组成传感器网络节点一般由处理器单元、无线传输单元、传感器单元和电源模块单元4部分组成，传感器节点的一个重要组成部分是电源，电源为传感器提供正常工作所必须的能源。无线传感网中的节点数量众多，且可能分布较广。无线充电技术没有电缆的连接，节省成本的同时提高系统的安全性、可靠性。与采用普通蓄电池方式相比，省去了频繁更换电池的麻烦。所以，无线充电技术可以很好的解决此问题。无线输电技术与无线传感网谢谢！