科创中国

一、成果简介：

“基于移动场景清洁能源智慧储能全系列产品解决方案”主要由移动储能施工电源、移动智慧方舱、移动储能多功能电源车、充电式智能轨道机车组成。全系列产品采用高能量密度移动储能施工电源的集成及保护技术替代柴油机等高耗能低效率设备，减少化石燃料的使用。产品静音、环保，可大幅降低用户使用成本，并且无CO₂、硫化物、烟尘等排放物。该方案在电力施工、电力设备改造以及户外作业、工矿企业短途运输作业等场景，实现对传统燃油发电的替代解决，满足各种生产生活需求。目前，“移动场景智慧储能解决方案”已在江苏广泛应用于不停电作业支撑、重要负荷保供电、配网设备增容、户外应急供电、钢厂钢包运输等。

 图1 移动储能施工电源现场照片            图2 移动储能智慧方舱现场照片

图3 移动储能多功能电源车现场照片        图4 新型智能轨道电动机车现场照片

二、技术优势及性能指标：

基于移动场景清洁能源智慧储能全系列产品解决方案中的移动储能施工电源、移动智慧方舱、移动储能多功能电源车、充电式智能轨道机车原理性能各有特点：

1、移动储能施工电源主要包含电池系统、BMS（电池管理系统）、逆变系统、智能物联系统及充电系统。其中BMS对电池进行管理，实时采集、处理、存储电池组运行过程中的重要信息，实现锂电池系统中的安全性、可用性、易用性，防止电池出现过充和过放，延长电池的使用寿命；逆变系统把直流电能（电池系统）转变成220V/50Hz；智能物联系统将机器运行主要参数定时上传到大数据平台，使设备使用数据可追溯；充电系统可满足用户快充/慢充，可满足不同用户充电需求。通过各核心系统互通互联将电池系统的电能有效释放，在不改变用户使用习惯的基础上，满足日常电器、工具、设备使用需求。

2、移动储能智慧方舱主要包含电池系统、储能变流器（PCS）、控制箱以及载体部分。其中PCS用于实现交流电与直流电之间的变换，工作于并网模式时按照上级指令进行功率输出，离网模式时作为独立电源为负荷供电，满足用户的用电需求。控制箱内配置的就地监控系统主要用于监测电池组和PCS的运行状态，系统独立运行时，监控系统进行优化调度以首先保证交流母线电压、频率的稳定，保证对系统内重要负荷的供电，在此基础上通过对各不同功率等级的储能系统以及负荷的合理调度，提高储能电池的使用寿命，提升整个系统的经济效益。

3、移动储能多功能电源车是移动式储能综合保供电系统拓扑，主要由交直流变换系统、储能系统、监控系统等四部分构成，通过该系统能够保证对所接入负荷的可靠供电，各部分功能如下：

（1）交直流变换系统：该部分由储能变流器和隔离变压器组成，其中储能变流器与电网相连，主要对储能系统进行充放电，保证电量充足。离网时为负荷提供稳定三相四线制380V/50Hz电源。

（2）储能系统：与储能变流器的直流侧相连，电网出现故障时为系统运行提供能量支撑，保证储能变流器能够离网运行，为负荷供电。

（3）监控系统：该系统包括就地监控平台和手持终端两部分，其中就地监控平台可实现与交直流变换系统、储能系统、直流变换系统以及外部的即插即用接口柜进行实时通讯，监测各装置的运行状态，实现对各装置的控制操作，并对整个系统进行协调控制，保证系统安全可靠的运行。手持终端可通过无线通讯与就地监控平台进行通讯，显示各装置当前运行状态，同时可向就地监控平台下达控制指令，实现对移动式储能车的远程监控。

4、新型智能轨道电动机车依托直交变频驱动技术，将电池系统的直流电通过大功率IGBT元件逆变为频率可调的三相交流电，驱动电动机作为机车动力。驱动部分采用国际先进的直接转矩控制技术，使永磁同步电机最大转矩可达额定值300%，机车带重载起动强劲有力。新型机车可取代传统内燃机车用于工矿企业的调车和短途运输作业。新型智能轨道电动机车主要由整车控制器、电池系统、主驱动器、遥控驾驶等组成：

（1）整车控制器：整车控制器作为整个机车的核心控制部件，掌控整个机车运行和安全保护功能。整车控制器采集各部件信号，做出相应逻辑判断，控制下层的各部件控制器的动作，驱动机车正常行驶。整车控制器主要功能包括：驱动力矩控制、制动能量的优化控制、整车的能量管理、CAN 网络的维护和管理、故障的诊断和处理、车辆状态监视等。

（2）电池系统：电池系统由磷酸铁锂电池组、BMS管理系统及其保护系统组成。本车选用高安全、高循环寿命的磷酸铁锂电池，磷酸铁锂电池组有着性能良好、安全性最好、极好的循环寿命、可快速充电、无污染、体积小、重量轻、低成本的优点，可很好的适用于新型智能轨道电动机车。BMS管理系统采用三级管理架构，监测电池系统的电压、温度、电流，对电池组进行故障诊断，分析评估电池的容量、荷电状态及故障诊断，具备被动均衡管理功能。整车集成开发了一套控制电池运行环境到火灾预警、介质灭火的全方位电池保护系统。

（3）主驱动器:主驱动器采用直接转矩控制技术，将蓄电池的直流电通过大功率IGBT元件逆变为频率可调的三相交流电，驱动永磁电机作为机车动力。直接转矩控制技术可以直接控制电机的磁通和转矩，使电机与机车轮对的负载需求匹配精度更高。

（4）驱动电机：驱动电机轴与机车驱动轴同轴，有效减少机械传动环节自身能源消耗，提高电机有效使用效率，电动机的最大转矩可达额定值300%，使机车带重载起动强劲有力。

（5）遥控驾驶（辅助）：本车具备远程遥控驾驶功能，可在车下控制机车工作，从而可减少司机班组人员。遥控系统具有可靠性高，操作灵敏，寿命长，输出节点多组合灵活，遥控操作最高速度可达10km/h，操作距离可达500m。遥控系统安装在操纵台旁边，通过遥控器可实现机车运行方向选择、机车调速、机车制动、头灯、近照灯、标志灯、喇叭控制、撒沙控制和变频器复位。

技术的创造性：

1、移动储能施工电源和移动储能智慧方舱：

高能量密度移动储能方舱电源的集成技术；

移动电源快速接入装置即插即用技术；

移动储能方舱电源离网情况下冲击性负荷接入控制技术。

2、移动储能多功能电源车：

移动式储能电源系统并/离网平滑无缝切换技术；

移动式储能电源系统离网临时供电的电能质量（THD）优化控制技术；

移动式储能电源离网情况下供电的多系统并联运行技术。

3、新型智能轨道电动机车

机车系统，包括电池系统、保护系统、动力系统和控制系统；

可远程监测运维操作的能量管理系统；

用于机车的电池保护系统，包括监控防火灾系统、七氟丙烷气体消防装置和空调系统。

技术的先进性：

1、移动储能施工电源：

离网临时供电的电能质量（THD）优化控制技术；

离网情况下供电的多系统并联运行技术；

快速接入装置即插即用技术，与220V市电、路面充电桩无缝匹配。

2、移动储能智慧方舱：

体积小，重量轻，可完美适配市场上的皮卡运输车，可配合车联网系统灵活调度；

配置有灵活的输出接口，包括交流380/220V和直流24/5V接口，具备三相四孔、单相五孔、单相三孔插座，插座电流适配市场上大部分用电设备，同时具备7kW的国标直流充电枪，可以实施快速的道路应急救援；

配置有国标的直流充电口，可以使用市场上任意的国标充电枪进行补电，充电效率高；

系统具备并/离网双模式运行功能，并网时可以根据预先设置好的功率运行，给电池充电或者给台区进行临时增容；

系统具备离网黑启动功能，启动过程无需外部电源或UPS；

系统包括能量管理系统，具备削峰填谷、负荷跟随、平滑发电功率输出功能，可以解决季节性负荷、间断性负荷导致的台区过重载问题；

配置有云远程数据监测系统，可以在线进行方舱的运行维护；

多套储能方舱可以无通讯下垂方式并联运行，功率和容量可任意扩展，满足大功率的使用场景需求。

3、移动储能多功能电源车：

具备并离网无缝切换功能，意外失电情况下，系统由并网切换离网运行时间不超过10ms，负荷零闪动，用户零感知；

具备不停电作业支撑功能，可以支撑配网第三、四类不停电作业；

具备削峰填谷、负荷跟随等高级功能，可以解决季节性负荷、间断性负荷导致的台区过重载问题；

具备离网黑启动功能，启动过程无需外部电源或UPS，可快速进行应急供电、抢修救灾、道路救援等；

电能质量高，电压和频率波动均在1%以内；

响应速度快，毫秒级出力；

具备远程云数据监测系统，支持在线运维；

支持无通讯下垂并机运行，功率和容量可任意扩展，支持更大功率的使用场景需求；

快插接口，接入迅速、便捷；交互接口丰富，可实现快速供电、道路救援。

4、新型智能轨道电动机车：

各项关键参数均优于传统内燃机车，可在低速重载等应用场景完全替代内燃机车；

运行噪音小、不燃油、无尾气排放，用户无环保压力；

运行高效、节能降耗，在相同工况下运行的燃料费用相比传统内燃机车可降低80%。结构简单、易维修维护，维护费用相比传统内燃机车可降低60%。

具备遥控驾驶功能，可在车外控制机车工作。每台车每年可减少司机班组人员4名；

可扩展升级无人自动驾驶功能；

配置有远程数据监测系统，可以在线对机车进行数据管理和维护；

无需对钢轨线路进行电气化改造，一次投资小，经济性好，灵活性高，更适合工矿企业复杂车间环境。

三、所属领域：

综合能源系统方向：能源存储技术

综合能源服务方向：新兴用能服务技术

四、成熟度：

产业化阶段

五、市场应用情况及经济效益分析：

随着我国国民经济的飞速发展、用能需求迅猛增长。在保障生产生活正常运行的前提下，为进一步降低用能成本，减少环境污染，响应国家清洁生产节能减排政策及2025重大规划，亟需通过清洁、低耗、灵活、可靠的电能对传统燃油发电的替代。“基于移动场景清洁能源智慧储能全系列产品解决方案”通过实施电能清洁替代可为企业节能减排、降本增效，并提高供电可靠性。该成果应用优势主要体现在降低用能成本、减少尾气噪音排放、提高供电可靠性三个方面：

1、降低用能成本：全系列产品通过电能替代燃油，可大幅降低企业用能成本。以新型智能轨道电动机车为例：单台新型机车每年减少20万升柴油用量，可减少140万元燃料成本及维护运行成本。目前全国调度内燃机车保有量不低于3万台。若将调度内燃机车全部进行电动化改造，预计全年可减少60亿升柴油消耗，每年为相关企业减少运行支出420亿元。

2、节能减排：全系列产品运行无噪音、尾气排放，避免环境污染。以新型智能轨道电动机车为例：单台新型机车可减少二氧化碳排放637吨。若将调度内燃机车全部进行电动化改造，预计全年可减少二氧化碳1578万吨及其他有害气体排放，极大地缓解企业环保压力。

3、提高供电可靠性：移动储能施工电源、移动智慧方舱、移动储能多功能电源车具备应急供电、重要负荷保电、临时增容、不停电作业等功能，可有效改善供电稳定性及供电质量，避免停电可能造成的重大政治影响或经济损失。