混合储能项目研发中心定稿版.docx
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混合储能项目研发中心定稿版
HUAsystemofficeroom【HUA16H-TTMS2A-HUAS8Q8-HUAH1688】
混合储能项目研发中心
基于超级电容与动力电池的混合能量储
项目可行性研究报告
报告编制单位：
安科智慧城市技术（中国）有限公司
报告编制时间：
2013年11月26日
编制单位地址：
深圳市南山区侨香路4068号智慧广场C栋
名词释义
在本报告中，除非另有说明，下列词汇具有如下含义：
1.公司：
指中国安防技术有限公司。
2.园区：
浏阳智慧低碳产城融合示范区
3.超级电容：
又名电化学电容器（ElectrochemicalCapacitors），双电层电
容器（ElectricalDoule-LayerCapacitor）、黄金电容、法拉电容，是从上世纪七、八十年代发展起来的通过极化电解质来储能的一种电化学元件。
它是一种介于传统电容器与电池之间、具有特殊性能的电源，主要依靠双电层和氧化还原假电容电荷储存电能。
但在其储能的过程并不发生化学反应，这种储能过程是可逆的，其基本原理和其它种类的双电层电容器一样，都是利用活性炭多孔电极和电解质组成的双电层结构获得超大的容量。
4.双向DC/DC变换器：
英名名称：
BidirectionalDC/DCconverters，是一种能够根据需要调节能量双向传输的直流变换器。
使用同一个变换器来实现能量的双向传输所用器件数目少可高效进行双向功率变换的切换高转换效率、高功率密度、动态性能好、体积小、成本低在低压大电流场合，同步整流工作方式可降低通态损耗。
一、项目总论
（一）项目名称
1、项目名称：
基于超级电容与动力电池的混合能量储项目
2、项目运作法人：
中国安防技术有限公司
3、项目性质：
固定资产投资新建项目
4、项目建设地点：
湖南省浏阳河产业示范园区
5、项目负责人：
（二）运作法人概况
本项目运作法人为安科智慧城市技术（中国）有限公司,注册资金10亿元人民币，是专业从事智慧城市、数字城市、平安城市运营的综合型企业，是深圳市直通车服务企业、高新技术企业、软件企业、自主创新行业龙头企业、软件收入百强企业，以及广东省战略性新兴产业骨干培育企业、百强企业。
主要经营业务包括：
智慧城市整体解决方案、产业链投融资运营整合、安全防范领域相关产品设计、研发、生产、集成、销售、运营服务等，是我国智慧城市建设的先行者。
公司现有员工455人，90%以上员工拥有大学以上学历，其中研发人员400多人，拥有硕士以上学历近百人。
生产经营业绩如下表：
表1企业近三年来的财务情况（单位：
万元）
项目
2010年
2011年
2012年
销售收入
165604.58
364714.57
399723.29
利润总额
22753.82
66168.63
69647.92
净利润
20231.76
58349.95
61098.91
利税总额
25833
72032.88
76544.41
纳税总额
2027.76
5864.25
6896.49
总资产
319192.73
540345.52
886424.51
净资产
100231.05
136009.92
222259.56
固定资产
18029
17476.14
61921.68
作为安全防范行业国内大型集团企业，CSST提供了从研发、制造、设计、集成、施工到服务的一条龙的产品服务与解决方案。
公司致力于从事对社会安全有益的事业，缔造时代大安防，成为国内领先、国际知名的安防与消防产品供货商、软件与解决方案提供商、安防产品管道商、集成工程服务商和安防服务运营商。
CSST是国内顶级的设备制造商，于深圳市光明新区建有制造基地。
制造基地建筑面积10万多平方米，拥有6栋现代化厂房。
园区设有大型贴片中心、注塑中心、五金中心、模具中心、检测中心，提供完善的产品制造链纵向和横向的配套服务及支持平台，整合优化了产品的制造能力，专心制造、精益求精。
同时配备专业化的国际营销团队，通过规模生产、规范管理，构建海外营销网络，全力打造世界最大的安防制造基地。
CSST是国内顶级的软件与系统平台开发商，自主开发多项安防核心技术，具有强大的软件研发能力和平台整合能力。
通过持续安全管理创新，为全球中高端客户提供智能安全系统平台软件、IP小型网络监控系统及多行业应用解决方案。
公司依托软件与集成方面的卓越能力，整合集团旗下多家制造商的硬件产品，打造各类应用环境下完善的项目解决方案。
CSST是国内顶级的系统集成商，致力于为各行各业提供全面安全解决方案和集成项目实施，主要业务涉及平安城市建设、城市应急指挥建设、家居安全、环境安全监测、常规安全工程、国际集成工程、消防集成等领域。
公司较早就参与了平安城市、应急指挥等方面的建设，拥有强大的工程管理经验和系统整合能力，具有全套工程施工资质，众多优质案例。
公司客户遍及政府、公安、军事、电信、金融、能源、交通、机场、铁路、商业、医疗、教育、家庭等各行各业，应用区域到达中国最北端的漠河，应用环境到达最极端的喜马拉雅山高原、高山气候环境。
CSST是国内顶级的安防服务商，CSST集团强大的资金和系统产业构成优势，快速建立覆盖全国的强大运营体系及服务网络，致力于中国安防服务市场的综合建设，面向政府、军事、电信、金融、能源、商业、医疗、教育、家庭等领域提供全方位的安防运营维保服务，推出了报警运营服务、租赁服务、维保服务、职业培训、安防交钥匙工程等各类服务，以专业质量保障安防系统的正常运行、用户财产乃至生命的安全。
CSST是国内顶级的管道服务商，致力于整合优化国内市场的销售管道和业务，构建了深入全国各级城市的安全产品营销服务体系，以旗舰店、加盟店等一站式销售模式，提供就近便捷的售前、售中、售后服务支持和保障。
目前建成一个具有37个办事处、150多家经销商、3000多家大客户的服务网络。
目前，安防行业多家国际巨头已将CSST作为在中国开展合作的最佳伙伴。
公司近年承担和已完成签约的智慧城市建设项目包括：
⏹惠州仲恺数字化创业广场智能化项目（10亿）
⏹南京数字化新城科技园项目（66亿）
⏹安徽铜陵数字化项目（一期）（15亿）
⏹昆明电子警察和道路监控系统（2.1亿）
⏹南京数字化新城科技园项目（二期）（52亿）
⏹常州钟楼数字化科创园项目（20亿）
⏹泰州市高港区临港产业园项目（30亿）
⏹淮南市数字化国家城市湿地公园生态项目（9.6亿）
⏹镇江丹徒区数字化小区建设项目（9亿）
⏹2010年包头市石拐区数字城市建设项目（5.6亿）
⏹宁波北仑资源分配中心信息化项目（4.5亿）
⏹2011年南京紫金（浦口）科技创业特别小区（13亿）
⏹澳大利亚悉尼BIRUBI数字化景区项目（0.39亿美元）
⏹澳洲黄金海岸数字化景区项目（1.5亿美元）
⏹美国新能源环保工厂项目（1.4亿美元）
⏹美国纽约Waterfront低碳环保项目（0.7亿美元）
⏹匈牙利智能新城项目（1.4亿美元）
⏹加拿大智能小区项目（0.63亿美元）
（三）报告编制依据
本项目的实施有依可循，主要依据如下：
◆有关超级电容、动力电池的市场调查资料；
◆有关混合储能的调查资料；
◆项目所在地及周边城市的环境调查资料；
◆项目所涉内容国内、国际市场调查资料。
（四）项目实施必要性
目前电池存储系统是当前主流的能源利用方案，但传统的电池存储存在效率及寿命的使用瓶颈，已经制约了信息技术、物联网等应用的发展。
未来经济的发展将主要依赖于能源的利用效率，依托于集团领先的技术实力和财力基础，建议加快完成实验技术成果向产业化转变的步伐，有必要积极准备基于超级电容的混合储能系统的早日投产。
目前，离产品化还有以下几个不足需要完善：
◆考虑新能源峰值功率需求，电池的功率密度相对不足，可能导致两大问题：
或需要增大电池包容量，进一步增加了系统成本；或使得电池在过大的充放电率情况下工作，影响电池寿命。
◆新能源应用运行过程中，会频繁出现浪涌电流，对电池寿命造成不良影响。
◆电池充电效率有限，对于快速能量流的吸收受到限制，成为整体效率优化提高瓶颈。
针对以上问题，我们建议开发电容加电池混合能量存储系统，通过不同存储媒质的互补优化，提高整体性能。
混合能量存储技术的应用，可减小电池瞬态浪涌充/放电流，提高再生制动效率，并延长电池寿命，可应用于风力、太阳能发电及新能源汽车能量源的储能系统，在新能源系统与智能电网的协同运作中亦发挥重要作用。
此外，混合储能系统还可协助系统在灾变事故后重新启动与快速恢复，提高系统的自愈能力。
而目前市场上（包括海外和国内）均没有基于电池和超级电容的混合能源系统产品，由此可见，混合能量存储系统存在很大的市场价值和应用前景。
（五）可行性研究概述
安科智慧城市技术（中国）有限公司，属于中国安防集团（以下简称CSST）成员单位，是国内智慧城市技术与安防技术最大的运营商之一，公司在混合能量存储技术领域拥有大量的技术积累和项目实施经验，特别是在动力电池管理及能量流控制领域拥有丰富项目经验和深厚的技术储备，为各地政府部门建设智慧城市提供技术保障和更好的解决方案。
项目团队在能量存储领域的优势及竞争力总结如下：
首先，项目团队得到CSST的支持，以智慧城市作为应用平台，为技术的验证优化及产业化进程，发挥了极其重要的作用。
同时利用项目核心人员在学术、科研、产业各领域的强大网络，可借助国内外一流专家和研发团队，进行优势互补，进一步提升本团队的研发能力。
其次，项目团队一直专注于能量存储系统的研发，完成动力电池管理系统，充电站控制及能量交换机制等项目的研发及产品化进程。
这些经验将是混合能量存储系统项目开发的学术基础和成功关键。
再次，项目团队一直采用需求导向及模块化的开发方法流程。
运用模块化开发流程的丰富经验，我们将在混合能量存储系统从概念、原型到产品的开发过程中增强可跟踪性，降低技术转移复杂性。
最后，项目团队拥有技术实力强大的研发人员，在电池管理及测试、能量流控制及优化领域均具备丰富项目经验和深厚学术背景。
团队的项目经验和技术储备可使得项目在成本优化的情况下实现优秀的技术成果。
图6新能源中心优势与能力
公司的壮大和发展以及在相关领域的技术优势保障了本项目的顺利进行，本项目也将在公司承担的各智慧城市项目中进行产业化应用。
二、行业及公司技术现状
（一）行业技术发展趋势
1.混合能量存储技术发展趋势
（1）风能、太阳能、水力发电及电动汽车的新能源能量流控制，需要面对共同的技术挑战；
（2）频繁出现浪涌电流，峰值功率需求大，能量效率有限；
（3）太阳能等存在的间歇性、不稳定性和不可控缺陷，能源存储系统成为关键配套系统以保证其能量流的均衡性和连续性。
新能源应用的源效率及性能很大程度上受制于能量存储系统。
锂离子、镍氢电池和其它电池技术在提供可靠的能量存储解决方案上已取得很大进步。
它们已在许多设计中得到应用，并解决了以往的许多成本问题，但设计工程师最终仍面临着与使用铅酸电池时一样的问题，即所有这些技术都是基于化学反应，它们的使用寿命有限并受温度的限制，而且对大电流的需求也会直接影响它们的使用寿命。
因此，这些电池技术在持久性和可靠应用方面还面临着一些挑战。
目前电池能量存储系统是比较主流的方案。
然而，电池能量存储系统有几点不足有待我们进一步改善：
⏹考虑新能源峰值功率需求，电池的功率密度相对不足，可能导致两大问题：
或需要增大电池包容量，进一步增加了系统成本；或使得电池在过大的充放电率情况下工作，影响电池寿命。
⏹新能源应用运行过程中，会频繁出现浪涌电流，对电池寿命造成不良影响。
⏹电池充电效率有限，对于快速能量流的吸收受到限制，成为整体效率优化提高的瓶颈。
图2-1动力电池与超级电容特性对比
研究发现，超级电容的特性与电池有很好的互补性。
三洋动力电池与Maxwell超级电容单体特性对比可得知，动力电池有高能量密度与低功率密度，超级电容有低能量密度和高功率密度，同时超级电容循环寿命为动力电池的250倍。
开发基于超级电容加锂电池的混合能量存储系统，通过超级电容和电池这两种不同存储媒质的结合与性能的互补优化，实现能量存储的整体性能提高。
超级电容低内阻特性使得混合储能系统可充放吸收频繁浪涌能量流；同时超级电容超长寿命可实现能量流削峰填谷的作用。
其应用可减小电池瞬态浪涌充/放电流，提高再生制动效率，并延长电池寿命，可应用于风力、太阳能发电及新能源汽车能量源的储能系统，在新能源系统与智能电网的协同运作中亦发挥重要作用。
2.混合能量存储技术国内外发展现状
传统的电池存储存在效率及寿命的使用瓶颈，国内外各科研机构在混合能量存储领域，绝大部分的工作均基于纯模拟环境。
伊利诺科技大学搭建了一个缩小的桌上混合能量存储测试系统；克莱姆森大学、昆士兰大学、武汉大学与山东大学均关注于纯模拟环境下的混合能量存储系统性能仿真分析；美国IoxusInc.设计了小型混合储能样品。
但目前仍没有遵循混合储能技术路线的产品接受过市场的检验和测试。
世界各大汽车行业巨头关注于超级电容混合储能的应用。
日产iV概念车采用超级电容加生物电池混合储能方案；而本田FCX概念车，采用超级电容加燃料电池混合储能方案。
此外，国内电池/电容企业开始大力投入混合储能等相关技术的研究，包括了天津力神、中航锂电等动力电池企业和上海奥威、朝阳立原等超级电容企业，均依托自身的产业优势，横向向该技术路线进行扩展。
图2-2混合储能技术的概念应用
目前混合储能技术在国内及国际都属于前沿性领域，面对此技术路线及其中核心技术的动力电池及超级电容控制，我们需要放眼全球，正视几个现状：
第一，我国动力电池及超级电容产业仍落后于世界。
尽管我国实际上已成为锂电池与超级电容生产大国，但并不是生产强国。
我国的锂电池及超级电容产业优势仅体现在数量上，而并非质量上。
目前，我国锂电池及超级电容落后于世界的主要特征是“性能差”、“一致性差”。
其中，性能差体现为：
内阻大、效率低、有效功率小；一致性差体现为国内内阻的标准偏差普遍超过国外3倍。
第二，我国动力电池及超级电容管理系统水平落后。
尽管我国从“九五”甚至更早之前已经开展了电动汽车课题的研究，我国对于电池管理系统产品的水平却远落后于如韩国、德国、日本等相对发达的国家。
超级电容目前仍处于小规模应用阶段，其技术重心仍处于向国外借鉴超级电容生产工艺方面。
而超级电容与动力电池混合控制技术，亦缺乏产业化的应用。
第三，早年我国自主研发的管理系统均是针对铅酸电池的，相关的技术积累对于锂离子电池和超级电容并不适用。
目前对于大功率超级电容的测试与机理研究不足，进一步导致了混合储能路线缺乏所需的技术储备。
面对超级电容与动力电池的多能量源结构，需要更多的依据大量实验数据支撑，避免开发过程中的主观臆断。
（二）公司技术研发现状
理想的能量存储系统计划通过功能样机、性能样机及产品样机三期进行研发。
通过混合储能技术的应用，可以突破目前纯电池方案在能量效率与循环寿命的两大瓶颈，可以实现两大目标：
⏹储能系统NEDC工况能量回收效率提高到20%（纯电池方案工况为15%）
⏹储能系统寿命提高到2000次循环充放（纯电池方案为1000次）
目前第一期功能样机研发成功，并通过验收，第二期将进行性能样机的研制，并计划在2014年底完成。
目前公司的技术团队在动力电池管理系统、快速充电站及电动汽车整车控制系统的数个项目中积累了动力电池管理、能量存储及能量流控制的研发经验备，具备顺利实施的条件。
公司自主研发的混合能量存储样机可用于动力电池、燃料电池、超级电容及其他电储能装置的能量相互交换。
主要用于储能电站，电电混合汽车，测试等需要进行充放电领域。
同时此变换器可以按客户指令可以实现任意一方向上的恒流，恒压恒功率等各种外特性输出。
图2-1混合能量存储系统样机
三、项目定位与建设内容
（一）项目功能定位
计划通过功能样机、性能样机及产品样机三个阶段的研发，将完成此技术路线的产业化实现，通过建筑微电网、风光互补系统及电动汽车等领域的应用，与中国安防集团的相关部门合作，在智慧城市中落地实现。
◆建筑微电网，与CSST研究院集成分院共同推进楼宇低碳及智慧化方向，通过混合储能系统的优化配置及控制，实现楼宇建筑能源的优化及减排。
◆与CSST节能减排板块合作共同搭建风光互补系统，利用混合能量存储系统作为存储媒质，克服其间歇性和随机性等使得发电不稳定因素，起到平抑波动、削峰填谷和能量调度的作用。
◆与CSST研究院香港分院智慧汽车中心开发的电动汽车作为应用载体，通过电电混合优化技术，进一步提升动力系及整车性能。
项目将为城市级混合能量存储系统提供低成本、高可靠、可满足智慧城市建设中新能源发展以及合理利用的混合能量存储系统，从而推动我国智慧城市建设进程。
（二）项目建设内容
本项目将由生产、生活和康体3个主体建筑组成，其中生产建筑占地1万平米，生活和康体各占地3千平方米。
图3-1工程规划示意图
培训中心
员工
宿舍
会议室
办公室
实验室
实验
库房
活动中心
医务中心
餐厅
生产车间
电容主控模块
暂存库房
装配车间
调测车间
包装车间
仓库
生产车间
双向DC主控模块
1、建安工程
（1）生产、办公建筑主体
规划中的生产建筑共分三层，其中：
◆地下1楼为停车场；
◆1楼主要设置5个作业车间（生产车间、暂存库、装配车间、调测车间、包装车间）和3个库房；
◆2楼主要为行政、办公区域和实验室、室验库房。
（2）生活建筑
本规划中的生活建筑主体，包括员工宿舍和餐厅，其中：
◆餐厅1－2楼，两层共6000个平方；
◆3－7楼为员工宿舍每层3000平方共1.5万平方，考虑到未来3－5年的业务发展空间，每层将建设50个房间，每间40个平方，可容纳1000人居住需求。
（3）康体娱乐建筑
规划中的康体娱乐建筑，包括了医务中心、员工活动中心和培训中心：
◆1-2楼约6000个平方为医务中心；
◆3－4楼为员工活动中心共6000平方；
◆5楼建筑面积约3000平方主要用为作培训中心。
（4）相关装修标准
本项目拟根据不同的功能区域要求进行设计装修。
①保温处理
六面保温处理，即内墙面、屋顶、地面均需要用保温材料敷盖，降低能耗的同时可大幅提高恒温恒湿精密空调的控制精度。
另外地面的保温处理还可以避免在夏季室内外温差较大时楼下的房间产生冷凝水。
②门窗密封
所有的玻璃窗户密封效果非常好，整个大楼保证微正压，通风采用净化后管道送风，采用中央空调制冷。
③缓冲间设置
对温度与湿度要求特别高的实验室必须在装修时设置缓冲间，以缓解室内外温湿度差，缓冲间与实验室隔离开来，单独留有空调送风口及做好回风处理，操作人员在进入缓冲间后随即关门并在在进入实验室前停留3-5分钟，做好进入实验室的相关准备，缓解人体与实验室的温度与湿度差，可大大减小实验室操作人员在进出实验室时带来的实验室内的温度与湿度值的波动。
④电器照明
装修时应遵循尽量减少发热量的原则，在电器选择上必须采用发热量低的照明及其它电器设备。
除非必要，在实验室内尽量减少发热电器设备的使用。
2、设备工程
本项目新增设备主要为生产设备和实验室设备，下表根据实验室环境预估了每条产线大致所需的设备明细及费用。
表3-3项目生产设备总投资清单
设备
规格
数量
单价
（万元）
合计
（万元）
大功率模拟及测试系统
50-60KW
1
36
36
动力电池组
锂离子12-18KWH
1
18
18
超级电容组
6-10法拉
1
18
18
双向DCDC模块
峰值60-80KW
1
18
18
嵌入式开发系统
16位MCU系统
3
0.5
1.5
功率分析仪
1GHZ4通道
1
14
14
电流探针
1
3
3
三相380V&100A的输入电源
1
5
5
电池电容的性能测试
大功率放充电测试
2
2
4
实地示范运行测试
系统运行测试
1
4
4
动力台架工况测试
1
8
8
机械及电子制造加工
若干
6
各类模块、配件等
若干
5
大功率接插件、熔断器与连接线
若干
5
附件及仪器
示波器、稳压电源等
若干
5
合计
150.5
四、项目选址与建设条件
（一）项目选址
本项目选址位于湖南省浏阳河智慧低碳产城融合示范区。
浏阳河智慧低碳产城融合示范区地处柏加镇与镇头镇交界位置，沪昆高铁以东、浏阳河西南面，总规划面积约9.5平方公里，由中国安防集团（CSST）投资120亿元开发建设。
CSST按照“一区示范、两型引领、三产并进、四化同步、五宜发展”的顶层设计进行项目开发，项目总规划面积9.5平方公里，其中一期投资30亿元，规划面积2.78平方公里，核心区建设用地1306亩。
主要内容包括：
研发办公区、企业总部区、商业金融服务中心、学术交流中心、智慧低碳产城融合示范区展馆、生态人才公寓、生态农庄、农业示范基地、企业大学、院士工作站、博士后流动站等。
（二）建设条件
1、地质条件
项目所在示范区位于湖南东部偏北，东邻江西省铜鼓、万载、宜春；南接江西省萍乡及湖南省醴陵、株洲；西倚省会长沙；北接岳阳市平江。
浏阳市主要为中低山和丘陵。
柏加境内地质环境好，不存在工业污染及土地恶化现象。
成土母质有板岩、花岗岩、砂岩、砂砾岩和石灰岩等岩石的风化物，第四纪红色粘土和河流冲积物，其中以板岩分布最广，面积最大。
土壤类型有红壤、黄壤、山地黄棕壤、山地草甸土、紫色土、红色石灰土、黑色石灰土等，其中红壤面积最大，分布最广。
2、气象水文条件
浏阳市属亚热带季风湿润气候，特征分明，春夏潮湿多雨，秋冬寒冷干爽。
夏季多为东南风，冬季转偏北风。
热量充足，无霜期长，气候温和，丰沛。
年平均为16.7-18.2℃，1490-1850小时，辐射量为100-112千卡/m2，无霜期271.8天，年降水量1552.3mm,平均风速1.4米/秒，最大风速20米/秒，年均湿度大约为80%。
浏阳市境内水资源丰富、水系发达、河网密布、旱涝保收，主要河流有浏阳河、南川河、捞刀河，支流236条。
3、区位与交通条件
柏加位置优越，南临株洲，西抵，地处长沙、株洲、浏阳三县市交界位置，属长株潭半小时经济圈的辐射区，距长沙市区25公里，距株洲市区26公里，距区28公里，距黄花国际机场14公里，距京珠高速13公里，距方特欢乐世界仅7公里，区域内交通路网纵横绞织，交通非常便利。
4、产业基础和政策优势
浏阳市经济产业以鞭炮烟花、生物医药、纺织服装、建筑材料、机械制造、矿产冶炼、食品加工、化工塑料、竹木加工、花卉苗木等十大产业为支撑。
其中鞭炮烟花、生物医药、纺织服装和花卉苗木颇有影响。
2012年，地区生产总值811.13亿元，位于全国县域经济百强第60位。
5、配套设施条件
浏阳河智慧低碳产城融合示范区将囊括智慧谷、总部经济区、企业研发基地、花木产业链整合基地、生态高效农业示范基地、商业金融中心、职业培训技术学校、企业大学及院士工作站、花谷森林公园、九曲花街及配套住宅等内容
公共服务配套设施主要包括医疗卫生、商业中心、文化娱乐、体育、博物馆等。
将按照《城市公共服务设施规划规范》，在商务生活区中心处布局医院、银行、邮政局等基本公共服务设施，以及国际会议中心、智慧低碳科技博物馆、五星级酒店、文化中心、商场、等大型公共服务设施。
另外，在《城市居住区规划设计规范中》的基础上，以5分钟步行尺度高标准设置
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