北京低碳清洁能源研究院（以下简称“低碳院”）隶属于国家能源集团，成立于2009年12月，是国家能源集团的直属研发机构，国家级海外高层次人才创新创业基地。目前设有北京、美国、德国3个全球研发基地，近700名员工，其中国外员工占比30%以上，50%科研人员具有博士学位。拥有国家能源煤炭清洁转换利用技术研发中心（国家能源局）、煤炭开采水资源保护与利用国家重点实验室、北京市纳米结构薄膜太阳能电池工程技术研究中心等重点科研平台。低碳院致力于清洁能源及相关领域先进技术的开发，并通过技术创新支持国家能源集团实现世界一流清洁能源集团的战略目标。以构建高效多能源集成系统为目标，开展关键设备、核心技术、系统集成方案的开发研究及产业化，助力集团新能源业务板块的发展。

1.光伏逆变器

光伏建筑一体化应用中，光伏逆变器是一个关键设备，现在市场上的光伏逆变器，由于其体积大、重量重，多数选择放置在屋顶，需要的线缆多、距离长，不仅易发生高压直流拉弧，引起电气火灾，而且导致系统成本高、效率低，同时占用楼顶大量空间，降低了光伏板可铺设面积。

针对光伏建筑一体化应用尤其是光伏幕墙中存在的这些问题，低碳院自主开发了全球首个超薄全碳化硅高频隔离光伏逆变器，采用第三代半导体碳化硅（SiC）器件，自主研发了高频隔离拓扑结构、高带宽快响应控制算法和多间隔多区域散热等专利技术。通过仿真验证并优化主电路设计、控制算法、结构设计和热设计，开发出满足厚度薄、重量轻、耐高温、电气隔离这些BIPV要求的第一代也是业界首套超薄型全碳化硅高频隔离光伏逆变器工程样机，额定功率10kW，最高输入电压可达1100V，厚度仅为10cm，功率密度是传统光伏逆变器的2.5倍，能放置在光伏板与建筑物墙壁之间，最高额定运行环境温度70℃。   

与现有光伏逆变器的BIPV系统相比，因其体积小、重量轻，能放置在光伏板与建筑物墙壁之间，可减少交直流线缆长度50%以上，减少发生高压直流拉弧的可能性，既降低了系统成本，又提高了系统效率和系统安全性，而且不占用楼顶空间，提高了光伏板可铺设面积。应用此光伏逆变器，可以构建低成本高效率的光伏建筑一体化电气系统。低碳院正在进一步优化设计、降低成本、提高效率，计划明年实现商业化应用。

2.模块化储能变流器

针对大规模储能系统，低碳院研究开发了一款基于虚拟同步机技术的储能变流器，使模块化多并联的储能系统，在并离网运行实现双向无缝切换。

主要参数：

功率：20kW～50kW

输入电压：250～800V

输出电压：380V

多机并联和均流；

虚拟同步机；

并离网无缝切换功能；

无功补偿功能；

3.梯次电池储能系统

结合新能源汽车的高速发展，低碳院基于自身研发的模块化储能变流器开发了梯次电池储能系统。通过PCS并联、电池重组、寿命预测、模块化等关键技术，提高系统可靠性，高效利用退役电池剩余能量。

4.液流电池技术

低碳院液流电池技术主要聚焦于新一代液流电池储能技术开发和产业化。研发领域覆盖核心电堆、关键材料和系统模块，基于原始创新想法和6-sigma等先进技术开发方法论，以期为储能市场提供性价比最具竞争力的产品。

在众多储能技术中，液流电池技术相对成熟，并且具备明显的优点。主要优点包括：

1)具有本质安全性，常温运行，并且使用水相电解液，无燃烧爆炸危险，安全性好；

2)灵活配置，“量体裁衣”，在结构上与一般电池不同，具备功率和容量可独立设计的独特优点，尤其适合大规模储能；

3)使用寿命长，一般超过20,000个循环，寿命超过15年；

4)全生命周期环境友好，无排放，不污染环境，电池系统主要由碳材料、塑料、金属材料组装而成易回收，有些金属材料可持续使用，碳材料、塑料可以作为燃料来加以利用，液流电解液和固体电池电堆分开回收；

5)高残值增加经济性，生命周期内物质损失少，残值高，仅电解液一项残值通常达到70%，电堆材料可回收再生；

6)启动速度快和切换响应迅速，充放电过程无相变化，所以启动速度快，充放电状态切换响应迅速；

7)可灵活快速换电，容量快速补充，无需充电，通过电解液快速置换实现电池容量迅速恢复，适合快速换电（分钟级）、紧急供电、电能快速补给等应用场景；

8)适用于新能源发电、电网侧等大规模储能：单个循环超过4小时，适合大规模储能，寿命与新能源、电网主要硬件寿命相当，适合同期建设，一体化配置和运行；

9)储能容量大，一般在100kWh-1000MWh;

10)能量效率高，高于80%，充放电性能好，可以深度放电而不会对电池造成损害；

11)成本低。低碳院开发的液流电池技术以降低其储能总体成本为目标，以提高液流电池堆功率密度为核心指标，通过创新型的电池堆结构设计、新型关键材料和工艺优化，实现了电堆小型化、材料利用率高效化、功率输出最大化，进而实现成本的削减。

目前，低碳院液电池储能技术已经逐步形成了高功率密度电堆、煤沥青基液流电池碳电极和双极板以及新一代液流电池储能模块等多项核心技术。其中，以高功率密度电堆技术最为复杂。已申请和授权中国专利21项，PCT国际专利1项，发表论文15篇。与一般液流电池不同，低碳院液流电池技术具备高功率密度、电堆小型化、高效率和低成本四方面特点。单电池功率密度达到1050 mW/cm2，电堆功率密度达到200–350 mW/cm2，二者均处于行业最好水平之一。高功率密度技术实现了电堆的小型化和核心材料的高效化，同级别电堆体积降低25%–50%，关键材料用量降低30%-40%。在高功率密度条件下，电池效率保持在75%–85%水平。测算结果显示，总体储能成本有望降低30%以上。目前已经和正在开展“5G通讯基站+风光储”、“光储+用户侧储能”等多种场景的技术应用和示范项目。

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