在全球能源转型和气候变化应对的大背景下,储能技术的发展日益受到关注。尤其是随着可再生能源比例的提高,电力系统面临着更大的调节需求和稳定性挑战。在众多储能技术中,电化学储能因其高效率和成熟技术而占据主导地位,但也面临诸多挑战和限制。

一、 储能技术的发展现状

锂离子电池作为主流的储能技术,尽管在电动汽车和便携式电子设备中得到广泛应用,但在大规模电力储能领域,其产品寿命、安全性(如火灾和爆炸风险)以及储能时长的限制成为其普及的障碍。面对未来电力系统中可再生能源比例超过50%的场景,锂离子电池难以满足长时间(十几小时乃至几天)和GW级别的储能需求。

二、替代储能技术的探索

在大规模长时间储能技术方面,压缩空气储能(Compressed Air Energy Storage,CAES)和抽水蓄能(Pumped Hydro Storage, PHS)是目前的主要选项。这两种技术虽然能够在一定程度上满足大容量和长时间的储能需求,但其应用受到地理位置和环境条件的限制,无法在全国范围内广泛部署。

解析液流电池储能的技术配置与应用优势

图摄于辽宁科京严川伟现场演讲

三、液流电池的优势

液流电池在这一背景下显得尤为重要。液流电池在技术特点上是最接近压缩空气储能和抽水蓄能的技术路线。它通过在两个容器中存储液体电解质,并在充放电时使这些电解质在电池的两个部分之间流动,从而存储和释放能量。

解析液流电池储能的技术配置与应用优势
图摄于山西国润张家乐现场演讲
  • 分离的能量和功率

由于液流电池的能量(电解液)和功率(电池堆)是独立的,可以根据实际需求独立扩展,这种设计降低了扩展成本,用户可以根据需要选择增加储能容量或输出能力,而不必替换整个系统。

  • 0V起充、快速响应

由于其结构,液流电池可以在几乎完全放电的状态下开始充电,这是其从0V起充的特性。 液流电池独特的电气特性,如低电压和大电流,以及从0伏起始充电的能力,使得它们特别适合用于需要大规模能量存储和高度可调节性能的应用。

  • 长寿命和低替换成本

液流电池具有较长的寿命,通常可以达到20年以上,相比之下,传统锂离子电池的寿命通常在5到15年之间。此外,液流电池的关键组件(如电解液)可以重复使用,降低了长期的更换或升级成本。
解析液流电池储能的技术配置与应用优势
图摄于大连物化所张华民现场演讲

四、液流电池储能的技术配置

液流电池储能系统除了我们所熟知的电堆及其内部关键材料、电解液及其储罐、泵、管路阀门等等,通常还需要配置大功率的双向DCDC转换器和双向储能逆变器(PCS)以优化性能。
解析液流电池储能的技术配置与应用优势
钒液流电池为例整个钒液流电池储能系统通过多个钒电池单元集成。这些钒电池单元的连接通常有两种方式:
  • 串联共用电解液结构:将多个VRFB单元通过串联连接,所有电堆共享同一电解液。
  • 串联独立电解液结构:每个VRFB单元的电堆和电解液独立运行,保证单元间无流体相互干扰,提升系统的灵活性和便捷性。

此外,钒液流电池储能在可再生能源发电中的配置方式对电池储能系统构建具有重要影响,储能系统的配置可采取集中式和分布式2种:
  • 集中式储能一般功率高,容量大,独立配置功率调节系统(PCS),直接与电网耦合,便于调度控制。例如,在大型风电场或光伏电站,可在变电站出口集中配置储能。
  • 分布式储能一般功率低,容量小,可考虑将其PCS与分布式发电单元并网装置在结构上进行复合。分布式储能虽然配置分散,但如果按照集中控制,统一调度的原则运行,在抑制可再生能源发电功率波动、稳压、调颊等方面也可以取得较好的控制效果。

解析液流电池储能的技术配置与应用优势
图源大力储能
 

五、结论

随着可再生能源在电力系统中的比重逐渐增加,寻找能够满足长时间、大容量储能需求的技术变得尤为关键。液流电池以其独特的技术优势和灵活的配置方式,为未来的电力系统提供了一个可行的解决方案,特别是在解决可再生能源发电的间歇性和不确定性方面显示出巨大潜力。

参考资料:稳利达电力电子、Flow Battery 储能

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原文始发于微信公众号(艾邦液流电池网):解析液流电池储能的技术配置与应用优势

液流电池(Flow Battery)是一种可充电电池,它通过液体电解质的流动来存储电能。与传统的固态电池(如锂离子电池)不同,液流电池的能量存储组件(电解质)是分离的,通常储存在外部容器中,在充放电过程中通过电池单元循环。
液流电池是一种活性物质存在于液态电解质中的电池技术,电解液在电堆外部,在循环泵的推动下流经电堆,实现化学能与电能的转换。国际上液流电池主要有全钒液流电池、锌溴电池、铁铬电池、多硫化钠溴电池4种技术路线。
其中全钒液流电池目前产业链建设和技术成熟度相对较高。全钒液流电池系统由功率单元(电堆),能量单元(电解液和电解液储罐),电解液输送单元(管路、阀、泵、传感器等辅助部件)以及电池管理系统等组成。其中,电堆由离子交换膜、电极、双极板、电极框、密封等材料构成。液流电池生产线包括(双极板,膜裁切,碳毡裁切,电堆堆叠组装)等。欢迎申请加入微信群。
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作者 808, ab