全钒液流电池(VRB)系统作为一种高效的能量存储解决方案,正逐步成为电力系统中不可或缺的组成部分。随着技术的进步和应用需求的增加,模块化集成技术成为全钒液流电池开发的关键方向,旨在提高系统的功率输出和能量储存能力。

液流电池系统的模块化集成概述

图源:上海电气

一、全钒液流电池的基本原理

全钒液流电池是将具有不同价态的钒离子溶液分别作为正极和负极的活性物质储存在各自的电解液储罐中。在对电池进行充、放电实验时,电解液通过泵的作用,由外部贮液罐分别循环流经电池的正极室和负极室,并在电极表面发生氧化和还原反应,实现对电池的充放电。

液流电池系统的模块化集成概述

二、储能系统结构组成

钒液流电池储能系统涉及新能源发电、电池堆及电解液输送管理、电力电子转换系统、用电负荷或电力系统等多个组成部分,是电化学、化工、电气和网络信息等相互耦合的复杂动态体系,其运行特性与液流储能电池系统的组合方式、容量大小以及电力变换器、用电负荷、控制方式等多种因素相关。
储能管理控制系统由中心控制模块、电力转换调控模块、电解液流量及运送控制模块、电池充放电管理模块、系统安全保护监控管理模块等组成。

液流电池系统的模块化集成概述

图源:硅林电气黄泽波

液流电池系统的模块化集成概述

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三、模块化系统的发展现状与方向

由于全钒液流电池功率输出和能量储存部分相互独立,容量取决于外部储液中活性物质的容量和浓度。全钒液流电池系统通过电堆模块的串并联提高系统功率,增加电解液体积和密度提高系统容量,因此,模块化系统集成技术是全钒液流电池开发的重要发展方向。

液流电池系统的模块化集成概述

图摄于上海电气现场演讲

目前,为满足全钒液流电池系统工程化应用的实际需求,各企业、研究院等对电堆模块流体分配运行工况等关键因素开展了深入的研究;建立包含反应电阻、欧姆阻抗、泵损失与漏电流等因素的VRB模型,用于液流电池系统在电力系统应用中的电路仿真研究,并对液流电池系统效率、电池一致性和安全可靠性直接影响旁路电流问题开展研究。

四、模块化系统的优势与挑战

全钒液流电池系统的模块化设计可以通过电堆的串并联配置来提高系统的功率和容量。这种设计不仅可以根据需求灵活调整系统规模,而且还通过共用电解液和集成电路的设计,有效减少了能量损失和提高了运行效率。
全钒液流电池系统的多电堆集成串并联方式是改善系统效率的有效方式之一。有实验证明,相同功率等级的全钒液流电池系统中,采用串并联集成方式可以比纯串联方式提高系统效率6%以上,且功率提高33%时,效率仅下降2%。这表明模块化集成技术能够显著提升全钒液流电池系统的性能和经济性。

然而,模块化集成也带来了新的技术挑战,如旁路电流的产生及其对系统效率的影响。在多电堆集成的系统中,电解液的共用导致不同电堆间形成离子通道,进而影响电池的充放电性能。

五、关键技术研究与发展

为了解决这些问题,研究人员和工程师们还致力于优化电堆模块的设计、改进流体分配系统和电流控制策略。例如,使用蠕动泵可以减少液体与泵体的接触,保证电解液的纯净和系统的长期稳定性。此外,高效的电流和电压控制器的开发,以及与可再生能源发电(如风力和太阳能)的集成控制,也是提高系统综合性能的关键。

六、结论

全钒液流电池的模块化集成不仅优化了系统设计,还提高了能量转换效率和运营灵活性,预示着其在未来能源存储市场中的巨大潜力。全钒液流电池系统的模块化集成是提高能量效率和系统性能的有效途径。随着技术的不断进步和市场的日益成熟,全钒液流电池有望在全球能源转型中发挥更加重要的角色。

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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