[发明专利]大规模全钒液流储能电池系统及其控制方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及全钒液流储能电池系统集成领域，特别是大规模全钒液流储能电池系统在太阳能、风能发电应用中的储能及稳定输出设计及其运行控制方法。

背景技术

随着经济的高速发展，能源、资源与环境之间的矛盾日益突出，普及应用太阳能、风能等可再生能源发电技术是解决我国能源安全、实现节能减排基本国策的重要途径，是国民经济可持续发展的重大需求。由于太阳能和风能等可再生能源发电系统具有不稳定性和不连续性的非稳态特性，其发电量会产生显著变化，需要开发和建设配套的高效储能技术来保证发电和供电的连续性和平稳性。与其他储能技术相比，全钒液流储能电池具有能量转化效率高、蓄电容量大、选址自由、可深度放电、安全环保、维护费用低等优点，已成为大规模高效储能技术的首选技术之一。

全钒液流储能电池在太阳能、风能发电系统中的应用形式主要为：当太阳能、风能发电装置的功率超过设定输出功率时，需要将电能储存在全钒液流储能电池中；当太阳能、风能发电装置的功率达不到设定输出功率时，需要全钒液流储能电池放电来补充。因此，对于储能电池而言，其输入电流、功率、容量和输出电流、功率、容量等都是不确定的，如何应对这些操作条件变化所带来的影响，即柔性问题，是实际应用过程中必须要解决的问题。原因主要有以下几个方面：其一，电池模块有一定的循环使用寿命，对于不同的输入和输出功率，可适当选择一定数量的电池模块进行充放电，整个全钒液流储能电池系统参加运行不利于延长电池模块的使用寿命；其二，电解液同样有一定的循环使用寿命，对于较小的输入、输出容量，全部电解液进行充放电会加速电解液的容量衰减；其三，对于不同的功率规模，全钒液流储能电池系统对应的电解液流量也不同，当功率规模发生变化时，电解液流量不变，势必会造成泵的功率损耗。因此从降低全钒液流储能电池系统功耗和延长使用寿命方面考虑，需要对全钒液流储能电池系统进行柔性设计，并建立相应的控制方法。

发明内容

本发明的目的是为了解决大规模全钒液流储能电池系统在可再生能源发电应用中存在的上述问题，提供了一种大规模全钒液流储能电池柔性系统设计及其相应的控制方法，在延长全钒液流储能电池系统使用寿命的同时，降低全钒液流储能电池系统的功耗。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

大规模全钒液流储能电池系统由若干功率、容量规模的单元系统组成，单元系统之间通过液体管路连接，通过调节液体连接管路上阀门以及电池模块的进出口阀门，实现大规模全钒液流储能电池系统不同功率规模、不同容量需求的运行模式。

具体为：

大规模全钒液流储能电池柔性系统，其由正整数m个，m≥2的全钒液流储能电池单元系统构成；每个单元系统均由正极电解液储罐，负极电解液储罐，循环泵，全钒液流储能电池模块，阀门构成；

正极电解液储罐通过二条管路分别与全钒液流储能电池模块的正极电解液入口和出口连接，在全钒液流储能电池模块的正极电解液入口与正极电解液储罐间的连接管路上设置有循环泵，在循环泵与正极电解液储罐出口之间设置阀门；

负极电解液储罐通过二条管路分别与全钒液流储能电池模块的负极电解液入口和出口连接，在全钒液流储能电池模块的负极电解液入口与负极电解液储罐间的连接管路上设置有循环泵，在循环泵与负极电解液储罐出口之间设置阀门；

所述全钒液流储能电池模块为正整数n个，n≥1;全钒液流储能电池模块为n＞1时，全钒液流储能电池模块间为串联、并联或串并联结合；

不同的电池单元系统间的正极电解液储罐通过管路连通，连通管路上设置有阀门；不同的电池单元系统间的负极电解液储罐通过管路连通，连通管路上设置有阀门；

不同的全钒液流储能电池单元系统间的正极电解液出口通过管路连通，连接点位于正极电解液储罐的出口阀门和循环泵之间，连通管路上设置有阀门；不同的全钒液流储能电池单元系统间的负极电解液出口通过管路连通，连接点位于负极电解液储罐的出口阀门和循环泵之间，连通管路上设置有阀门；

不同的全钒液流储能电池单元系统间的正极电解液入口通过管路连通，连接点位于正极电解液储罐的入口阀门和电池模块出口阀门之间，连通管路上设置有阀门；不同的全钒液流储能电池单元系统间的负极电解液入口通过管路连通，连接点位于负极电解液储罐的入口阀门和电池模块出口阀门之间，连通管路上设置有阀门；

在不同的全钒液流储能电池单元系统间形成6条相互连接的液体相通管路。

全钒液流储能电池模块为n＞1时，在全钒液流储能电池模块的正极电解液入口和出口、以及负极电解液入口和出口处分别设置有阀门。