宮繼禹

大連恒流儲能電站有限公司 遼寧大連 116000

1 全釩液流電池簡介

1.1電池原理及主要特點

隨著國內(nèi)外對低碳環(huán)保的要求越來越高，清潔能源的應(yīng)用在全球范圍呈大幅增加的趨勢。由于大部分如風(fēng)電、光伏等清潔能源具有不連續(xù)性和反調(diào)峰特性，為電網(wǎng)調(diào)峰增加了極大的難度，儲能技術(shù)是解決電網(wǎng)調(diào)峰困難的最主要手段[1]。

目前儲能技術(shù)主要包括抽水蓄能、物理儲能、化學(xué)儲能、壓縮空氣儲能等形式。全釩液流電池是化學(xué)電池儲能技術(shù)的一種，主要通過正負極電解液的循環(huán)，在電堆中進行充放電。

圖1 全釩液流電池主要原理圖

該技術(shù)適用于大功率、大容量儲能，具有安全性好、循環(huán)壽命長、響應(yīng)速度快、能源轉(zhuǎn)換效率較高、綠色環(huán)保等優(yōu)點，目前我國成功實施了多個千瓦級、兆瓦級全釩液流電池儲能示范工程項目。

1.2熱量管理方案

目前，全釩液流電池直流側(cè)設(shè)計效率約80%，其中主要損失以以熱能的形式散發(fā)，儲能電站交流側(cè)設(shè)計效率約70%，主要損失為電氣設(shè)備運行損耗。

在電池充電反應(yīng)中，系統(tǒng)微量吸熱；而在放電過程中，化學(xué)反應(yīng)放出大量的熱量，這部分熱量會提高電解液的溫度，從而影響電池充放電效率，使其無法正常工作。

在小規(guī)模儲能系統(tǒng)中，主要通過空調(diào)冷卻系統(tǒng)，降低電解液溫度至其理想的工作溫度35-40℃，保證其高效、穩(wěn)定運行。但在大規(guī)模儲能電站的應(yīng)用中，該方案存在較大缺點，大量空調(diào)機組的應(yīng)用不僅令系統(tǒng)布置困難，造成大量能源浪費，同時也對周邊環(huán)境造成熱污染及噪聲污染。

2 余熱回收系統(tǒng)方案

2.1熱泵技術(shù)簡介

熱泵循環(huán)和制冷循環(huán)一樣，本質(zhì)上都是通過逆卡諾循環(huán)，將低品位熱能輸送到高位熱源的一種循環(huán)。熱泵設(shè)備就是實現(xiàn)逆卡諾循環(huán)的一種設(shè)備，通過電力做功或熱能輸入，將低品位熱能輸送到高位熱源[2]。

2.2余熱回收系統(tǒng)方案

本方案采用熱泵技術(shù)，冷卻電解液的同時回收電解液中的熱量，用于加熱熱水至75-90℃。在保證系統(tǒng)正常運行的前提下，有效回收低品位余熱，通過熱泵機組提高熱能品位，用于熱力銷售及冬季供暖，實現(xiàn)能源冷熱分時綜合利用。

圖2 余熱回收系統(tǒng)示意圖

3 余熱回收方案的主要意義

3.1提高系統(tǒng)綜合效率約15%；減少二氧化碳排放，具有較高的節(jié)能環(huán)保效益；

3.2由空調(diào)機組改為熱泵機組后，系統(tǒng)冷卻效率提高；

3.3生產(chǎn)高溫?zé)崴?，用于熱力銷售，增加電站綜合收益；

3.4簡化系統(tǒng)布置，消除了噪音污染及熱污染。

4 樣機測試

未驗證該系統(tǒng)的可行性，筆者專門組織了針對單組設(shè)備的樣機測試，本次測試重點針對熱泵機組在不同冷源條件及不同出水溫度工況下進行測試，測試方案完全按照工程實際條件，測試結(jié)果具備指導(dǎo)價值[3]。

測試結(jié)果如下：

4.1本次測試過程中，系統(tǒng)運行平穩(wěn)，各項參數(shù)達到設(shè)計要求，未出現(xiàn)停機或負荷波動情況；

4.2各工況下，在出水80℃和90℃的工況下，系統(tǒng)COP均超過設(shè)計值；

4.3系統(tǒng)電導(dǎo)率符合電池運行要求。

綜上，本次測試基本達到了預(yù)期效果，在環(huán)境條件非常惡劣的情況下，大部分參數(shù)達到或超過了設(shè)計值，主要工況均通過了本次測試。根據(jù)測試結(jié)果，本方案可安全、穩(wěn)定、高效地應(yīng)用于大規(guī)模全釩液流電池儲能電站。

5 結(jié)語

隨著全球范圍內(nèi)，清潔能源應(yīng)用比例的提高，儲能電站的應(yīng)用必不可少，全釩液流電池作為一種主要的化學(xué)儲能技術(shù)具有較大的發(fā)展空間，結(jié)合余熱回收系統(tǒng)后，電站綜合效率及收益得到大幅提高，同時減少了環(huán)境污染，一舉多得，十分具有推廣價值。