大規(guī)模全釩液流電池儲能系統(tǒng)余熱回收方案

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(diǎn)

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(fù)極電解液的循環(huán)，在電堆中進(jìn)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(diǎn)，目前我國成功實(shí)施了多個千瓦級、兆瓦級全釩液流電池儲能示范工程項(xiàng)目。

1.2熱量管理方案

目前，全釩液流電池直流側(cè)設(shè)計(jì)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(jì)效率約70%，主要損失為電氣設(shè)備運(yùn)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(yùn)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(diǎn)，大量空調(diào)機(jī)組的應(yīng)用不僅令系統(tǒng)布置困難，造成大量能源浪費(fèi)，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(shí)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(yùn)行的前提下，有效回收低品位余熱，通過熱泵機(jī)組提高熱能品位，用于熱力銷售及冬季供暖，實(shí)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(jī)組改為熱泵機(jī)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(jī)測試

未驗(yàn)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(jī)測試，本次測試重點(diǎn)針對熱泵機(jī)組在不同冷源條件及不同出水溫度工況下進(jìn)行測試，測試方案完全按照工程實(shí)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(yùn)行平穩(wěn)，各項(xiàng)參數(shù)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，未出現(xiàn)停機(jī)或負(fù)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(jì)值；

4.3系統(tǒng)電導(dǎo)率符合電池運(yùn)行要求。

綜上，本次測試基本達(dá)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(dá)到或超過了設(shè)計(jì)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。