大规模全钒液流电池储能系统余热回收方案

宫继禹

大连恒流储能电站有限公司 辽宁大连 116000

1 全钒液流电池简介

1.1电池原理及主要特点

随着国内外对低碳环保的要求越来越高，清洁能源的应用在全球范围呈大幅增加的趋势。由于大部分如风电、光伏等清洁能源具有不连续性和反调峰特性，为电网调峰增加了极大的难度，储能技术是解决电网调峰困难的最主要手段[1]。

目前储能技术主要包括抽水蓄能、物理储能、化学储能、压缩空气储能等形式。全钒液流电池是化学电池储能技术的一种，主要通过正负极电解液的循环，在电堆中进行充放电。

图1 全钒液流电池主要原理图

该技术适用于大功率、大容量储能，具有安全性好、循环寿命长、响应速度快、能源转换效率较高、绿色环保等优点，目前我国成功实施了多个千瓦级、兆瓦级全钒液流电池储能示范工程项目。

1.2热量管理方案

目前，全钒液流电池直流侧设计效率约80%，其中主要损失以以热能的形式散发，储能电站交流侧设计效率约70%，主要损失为电气设备运行损耗。

在电池充电反应中，系统微量吸热；而在放电过程中，化学反应放出大量的热量，这部分热量会提高电解液的温度，从而影响电池充放电效率，使其无法正常工作。

在小规模储能系统中，主要通过空调冷却系统，降低电解液温度至其理想的工作温度35-40℃，保证其高效、稳定运行。但在大规模储能电站的应用中，该方案存在较大缺点，大量空调机组的应用不仅令系统布置困难，造成大量能源浪费，同时也对周边环境造成热污染及噪声污染。

2 余热回收系统方案

2.1热泵技术简介

热泵循环和制冷循环一样，本质上都是通过逆卡诺循环，将低品位热能输送到高位热源的一种循环。热泵设备就是实现逆卡诺循环的一种设备，通过电力做功或热能输入，将低品位热能输送到高位热源[2]。

2.2余热回收系统方案

本方案采用热泵技术，冷却电解液的同时回收电解液中的热量，用于加热热水至75-90℃。在保证系统正常运行的前提下，有效回收低品位余热，通过热泵机组提高热能品位，用于热力销售及冬季供暖，实现能源冷热分时综合利用。

图2 余热回收系统示意图

3 余热回收方案的主要意义

3.1提高系统综合效率约15%；减少二氧化碳排放，具有较高的节能环保效益；

3.2由空调机组改为热泵机组后，系统冷却效率提高；

3.3生产高温热水，用于热力销售，增加电站综合收益；

3.4简化系统布置，消除了噪音污染及热污染。

4 样机测试

未验证该系统的可行性，笔者专门组织了针对单组设备的样机测试，本次测试重点针对热泵机组在不同冷源条件及不同出水温度工况下进行测试，测试方案完全按照工程实际条件，测试结果具备指导价值[3]。

测试结果如下：

4.1本次测试过程中，系统运行平稳，各项参数达到设计要求，未出现停机或负荷波动情况；

4.2各工况下，在出水80℃和90℃的工况下，系统COP均超过设计值；

4.3系统电导率符合电池运行要求。

综上，本次测试基本达到了预期效果，在环境条件非常恶劣的情况下，大部分参数达到或超过了设计值，主要工况均通过了本次测试。根据测试结果，本方案可安全、稳定、高效地应用于大规模全钒液流电池储能电站。

5 结语

随着全球范围内，清洁能源应用比例的提高，储能电站的应用必不可少，全钒液流电池作为一种主要的化学储能技术具有较大的发展空间，结合余热回收系统后，电站综合效率及收益得到大幅提高，同时减少了环境污染，一举多得，十分具有推广价值。