基于盐穴的大容量液流电池储能系统、控制方法及其应用技术方案

本发明专利技术公开了一种基于盐穴的大容量液流电池储能系统、控制方法及其应用，电池储能系统包括：两个电解液储液库，电解液储液库为盐矿开采后形成的具有物理溶腔的盐穴，溶腔内储存有电解液，电解液包括正极活性物质、负极活性物质和支持电解质，正极活性物质与负极活性物质均为水溶性的有机活性分子，电解液在惰性气体环境保护下，避免氧化的正极活性物质和负极活性物质被还原；液流电池堆，液流电池堆分别与两个电解液储液库连通，电解液储液库内的电解液输送至液流电池堆，参与电化学反应。该基于盐穴的大容量液流电池储能系统具有容量大、密封性能好、廉价等优点，适合于应用于大规模的储能电站，提高了盐穴资源的综合利用率。

【技术实现步骤摘要】
基于盐穴的大容量液流电池储能系统、控制方法及其应用
本专利技术属于储能氧化还原液流电池领域，具体涉及一种基于盐穴的大容量液流电池储能系统、该大容量液流电池储能系统的控制方法以及该大容量液流电池储能系统的应用。
技术介绍
随着经济快速发展，伴随而来的环境以及能源短缺等问题日趋严重，促进了一些清洁能源的大力发展，例如风能、太阳能和潮汐能等。但是由于这些可再生能源的不连续性和不稳定性，使其利用受到大量限制，利用率低。因此，需要大力发展储能技术，为电网的稳定性提供保障。在各种储能技术中，液流电池储能技术由于具有容量大、安全性高、低成本等优势，因此是大规模储能技术的首选。大规模液流电池的储能技术涉及到大量电解液的存储，一般存储电量越多所需的电解液越多，需要的溶腔就越大。盐腔是地下盐层利用水溶性开采盐矿后的地下空穴，具有容量大、密封性能好、渗透系数小等优点。现有的盐穴多用于储存石油、高压气体以及相关产品，例如天然气等，因此可以用于大量电解液的存储。关于基于盐穴的有机液流电池的研究较少，目前发展较为成熟的液流电池主要采用的是无机类型的电解质，如钒液流电池和锌溴液流电池等，面临着强酸体系或者活性物质毒性较大等问题，对生态环境影响较大，因此需要开发出适合地下盐穴存储电解液的液流电池。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种基于盐穴的大容量液流电池储能系统，该基于盐穴的大容量液流电池储能系统能够应用于大规模的储能电站，提高盐穴资源的综合利用率。本专利技术还提出一种基于盐穴的大容量液流电池储能系统的控制方法，操作简便，利于工程应用。本专利技术还提出一种基于盐穴的大容量液流电池储能系统的应用，应用范围广。根据本专利技术第一方面实施例的基于盐穴的大容量液流电池储能系统，包括：两个电解液储液库，两个所述电解液储液库间隔开相对设置，所述电解液储液库为盐矿开采后形成的具有物理溶腔的盐穴，所述溶腔内储存有电解液，所述的电解液包括正极活性物质、负极活性物质和支持电解质，所述正极活性物质与所述负极活性物质均为水溶性的有机活性分子，所述电解液在惰性气体环境保护下，避免氧化的正极活性物质和负极活性物质被还原；液流电池堆，所述液流电池堆分别与两个所述电解液储液库连通；所述液流电池堆包括：电解池槽体，电解池槽体内充入所述电解液；两个极板，两个所述极板相对设置；电池隔膜，所述电池隔膜位于所述电解池槽体内，所述电池隔膜将所述电解池槽体分隔为与一所述电解液储液库连通的阳极区和与另一所述电解液储液库连通的阴极区，一所述极板设于所述阳极区，另一所述极板设于所述阴极区，所述阳极区内具有包括所述正极活性物质的正极电解液，所述阴极区内具有包括所述负极活性物质的负极电解液，所述电池隔膜能够供所述支持电解质穿透，阻止所述正极活性物质和所述负极活性物质穿透；循环管路，所述循环管路将一所述电解液储液库内的电解液输入或输出所述阳极区，所述循环管路将另一所述电解液储液库内的电解液输入或输出所述阴极区；循环泵，所述循环泵设于所述循环管路，通过所述循环泵使所述电解液循环流动供给。根据本专利技术实施例的基于盐穴的大容量液流电池储能系统，其中正极活性物质与负极活性物质采用水溶性的有机活性分子，选材丰富，支持电解液可采用环保廉价的中性盐溶液，采用盐穴做为电解液储罐，具有容量大、密封性能好、廉价等优点，适合应用于大规模的储能电站，提高了盐穴资源的综合利用率。根据本专利技术一个实施例，所述正极活性物质和所述负极活性物质相同或者不同。根据本专利技术一个实施例，所述有机活性分子为金属茂络合物及其衍生物，羰基类及其衍生物，醌类、醛酮类及其衍生物，硝基自由基类及其衍生物，杂环类及其衍生物。根据本专利技术一个实施例，所述金属茂络合物为二茂铁、二茂铬或二茂锰。根据本专利技术一个实施例，所述硝基自由基类有机活性分子为2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物。根据本专利技术一个实施例，所述杂环类有机活性分子为甲基紫精。根据本专利技术一个实施例，所述有机活性分子的浓度为0.01mol/L～4mol/L。根据本专利技术一个实施例，所述有机活性分子包括对其进行水溶性修饰的衍生物。根据本专利技术一个实施例，所述有机活性分子包括通过对氨基、羟基、羰基或者磺酸基官能团进行水溶性修饰的衍生物。根据本专利技术一个实施例，所述惰性气体为氮气、氩气中的至少一种。根据本专利技术一个实施例，所述支持电解质为单组份盐水溶液或混合盐水溶液。根据本专利技术一个实施例，所述支持电解质为NaCl盐溶液、KCl盐溶液、Na2SO4盐溶液、K2SO4盐溶液、MgCl2盐溶液、MgSO4盐溶液、CaCl2盐溶液、CaSO4盐溶液、BaCl2盐溶液、BaSO4盐溶液中的至少一种。根据本专利技术一个实施例，所述支持电解质摩尔浓度为0.1mol/L～6mol/L。根据本专利技术一个实施例，所述电解液粘度为10mPas～104mPas。根据本专利技术一个实施例，所述负极活性物质、所述正极活性物质和所述支持电解质的摩尔浓度比为1:1:(1～5)。根据本专利技术一个实施例，所述电池隔膜为阴离子交换膜、阳离子交换膜、选择性渗透膜、阴阳离子复合交换膜、透析膜或多孔膜中的一种。根据本专利技术一个实施例，所述多孔膜为有机无机纳滤或超滤膜。根据本专利技术一个实施例，所述电池隔膜的厚度为1μm～5mm。根据本专利技术一个实施例，所述极板为石墨电极、金属电极或复合导电催化电极。根据本专利技术一个实施例，所述极板的形状为平板、箔、毡或泡沫多孔状。根据本专利技术一个实施例，所述金属电极通过热处理、酸碱处理或氧化处理中的至少一种处理方法进行改性，或者通过碳材料修饰、金属材料修饰、聚合物修饰或氧化物修饰中的至少一种修饰方法进行修饰。根据本专利技术一个实施例，所述液流电池堆的数量为一个或多个，所述液流电池堆的容量为10kW、30kW、50kW、100kW、150kW、500kW、1MW中的一种或多种。根据本专利技术一个实施例，多个所述液流电池堆并联连接。根据本专利技术一个实施例，所述电解液储液罐的深度为100m～2000m，物理体积在103m3～106m3，地热温度为25℃～70℃，所述溶腔的直径为40m～120m，高度为60m～400m。根据本专利技术一个实施例，所述电解液储液罐采用至少一个套管与所述循环管路连通，所述循环管路包括：供液管道，所述供液管道上设有所述循环泵，所述供液管道的一端与所述阳极区或所述阴极区连通；回液管道，所述回液管道的一端与所述阳极区或所述阴极区连通；所述套管包括：注采外管，所述注采外管的上端与所述回液管道的另一端和所述供液管道的另一端中的一个连通，所述注采外管的下端与所述溶腔连通；注采内管，所述注采内管套置于所述注采外管内，所述注采内管的上端与所述回液管道的另一端和所述供液管道的另一端中的另一个连通，所述注采内管的下端伸入所述溶腔内，所述注采内管的下端伸入所述溶腔内的深度大于所述注采外管的下端伸入所述溶腔内的深度。根据本专利技术一个实施例，所述注采内管的内径为15cm～60cm，所述注采外管的外径为20cm～80cm。根据本专利技术一个实施例，所述套管的数量N＝1～10。根据本专利技术第二方面实施例的基于盐穴的大容量液流电池储能系统的控制方法，在所述液流电池充电或放电时，采用恒电流充放电，充电时由10％液流电池SOC值充至90％液本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于盐穴的大容量液流电池储能系统，其特征在于，包括：两个电解液储液库，两个所述电解液储液库间隔开相对设置，所述电解液储液库为盐矿开采后形成的具有物理溶腔的盐穴，所述溶腔内储存有电解液，所述的电解液包括正极活性物质、负极活性物质和支持电解质，所述正极活性物质与所述负极活性物质均为水溶性的有机活性分子，所述电解液在惰性气体环境保护下，避免氧化的正极活性物质和负极活性物质被还原；液流电池堆，所述液流电池堆分别与两个所述电解液储液库连通；所述液流电池堆包括：电解池槽体，电解池槽体内充入所述电解液；两个极板，两个所述极板相对设置；电池隔膜，所述电池隔膜位于所述电解池槽体内，所述电池隔膜将所述电解池槽体分隔为与一所述电解液储液库连通的阳极区和与另一所述电解液储液库连通的阴极区，一所述极板设于所述阳极区，另一所述极板设于所述阴极区，所述阳极区内具有包括所述正极活性物质的正极电解液，所述阴极区内具有包括所述负极活性物质的负极电解液，所述电池隔膜能够供所述支持电解质穿透，阻止所述正极活性物质和所述负极活性物质穿透；循环管路，所述循环管路将一所述电解液储液库内的电解液输入或输出所述阳极区，所述循环管路将另一所述电解液储液库内的电解液输入或输出所述阴极区；循环泵，所述循环泵设于所述循环管路，通过所述循环泵使所述电解液循环流动供给。...

【技术特征摘要】
1.一种基于盐穴的大容量液流电池储能系统，其特征在于，包括：两个电解液储液库，两个所述电解液储液库间隔开相对设置，所述电解液储液库为盐矿开采后形成的具有物理溶腔的盐穴，所述溶腔内储存有电解液，所述的电解液包括正极活性物质、负极活性物质和支持电解质，所述正极活性物质与所述负极活性物质均为水溶性的有机活性分子，所述电解液在惰性气体环境保护下，避免氧化的正极活性物质和负极活性物质被还原；液流电池堆，所述液流电池堆分别与两个所述电解液储液库连通；所述液流电池堆包括：电解池槽体，电解池槽体内充入所述电解液；两个极板，两个所述极板相对设置；电池隔膜，所述电池隔膜位于所述电解池槽体内，所述电池隔膜将所述电解池槽体分隔为与一所述电解液储液库连通的阳极区和与另一所述电解液储液库连通的阴极区，一所述极板设于所述阳极区，另一所述极板设于所述阴极区，所述阳极区内具有包括所述正极活性物质的正极电解液，所述阴极区内具有包括所述负极活性物质的负极电解液，所述电池隔膜能够供所述支持电解质穿透，阻止所述正极活性物质和所述负极活性物质穿透；循环管路，所述循环管路将一所述电解液储液库内的电解液输入或输出所述阳极区，所述循环管路将另一所述电解液储液库内的电解液输入或输出所述阴极区；循环泵，所述循环泵设于所述循环管路，通过所述循环泵使所述电解液循环流动供给。2.根据权利要求1所述的基于盐穴的大容量液流电池储能系统，其特征在于，所述正极活性物质和所述负极活性物质相同或者不同。3.根据权利要求1所述的基于盐穴的大容量液流电池储能系统，其特征在于，所述有机活性分子为金属茂络合物及其衍生物，羰基类及其衍生物，醌类、醛酮类及其衍生物，硝基自由基类及其衍生物，杂环类及其衍生物。4.根据权利要求3所述的基于盐穴的大容量液流电池储能系统，其特征在于，所述金属茂络合物为二茂铁、二茂铬或二茂锰。5.根据权利要求3所述的基于盐穴的大容量液流电池储能系统，其特征在于，所述硝基自由基类有机活性分子为2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物。6.根据权利要求3所述的基于盐穴的大容量液流电池储能系统，其特征在于，所述杂环类有机活性分子为甲基紫精。7.根据权利要求1所述的基于盐穴的大容量液流电池储能系统，其特征在于，所述有机活性分子的浓度为0.01mol/L～4mol/L。8.根据权利要求1所述的基于盐穴的大容量液流电池储能系统，其特征在于，所述有机活性分子包括对其进行水溶性修饰的衍生物。9.根据权利要求8所述的基于盐穴的大容量液流电池储能系统，其特征在于，所述有机活性分子包括通过对氨基、羟基、羰基或者磺酸基官能团进行水溶性修饰的衍生物。10.根据权利要求1所述的基于盐穴的大容量液流电池储能系统，其特征在于，所述惰性气体为氮气、氩气中的至少一种。11.根据权利要求1所述的基于盐穴的大容量液流电池储能系统，其特征在于，所述支持电解质为单组份盐水溶液或混合盐水溶液。12.根据权利要求11所述的基于盐穴的大容量液流电池储能系统，其特征在于，所述支持电解质为NaCl盐溶液、KCl盐溶液、Na2SO4盐溶液、K2SO4盐溶液、MgCl2盐溶液、MgSO4盐溶液、CaCl2盐溶液、CaSO4盐溶液、BaCl2盐溶液、BaSO4盐溶液中的至少一种。13.根据权利要求1所述的基于盐穴的大容量液流电池储能系统，其特征在于，所述支持电解质摩尔浓度为0.1mol/L～6mol/L。14.根据权利要求1所述的基于盐穴的大容量液流电池储能系统，其特征在于，所述电解液粘度为10mPas～104mPas。15.根据权利要求1所述的基于盐穴的大容量液流电池...

【专利技术属性】
技术研发人员：李丹，徐俊辉，马旭强，陈留平，王慧，
申请(专利权)人：中盐金坛盐化有限责任公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32