一种集装箱式全钒液流储能系统及其工作方法技术方案

本发明专利技术公开了一种集装箱式全钒液流储能系统及其工作方法，涉及电化学储能技术领域，适用于工商业应用、微网、新能源光伏和风电。该储能系统包括正极储液罐、负极储液罐、充电电堆、放电电堆、电解液循环系统、电池管理系统、循环控制系统、循环系统换热器、就地管理系统EMS、充电PCS、放电PCS、自用电供电逆变器和集装箱。本发明专利技术采用共电解液技术，在不依赖外部电源和UPS电源的情况下实现黑启动。本发明专利技术的储能系统具备同时充电和放电功能，可以并网运行和离网建立微网运行，通过多个电堆共用电解液的设计，有效降低电池投资成本，同时增加输出功率而不增加电解液量，有效解决了液流电池储能系统黑启动困难的问题。储能系统黑启动困难的问题。储能系统黑启动困难的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种集装箱式全钒液流储能系统及其工作方法


[0001]本专利技术涉及电化学储能
，更具体地说，本专利技术涉及一种具有风场黑启动功能的集装箱式全钒液流储能系统及其工作方法。

技术介绍

[0002]电化学储能分中应用较多的有铅酸蓄电池、铅炭电池、胶体电池、锂离子电池和液流电池。由于铅酸电池技术成熟，在以往数据中心、通信电源、备电电源等领域应用较多，但铅酸蓄电池循环寿命短(约500次)、能量密度低，在铅酸电池的基础上通过改进电池正负极材料、隔膜等得到循环寿命更高的铅炭电池和胶体电池，改进后的电池依然无法满足数据中心、备电电源对长寿命电池的需求。
[0003]随后锂电池厂家研发出了相对安全的三元锂电池、磷酸铁锂电池，而且，电动汽车的快速发展带动电池开辟出新的应用场景
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储能。其中，磷酸铁锂电池是目前电化学储能中占比最大的电池类型，具有高能量密度、较长循环寿命(5000次)、较好的安全性的特点。
[0004]但是由于电池在特殊情况下如电池被刺穿、短路、高温、过充电、过放电等容易出现发热、冒烟、起火、燃烧甚至爆炸等风险。出于安全考虑，需要考虑可否采用本质安全的全钒液流电池来做备电电源、储能系统。其中，液流电池虽然本质安全，但是体积大，采用的是电机驱动的电解液，系统充电放电前需先将循环泵供电启动，就无法在备电电源系统黑启动中应用；而且，黑启动时需要电池直流供电给逆变器，逆变后循环泵启动进而系统可以放电，达到黑启动的目的。
[0005]目前收集到项目资料多采用在全钒液流电池储能系统中配置UPS或锂电池系统来达到黑启动时给循环泵供电的功能，这样会使用户产生一个很大的疑问
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本来就是储能系统的系统还需要配置UPS来供电，配置冗余复杂，市场接受度低，且该储能系统中配置的UPS还需定期(3个月)进行充电放电维护。
[0006]上述液流电池做黑启动、备电电源技术中，由于液流电池是必须电机先启动而后电解液循环至电堆后系统才会有电压输出，是由于系统特性电解液和电堆分离特性决定的。
[0007]其中，专利“CN201510837505一种具有风场黑启动功能的液流电池储能系统及其工作方法”直接忽略掉液流电池在无电解液输送至电堆时是没有电压输出的，风电场失电是偶然的，液流备电系统不具备任何条件下黑启动的能力，只有极小的概率(电堆中残存的电解液自放电后仍然可以达到PCS直流侧电压启动范围)该套系统才会具备黑启动的能力，而该套系统投资巨大，需配置多套35kV高压变压器。
[0008]专利“CN106887632A”在液流电池黑启动中采用的是增加一套锂离子电池和DC/DC，依然是相当于增加1套UPS来给控制系统和循环泵供电，并且控制系统电源是从电池锂离子电池输出端取电，单个电池电压范围为3.2～3.65V，在电池充电放电或者待机状态下输入电池管理系统的电压会过压、欠压，控制系统无法正常工作而无法黑启动。
[0009]因此，需要提出一种能够在全钒液流电池储能系统中单独配置辅助设备(主要包
含循环泵)供电用逆变器，以使的储能系统中所有辅助设备从该逆变器交流侧取电，并确保该逆变器能够带市电和电池逆变供电自动切换开关；这样不需要在单独配置UPS电池，不需要做黑启动电源维护，以使的系统利用率更高。

技术实现思路

[0010]为了克服现有技术的上述缺陷，本专利技术的实施例提供一种液流电池在不依靠外部电源、UPS电源(包含各种电池)情况下依靠自身电能实现黑启动的集装箱式全钒液流储能系统及其工作方法，系统正常工作时无需外部供电，并且整套储能系统可以实现同时充电、放电，具备并网运行、离网建立微网运行等多种功能的液流储能系统。
[0011]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0012]第一方面，本专利技术提供了一种集装箱式全钒液流储能系统，适用于工商业应用、微网、新能源光伏和风电，包括：
[0013]正极储液罐、负极储液罐、充电电堆、放电电堆、电解液循环系统、电池管理系统、循环控制系统、循环系统换热器、就地管理系统EMS、充电PCS、放电PCS、自用电供电逆变器和集装箱。
[0014]作为本专利技术的进一步方案，所述正极储液罐用于储存正极电解液，所述负极储液罐用于储存负极电解液；所述正极储液罐和负极储液罐均由PVC材质制成，用于储存酸性、腐蚀性的五氧化二钒稀硫酸溶液。
[0015]作为本专利技术的进一步方案，所述充电电堆包括正极电解液进出口和负极电解液进出口，用于进行电化学充电反应，将交流电整流成直流电；所述充电电堆将交流电整流成直流电时，充电系统采用125kW单向储能充电变流器，直流侧共串联4台额定功率25kW的电堆。
[0016]作为本专利技术的进一步方案，所述充电电堆用于将交流电整流成直流电，充电系统采用125kW单向储能充电变流器，直流侧共串联4台额定功率25kW的电堆；所述放电电堆将直流电逆变成交流电并输送至电网时，放电系统采用25kW单向储能放电变流器，直流侧接入1台额定功率25kW的电。
[0017]作为本专利技术的进一步方案，所述电解液循环系统包括循环泵、管路和电解液进出口阀，用于将电解液从储液罐输送至电堆。
[0018]作为本专利技术的进一步方案，所述电池管理系统包括电池数据采集装置和控制单元，用于监控和管理电池状态；所述循环控制系统包括变频器、电机和循环控制阀，用于控制循环系统的变频器、电机等启停；所述循环系统换热器包括换热器、管路和电解液进出口阀，用于调节电解液温度。
[0019]作为本专利技术的进一步方案，所述就地管理系统EMS用于系统的监控和运行管理，所述充电PCS和放电PCS分别用于充电和放电操作的功率控制，所述自用电供电逆变器用于将电池储存的电能逆变成交流电供给自用设备，所述集装箱用于将所有组件集成在一个集装箱内，方便运输和现场布置。
[0020]作为本专利技术的进一步方案，所述集装箱式全钒液流储能系统中电解液循环系统、电池管理系统、循环控制系统以及循环系统换热器均设置有两套。
[0021]本专利技术可实现液流电池系统在市电断电情况下具备黑启动的功能，可实现液流电池系统同时充电和放电的功能，可实现50Hz/60Hz并网运行、离网运行、并离网切换运行的
功能。
[0022]作为本专利技术的进一步方案，所述集装箱式全钒液流储能系统可实现50Hz/60Hz并网运行、离网运行、并离网切换运行的功能；具备同时充电和放电的功能，充电功率大于放电功率；在市电断电情况下具备黑启动的功能，无需外部供电；通过多个电堆共用电解液的方式，降低了电池部分的投资成本，同时增加系统输出功率而不增加电解液量；所述集装箱式全钒液流储能系统的充电电堆和放电电堆可根据应用场景进行灵活配置，包括电堆串联个数、充电和放电变流器、离网逆变器的功率等；系统采用集装箱方式布置，便于运输和现场施工，满足多种用途，具备备电电源、储能系统、黑启动电源多种功能；系统中的电池管理系统、循环控制系统和就地管理系统(EMS)实现自动化监测和控制，确保系统的稳定运本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种集装箱式全钒液流储能系统，其特征在于，适用于工商业应用、微网、新能源光伏和风电，包括以下组件：正极储液罐：用于储存正极电解液；负极储液罐：用于储存负极电解液；充电电堆：用于将交流电整流成直流电；放电电堆：用于将直流电逆变成交流电并输送至电网；电解液循环系统：用于将电解液从储液罐输送至电堆；电池管理系统：用于监控和管理电池状态；循环控制系统：用于控制循环系统的变频器、电机的启停；循环系统换热器：用于通过两台换热器控制电解液的温度；就地管理系统EMS：用于系统的监控和运行管理；充电PCS：用于充电操作的功率控制；放电PCS：用于放电操作的功率控制；自用电供电逆变器：用于将电池储存的电能逆变成交流电供给自用设备；集装箱：将所有组件集成在一个集装箱内，用于运输和现场布置。2.根据权利要求1所述的一种集装箱式全钒液流储能系统，其特征在于，所述负极储液罐用于储存负极电解液；所述正极储液罐和负极储液罐均由PVC材质制成，用于储存酸性、腐蚀性的五氧化二钒稀硫酸溶液。3.根据权利要求2所述的一种集装箱式全钒液流储能系统，其特征在于，所述充电电堆包括正极电解液进出口和负极电解液进出口，用于进行电化学充电反应，将交流电整流成直流电；所述充电电堆将交流电整流成直流电时，充电系统采用125kW单向储能充电变流器，直流侧共串联4台额定功率25kW的电堆。4.根据权利要求3所述的一种集装箱式全钒液流储能系统，其特征在于，所述充电电堆用于将交流电整流成直流电，充电系统采用125kW单向储能充电变流器，直流侧共串联4台额定功率25kW的电堆；所述放电电堆将直流电逆变成交流电并输送至电网时，放电系统采用25kW单向储能放电变流器，直流侧接入1台额定功率25kW的电堆。5.根据权利要求4所述的一种集装箱式全钒液流储能系统，其特征在于，所述电解液循环系统包括循环泵、管路和电解液进出口阀，用于将电解液从储液罐输送至电堆。6.根据权利要求5所述的一种集装箱式全钒液流储能系统，其特征在于，所述电池管理系统包括电池数据采集装置和控制单元，用于监控和管理电池状态；所述循...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈祥顺，申华，葛帮迎，马香亮，黄晨，
申请(专利权)人：上海电气灵储科技有限公司，
类型：发明
国别省市：