产生和储存电力的发电系统技术方案

一种产生和储存电力的发电系统，其包括：钒液流电池，其耦联于具有阳极电解液溶液和阴极电解液溶液的阳极电解液储液器和阴极电解液；阳极电解液泵，其耦接于阳极电解液泵管道，以在钒电池和阳极电解液储液器之间提供阳极电解液流；阴极电解液泵，其耦接于阴极电解液管道，以在钒电池和阴极电解液储液器之间提供阴极电解液流；开路电池，其通过液体连接到阴极电解液管道和阳极电解液管道，以监控阴极电解液溶液和阳极电解液溶液之间的势差；控制系统，其与钒电池、开路电池、电解液泵和电流传感器电连通，其中，控制器调整电解液流量，决定何时停止给钒电池充电，以防止损害阳极，并决定何时进行紧急放电或部分电解液再混合，以防止钒离子从电解液析出析出。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术描述了一种储能系统，该储能系统包含钒氧化还原液流电池(VFB)，以从电网储存可再生能源或非高峰期的电力，以便在高电价、低日照或低风速的时间段里，给负载提供电力。该钒氧化还原液流电池被整合到使用风轮机、光电池阵列、波浪发电机、柴油发电机或其他发电设备的系统中，用或不用逆变器将电池的直流电转换为交流电，或将来自发电机的交流电转换为给电池充电所需的直流电。该VFB可用于风力-柴油发电机电网，以便减少在低风速时段运行柴油发电机时的柴油消耗和温室气体排放。对于与电网连接的系统，该VFB可用于电力套利，其使得电力零售商能够在现货价格低的时候从电网买入电力，而在现货价格高的时候向电网卖出电力。在该系统中，VFB系统通过链接于电力现货价格信息的智能控制系统连接到电网。当现货价格低时，控制系统使用电网电力给VFB充电。当电力现货价格高时，控制系统从VFB 向电网卖出电力。VFB还可以用于向使用风轮机和太阳能电池组的边远地区电力系统提供备用电源。通过在VFB中装入相当于2-10天储备的足够的电解液容量，该系统可以在在持续多云和/或低风速时，不需要柴油发电机便可满足供电需求。一般来说，建立VFB-风力-PV系统是为了向边远地区的电信设备提供直流电，但是也可以连接到直流-交流变换器以便向边远的未连接电网的房屋或农场的交流负载供电。对于个人住宅、商业或工业用户，VFB系统与时钟或预设的计时器一起使用，所述时钟或预设的计时器切换为使用来自电网的非高峰电力给VFB充电。另一个VFB的与电网连接的应用是在失去来自电网或其他电源的交流电时，用于向IT、计算机或服务器房间提供紧急备用电源。在每个系统中，VFB连接到智能控制系统，该智能控制系统包括充电和放电率监视器以及电池和堆电压测量器，以决定何时切断充电以避免电池过量充电，并通过给每个堆设置最佳电解液流量以使抽运能量损耗最小。
技术介绍
两种在两个半电池(half-cell)中均使用钒电解液的氧化还原液流电池已经被描述过。以下专利中描述的全-钒氧化还原液流电池(V-VFB)澳大利亚专利575247，、AU 696452、AU 704534、US专利6143443和US专利6562514，在两个半电池中均使用了硫酸钒溶液，并且在负半电池中使用V(II)/V(III)电偶，而在正半电池中使用V(IV)/V(V)电偶。 在 PCT/AU02/01157、PCT/GB2003/001757 和 PCT/AU2004/000310 中描述了溴化钒氧化还原电池(V/Br)。两种电池均在两个半电池中使用了钒电解液溶液，但是在这种情况下，电池在负半电池中使用溴化钒电解液与V(II)/V(III)电偶，而在正半电池电解液中使用Br—/ 81~3_或肚_/(181~2_电偶。这些系统具有共同的特性，即消除了通过将电池堆中的每个半电池分开的隔膜扩散而导致的两个半电池电解液的交叉污染。由于没有交叉污染，电解液具有无限寿命，从而实现了低寿命周期成本。在发展新的用于V-VFB和V/Br的低成本薄膜的过程中的新发展，例如2006年6月提交的PCT申请PCT/AU2006/000856号“ImprovedMembranes and Electrolytes forRedox Cells and Batteries，，，己经能够以这样的价格生产堆和电池，所述价格允许堆和电池进入市场以用于之前被认为不经济的应用中。这些应用包括由能够购买非高峰电力以给电池充电以便在高电费时使用的电力批发商、个体住宅和商业消费者进行的电力套利。说明书中使用术语VFB来共同地描述V-VFB和V/Br单元或电池。VFB可以整合到使用光电池阵列、风轮机、波浪发电机、柴油发电机或其他发电设备的能源系统中。发电系统可以包括一个或多个风轮机发电机和钒氧化还原电池以便在低电力需求时期从风轮机储存能量，并在高电力需求时期向电网提供电力。专利申请W02007001416号“Power GenerationSystem Incorporating a Vanadium Redox Battery and a Direct Wind TurbineGenerator描述了将V-VFB集成到直流风轮机。然而，多数大型风电场使用交流风轮机，并且来自风电场的电力在产生时就输送给电网。如果这发生在低需求时期，那么必需关闭风力发电机，这将导致巨大的能量浪费。专利申请W02006086015号“Method for Retrofitting Wind TurbineFarms”引入用于从风轮机发电机吸收多余能量的V-VFB以确保不超过预定的额定极限。该方法包括用集体能源输出超过了额定极限的具有增加的集体能量输出的替代风轮机发电机替换具有集体能量输出的风轮机发电机。然而，大多数情况下，不必替换已有的风轮机发电机便可从能源储存获益。通过将VFB存储系统和风电场结合安装，在低需求时期由风电场产生的能源可以储存在VFB中，以便在高需求的时候释放到电网中。VFB系统还可以安装在新的风电场以使得可再生能源的应用和供应的可靠性最大化。通过仅在高需求时期向电网提供电力，风电场所有者可以为他们所生产的电力商议较高的价格。电力交易商也可以使用VFB储能系统进行电力套利，从而实现类似的财务利益。因此，为了最优化这种风能储存或电力套利系统的运行，在VFB储能系统和电网之间整合了控制器，该控制器链接于本地电力现货价格。当电力现货价格跌至预设值，通过交流-直流变换器使用来自电网的电力对VFB充电。当现货价格超过预设值，VFB通过直流-交流逆变器向电网释放其储存的电能。发电系统还可以包括一个或多个风轮机发电机和一个或多个柴油发电机。专利申请 W02006088509 “Vanadium Redox Battery Energy Storageand Power Generation System Incorporating and Optimising Diesel EngineGenerators，，描述了一禾中 VFB 系统，其和一个或多个风轮机以及一个或多个柴油发电机一起接入控制系统，借此控制系统可管理发电机和VFB的运行以便控制系统稳定性、系统频率和电压。然而在本专利技术中，该控制系统管理钒氧化还原液流电池的吸收和电力的产生，并且仅在VFB的充电状态跌至预设值时，才切换到柴油发电机或发电机组。这就使得柴油消耗减少并且使得二氧化碳排放最小化。该发电系统可以包括光电池或太阳能电池组和钒氧化还原液流电池以使发电量和负载需求量相匹配，或存储太阳能以便可以在夜晚或多云的日子中使用。太阳能电池组提供可能用来给钒氧化还原液流电池充电的直流电。产生的直流电还可以用于配电，并且如果需要的话，由来自钒氧化还原液流电池的直流电补充。发电系统与控制系统连接，以获得最佳性能和效率。根据在专利申请W02007001416、W02006086015和W02006088509中所描述的现有技术，用于每种所描述的应用和系统中的钒氧化还原液流电池在两个使用不包括HCl的硫酸支持电解液的半电池中均使用了钒电解液。在本专利技术中，溴化钒氧化还原电池(V/Br)整合到直流风轮机发电机中，以储存电能以便在低风速时期使用。本文档来自技高网...

【技术保护点】
解液再混合，以防止钒离子从所述电解液析出。液与所述阳极电解液溶液之间的电势差，控制系统，其与所述钒液流电池或电池堆、所述开路电池、所述电解液泵和电流传感器电连通，其中，所述控制器调整电解液流量，决定何时停止给钒液流电池或电池堆充电，以防止损害阳极，并决定何时指示进行紧急放电或部分电堆与所述阳极电解液储液器之间的阳极电解液流，阴极电解液泵，其耦接于阴极电解液管道，以提供所述钒液流电池或电池堆与所述阴极电解液储液器之间的阴极电解液流，开路电池，其通过液体连接于所述阴极电解液管道和所述阳极电解液管道，以监控所述阴极电解液溶１．一种产生和储存电力的发电系统，其包括发电机和钒液流电池储能装置；所述系统包括：钒液流电池或电池堆，其耦接于具有阳极电解液的阳极电解液储液器和具有阴极电解液溶液的阴极电解液，阳极电解液泵，其耦接于阳极电解液管道，以提供所述钒液流电池或电池

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2007.06.07 AU 20079030601.一种产生和储存电力的发电系统，其包括发电机和钒液流电池储能装置；所述系统包括钒液流电池或电池堆，其耦接于具有阳极电解液的阳极电解液储液器和具有阴极电解液溶液的阴极电解液，阳极电解液泵，其耦接于阳极电解液管道，以提供所述钒液流电池或电池堆与所述阳极电解液储液器之间的阳极电解液流，阴极电解液泵，其耦接于阴极电解液管道，以提供所述钒液流电池或电池堆与所述阴极电解液储液器之间的阴极电解液流，开路电池，其通过液体连接于所述阴极电解液管道和所述阳极电解液管道，以监控所述阴极电解液溶液与所述阳极电解液溶液之间的电势差，控制系统，其与所述钒液流电池或电池堆、所述开路电池、所述电解液泵和电流传感器电连通，其中，所述控制器调整电解液流量，决定何时停止给钒液流电池或电池堆充电，以防止损害阳极，并决定何时指示进行紧急放电或部分电解液再混合，以防止钒离子从所述电解液析出。2.根据权利要求1的所述发电系统，其中，通过监控所述电池堆中的个体电池电压，并当任何个体电池电压超过预定极限时中断所述电池充电，所述控制系统保护所述钒液流电池免于因过量充电而引起的电极损坏。3.根据权利要求2的所述发电系统，其中，所述控制系统监控电解液温度和充电状态， 并决定何时进行紧急放电，以使所述电池的所述充电状态处于安全范围以内，以防止钒离子从所述电解液析出。4.根据权利要求1至3的任一项的所述发电系统，其中，所述钒液流电池或电池堆包括硫酸钒阳极半电池和硫酸钒阴极半电池。5.根据权利要求1至3的任一项的所述发电系统，其中，所述钒液流电池或电池堆包括溴化钒阳极半电池和溴化钒阴极半电池。6.根据权利要求4的所述发电系统，其中，所述发电机包括至少一个风轮机发电机，其与所述钒液流电池或电池堆和交流-直流变换器电连通， 以产生直流风电给所述钒电池充电；以及控制系统，其与所述钒液流电池或电池堆和所述风轮机发电机电连通，以决定从所述风轮机向所述电池的电力输入以及从所述电池向负载的电力输出。7.根据权利要求6的所述发电系统，其中，所述钒液流电池或电池堆是溴化钒电池，且所述风轮机是直流风轮机。8.根据权利要求4的所述发电系统，其中，所述发电机包括风轮机发电机，其产生风电；以及光电池阵列；并且，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：马里亚·斯凯拉斯卡扎科斯，
申请(专利权)人：韦福普泰有限公司，
类型：实用新型
国别省市：AU