国际全钒氧化复原液流电池VRB技术发展现状

国际全钒氧化复原液流电池VRB技能开展现状 

一些动力发生体系，如风力发电、太阳能等，因为遭到气候改动、风力巨细等自然条件的影响，电能输出具有不安稳性和接连性地特色，从而形成机械功率大幅改动，会使发电机输出的有功和无功发生动摇，并且使电网的电能质量下降，一起形成电能糟蹋。现在，国际上一项风电存储新技能――全钒氧化复原液流电池（Vanadium Redox Battery，VRB）进入实用性阶段，经过对动力高效转化存储，确保安稳的电功率输出，改进电网安全性和牢靠性。

我国VRB技能开展现状与缺乏

现在我国工程物理研讨院、我国科学院大连化学物理研讨所、清华大学等不少研讨机构现已对全钒液流电池打开了一系列相关研讨，并获得必定效果。
 
1995年，我国工程物理研讨院电子工程研讨所首先在国内打开VRB电池的研讨，研制成功500W、1kW的样机，具有电解质溶液制备、导电塑料成型等专利。
 
2006年3月我国科学院大连化学物理研讨所研制成功10 kW实验电堆，并经过国家科技部检验，标志着我国的全钒液流电池体系获得阶段性前进。
 
清华大学利用在膜分离功用材料制备、膜进程与设备规划等方面近二十年的研讨经历和技能堆集，以及电解质溶液热力学、功用膜材料物理化学、化工进程传质学的丰厚理论研讨效果，在电堆流道规划、电堆密封结构、锁紧方法方面获得研讨效果，现已申报3项专利。并研制成功全钒液流电池测验渠道。
 
我国的全钒液流电池研讨相关于国外，在液流电池要害材料，包含离子交流膜、电极材料、高浓度电解液以及工程扩大技能等方面，尚处于起步阶段，需求活跃尽力，争夺在近年获得突破性开展。
 
全钒液流电池在大型电力公司供电、边远区域及中型电力用户、一般居民用户用电储能等方面都具有杰出的使用远景，其高效、节能的技能特色，关于我国新动力的开发具有久远的影响。

VRB技能原理和开展

全钒氧化复原液流电池（VRB）的原理最早在1984年，由新南威尔士大学的Maria Skyllas-Kazacos等研讨人员提出，之后经技能转让和开展，在澳大利亚、日本和加拿大得到深入研讨。现在，加拿大的VRB Power Systems公司和日本住友电工研制的全钒液流电池技能进入实用化阶段。下面就依据加拿大的VRB Power Systems公司最新的VRB Energy Storage System（VRB-ESS）储能体系介绍全钒液流电池的技能原理和特色。
 
VRB-ESS储能体系是VRB Power Systems公司在新南威尔士大学研讨人员提出的全钒液流电池技能基础上开展出来的储能体系，将化学能和电能彼此转化。化学能存储于不同阶态的钒离子中，电解质溶液为钒离子硫酸电解液，电解液经过泵从两个独立的塑料存储罐中流入两个半电池组单元，选用一个质子交流膜（PEM）作为电池组的隔阂，电解质溶液平行流过电极外表并发生电化学反响，经过双电极板搜集和传导电流。这个反响进程能够逆反进行，对电池进行充电、放电和再充电。

VRB-ESS体系包含两个具有不同氧化状况钒离子的电解液存储罐，别离是正极V(Ⅳ)/V(Ⅴ)和负极V(Ⅱ)/V(Ⅲ)氧化复原电极对。电解液由泵在存储罐和电堆之间循环运送。电堆包含多个电池组，每个电池组具有两个半电池部分，由质子交流膜离隔。在半电池组中，电化学反响是在碳板电极上进行的，发生电流对电池进行充放电。
VRB-ESS体系技能优势
VRB-ESS储能体系在规划制作、运转保护、体系功能等方面具有许多技能优势：
 
1、规划和制作
 
（a）选用快速规划和制作，包含环境答应，一般为6－8个月。
 
（b）现有体系快速晋级，只需经过添加电解液容量来完结进步存储容量，完结本钱低；并可经过添加电堆数量来进步输出功率。
 
2、运转与保护
 
（a）运转温度低，环境温度改动影响小。
 
（b）数据收集监控体系SCADA接口支撑互联网衔接或拨号衔接。Modbus总线接口可支撑与其他辅佐体系的互联。
 
（c）电力操控选用先进的多象限电流操控技能，答应输出电力相位操控、电压漂移补偿、低谐波失真、反响电流补偿（PFC）、瞬时高负载容量，添加体系的功能安稳。并具有多层、加密操控PLC。
 
（d）低本钱保护。VRB-ESS体系保护本钱为$0.008/kWh。
 
3、体系功能
 
（a）电池寿命长。电池正负极反响均在液相中完结，充放电进程只是改动溶液中钒离子状况，没有外界离子参加电化学反响，重复充放电不会形成电池容量下降，VRB-ESS体系充放电可超越10000次（20%－80%SOC）。
 
（b）体系功率高。因为正负半电池电解液中的活性物质别离储存在不同的储槽中，完全避免电解液保存进程的自放电耗费。体系循环功率可达65－75%。
 
（c）理论充放电速度比为1:1（实践为1.8:1），答应非顶峰时刻充电，顶峰时刻放电，将不安稳的电能输入变为接连、安全牢靠的电能输出，改进电网安全性和牢靠性，是风力发电范畴抱负的储能体系。
VRB-ESS体系使用事例
VRB Power Systems公司将VRB-ESS储能体系使用于澳大利亚King Island风力发电体系，供给安稳、牢靠的电力运送。
 
King Island坐落澳大利亚南海峡，具有丰厚的风力资源，本来选用的是4个1500kW柴油机发电机组，后来添加了3个250kW和2个850kW的风力发电机组。但风电机组因为输出电力不继续安稳，因而选用VRB-ESS储能体系处理这一问题。
 
VRB-ESS储能体系用于安稳风力发电中短时电力运送改动和负载改动，供给频率和电压操控，施行体系“负荷搬运”，优化柴油机和风力发电混合体系的运转功能。VRB-ESS体系的使用削减了柴油机发电机组的运转负荷，因而削减了燃料的本钱和柴油机组排出的废气污染。一起也供给了King Island区域工业和民用需求的安稳电力供应。
 
VRB-ESS储能体系基本参数：
 
储能容量：1100kWh
 
继续输电功率：200kW（4小时）
 
峰时最大输出功率：400kW（10秒）、300kW（5分钟）
表1：经济和环境效益

效益项目 效益量 效益 年收益
削减热备用 8小时/日 节省燃料440L/日 $91,500
进步运转功率 25L/小时低燃料耗费 节省燃料440L/日 $83,200
捕捉溢出风力 1100kWh/日 节省燃料260L/日 $51,200
削减保护本钱 每日削减机组12运转小时 延伸保护周期 $23,000
总计                                       $248,900（3.5年回收本钱）
 
削减排放 4,000,000 kg/yr CO2
99,000 kg/yr NOx
75,000 kg/yr未燃碳氢化合物