全钒液流电池储能系统在风电领域的应用研究

全钒液流电池应用场景《全钒液流电池在能源储存领域的应用场景》随着可再生能源的快速发展和能源储存技术的突破，全钒液流电池作为一种高效、可持续的能源储存解决方案，逐渐在各个领域展示出广阔的应用前景。

具有高能量密度、长寿命、可充电、可重复利用等特点的全钒液流电池被广泛应用于以下场景。

一、太阳能发电场景：太阳能是一种可再生能源，但其不稳定性使得导致在夜晚或阴天时无法满足用户用电需求。

在这种情况下，全钒液流电池可以通过将多余的太阳能转化为化学能进行储存，待需要时再将其转化为电能供应给用户。

这不仅提高了太阳能的利用率，还解决了电力波动的问题。

二、风力发电场景：风能是另一种常见的可再生能源，但其波动性同样导致了能源供应的不稳定。

全钒液流电池可以通过储存风力发电的多余电能，当风力不足时释放出来，以补充不足的电力。

这在解决风力发电系统的存储问题上具有巨大的优势。

三、电网峰谷平衡场景：在传统电网中，用电需求在不同时间段存在着峰谷差异。

全钒液流电池可以在低谷期间进行充电，然后在用电高峰时段释放储存的电能，以平衡负荷，减轻电网负担。

这有助于提高电网的稳定性和电力供应的可靠性。

四、无网电力场景：在某些偏远地区或无电网覆盖的地方，全钒液流电池可以作为独立的能源储存系统，为居民提供稳定的电力供应。

这对于改善当地居民的生活条件和促进社会经济发展至关重要。

五、电动汽车场景：随着电动汽车兴起，全钒液流电池也成为了电动汽车的理想能源储存解决方案之一。

全钒液流电池具有高能量密度和快速充电性能，可以有效提升电动汽车的续航里程和充电速度，进一步推动电动汽车的普及化发展。

综上所述，全钒液流电池在能源储存领域具有广泛的应用场景，可以为可再生能源的稳定利用和能源供应的平衡提供有效的解决方案。

随着技术的不断进步和成本的降低，相信全钒液流电池将在未来迎来更加广泛的应用。

风场配套用全球最大全钒液流电池储能系统刘宗浩;张华民;高素军;马相坤;刘玉峰【期刊名称】《储能科学与技术》【年(卷),期】2014(003)001【摘要】风力发电具有明显的随机性、间歇性、不可控性和反调峰特性,风力发电的大规模并网给电网调峰和稳定、安全运行带来了巨大压力,造成弃风限电现象愈加严重,严重影响了风力资源的有效利用和经济效益.全钒液流电池储能电站在能量管理系统的调度下,对风力发电输出功率进行平滑,配合风电场功率预报系统,提高风电场跟踪计划发电能力,改善了风电场并网电能质量,降低了对电网的冲击与影响,同时也提高了风电场输出功率可控性,有利于提高电网对风电的接纳能力.国电龙源卧牛石风电场配套的5 MW/10 MW·h全钒液流电池储能系统为目前世界上最大规模的全钒液流电池储能系统.本文介绍了该全钒液流电池技术特点和储能系统的设计、成组方案及功能,并对储能技术在可再生能源发展中的作用进行了展望.【总页数】7页(P71-77)【作者】刘宗浩;张华民;高素军;马相坤;刘玉峰【作者单位】大连融科储能技术发展有限公司,辽宁大连116025;大连融科储能技术发展有限公司,辽宁大连116025;中国科学院大连化学物理研究所,辽宁大连116023;大连融科储能技术发展有限公司,辽宁大连116025;大连融科储能技术发展有限公司,辽宁大连116025;大连融科储能技术发展有限公司,辽宁大连116025【正文语种】中文【中图分类】TK02【相关文献】1.基于ASCAT微波散射计风场与NCEP再分析风场的全球海洋表面混合风场 [J], 刘宇昕;张毅;王兆徽;叶小敏2.建全球最大锂电池储能系统 [J], ;3.面向电网需求的钒液流电池储能系统多时间尺度模型 [J], 黄际元;戴文莉;李欣然;杨俊;黎淑娟4.面向电网需求的钒液流电池储能系统多时间尺度模型 [J], 黄际元;戴文莉;李欣然;杨俊;黎淑娟;5.特斯拉推出全球最大电池储能系统 [J],因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

全钒液流储能电池全钒液流电池（vanadium redox batty,简称VRB）是一种新型清洁能源存储装置，其研究始于20世纪80年代的澳大利亚新南威尔士大学。

在美国、日本、澳大利亚等国家有应用验证，鉴于钒电池具有功率大、寿命长、可靠性高、操作和维修费用少、支持频繁大电流充放电等明显技术优势。

被认为是太阳能、风能发电装置配套储能设备、电动汽车供电、应急电源系统、电站储能调峰、再生能源并网发电、城市电网储能、远程供电、UPS系统等领域的优先选择。

一、工作原理全钒液流电池是一种新型储能和高效转化装置，将不同价态的钒离子溶液分别作为正极和负极的活性物质，分别储存在各自的电解液储罐中，通过外接泵把电解液泵入电池堆体内，使其在不同的储液罐和半电池的闭合回路中循环流动，采用离子交换膜作为电池组的隔膜，电解质溶液平行流过电极表面并发生电化学反应，通过双电极板收集和传导电流，使储存在溶液中的化学能转换成电能。

这个可逆的反应过程使钒电池可顺利完成充电、放电和再充电。

钒电池的工作原理请见下图。

二、钒电池技术钒电池技术中主要包括：电堆技术、电解液技术、系统集成技术1).电堆技术(1).膜膜可以说是钒电池核心中的核心，它基本决定了钒电池的寿命、效率。

钒电池使用的膜，并不限制一定使用某种膜，关键是使用的膜一是耐腐蚀，就是寿命；二是离子交换能力要足够好，就是电池效率；三是一致性要好。

(2).电极材料目前钒电池的电极材料主要有石墨毡和碳毡两类。

石墨毡烧制温度高、石墨化程度高；碳毡烧制温度低一些、石墨化程度相对低。

两者导电性能不同，价格不同。

具体使用何种电极材料取决于钒电池电堆的设计。

好的电极材料可提高钒电池的电流密度，而且对双极板的抗腐蚀有一定的保护作用。

这里的技术含量不算高，但各家需根据自己的钒电池堆的设计寻找和测试不同厂家的产品，需要一定的时间。

(3).双极板双极板材料的要求很综合：耐腐蚀、面积、韧性、强度、导电性、价格。

中国储能网讯：作为解决可再生能源大规模接入、传统电力系统削峰填谷、分布式区域能源系统负荷平衡的关键支撑技术，大容量储能技术已成为世界未来能源技术创新的制高点。

由于产业链长、产业规模大，储能产业已成为战略性新兴产业，得到了工业发达国家产业界的重点关注。

2016年4月1日国家能源局颁布的《2016年能源工作指导意见》中明确提出“加快全钒液流电池”等领域技术定型。

这些无疑为全钒液流电池储能技术的研究开发和商业化应用的提供了重大机遇。

技术特点对于大规模储能技术而言，由于系统功率和容量大，有其自身的技术要求，主要包括以下三个方面：安全性好;生命周期的性价比高(生命周期的经济性好);生命周期的环境负荷小(生命周期的环境友好)。

全钒液流电池储能技术能很好地满足上述要求。

对规模储能技术而言，由于系统功率和容量大，发生安全事故造成的危害和损失大，因此规模储能技术的首要要求是安全可靠性。

全钒液流电池是通过钒离子的价态变化，实现化学能到电能的往复转换，从而实现电能存储与释放的一种储能技术。

与其他储能技术相比，全钒液流电池储能技术具有以下优点：安全性好：全钒液流电池的储能活性物质为钒离子的水溶液，常温常压运行，不会发生燃烧。

经过长时间运行，即使离子传导膜发生破裂，正负极活性物质发生互混，也不会发生爆炸和燃烧。

系统运行过程中，电解液在电堆和电解液储罐之间循环流动，电堆产生的热量可以有效排出，热管理简单。

全钒液流电池体系的技术特性使得单体电池间一致性好，消除了像锂离子电池那样因为一致性差而导致的系统安全性问题。

循环寿命长：全钒液流储能电池的充放电循环寿命可达13000次以上，日历寿命超过15年。

由于全钒液流储能电池的活性物质——钒离子存在于液态的电解液中，在电池反应过程中，钒离子仅发生价态变化，而无相变，且电极材料本身不参与反应，因此电池寿命较长。

日本住友电工制造的25kW的全钒液流电池模块在实验室中运行，充放电循环次数超过16000次。

储能技术在风力发电系统中的应用研究摘要：近年来，人们越来越重视如何合理地提供能量，以达到节能减排的目的。

由于其特殊的特性，风光储气作为一种新型的、具有良好的节能效果，已成为一种有效的、具有潜力的新型能源替代方案。

近年来，储能技术成为能源领域的一个热点，它在电力系统的削峰填谷、微电力系统稳压稳流以及可再生能源的消纳中起着举足轻重的作用。

本文主要分析储能技术在风力发电系统中的应用。

关键词：储能技术；风力发电系统；应用研究引言能源企业是我国电力发展的主要组织，为了保障人们的生活，必须加强对风力发电设备的研究，并在适当的情况下，利用最先进的能量储存技术，为人们提供稳定的电力能源。

当然，通过上述分析，可以看到，由于我国目前的储能技术是多种多样的，所以在采用这种技术时，必须根据自己的实际情况选择合适的存储技术，才能保证企业的长期发展。

1、储能技术在新能源电力系统中的应用意义储能技术主要指电能储存技术，储存的电能能够作为应急能源使用，也可以被用于削峰填谷，保障电网运行的稳定性。

储能技术大致可以分为四种类型。

在新能源电力系统中，对于新能源的开发利用主要集中在风能发电和太阳能光伏发电等方面，对比传统化石能源，新能源的应用能够带动储能技术的革新，凭借自身清洁可再生的优势，新能源能够迎合可持续发展理念的要求。

储能技术在新能源电力系统中的应用意义体现在以下几个方面。

（1）可以提高新能源电力系统运行的稳定性和可靠性。

如果因为特殊原因，用户对电力系统提出了突发性的高需求，可能导致电力系统失稳的情况。

应用储能技术可以为电力系统提供电能补充，保障系统的可靠运行。

（2）能够提高系统运行的灵活性。

储能技术的合理应用可以帮助电力工作人员更好地控制系统运行情况，如可以通过储能设备的调整提高电能用量或者电能的储备量，利用好储能技术的动态可控性，可以确保新能源电力系统在人工可调控的状态下运行。

（3）能够为新能源电力系统的普及提供良好支撑。

风力发电论文：风力发电系统中储能技术的研究【中文摘要】作为绿色能源的风能正在日益成为新能源发展的重要方向,世界各国对于大规模风力发电的建设也日益加快。

由于风能具有随机性和间歇性的特点,大规模风电的引入会对电网的稳定运行造成严重威胁,因此在风电系统大规模应用的同时,必须抑制风力发电输出功率随风波动的问题。

国家在最新的风力发电接入电网技术规范中明确了功率波动的控制范围。

控制风力发电功率的平滑输出,是风电应用中急需解决的重要问题。

本文研究应用于风力发电系统的储能技术,通过控制实现平滑风电场功率的输出,提高风力发电系统对电网输出电能的稳定性。

论文首先研究了风速和风力机数学模型,分析双馈型风力发电系统数学模型,研究了双馈电机矢量控制策略。

并在此基础上研究了各类储能技术,结合风力发电的特点,提出了适用于风力发电的两种储能方式,深入研究了钒流电池数学模型,并仿真验证了其作为风力发电储能装置的可靠性和有效性。

采用了基于单机和风电场两种储能方式的拓扑结构,选择超级电容和钒流电池的作为风力发电储能系统的储能电池,分别应用于分布式和集中式储能系统结构中。

搭建了基于超级电容的分布式储能系统模型和基于钒流电池的集中式储能系统模型,仿真运行验证了两种储能结构的功能有效性。

最后讨论了适用于大规模风力发电的储能方式。

并深入研究了储能系统容量取值方法,提出了一种基于一阶低通滤波模型的储能取值选择方法,此方法具有易用简单的特点,在实际应用中具有较强的可操作性。

并通过算例进行了验证,满足了功率波动抑制要求。

【英文摘要】With the growing energy demand and the gradual depletion of fossil energy, as green energy, the wind energy is increasingly becoming important for energy development. Wind farm constructing has been accelerated in many countries around the world. With the proportion of wind power in the grid increasing, some disadvantages of wind power systems take more notice. As wind energy has the characteristics of random and intermittent, large-scale wind power pulled-in grid will threat the stability of the grid. Therefore we must restrain the wind power output fluctuation, when large-scale wind power system building. In addition, administration has establishing regulations for the wind power fluctuation. So this problem in wind power must be solved in rapidly. This paper studies energy storage systems used in wind power, to smooth and improve the output power quality of wind power transmission.Firstly, study the double-fed wind power generation system model, respectively, raised the rotor side converter and the network-side converter control strategy to achieve maximum power tracking. Then simulations of the wind power system verify the effectiveness and dynamic stability.Secondly, study of the various types of energy storage technologies. Combinedwith the characteristics of wind power, propose two storage forms fitting for wind power system. In-depth studies of the vanadium flow battery model, simulation has been carried out and reach the reliability and validity.Propose distributed and centralized storage system topology and respectively equipped with a super capacitor and vanadium flow battery. Building super capacitor energy storage system model and vanadium flow battery storage system simulink model, and verify the structure and function of two energy storage st discuss the proper form for large-scale wind power energy storage. Andin-depth study of the energy storage system capacity value method, propose a 1-order low-pass filter based on the stored energy value model selection method, this method has to use simple features, in practice with a strong operational.【关键词】风力发电储能钒流电池储能容量【英文关键词】Wind power Energy storage system Vanadium flow battery Storage capacity【目录】风力发电系统中储能技术的研究摘要6-7ABSTRACT7第1章绪论10-18 1.1 选题的背景10-11 1.2 世界风电产业发展11-13 1.3 风力发电技术13-16 1.3.1 风力机功率控制技术13-14 1.3.2风力发电机控制技术14-16 1.3.3 风力发电存在的问题16 1.4 本文的研究内容16-18第2章风力发电系统数学模型18-29 2.1 风速与风力机数学模型18-21 2.1.1 风速模型18-19 2.1.2 风力机特性19-20 2.1.3 功率运行方式20-21 2.2 双馈风力发电机数学模型21-28 2.2.1 双馈感应发电机基本数学模型21-24 2.2.2 双馈感应发电机矢量控制24-25 2.2.3 网侧PWM变流器及直流侧模型25-28 2.3 本章小结28-29第3章储能技术29-47 3.1 储能技术的介绍29-34 3.1.1 物理储能技术30-31 3.1.2 电磁储能技术31-32 3.1.3 电化学储能技术32-34 3.2 分析适于风力发电储能的技术及特点34-46 3.2.1 超级电容及其模型34-37 3.2.2 磷酸铁锂电池37-38 3.2.3 钠硫电池38-39 3.2.4 钒流电池及其模型39-46 3.3 本章小结46-47第4章风力发电中储能技术的应用47-65 4.1 风电场中储能装置的接入方式47-48 4.2 分布式储能方式48-55 4.2.1 双馈风力发电机储能装置48-53 4.2.2 直驱型风力发电机储能装置53-55 4.3 集中式储能方式55-64 4.3.1 集中式储能PCS功率变换系统55-56 4.3.2 基于LCL滤波的PWM变流器数学模型56-57 4.3.3 集中储能PCS系统控制策略57-59 4.3.4 PCS储能系统参数计算59-61 4.3.5 集中储能系统建模仿真61-64 4.4 本章小结64-65第5章储能方式和容量取值研究65-74 5.1 储能方式比较65-66 5.2 储能容量取值研究66-73 5.2.1 风场能量计算66-68 5.2.2 储能容量计算方法68-71 5.2.3 储能容量算例分析71-73 5.3 本章小结73-74结论74-75致谢75-76参考文献76-80攻读硕士学位期间发表的论文80。

科技资讯2015 NO.26SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION动力与电气工程5科技资讯 SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION 风力发电是大规模利用风力这种清洁能源的最有效的途径,其不仅可以改善能源结构,而且可以减少对环境的污染,因此在环境问题越来越突出的今天,风力发电技术也得到了迅猛发展,大规模、大容量的风电场在世界各地相继投产。

对于风力发电系统而言,储能技术的重要作用主要体现在以下几个方面:首先,提高风力系统的稳定性,解决风力资源稳定性差的问题;其次,风力发电系统运行稳定,即可保证整个电网系统的稳定性,从而保证电量输出的稳定性,可提供大规模的能源支持。

最后,储能技术还可以保证电力系统中存储足够的电量,以为人们提供持续的、稳定的电力支持。

1 储能技术的分类储能技术主要包括四大类,即电磁储能、物理储能、电化学储能及热储能,其中电磁储能包括超导储能、超级电容器储能;物理储能则包括抽水储能、压缩空气储能及飞轮储能;电化学储能包括氢储能、液流电池及电池。

1.1 电磁储能超导储能技术主要是利用超导体制成的线圈储存电网供电励磁产生的磁场,并在适当的时机将储存的能量送回电网。

超导储能技术可以具有储能密度高、长时间无损耗储能的特点,而且可以快速释放能量,可独立的在大范围内选取,使用寿命长,超导储能装置不受地点限制,维护简单、污染小。

当然超导储技术的不足之处在于成本高。

超级电容器储能技术是一种新兴的储能元件,其具有功率密度大、储能效果高、安装简易的特点,无需维护,可单独使用也可与其它储能装置联合应用。

1.2 物理储能抽水蓄能主要是在电力负荷低谷期将水由下池水库抽到上池水库,将电能转化成重力势能存储起来,在电网负荷高峰期再将能源释放出来,目前为止抽水蓄能技术的应用最为成熟,是风电场最佳的应用储能方案。

压缩空气储能主要是利用电力系统负荷低谷时的剩余电力带动空气压缩机,将空气压入大容量的、密闭的地下洞穴,将压缩空气转换为气压势能存储于储气室。

小议储能技术在风力发电系统中的应用摘要：本文分别简述了目前能应用于风力发电系统的飞轮储能、蓄电池储能、超导储能和超级电容器储能四类储能技术的原理，并通过分析各种储能技术所具有的特点及应用前景，基于成本和效益上综合考虑，提出最为可行的储能方案。

关键词：储能技术；风力发电；储能abstract: this paper describes current can be applied to wind power generation system of the flywheel storage, storage battery energy storage, superconducting energy storage and super capacitor energy storage four types of energy storage technology of principle, and through the analysis of various energy storage technology has the characteristics and application prospect, based on the cost and efficiency comprehensive consideration, puts forward the most feasible energy storage solutions.keywords: energy storage technology; wind power; energy storage中图分类号： tm315 文献标识码：a文章编号：1储能系统的组成和作用1.1储能系统组成储能系统主要有两部分组成：储能装置；功率转换系统。

储能装置由储能元件组成，其主要功能是实现能量的储存和释放。

功率转化系统有电力电子器件组成，其主要功能是控制充电和放电、调节和控制输出功率。

摘要全钒液流电池电解液为单一钒元素各价态离子的电解质溶液，避免了不同元素离子通过膜渗透产生的交叉污染，电池循环次数高，使用寿命长。

全钒液流电池非常适合电站削峰填谷、新能源发电储能和偏远地区供电等。

但受钒离子溶解度的限制，全钒液流电池电解液浓度相对较低，导致电池能量密度较低、电解液储罐体积大，钒电池更适用于静态储能系统，而较难应用于电动汽车、电子产品等领域，而电解液成本高也限制了其大规模商业化应用。

本工作基于各价态钒离子在不同酸度和温度条件下在传统H2SO4溶液中的溶解性能，总结了通过引入添加剂、改变支撑电解质和构建混合相电解液以提高钒电解液浓度和稳定性的方法及研究现状，介绍了不同种类添加剂在高温下稳定V(V)的作用机理，不同酸作为支撑电解质对V的溶解性及电解液电化学性能的影响，以及混合相电解液对于稳定电解液的内在机制。

重点分析了最近研究报道的新型高浓度钒电解液，展望了大幅提高钒电解液浓度的可行性及研发方向。

综合分析表明，改变传统H2SO4支撑电解质，如HCl/H2SO4等体系的开发，是大幅提高钒电解液浓度、增大电池能量密度比较有前景的研发方向。

关键词全钒液流电池；钒电解液；高浓度；稳定性；储能1988年澳大利亚新南威尔士大学(UNSW) 研究组注册了全钒氧化还原液流电池(VRFB)专利，标志着全钒液流电池的成功开发。

电池电解液中正、负极电解质由单一钒元素不同价态离子的溶液组成，正极电对为VO2+/VO2+，负极电对为V3+/V2+，避免了不同元素离子通过膜渗透产生的交叉污染。

因此，理论上钒电解液可通过电荷调整进行无限次循环使用。

VRFB循环次数比其他液流电池具有明显优势，得到了一定程度的商业化应用，主要用于电网削峰填谷、新能源电站储能、偏远地区应急供电等。

然而，受不同价态钒离子溶解度和五价钒离子高温下易水解的限制，钒电解液浓度普遍较低，导致VRFB能量密度较低。

目前商业运行钒电解液多为溶解1.5～1.8 mol/L钒的H2SO4(3～5 mol/L)溶液，能量密度一般为25 Wh/L，而Zn的混合液流电池均达到70 Wh/L。