CN202275890U - 一种液流电池电堆组的集成系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种液流电池电堆组的集成系统，主要特点在于通过集成支管路和集成总管路将储备电堆组和液流电池集成为一个整体，协调管理该系统中参与工作的液流电池的电堆组的数量。本实用新型中的集成系统，可以实现统一调配液流电池系统的功率，辅机系统互为冗余，从而提高系统效率和可靠性。
Description
技术领域
本实用新型涉及电化学储能系统，具体讲涉及一种液流电池电堆组的集成系统。
背景技术
电能是一种难以存储而又不可或缺的商品，任何时刻它的生产都要满足用电需求，因此人们一直寻找经济可行的储能技术，以平衡供需关系，稳定电力供应。电能存储在以下几个方面起着重要的作用：进行电能管理，用电高峰时协助发电，平衡负载以维护电网的稳定；提供电能辅助服务，包括频率调节、运转备用、固定存储、长期存储；分散在电能传输与分布的节点上，进行电压控制，提高电能质量及系统稳定；与太阳能、风能等再生源结合，解决用电与发电的时段差矛盾，稳定再生能源的输出，提高其在能源中的比例；作为政府、医院、社区、军事、通讯、工厂等重要部门大型不间断电源；与大型火力发电站联合，降低电站峰值容量与发电成本并减小污染；可根据不同时段的电差价进行电力贸易。
以化学能方式存储电能的电池能量存储系统，由于选址灵活、成本低、效率高，应用前景良好。其中液流电池由于功率和容量的设计是独立的，电解液中的化学物质通过氧化还原反应被重复利用，系统可以自动化封闭运行，对环境影响小，所以在电池储能领域发展很快。液流电池是一种新型电能储存技术，工作原理如图1所示，正负极电解液通过循环泵输送到电堆内，在惰性电极上发生电化学反应后送回到电解液储罐中。液流电池的一个显著特点是能量转化和能量存储是相对独立的，也就是电堆和电解液相对独立，液流电池功率和容量配置灵活。
申请号为CN200610046183.6的发明专利公开了一种大功率氧化还原液流储能电堆模块化结构及其群组模式，其中至少具有一个子电堆，电解液通过电解液输送泵经各子电堆液路进入各子单元液路中，其中公开了由1～40个子电堆、管路和储液罐等构成的一套液流电池系统。图2示出了一种更大规模的采用上述液流电池组合的液流电池系统。
电力系统应用大规模储能技术应考虑储能系统的运行情况、维护成本、可靠性、寿命和冗余调节能力等多方面因素。虽然采用大规模液流电池系统储能技术可以有效缓解用电供需矛盾、提高电网安全和稳定性、改善供电质量，并能积极促进可再生能源的利用和发展，但是大规模液流电池系统在应用中需要考虑下面几个问题：
1.液流电池系统采用的泵、阀等运动部件易发生故障；
2.电解液循环系统整体性强，一个环节出现问题，整套电池系统就无法工作，可靠性降低；
3.若停机维修液流电池，电池系统便不能继续提供24小时/天不间断运行服务。
实用新型内容
为了解决上述现有技术中的不足，本实用新型的目的在于提供一种液流电池电堆组的集成系统，不但液流电池能够独立运行工作，而且可以通过集成支管路和集成总管路将储备电堆组和液流电池集成为一个整体，构建能够实现液流电池功率统一调度的液流电池储能系统。
为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
一种液流电池电堆组的集成系统，其特征在于：所属集成系统包括液流电池、集成支管路、集成总管路和储备电堆组；
所述液流电池包括电堆组、正负极电解液循环泵、正负极电解液储液罐和正负极循环管路；
所述液流电池的电堆组的负极电解液输入、输出管路分别通过相应集成支管路与相应集成总管路的电解液输入、输出管路分别连接；
所述液流电池的电堆组的正极电解液输入、输出管路分别通过相应集成支管路与相应集成总管路的电解液输入、输出管路分别连接；
所述储备电堆组的负极电解液输入、输出管路分别通过相应集成支管路与相应集成总管路的电解液输入、输出管路分别连接；
所述储备电堆组的正极电解液输入、输出管路分别通过相应集成支管路与相应集成总管路的电解液输入、输出管路分别连接。
所述集成支管路设有电动球阀。
所述集成总管路包括正极电解液输入和输出管路以及负极电解液输入管路和输出管路。
所述液流电池的电堆组的负极电解液输入管路通过集成支管路1a与集成总管路的负极电解液输入管路连接，所述液流电池的电堆组的负极电解液输出管路通过集成支管路2a与集成总管路的负极电解液输出管路连接；
所述液流电池的电堆组的正极电解液输入管路通过集成支管路3a与集成总管路的正极电解液输入管路连接，所述液流电池的电堆组的正极电解液输出管路通过集成支管路4a与集成总管路的正极电解液输出管路连接。
所述储备电堆组的负极电解液输入管路通过集成支管路1c与集成总管路的负极电解液输入管路连接，所述储备电堆组的负极电解液输出管路通过集成支管路2c与集成总管路的负极电解液输出管路连接；
所述储备电堆组的正极电解液输入管路通过集成支管路3c与集成总管路的正极电解液 输入管路连接，所述储备电堆组的正极电解液输出管路通过集成支管路4c与集成总管路的正极电解液输出管路连接。
集成支管路1a、集成支管路2a、集成支管路3a和集成支管路4a中的电动球阀全部关闭，液流电池独立工作。
当液流电池中的电堆组或循环管路需要检修，或需要统一管理系统功率，通过集成支管路和集成总管路将储备电堆组切换到液流电池中运行，运行过程如下：
集成支管路1a、集成支管路1c、集成支管路2a和集成支管路2c分别设有电动球阀，负极电解液循环泵将液流电池的负极电解液储液罐中的电解液输入到液流电池的电堆组中，同时经集成支管路1a、集成总管路的负极电解液输入管路和集成支管路1c输入到储备电堆组中；在储备电堆组中反应后的负极电解液经集成支管路2c、集成总管路的负极电解液输出管路和集成支管路2a与液流电池的电堆组中反应后的负极电解液一并送回液流电池的负极电解液储液罐；所述集成支管路3a、集成支管路3c、集成支管路4a和集成支管路4c分别设有电动球阀，正极电解液循环泵将液流电池的正极电解液储液罐中的电解液输入到液流电池的电堆组中，同时经集成支管路3a、集成总管路中的正极电解液输入管路和集成支管路3c输入到储备电堆组中；在储备电堆组中反应后的正极电解液经集成支管路4c、集成总管路中的正极电解液输出管路和集成支管路4a与液流电池的电堆组中反应后的正极电解液一并送回液流电池的正极电解液储液罐。
所述集成总管路的端部采用法兰结构，实现集成总管路的扩充。
所述集成总管路设有数量在1以上的正极电解液输入管路和输出管路的接口，以及数量在1个上的负极电解液输入管路和输出管路接口。
与现有技术相比，本实用新型的优异效果在于：这种基于液流电池模块化组合而成的大规模液流电池储能系统，各液流电池的零部件互为冗余设计提高系统运行的可靠性；可以根据实际运行需求，调整参与工作的电堆组的数量，提高系统运行效率；充分体现液流电池能量转化和能量存储相对独立的特性，灵活方便的实现液流电池储能系统的扩充；在液流电池储能系统工作能力不变的情况下，便于检修和维护。
附图说明
图1是液流电池工作原理示意图；
图2是多组独立液流电池集成的大规模液流电池储能系统示意图；
图3是采用液流电池电堆组的集成系统的单液流电池示意图；
图4是采用液流电池电堆组的集成系统将储备电堆组接入到液流电池的示意图；
图5是采用液流电池电堆组的集成系统的多组液流电池和储备电堆组所构成的大规模液流电池储能系统的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步的说明。
如图1所示，液流电池包括电堆组、正负极电解液循环泵、正负极电解液储液罐和正负极循环管路，本发明中用到的液流电池属于电化学液流电池，电化学液流电池一般称为氧化还原液流电池，是一种新型的大型电化学储能装置。
图2为多组独立液流电池集成的大规模液流电池储能系统示意图。
图3为采用液流电池电堆组的集成系统的单液流电池示意图，包括液流电池、集成支管路和集成总管路。
如图4所示，所属集成系统包括液流电池、集成支管路、集成总管路和储备电堆组；
所述液流电池的电堆组的负极电解液输入、输出管路分别通过相应集成支管路与相应集成总管路的电解液输入、输出管路分别连接；
所述液流电池的电堆组的正极电解液输入、输出管路分别通过相应集成支管路与相应集成总管路的电解液输入、输出管路分别连接；
所述储备电堆组的负极电解液输入、输出管路分别通过相应集成支管路与相应集成总管路的电解液输入、输出管路分别连接；
所述储备电堆组的正极电解液输入、输出管路分别通过相应集成支管路与相应集成总管路的电解液输入、输出管路分别连接。
所述集成支管路设有电动球阀。
所述集成总管路包括正极电解液输入和输出管路以及负极电解液输入和输出管路。
所述液流电池的电堆组的负极电解液输入管路通过集成支管路1a与集成总管路的负极电解液输入管路连接，所述液流电池的电堆组的负极电解液输出管路通过集成支管路2a与集成总管路的负极电解液输出管路连接；
所述液流电池的电堆组的正极电解液输入管路通过集成支管路3a与集成总管路的正极电解液输入管路连接，所述液流电池的电堆组的正极电解液输出管路通过集成支管路4a与集成总管路的正极电解液输出管路连接。
所述储备电堆组的负极电解液输入管路通过集成支管路1c与集成总管路的负极电解液输入管路连接，所述储备电堆组的负极电解液输出管路通过集成支管路2c与集成总管路的负极电解液输出管路连接；
所述储备电堆组的正极电解液输入管路通过集成支管路3c与集成总管路的正极电解液输入管路连接，所述储备电堆组的正极电解液输出管路通过集成支管路4c与集成总管路的正极电解液输出管路连接。
集成支管路1a、集成支管路2a、集成支管路3a和集成支管路4a中的电动球阀全部关闭，液流电池独立工作。
当液流电池中的电堆组或循环管路需要检修，或需要统一管理系统功率，通过集成支管路和集成总管路将储备电堆组切换到液流电池中运行，运行过程如下：
集成支管路1a、集成支管路1c、集成支管路2a和集成支管路2c分别设有电动球阀，负极电解液循环泵将液流电池的负极电解液储液罐中的电解液输入到液流电池的电堆组中，同时经集成支管路1a、集成总管路的负极电解液输入管路和集成支管路1c输入到储备电堆组中；在储备电堆组中反应后的负极电解液经集成支管路2c、集成总管路的负极电解液输出管路和集成支管路2a与液流电池的电堆组中反应后的负极电解液一并送回液流电池的负极电解液储液罐；集成支管路3a、集成支管路3c、集成支管路4a和集成支管路4c分别设有阀门，正极电解液循环泵将液流电池的正极电解液储液罐中的电解液输入到液流电池的电堆组中，同时经集成支管路3a、集成总管路中的正极电解液输入管路和集成支管路3c输入到储备电堆组中；在储备电堆组中反应后的正极电解液经集成支管路4c、集成总管路中的正极电解液输出管路和集成支管路4a与液流电池的电堆组中反应后的正极电解液一并送回液流电池的正极电解液储液罐。此时，该系统的容量不变，但是功率增加一倍，系统效率提高，零部件互为冗余，系统的运行可靠性提高。
所述集成总管路的端部采用法兰结构，实现集成总管路的扩充。
所述集成总管路设有数量在1以上的正极电解液输入管路和输出管路的接口，以及数量在1个上的负极电解液输入管路和输出管路接口。
如图5所示，通过集成支管路和集成总管路将若干个液流电池和储备电堆组接到液流电池系统中，可实现液流电池系统功率和容量的扩充。
最后应该当说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细的说明，所述领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者同等替换，而未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
Claims (6)
1.一种液流电池电堆组的集成系统，其特征在于：所属集成系统包括液流电池、集成支管路、集成总管路和储备电堆组；
所述液流电池包括电堆组、正负极电解液循环泵、正负极电解液储液罐和正负极循环管路；
所述液流电池的电堆组的负极电解液输入、输出管路分别通过相应集成支管路与相应集成总管路的电解液输入、输出管路分别连接；
所述液流电池的电堆组的正极电解液输入、输出管路分别通过相应集成支管路与相应集成总管路的电解液输入、输出管路分别连接；
所述储备电堆组的负极电解液输入、输出管路分别通过相应集成支管路与相应集成总管路的电解液输入、输出管路分别连接；
所述储备电堆组的正极电解液输入、输出管路分别通过相应集成支管路与相应集成总管路的电解液输入、输出管路分别连接；
所述集成支管路设有电动球阀。
2.根据权利要求1所述的一种液流电池电堆组的集成系统，其特征在于：所述集成总管路包括正极电解液输入和输出管路以及负极电解液输入和输出管路。
3.根据权利要求2所述的一种液流电池电堆组的集成系统，其特征在于：所述液流电池的电堆组的负极电解液输入管路通过集成支管路(1a)与集成总管路的负极电解液输入管路连接，所述液流电池的电堆组的负极电解液输出管路通过集成支管路(2a)与集成总管路的负极电解液输出管路连接；
所述液流电池的电堆组的正极电解液输入管路通过集成支管路(3a)与集成总管路的正极电解液输入管路连接，所述液流电池的电堆组的正极电解液输出管路通过集成支管路(4a)与集成总管路的正极电解液输出管路连接；
所述储备电堆组的负极电解液输入管路通过集成支管路(1c)与集成总管路的负极电解液输入管路连接，所述储备电堆组的负极电解液输出管路通过集成支管路(2c)与集成总管路的负极电解液输出管路连接；
所述储备电堆组的正极电解液输入管路通过集成支管路(3c)与集成总管路的正极电解液输入管路连接，所述储备电堆组的正极电解液输出管路通过集成支管路(4c)与集成总管路的正极电解液输出管路连接。
4.根据权利要求3所述的一种液流电池电堆组的集成系统，其特征在于：所述集成支管路(1a)、集成支管路(1c)、集成支管路(2a)和集成支管路(2c)分别设有电动球阀，负 极电解液循环泵将液流电池的负极电解液储液罐中的电解液输入到液流电池的电堆组中，同时经集成支管路(1a)、集成总管路的负极电解液输入管路和集成支管路(1c)输入到储备电堆组中；在储备电堆组中反应后的负极电解液经集成支管路(2c)、集成总管路的负极电解液输出管路和集成支管路(2a)与液流电池的电堆组中反应后的负极电解液一并送回液流电池的负极电解液储液罐；所述集成支管路(3a、3c、4a和4c)分别设有电动球阀，正极电解液循环泵将液流电池的正极电解液储液罐中的电解液输入到液流电池的电堆组中，同时经集成支管路(3a)、集成总管路中的正极电解液输入管路和集成支管路(3c)输入到储备电堆组中；在储备电堆组中反应后的正极电解液经集成支管路(4c)、集成总管路中的正极电解液输出管路和集成支管路(4a)与液流电池的电堆组中反应后的正极电解液一并送回液流电池的正极电解液储液罐。
5.根据权利要求1所述的一种液流电池电堆组的集成系统，其特征在于：所述集成总管路的端部采用法兰结构，实现集成总管路的扩充。
6.根据权利要求1所述一种液流电池电堆组的集成系统，其特征在于：所述集成总管路设有数量在1以上的正极电解液输入管路和输出管路的接口，以及数量在1个上的负极电解液输入管路和输出管路接口。
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