西安交通大学李明佳等：基于微网负荷响应的全钒液流电池优化运行方法
发布时间:2019-12-10
该文受国家自然科学基金项目（51806165）资助。
原文发表在《全球能源互联网》2019年第6期，欢迎品读。
作者：倪经纬，李明佳
单位：西安交通大学
文章导读
全钒液流电池具有可深度充/放电、功率和容量相互独立等诸多优越性，是解决间歇性新能源消纳问题的有效手段。目前，国内外涉及全钒液流电池的负荷响应特性的研究较少，且已有电化学模型忽略了泵损对电池性能的影响，同时也未考虑电解液在系统中的流动状态。因此，本文基于自放电效应建立了全钒液流电池电化学模型和不同流动状态下包含泵损的泵功模型，研究了电池关键参数对其性能的影响规律与微网中电池的负荷响应特性，为全钒液流电池系统的优化运行提供了理论参考。
文章亮点
（1）建立了全钒液流电池的电化学模型与不同流动状态下包含泵损的电池泵功模型。
（2）建立了基于非线性规划算法的微网负荷优化调度模型。
（3）提出了一种微网中逐时响应需求侧负荷波动的最优电解液流量计算流程和优化运行方法。
摘要
全钒液流电池是具有良好应用前景的大规模储能技术之一，是解决电网调峰调频、间歇性可再生能源消纳等问题的有效手段。本文使用MATLAB基于自放电效应建立了全钒液流电池的电化学模型，研究了电池的充/放电形式和电解液流量对电池性能的影响规律，进而建立了微网负荷的优化调度模型，并提出了一种微网中逐时响应需求侧负荷波动的最优电解液流量计算流程和优化运行方法。研究结果表明：全钒液流电池的过电势损耗与电流正相关；随着电池的电解液流量从0.024 m3/h增加至0.288 m3/h，泵功相应由0.027 W增加至0.422 W，同时电池浓差极化损失的减小导致系统能量效率的提升；恒定负荷下，选取合适的电池电解液流量可获得较高的系统效率；采用提出的全钒液流电池优化运行方法，可实现微网变负荷工况下电池电解液流量的实时优化控制，相较于恒定流量的运行方法，电池的系统效率可提升至87.03%。
⬆ 图1 充放电形式对电池参数的影响
恒定电流充/放电时，电池的充/放电时间、电压损耗相近；恒定功率充/放电时，充电时间明显长于放电时间，但其放电过程的电压损耗大于充电过程的电压损耗。
⬆ 图2 电解液流量对电池性能的影响
电解液流量越大，电池的能量效率越高，但泵功随之明显增加；恒定负荷下，选取合适的电池电解液流量可获得较高的系统效率。
⬆ 图3 基于逐时流量控制的钒电池优化运行方法
随着电池的电解液流量Q从0.024 m3/h增加至0.288 m3/h，电池的最大过电势损耗从212 mV减小至187 mV，但泵功随电解液流量的增大而增大，导致系统效率随着电解液流量的增大呈先增大、后减小的趋势。采用实时优化电解液流量的运行方法可以获得较低的最大过电势损耗为189 mV，此时电池获得最高的系统效率为87.03%。
本文引文信息
倪经纬，李明佳. 基于微网负荷响应的全钒液流电池优化运行方法[J]. 全球能源互联网，2019，2(6)：608-616.
Ni Jingwei, Li Mingjia. Optimized operation method of vanadium redox flow batteries based on microgrid load response [J]. Journal of Global Energy Interconnection, 2019, 2(6): 608-616 (in Chinese).
作者简介
倪经纬
博士研究生
研究方向为全钒液流电池，
E-mail：nijingwei@stu.xjtu.edu.cn。
李明佳
博士，教授
研究方向为能源的高效利用、新能源及储能技术等，
E-mail：mjli1990@xjtu.edu.cn。
编辑：张宇
审核：白恺
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