一种用于削峰填谷的电燃料储能系统

1.本技术属于电燃料储能技术领域，尤其涉及一种用于削峰填谷的电燃料储能系统。


背景技术：

2.21世纪以来，社会经济繁荣发展，电力需求也逐年攀升。随着电网结构的不断变化，电网内负荷峰谷差现象日趋严重。此外，由于化石燃料可用量逐年减少，我国正在大力发展新能源发电。然而，可再生能源发电输出功率的波动性、随机性对电力系统的稳定运行造成一定影响。为提高电网稳定性，保持电力系统内供用电功率平衡，在电网运行时有必要采取相应的调峰措施。传统的调峰方法包括火力发电调峰、燃气轮机调峰、水力发电调峰。此类调峰方式均通过跟踪电网负荷波动来调整网内发电机组的输出功率，从而完成调峰过程，因此要求发电机组具备较高的调峰容量。此外，调峰时发电机组的频繁启停也造成了燃料资源的浪费。目前，常采用电池储能技术从负荷侧对电网负荷峰谷差进行调节。大规模电池储能系统以其独特的优势在削峰填谷方面发挥了巨大作用，合理利用储能系统可有效解决峰谷差日益增大的问题，实现削峰填谷并有效降低负荷曲线的大幅波动，还可提高设备利用率。
3.虽然国内外已对电化学储能在削峰填谷领域开展了研究，但受限于峰谷电价差以及电化学储能技术的成熟性、经济性及可靠性，发电机组设备利用率低下，总体经济性下降、能耗增加。


技术实现要素：

4.本技术实施例提供了一种用于削峰填谷的电燃料储能系统，以解决现有技术中电化学发电机组设备利用率低下，总体经济性下降、能耗增加的问题。
5.本技术实施例提供了一种用于削峰填谷的电燃料储能系统，包括：
6.电燃料储能电站；
7.所述电燃料储能电站包括用于给电燃料充电的电燃料充电器、用于储存已充电电燃料的第一储液罐、用于储存待充电电燃料的第二储液罐、用于对所述电燃料进行电能释放的电燃料电池、用于对所述电燃料进行泵压的第一循环泵和第二循环泵，及用于采集所述电燃料储能电站中数据的电池管理终端；
8.所述第一循环泵连接所述第一储液罐与所述电燃料充电器，及连接所述电燃料充电器与所述第二储液罐；
9.所述第二循环泵连接所述第一储液罐与所述电燃料电池，及连接所述电燃料电池与所述第二储液罐；
10.所述电燃料电池及所述电燃料充电器连接至电网。
11.可选地，该系统还包括：
12.并网装置，所述电燃料电池连接至所述并网装置，所述并网装置连接至所述电网。
13.可选地，所述并网装置中包括：
14.用于将直流电压转换为交流电压的逆变器及用于将电压升高的变压器；
15.所述电燃料电池连接至所述逆变器，所述逆变器连接至所述变压器，所述变压器连接至所述电网。
16.可选地，所述电燃料充电器包括：
17.阳极槽体、阴极槽体及隔膜；
18.所述阳极槽体内盛装有正极电解液，所述阴极槽体内盛装有负极电解液，所述阳极槽体与所述阴极槽体位于所述隔膜两侧。
19.可选地，所述电燃料储能电站中的储液罐之间为间隔放置。
20.可选地，所述电燃料为支持氧化还原反应的无机电燃料或有机电燃料。
21.可选地，所述无机电燃料为含有氧化还原电对fe
2+
/fe
3+
、v
2+
/v
3+
或mn
2+
/mn
3+
的无机电燃料；
22.所述有机电燃料为含有咯嗪、硝酰自由基、醌类或甲基联吡啶-二茂铁的有机电燃料。
23.可选地，所述电燃料为含有硫化锂、钛酸锂、锂镍锰氧化物、氧化锌或高分子聚合物的纳米流体材料。
24.可选地，该装置还包括：
25.远程控制终端，所述远程控制终端与所述电池管理终端通信连接。
26.可选地，该装置还包括：
27.储能变流器，所述储能变流器分别连接至所述第一循环泵及所述第二循环泵。
28.由上可见，本技术实施例提供的电燃料储能系统通过在电燃料储能电站中设置电燃料充电器、分别存储已充电电燃料及待充电电燃料的储液罐、电燃料电池及对电燃料进行泵压的循环泵，利用循环泵在电网负荷低谷时，将待充电电燃料从储液罐中泵压至电燃料充电器实现利用电网中电能给电燃料充电，充完电的电燃料泵压至储存已充电电燃料的储液罐中，实现电量的存储，在电网负荷高峰时，将已充电电燃料从储液罐中泵压至电燃料电池实现电量释放，电燃料泵压至储存待充电电燃料的储液罐中，并通过电燃料电池将释放的电量输出至电网，实现削峰填谷，提高设备利用率，实现节能降耗。
附图说明
29.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
30.图1是本技术实施例提供的一种用于削峰填谷的电燃料储能系统的示意图。
31.附图标记：
32.1-电网，2-电燃料充电器，3-第一储液罐，4-第二储液罐，5-电燃料，6-远程控制终端，7-电燃料电池。
具体实施方式
33.以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本技术实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本技术。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本技术的描述。
34.应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
35.还应当理解，在此本技术说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本技术。如在本技术说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
36.还应当进一步理解，在本技术说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/ 或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
37.如在本说明书和所附权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当...时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。
[0038]
为了说明本技术所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
[0039]
参见图1，图1是本技术实施例提供的一种用于削峰填谷的电燃料储能系统的示意图。该电燃料储能系统包括：
[0040]
电燃料储能电站；
[0041]
所述电燃料储能电站包括用于给电燃料5充电的电燃料充电器2、用于储存已充电电燃料的第一储液罐3、用于储存待充电电燃料的第二储液罐4、用于对所述电燃料5进行电能释放的电燃料电池7、用于对所述电燃料5进行泵压的第一循环泵和第二循环泵，及用于采集所述电燃料储能电站中数据的电池管理终端；
[0042]
所述第一循环泵连接所述第一储液罐3与所述电燃料充电器2，及连接所述电燃料充电器2与所述第二储液罐4；
[0043]
所述第二循环泵连接所述第一储液罐3与所述电燃料电池7，及连接所述电燃料电池7与所述第二储液罐4；
[0044]
所述电燃料电池7及所述电燃料充电器2连接至电网1。
[0045]
其中，电燃料储能电站即是一个利用电燃料5作为能量储存载体，能够在一定时间内对内存储电能和一定时间内对外提供电能的系统，而且提供的电能具有平滑过渡、削峰填谷的功能。
[0046]
电燃料储液罐用于存储电燃料5，电燃料储液罐有两个，一个用于储存“已充电电燃料”，另一个用于储存“待充电电燃料”，电燃料储液罐根据需要设计大小，电燃料储能电站中的电燃料储液罐之间为间隔放置，便于电燃料5的充放电处理。
[0047]
电燃料充电器2能够给电燃料充电；电燃料5是具有电活性、可反复充放电的液体燃料。
[0048]
电燃料电池7用于对电燃料进行电能释放，并暂存电燃料中化学能转化出来的电
能，将其输出至电网1。
[0049]
电池管理终端用于负责对电燃料电池7进行电压、温度、电流、容量等信息的采集，实时状态监测和故障分析；电池管理终端能够实时测量电池模块电压、充放电电流、温度和单体电池端电压并计算得到的电池内阻等参数，通过分析诊断模型，得出单体电池当前容量或剩余容量的诊断，单体电池健康状态的诊断、电池组状态评估，以及在放电时当前状态下可持续放电时间的估算。
[0050]
具体地，所述电燃料为支持氧化还原反应的无机电燃料、有机电燃料或纳米流体材料。
[0051]
可选地，所述无机电燃料为含有氧化还原电对fe
2+
/fe
3+
、v
2+
/v
3+
或mn
2+
/mn
3+
的无机电燃料；所述有机电燃料为含有咯嗪、硝酰自由基、醌类或甲基联吡啶-二茂铁的有机电燃料；所述电燃料为含有硫化锂、钛酸锂、锂镍锰氧化物、氧化锌或高分子聚合物的纳米流体材料。
[0052]
在具体实施时，在电网1负荷低谷时，给电燃料储能电站充电，进行电能的储存，然后在电网1负荷高峰时，利用电燃料储能系统放电，给电网1供电，以保证负荷运行平稳，减少电网1中发电机组的启停次数，同时降低系统装机容量的投资建设成本，以改善电网1内变压器和输电线路的功率损耗，达到节能降耗的目的，实现削峰填谷。
[0053]
其中，在电网1负荷低谷时，电燃料储能系统通过电燃料充电器2给电燃料充电，即利用第一循环泵将“待充电电燃料”储液罐中的电燃料泵入电燃料充电器2，在流经电燃料充电器2时实现电能转换为电活性化学能存储在电燃料中，使电燃料成为“已充电电燃料”，并使其流入“已充电电燃料”储液罐中；在电网1负荷高峰时，利用第二循环泵将“已充电电燃料”储液罐中的电燃料泵入电燃料电池7中，实现化学能向电能的转换，将电能从电燃料中释放出来，并通过电燃料电池7将此电能通过并网系统供给电网1。
[0054]
该过程，能够在实现利用新型新能源燃料储存电能的情况下，也改善了电网 1内变压器和输电线路的功率损耗，达到节能降耗的目的，达到削峰填谷目的。
[0055]
进一步地，可选地，该电燃料储能系统还包括：
[0056]
远程控制终端6，所述远程控制终端6与所述电池管理终端通信连接。
[0057]
其中，远程控制终端6负责收集全部电池管理系统数据、储能变流器数据及配电柜数据，向各个部分发出控制指令，控制整个储能系统的运行，合理安排储能变流器工作；远程控制终端6既可以按照预设的充放电时间、功率和运行模式自动运行，也可以接受操作员的即时指令运行。
[0058]
其中，所述控制终端连接至所述电网1。
[0059]
在具体应用中，当远程控制终端6收到电网1处于负荷低谷的信号时，即刻通过电网1给电燃料储能电站提供电能，进行电能的储存，而当远程控制终端6 收到电网1处于负荷高峰信号时，即会利用电燃料储能电站给电网1提供之前已储存的电能，以保证电网1负荷运行平稳，减少发电机组的启停次数，同时降低系统装机容量的投资建设成本，同时通过并网系统改善电网1内变压器和输电线路的功率损耗，达到节能降耗的目的，实现削峰填谷。
[0060]
进一步地，可选地，该电燃料储能系统还包括：
[0061]
并网装置，所述电燃料电池7连接至所述并网装置，所述并网装置连接至所述电网
1。
[0062]
该并网系统能够实现将电燃料储能系统输出的直流电转化为与公共电网电压同频同相的交流电。
[0063]
在一个实施方式中，所述并网装置中包括：
[0064]
用于将直流电压转换为交流电压的逆变器及用于将电压升高的变压器；
[0065]
所述电燃料电池7连接至所述逆变器，所述逆变器连接至所述变压器，所述变压器连接至所述电网1。
[0066]
逆变器可以把获得的直流电压转变为与电网同幅、同频、同相的交流电压的目标；
[0067]
变压器能够改变从逆变器输入的电压，即可以把电燃料电池7发出的电升为高压状态，便于长途输送电力，以减少在输电中的损失。
[0068]
其中，可选地，所述电燃料充电器2包括：
[0069]
阳极槽体、阴极槽体及隔膜；
[0070]
所述阳极槽体内盛装有正极电解液，所述阴极槽体内盛装有负极电解液，所述阳极槽体与所述阴极槽体位于所述隔膜两侧。
[0071]
具体地，所述阳极槽体内为具有正极活性物质的正极电解液，阴极槽体内为具有负极活性物质的负极电解液，所述隔膜支持电解质穿透，不支持所述正极活性物质和所述负极活性物质穿透。
[0072]
所述电燃料在流经电燃料充电器2时，电燃料充电器2中的电解液能够实现将电网1中电能向电燃料进行电活性注入，实现电能向化学能的转换，电燃料由待充电电燃料转换为已充电电燃料。
[0073]
其中，可选地，所述电燃料电池7包括：
[0074]
电燃料电池7包括正极槽体、负极槽体以及电池隔膜。
[0075]
所述正极槽体内盛装有正极电解液，所述负极槽体内盛装有负极电解液，所述正极槽体与所述负极槽体位于所述电池隔膜两侧。
[0076]
具体地，所述正极槽体内为具有正极活性物质的正极电解液，负极槽体内为具有负极活性物质的负极电解液，所述隔膜支持电解质穿透，不支持所述正极活性物质和所述负极活性物质穿透。
[0077]
所述电燃料在流经电燃料电池7时能够实现将电燃料中化学能转化为电能，将电燃料中电能释放出来，电燃料由已充电电燃料转换为待充电电燃料。
[0078]
其中，电燃料电池7与电燃料充电器2中所包含的催化剂不同，以分别实现对应的充放电功能。电燃料充电器2包括石墨毡、pbi(聚苯并咪唑)膜和二氧化铱催化剂，以及电燃料电池7包括碳纸、nafion-h(全氟磺酸树脂)膜和铂催化剂。
[0079]
进一步地，可选地，该电燃料储能系统还包括：
[0080]
储能变流器，所述储能变流器分别连接至所述第一循环泵及所述第二循环泵。
[0081]
所述储能变流器又叫功率变换系统(pcs)，是储能单元中功率调节的执行设备，在监控与调度管理模块的调配下，实施有效和安全的储电和放电管理。
[0082]
其中，储能变流器与第一循环泵及第二循环泵之间可以采用电路或者信号连接，实现储能变流器对第一循环泵及第二循环泵的控制连接，进而通过对两个循环泵的功率调节控制，确保电燃料储能系统中储电和放电过程的有效实施。
[0083]
下面，结合实际应用案例，对该电燃料储能系统的应用效果进行阐述。
[0084]
例如，统一划分峰谷分时电价时段，高峰时段为10-12点、14-19点；低谷时段为0-8点；其余时段为平段。
[0085]
当电燃料储能系统设置为电能一天一充模式下，电燃料储能系统在用电低谷时段(即0点-8点)，远程控制终端6即会通过电网1利用电燃料充电器2给电燃料充电，电燃料分放电状态和充电状态，以钒空气电燃料体系为例，电燃料为含有v3+与v2+的酸性溶液，其中放完电的电燃料(主要为v3+)存储于第二储液罐4中，经过充电后，v3+还原成v2+，存储于第一储液罐3中，实现能量的储存，完成谷电存储电能的作用。v2+和v3+溶解度可达4mol/l。而电池的标准电压高达1.49v，钒空气电燃料系统的理论能量密度可高达150wh/l。在用电高峰时段(即10点-12点、14点-19点)，远程控制终端6即会控制电燃料电站中的已充满电的电燃料的储液罐(主要为v2+)，通过电燃料电池7放电，所释放的电能最终输送到电网1，完成用电高峰时段削峰的作用。由于峰谷时段一般的电价差一般在7毛以上，利用峰谷价差实现套利，同时还保证电网1负荷运行平稳，产生经济效益与节能环保效益。
[0086]
当电燃料储能系统设置为电能一天两充模式下，电燃料储能系统在用电低谷时段(即0点-8点)，远程控制终端6即会通过电网1利用电燃料充电器2给电燃料充电，电燃料分放电状态和充电状态，以钒空气电燃料体系为例，电燃料为含有v3+与v2+的酸性溶液，其中放完电的电燃料(主要为v3+)存储于第二储液罐4中，经过充电后，v3+还原成v2+，存储于第一储液罐3中，实现能量的储存，完成谷电存储电能的作用。在用电高峰时段(即10点-12点)，远程控制终端6即会控制电燃料电站中的已充满电的电燃料储液罐4(主要为v2+)，通过电燃料电池7放电，所释放的电能最终输送到电网1，完成用电高峰时段削峰的作用。在电能释放完成后，在中午用电平段时间(12：00-14:00)继续给电燃料充电，在下午用电高峰期(14：00-19:00)放电，由于峰谷时段一般的电价差一般在7毛以上，峰平时期的电价差一般也在五毛以上，利用峰谷及峰平价差实现套利，同时还保证电网1负荷运行平稳，产生经济效益与节能环保效益。
[0087]
其中，一天一充的模式下，电池每天仅需完成一次充放电循环，有利于系统的保养及容量保持。在一天两充的模式下，电池每天需完成两次充放电循环，使用频率更高，在生命周期内使得电燃料储能系统更高效的得到利用，减少了因为折现带来的投资亏损。
[0088]
本技术实施例提出通过电燃料储能系统来实现削峰填谷，一方面可以削峰填谷，为用户降本增效，另一方面可以降低为了保证高峰功率而建设发电厂的需求，响应国家双碳政策的需求，避免了在谷值时系统闲置容量过大所导致的发电机组总体经济性下降、能耗增加的状况发生，科学地减少了电厂煤炭消耗量，达到节能减排的目的。
[0089]
以上所述实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本技术的保护范围之内。