【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及发电，尤其涉及一种耦合电解水制氢的液流电池与压缩空气混合储能系统。
技术介绍
1、随着环境问题的日益严峻以及全球能源需求的增长，能源转型和可再生能源的开发和利用变得尤为重要。风能和太阳能等可再生能源具有间歇性和不稳定，因此，需要新型大规模储能技术来平衡电力供需，确保电网的稳定运行。储能技术不仅可以提高新能源的利用率，还可以在电网需求高峰期释放存储的能量，从而减少对传统化石能源的依赖。
2、压缩空气储能具有效率高、工作时间长、安全性高、成本较低且对环境友好等优点，适用于大规模储能；而电池储能具备快速响应和高能效的特点，适合短时间内的电力平衡和频率调节。压缩空气储能与电池储能的耦合可以利用各自优势，增强储能系统的稳定性和灵活性，提供稳定且高效的电力输出，提高能源利用率，减少能量损耗。通过优化各个系统的运行条件，耦合系统还能延长设备的使用寿命，降低运行负荷，减少设备磨损。因此，压缩空气储能和电池储能可以适应电网调峰调频、可再生能源并网、电力应急备份等多种应用场景，满足不同储能需求，提升系统的适应性和灵活性。
3、在现有的工程应用中，锂电池储能和压缩空气储能组合式网侧储能电站已经得到应用，该网侧储能电站能够提供综合性的电网辅助服务，包括长时储能、转动惯量以及快速调频。然而，锂电池的制造和材料成本较高，锂电池成本较高；充放电循环次数有限，通常在几千次左右。随着使用次数的增加，电池的容量和性能会逐渐下降，寿命受限；锂电池在生产过程中涉及采矿、化学处理等，可能对环境造成负面影响；锂电池存在过热、起火或爆炸
4、相较于锂电池，液流电池充放电循环次数显著高于锂电池，电解液能够独立存储，寿命更长；其电解液在常温下通常是非易燃的，运行温度较低，安全性更高；此外，液流电池的能量容量主要是存储电解液储罐大小决定，更加容易扩展，并且电解液可以回收利用，对环境比较友好。
5、在压缩空气储能耦合锂电池储能系统中，锂电池成本高、寿命有限、存在环境影响和安全性问题，并且两者的耦合并不深入。此外，压缩空气储能系统储能过程储存压缩热的热量品位不高，容易导致释能过程中膨胀机做功能力有限，存在效率较低的问题，这难以保证系统提供稳定高效的电力输出，不利于有效地推动可再生能源的发展和应用。
技术实现思路
1、本专利技术提供了一种耦合电解水制氢的液流电池与压缩空气混合储能系统，解决了压缩空气储能耦合锂电池储能系统中压缩空气与储能的耦合不深入，压缩空气储能系统储能过程储存压缩热的热量品位不高，容易导致释能过程中膨胀机做功能力有限，效率较低，难以保证系统提供稳定高效的电力输出的技术问题。
2、有鉴于此，本专利技术第一方面提供了一种耦合电解水制氢的液流电池与压缩空气混合储能系统，包括：
3、电解水子系统、液流电池子系统和压缩空气储能子系统，所述电解水子系统分别与所述液流电池子系统和所述压缩空气储能子系统连接；
4、所述电解水子系统用于电解水并制备出氧气以及氢气，所述电解水子系统的输出分为两路，其中，一路输出所述氧气用于制备负极电解液，并将所述负极电解液储存于所述液流电池子系统中的负极电解液罐10内，使所述负极电解液罐10为所述液流电池子系统中的液流电池提供负极的电位供能；另一路输出所述氢气至所述压缩空气储能子系统中的氢气燃烧室23内进行空气补燃，并驱动所述压缩空气储能子系统内的发电机26进行发电。
5、优选地，所述电解水子系统包括电解槽1。
6、优选地，所述电解水子系统包括氢气压缩机2、第一冷却器3、储氢罐4和第一截止阀9，所述电解槽1、所述氢气压缩机2、所述第一冷却器3、所述储氢罐4、所述第一截止阀9和所述氢气燃烧室23依次串联连通。
7、优选地，所述电解水子系统包括氧气压缩机5、第二冷却器6、储氧罐7和第二截止阀8，所述电解槽1、所述氧气压缩机5、所述第二冷却器6、所述储氧罐7、所述第二截止阀8和所述负极电解液罐10依次串联连通。
8、优选地，所述液流电池子系统包括液流电池、正极电解液罐13、第一液体泵16和第二液体泵18；
9、所述液流电池包括正极腔14、负极腔15和离子膜17，所述离子膜17设于所述正极腔14与所述负极腔15之间；
10、所述负极电解液罐10通过所述第一液体泵16与所述负极腔15连通；
11、所述正极电解液罐13通过所述第二液体泵18与所述正极腔14连通。
12、优选地，所述液流电池子系统还包括负载12，所述负载12连接于所述正极腔14的输出端和所述负极腔15的输出端之间。
13、优选地，所述压缩空气储能子系统包括电动机19、空气压缩冷却机组、第一节流阀31、储气罐22、储热罐32、第二节流阀33和预热器34；
14、所述电动机19的输出轴与所述空气压缩冷却机组连接，用于驱动所述空气压缩冷却机组对接收的空气进行压缩和冷却处理；
15、所述空气压缩冷却机组的冷却部分通过所述第一节流阀31与所述储气罐22连通；
16、所述储气罐22通过所述第二节流阀33与所述预热器34连通；
17、所述预热器34与所述氢气燃烧室23连通。
18、优选地，所述空气压缩冷却机组包括第一级压缩机20、第二级压缩机21、第一中间冷却器29和第二中间冷却器30；
19、所述第一级压缩机20、所述第一中间冷却器29、所述第二级压缩机21和所述第二中间冷却器30依次串联连通，所述第一级压缩机20与所述第二级压缩机21连接。
20、优选地，所述压缩空气储能子系统还包括：储冷罐27、第三液体泵28、储热罐32和第四液体泵35；
21、所述储冷罐27通过所述第三液体泵28分别与所述第一中间冷却器29的输入端和所述第二中间冷却器30的输入端连接；
22、所述第一中间冷却器29的输出端和所述第二中间冷却器30的输出端均与所述储热罐32连通；
23、所述储热罐32通过所述第四液体泵35与所述预热器34的输入端连通，所述预热器34的输出端与所述储冷罐27连通。
24、优选地，所述压缩空气储能子系统包括第一级膨胀机24和第二级膨胀机25，所述氢气燃烧室23、所述第一级膨胀机24、所述第二级膨胀机25和所述发电机26依次串联连通。
25、从以上技术方案可以看出，本专利技术具有以下优点：
26、本专利技术通过电解水子系统制备出氧气和氢气，通过氧气制备液流电池的负极电解液并存储于负极电解液罐内，为液流电池子系统中的液流电池持续提供负极的电位供能，能够提高钒电解液浓度，并保证液流电池长期稳定运行，还通过氢气输出至压缩空气储能子系统中的氢气燃烧室内进行空气补燃，提高进气的做功量，并驱动发电机进行发电，使得压缩空气储能与液流电池储能充分耦合，减少能量损失，保证提供稳定高效的电力输出。
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1.一种耦合电解水制氢的液流电池与压缩空气混合储能系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的耦合电解水制氢的液流电池与压缩空气混合储能系统，其特征在于，所述电解水子系统包括电解槽（1）。
3.根据权利要求2所述的耦合电解水制氢的液流电池与压缩空气混合储能系统，其特征在于，所述电解水子系统包括氢气压缩机（2）、第一冷却器（3）、储氢罐（4）和第一截止阀（9），所述电解槽（1）、所述氢气压缩机（2）、所述第一冷却器（3）、所述储氢罐（4）、所述第一截止阀（9）和所述氢气燃烧室（23）依次串联连通。
4.根据权利要求2所述的耦合电解水制氢的液流电池与压缩空气混合储能系统，其特征在于，所述电解水子系统包括氧气压缩机（5）、第二冷却器（6）、储氧罐（7）和第二截止阀（8），所述电解槽（1）、所述氧气压缩机（5）、所述第二冷却器（6）、所述储氧罐（7）、所述第二截止阀（8）和所述负极电解液罐（10）依次串联连通。
5.根据权利要求1所述的耦合电解水制氢的液流电池与压缩空气混合储能系统，其特征在于，所述液流电池子系统包括液流电池、正极电解
6.根据权利要求5所述的耦合电解水制氢的液流电池与压缩空气混合储能系统，其特征在于，所述液流电池子系统还包括负载（12），所述负载（12）连接于所述正极腔（14）的输出端和所述负极腔（15）的输出端之间。
7.根据权利要求1所述的耦合电解水制氢的液流电池与压缩空气混合储能系统，其特征在于，所述压缩空气储能子系统包括电动机（19）、空气压缩冷却机组、第一节流阀（31）、储气罐（22）、储热罐（32）、第二节流阀（33）和预热器（34）；
8.根据权利要求7所述的耦合电解水制氢的液流电池与压缩空气混合储能系统，其特征在于，所述空气压缩冷却机组包括第一级压缩机（20）、第二级压缩机（21）、第一中间冷却器（29）和第二中间冷却器（30）；
9.根据权利要求8所述的耦合电解水制氢的液流电池与压缩空气混合储能系统，其特征在于，所述压缩空气储能子系统还包括：储冷罐（27）、第三液体泵（28）、储热罐（32）和第四液体泵（35）；
10.根据权利要求1所述的耦合电解水制氢的液流电池与压缩空气混合储能系统，其特征在于，所述压缩空气储能子系统包括第一级膨胀机（24）和第二级膨胀机（25），所述氢气燃烧室（23）、所述第一级膨胀机（24）、所述第二级膨胀机（25）和所述发电机（26）依次串联连通。
...【技术特征摘要】
1.一种耦合电解水制氢的液流电池与压缩空气混合储能系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的耦合电解水制氢的液流电池与压缩空气混合储能系统，其特征在于，所述电解水子系统包括电解槽（1）。
3.根据权利要求2所述的耦合电解水制氢的液流电池与压缩空气混合储能系统，其特征在于，所述电解水子系统包括氢气压缩机（2）、第一冷却器（3）、储氢罐（4）和第一截止阀（9），所述电解槽（1）、所述氢气压缩机（2）、所述第一冷却器（3）、所述储氢罐（4）、所述第一截止阀（9）和所述氢气燃烧室（23）依次串联连通。
4.根据权利要求2所述的耦合电解水制氢的液流电池与压缩空气混合储能系统，其特征在于，所述电解水子系统包括氧气压缩机（5）、第二冷却器（6）、储氧罐（7）和第二截止阀（8），所述电解槽（1）、所述氧气压缩机（5）、所述第二冷却器（6）、所述储氧罐（7）、所述第二截止阀（8）和所述负极电解液罐（10）依次串联连通。
5.根据权利要求1所述的耦合电解水制氢的液流电池与压缩空气混合储能系统，其特征在于，所述液流电池子系统包括液流电池、正极电解液罐（13）、第一液体泵（16）和第二液体泵（18）；
6.根据权利要求5所述的耦合电解水制氢的...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭祚刚，徐敏，谈赢杰，刘通，白浩，张文瀚，郭琦，
申请(专利权)人：南方电网科学研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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