锌镍单液流电池电堆泵管系统仿真分析与优化(附件)【字数：16720】
随着可再生能源的大规模利用和智能电网的快速发展，发展与之相配套的高效储能技术显得尤为重要。液流储能电池可以通过增加单电池的个数来提高电池容量，适用于大规模储能，凭借这一特点液流电池成为目前主流的储能技术之一。本文以第一代锌镍单液流电池为对象，以2KW模块化储能系统为配置目标,设计泵-管系统并进行优化分析。本文首先以设计2KW储能系统为目标，通过管网水力计算，提出单边和双边供液管路设计方案。然后基于Flowmaster仿真软件，搭建以锌镍单液流电池简化模型为核心的管网系统模型，并完成模型内泵的选型与电池组件的等效替代。最后使用Flowmaster软件对各管网方案进行仿真模拟。根据模拟的结果，从各支路的流量配平和流速大小角度出发，优选出最佳的匹配方案。即选用MP-20RX型单边供液的方案三和双边供液的方案三。关键词单液流电池；泵-管系统；结构优化
目 录
第一章 绪论 1
1.1 课题背景 1
1.2 液流电池国内外研究进展 2
1.2.1 国外研究进展 2
1.2.2 国内研究进展 3
1.3 本文研究的目的和意义 6
1.4 课题研究内容 6
第二章 数值模拟理论基础 8
2.1 CFD概述 8
2.1.1 CFD的数值解法 8
2.1.2 CFD的控制方程 9
2.2 FLOWMASTER软件介绍 9
2.2.1 FLOWMASTER软件结构 10
2.2.2 模拟软件FLOWMASTER 11
第三章 电池泵管系统的设计与搭建 13
3.1 电池泵管系统设计方案 13
3.1.1 电池的选型与管网初步方案 13
3.1.2 管路设计方案 14
3.2 基于Flowmaster搭建管路模型 15
3.3 泵的水力计算与选型 17
3.3.1水泵扬程估算 17
3.3.2 泵的设备选型 17
3.4 电池模型的等效代替 19
3.4.1Flowmaster中Discre Loss元件概述 19
3.4 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
.2 电池的等效代替方案 20
3.4.3 电池在Flowmaster中的等效代替 22
第四章 供液系统的仿真分析与优化 25
4.1 单边供液系统的仿真分析与优化 25
4.1.1主管的选择与优化 25
4.1.2支管的分析与优化 28
4.2双边供液系统的仿真分析与优化 31
4.2.1主管的选择与优化 31
4.2.2支管的分析与优化 32
4.3 各种优化方案结果的分析比较 35
4.4 本章小结 36
总结和展望 37
致谢 39
参考文献 40
第一章 绪论
1.1 课题背景
能源存储为我们的电网提供了无数成本节约的设计方案，国家正在为许多不同的目的部署不同存储技术。大规模的能量存储还可以使现在的电气系统更有效地运行，而且更高的效率意味着降低价格，减少排放和更可靠的电力。像煤炭和天然气发电厂这样的传统能源必须随着需求的波动而被开启和关闭，几乎从来没有在高峰时期运行。这意味着能源不仅需要更多的成本，而且污染更多，而不仅仅是满足我们的能源需求。而这些发电设施的缓慢增长时间意味着他们无法实时响应需求的高峰，可能导致电力供应不足和电力质量下降。随着可再生能源的普及，储能也是同样有用的。如通常所指出的，这些能源本质上是间歇性的，当太阳照射和风吹时产生能量。通过存储生产的能源和按需提供的能源，这些清洁技术可以继续为我们的电网供电，即使阳光已经消失，电力仍然平稳输出，从而在一天中创造出连续可靠的电力。但是，在不同时期使用的各种资源的仓储能源只是能源储存的众多应用之一。存储技术还通过频率调节来提高电力质量，允许企业在最便宜和最有效率的时候生产电力，并为关键基础设施和服务提供不间断的电源。目前的储能技术大致可以整理在下图。
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图11 ：已开发的各类储能技术及其适用范围
在对比了很多不同类型的化学蓄电池后发现，液流电池以其本身的优秀特点而变成规模储能的最佳选择。在40多年前提出的液流电池，它的发展过程与某些化学电源不同，它是在一定的时期内投入大量的研究力量从而得到了飞速的发展，并且与与整个工业的需要和大众对能源的认识有着密切联系。如今，可再生能源在不断的发展、推广与应用，在国际上能源领域上，大规模的高效储能技术已经成为了研究热点。大量的社会发展需要与其存在的巨大市场潜力，规模大、效率高、寿命长、成本低、污染小的液流电池将面临一个高速发展的时期[4]。
氧化还原液流电池，以及较小程度的混合动力电池，由于功率和能量部件分离从而具有布局灵活，因为没有固体 固体相变使得循环寿命长，具有快速响应时间，不需要“均衡”充电，即电池的过充电，以确保所有电池均具有相等的电量，无有害排放。 某些类型还提供容易的充电状态确定，通过电荷依赖于充电，低维护和对过充电/过放电容忍。 与锂离子，RFB和ARFB等固态可再充电电池相比，可以以更高的电流和功率密度工作。 这些技术优点使得氧化还原液流电池成为大规模储能的理想选择[2]。氧化还原液流电池是可再充电的燃料电池，其中含有一种或多种溶解的电活性元素的电解质流过电化学电池，其将化学能直接转化为电，因为电活性元素是“能够参与电极反应的溶液中的元素”，或者可吸附在电极上[4]。附加的电解质通常储存在储存罐中，通常也被泵送通过反应器的电池，尽管重力进料系统也是已知的。流动电池可以通过更换电解质液体，以类似的方式与内燃机的燃料箱重新填充。快速“再充电”，同时回收用于重新通电的废料。目前，高效的大型储电设设施被英美等国作为重点科学研发项目，有的甚至作为国家的尖端技术研究计划［7］。
1.2 液流电池国内外研究进展
1.2.1 国外研究进展
目 录
第一章 绪论 1
1.1 课题背景 1
1.2 液流电池国内外研究进展 2
1.2.1 国外研究进展 2
1.2.2 国内研究进展 3
1.3 本文研究的目的和意义 6
1.4 课题研究内容 6
第二章 数值模拟理论基础 8
2.1 CFD概述 8
2.1.1 CFD的数值解法 8
2.1.2 CFD的控制方程 9
2.2 FLOWMASTER软件介绍 9
2.2.1 FLOWMASTER软件结构 10
2.2.2 模拟软件FLOWMASTER 11
第三章 电池泵管系统的设计与搭建 13
3.1 电池泵管系统设计方案 13
3.1.1 电池的选型与管网初步方案 13
3.1.2 管路设计方案 14
3.2 基于Flowmaster搭建管路模型 15
3.3 泵的水力计算与选型 17
3.3.1水泵扬程估算 17
3.3.2 泵的设备选型 17
3.4 电池模型的等效代替 19
3.4.1Flowmaster中Discre Loss元件概述 19
3.4 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
.2 电池的等效代替方案 20
3.4.3 电池在Flowmaster中的等效代替 22
第四章 供液系统的仿真分析与优化 25
4.1 单边供液系统的仿真分析与优化 25
4.1.1主管的选择与优化 25
4.1.2支管的分析与优化 28
4.2双边供液系统的仿真分析与优化 31
4.2.1主管的选择与优化 31
4.2.2支管的分析与优化 32
4.3 各种优化方案结果的分析比较 35
4.4 本章小结 36
总结和展望 37
致谢 39
参考文献 40
第一章 绪论
1.1 课题背景
能源存储为我们的电网提供了无数成本节约的设计方案，国家正在为许多不同的目的部署不同存储技术。大规模的能量存储还可以使现在的电气系统更有效地运行，而且更高的效率意味着降低价格，减少排放和更可靠的电力。像煤炭和天然气发电厂这样的传统能源必须随着需求的波动而被开启和关闭，几乎从来没有在高峰时期运行。这意味着能源不仅需要更多的成本，而且污染更多，而不仅仅是满足我们的能源需求。而这些发电设施的缓慢增长时间意味着他们无法实时响应需求的高峰，可能导致电力供应不足和电力质量下降。随着可再生能源的普及，储能也是同样有用的。如通常所指出的，这些能源本质上是间歇性的，当太阳照射和风吹时产生能量。通过存储生产的能源和按需提供的能源，这些清洁技术可以继续为我们的电网供电，即使阳光已经消失，电力仍然平稳输出，从而在一天中创造出连续可靠的电力。但是，在不同时期使用的各种资源的仓储能源只是能源储存的众多应用之一。存储技术还通过频率调节来提高电力质量，允许企业在最便宜和最有效率的时候生产电力，并为关键基础设施和服务提供不间断的电源。目前的储能技术大致可以整理在下图。
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图11 ：已开发的各类储能技术及其适用范围
在对比了很多不同类型的化学蓄电池后发现，液流电池以其本身的优秀特点而变成规模储能的最佳选择。在40多年前提出的液流电池，它的发展过程与某些化学电源不同，它是在一定的时期内投入大量的研究力量从而得到了飞速的发展，并且与与整个工业的需要和大众对能源的认识有着密切联系。如今，可再生能源在不断的发展、推广与应用，在国际上能源领域上，大规模的高效储能技术已经成为了研究热点。大量的社会发展需要与其存在的巨大市场潜力，规模大、效率高、寿命长、成本低、污染小的液流电池将面临一个高速发展的时期[4]。
氧化还原液流电池，以及较小程度的混合动力电池，由于功率和能量部件分离从而具有布局灵活，因为没有固体 固体相变使得循环寿命长，具有快速响应时间，不需要“均衡”充电，即电池的过充电，以确保所有电池均具有相等的电量，无有害排放。 某些类型还提供容易的充电状态确定，通过电荷依赖于充电，低维护和对过充电/过放电容忍。 与锂离子，RFB和ARFB等固态可再充电电池相比，可以以更高的电流和功率密度工作。 这些技术优点使得氧化还原液流电池成为大规模储能的理想选择[2]。氧化还原液流电池是可再充电的燃料电池，其中含有一种或多种溶解的电活性元素的电解质流过电化学电池，其将化学能直接转化为电，因为电活性元素是“能够参与电极反应的溶液中的元素”，或者可吸附在电极上[4]。附加的电解质通常储存在储存罐中，通常也被泵送通过反应器的电池，尽管重力进料系统也是已知的。流动电池可以通过更换电解质液体，以类似的方式与内燃机的燃料箱重新填充。快速“再充电”，同时回收用于重新通电的废料。目前，高效的大型储电设设施被英美等国作为重点科学研发项目，有的甚至作为国家的尖端技术研究计划［7］。
1.2 液流电池国内外研究进展
1.2.1 国外研究进展
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