Technológia vanádiových redoxných prietokových batérií (VRFB) je popredným riešením pre dlhodobé skladovanie energie (4–12+ hodín). Jej kľúčovou výhodou je oddelenie výkonu (stacku) od kapacity (objemu elektrolytu), čo umožňuje nákladovo efektívne aplikácie v rozsahu elektrickej siete. Súčasný vývoj sa zameriava na optimalizáciu komponentov a zníženie vyrovnaných nákladov na skladovanie (LCOS).
1. Architektúra systému
- Výkon (kW) definovaný veľkosťou elektrochemického stacku
- Energia (kWh) definovaná objemom a koncentráciou elektrolytu
- Optimalizácia pomeru kW/kWh na základe aplikácie (napr. posun FV, vyrovnávanie špičiek)
- Kompromis medzi nadmernou veľkosťou stohu (účinnosť, životnosť) a CAPEX
2. Konštrukcia a materiály stacku
- Výber membrány vyvažuje vodivosť, krížovú reakciu, odolnosť a náklady
- Úprava a kompresia uhlíkových plstených elektród ovplyvňuje účinnosť a tlakovú stratu
- Na zabránenie lokálnej degradácii je potrebné rovnomerné rozloženie toku
- Zníženie bočného prúdu je nevyhnutné v viacčlánkových stohoch
3. Elektrolyt, nádrže a chemické okno
VRFB používa vodné roztoky párov V(II)/V(III) a V(IV)/V(V) v kyslom prostredí:
Design Parameters:
- Koncentrácia vanádu a teplotné okno – prevencia zrážania (najmä V(V) pri vysokom SOC a teplote)
- Materiály nádrží a potrubí odolné voči korozívnemu kyslému elektrolytu
- Sekundárne systémy zadržiavania proti úniku
- Cena a volatilita vanádu zostávajú hlavnou výzvou systému
Advantages:
- Elektrolyt je stabilný po celé desaťročia
- Možnosť recyklácie a vyvažovania
4. Hydraulický systém: čerpadlá, potrubia a regulácia prietoku
Čerpanie predstavuje významnú parazitnú záťaž systému
Ciele optimalizácie:
- Minimalizácia poklesu tlaku prostredníctvom optimalizovanej štruktúry elektród a prietokových polí
- Vyrovnanie prietoku pre:
- Dostatočné zásobovanie reaktantmi
- Tepelnú reguláciu
- Nízkej spotreby energie
- Prijateľné šmykové napätie na elektródach
- Rovnomerné rozloženie prietoku v článkoch a stohu
5. Kontrola, monitorovanie a bezpečnosť
- Odhad SOC na základe stavu elektrolytu, nie len napätia
- Aktívne riadenie toku, teploty a rovnováhy elektrolytu
- Integrácia s EMS a systémami na konverziu energie
- Bezpečnosť zameraná na detekciu úniku, zadržanie a bezporuchovú prevádzku
6.Životnosť, údržba a ekonomika
- Elektrolyt a nádrže môžu vydržať desaťročia; stacky sú opraviteľné komponenty
- Konštrukcia zameraná na modularitu a jednoduchú údržbu
- CAPEX dominuje elektrolyt a BoP, nie samotné stohy
- LCOS je silne ovplyvnené profilom využitia a cenou vanádu
Záver
Systémy VRFB vyžadujú komplexný dizajn, ktorý vyvažuje elektrochemický výkon, hydraulickú účinnosť, výkonovú elektroniku a ekonomiku životného cyklu. Táto technológia vyniká v oblasti dlhodobého skladovania, kde sú prioritami bezpečnosť, životnosť (20–30 rokov) a škálovateľnosť. Úspech závisí od minimalizácie LCOS prostredníctvom pokročilých optimalizačných metód, vrátane strojového učenia, a starostlivej integrácie systému.
Kľúčový záver: Oddelená architektúra výkonu a energie VRFB a jej inherentná bezpečnosť ju robia ideálnou pre dlhodobé aplikácie v sieti napriek nižšej energetickej hustote v porovnaní s Li-ion systémami.
POĎAKOVANIE:
Táto práca bola podporená projektom: IPCEI_IE_FLOW_BESS_012021_2. Fáza