Vanádium-redox áramlásos akkumulátor és hőmérséklet-szabályzásának koncentrált paraméteres modellezése
Vanádium-redox áramlásos akkumulátor és hőmérséklet-szabályzásának koncentrált paraméteres modellezése
Sziffer Bence MSc II. évf.
e-mail: szifferbence@gmail.com
Konzulens: Dr. Józsa Viktor, Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék
e-mail: jozsa@energia.bme.hu
A nap- és szélenergia eltárolása az energiahálózat stabilitásának megőrzése érdekében eddig kevésbé alkalmazott rendszerek térnyerését teszi szükségessé. Ezen rendszerek közé tartoznak az erőművi méretű akkumulátorok is, melyek közül a vanádium-redox akkumulátorok egy lehetséges alternatívát nyújtanak a kezelendő kihívásokra. A jelenlegi adatokhoz képest két évtizeden belül az üzemelő akkumulátorok tárolókapacitása egy nagyságrenddel növekedni fog [1] amit kutatás-fejlesztési tevékenységgel szükséges támogatni a stabil hálózati integráció érdekében. A dolgozatomban vizsgált akkumulátortípus fizikai-kémiai folyamatai kapcsoltak, tehát az egyes részfolyamatok kölcsönösen befolyásolják egymást, ugyanakkor az irodalmakban fellelhető modellek jelentős hányada jellemzőn egy-egy folyamatra fókuszál, kevesebb figyelmet fordítva a hő- és hűtéstechnikai problémákra. Így a feladathoz egy átfogó, komplex modell szükséges, amely részletesen számítja a hőtani folyamatokat. Utóbbi szükségességét a biztonságos működéshez ajánlott 5-40°C közötti működési tartomány is indokolja [2].
Dolgozatomban vanádium-redox áramlásos akkumulátor komplex modelljét vizsgálom, különös tekintettel a hőtani folyamatokra. A modell továbbá magában foglalja az akkumulátor áramlástani, elektromos és kémiai folyamatait is, kiegészülve a megfelelő működés biztosításához szükséges külső berendezésekkel. Megalkotásához a koncentrált paraméterű leírást alkalmazom Matlab szoftvercsomag Simulink környezetében és a számított eredményeket összevetem a szakirodalomban fellelhetőkkel. A számításokhoz valós, hazai időjárás adatokat használok fel, figyelembe véve a napsugárzást és az inverter hatását is, ezáltal a modell felhasználható ilyen típusú energiatárolók tervezésénél és az esetlegesen szükséges kiegészítő berendezések méretezésénél.
A dolgozat első felében az energiatároló kiegészítő berendezések nélküli esetét vizsgálom téli és nyári időjárási környezetben. A kapott eredményekből megállapítható, hogy a szükséges hőmérséklet-tartomány biztosítsa kiegészítő berendezéseket igényel. A részegységek különböző hőtehetetlenségeinek kiegyenlítésére egy megfelelő megoldás a rendszer konténerbe helyezése. A téli időszakban tapasztalható alacsony hőmérsékletek szigetelés használatával elkerülhetők, illetve forró nyári hónapokban ventilátoros léghűtés alkalmazása elegendő hűtést biztosít magyarországi telepítés esetén. A dolgozat második felében részletesen vizsgálom a felsorolt megoldások hőmérsékletre és önfogyasztásra gyakorolt hatásait és kidolgozom az említett hőmérséklet-tartományban tartáshoz szükséges hűtéstechnikai berendezések méretezését, kiegészítve annak szabályzóival.
Irodalom:
[1] “Installed power generation capacity by source in the Stated Policies Scenario, 2000-2040 – Charts – Data & Statistics - IEA.” Accessed: Jun. 23, 2023. [Online]. Available: https://www.iea.org/data-and-statistics/charts/installed-power-generation-capacity-by-source-in-the-stated-policies-scenario-2000-2040
[2] T. Puleston, A. Clemente, R. Costa-Castelló, and M. Serra, “Modelling and Estimation of Vanadium Redox Flow Batteries: A Review,” Batteries, vol. 8, no. 9. MDPI, Sep. 01, 2022.
szerző
-
Sziffer Bence
Gépészeti modellezés mesterképzési szak
mesterképzés (MA/MSc)
