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液冷式锂电池储能系统高倍率调频应用研究
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作者 雷博 吴越 +3 位作者 史尤杰 曹文炅 王亦伟 蒋方明 《电力电容器与无功补偿》 2024年第3期159-166,共8页
针对风光能源规模化接入电网造成的频率波动问题,提出了结合功率型锂电池及液冷式热管理的储能系统。基于实验测试获取了功率型锂电池的电热特性,结果表明高倍率工况下仅依靠自然对流散热不能满足电池合理工作温度需求。建立了液冷式热... 针对风光能源规模化接入电网造成的频率波动问题,提出了结合功率型锂电池及液冷式热管理的储能系统。基于实验测试获取了功率型锂电池的电热特性,结果表明高倍率工况下仅依靠自然对流散热不能满足电池合理工作温度需求。建立了液冷式热管理系统及其仿真模型,并通过数值仿真对4C倍率放电、不同流量以及实际AGC调频工况条件下系统热管理性能及电池热行为进行了分析。研究表明实际AGC调频工况下,电池间温差小于2℃,最高温度小于33℃,证明了液冷式热管理方案能够实现储能系统在高倍率调频工况下的长期稳定运行。 展开更多
关键词 锂电池 储能系统 液冷热管理 调频
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韩国锂离子电池储能电站安全事故的分析及思考 被引量:48
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作者 曹文炅 雷博 +4 位作者 史尤杰 董缇 彭鹏 郑耀东 蒋方明 《储能科学与技术》 CAS CSCD 2020年第5期1539-1547,共9页
安全性是锂离子电池储能系统的重要议题,探究锂电池储能系统安全事故成因,开展储能系统安全状态的评价与早期预警及事故风险的管控与防护等研究具有重要意义。本文立足于韩国公开的其国内近期发生的锂电储能系统安全事故调查报告,对电... 安全性是锂离子电池储能系统的重要议题,探究锂电池储能系统安全事故成因,开展储能系统安全状态的评价与早期预警及事故风险的管控与防护等研究具有重要意义。本文立足于韩国公开的其国内近期发生的锂电储能系统安全事故调查报告,对电池本体、外部激源、运行环境及管理系统等引致安全事故的因素进行了分析,梳理了四类因素作用下电池及系统安全事故的触发及演化规律,探讨了四类因素间的相互影响机制,总结经验教训的同时提出了锂电储能系统安全管理的发展方向。 展开更多
关键词 锂离子电池 储能系统 安全事故 热失控 早期预警
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干热岩热能重力热管采热系统数值模拟研究与经济性分析 被引量:9
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作者 黄文博 曹文炅 +1 位作者 李庭樑 蒋方明 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第3期1302-1313,共12页
利用超长重力热管开采干热岩热能可以避免增强型地热系统存在的工质损失、腐蚀结垢和井下连通困难等问题;相比于单井井下换热器系统,热管管内液-气相变使得管壁与热储之间的传热温差增大,使用重力热管开采地热能有望获得更高的单井采热... 利用超长重力热管开采干热岩热能可以避免增强型地热系统存在的工质损失、腐蚀结垢和井下连通困难等问题;相比于单井井下换热器系统,热管管内液-气相变使得管壁与热储之间的传热温差增大,使用重力热管开采地热能有望获得更高的单井采热量。本文开发了能对重力热管内部过程与裂隙热储渗流过程进行耦合求解的数值模型,模拟了管长4500 m的重力热管地热系统运行过程,研究了裂隙热储中的流体自然对流对地热系统性能的影响,并与套管式井下换热器地热系统进行了对比研究。进一步分析比较了重力热管、套管井下换热器、增强型地热系统电站的发电成本。研究结果表明,重力热管地热系统单井发电量可达240 kW以上,发电成本约为1.124 CNY/(kW·h),与增强型地热系统电站发电成本接近,优于井下换热器式地热系统;如果利用废弃油气井建设重力热管地热系统,发电成本仅0.644 CNY/(kW·h)。 展开更多
关键词 再生能源 热力学过程 数值模拟 干热岩 重力热管 成本电价
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锂离子电池大电流放电过程模拟研究 被引量:4
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作者 董缇 彭鹏 +4 位作者 王亦伟 曹文炅 郑耀东 雷博 蒋方明 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第8期3710-3721,共12页
随着锂离子电池的广泛应用,电池以更大功率、更高倍率运行的需求日益迫切,探索锂离子电池大电流运行时的电-热行为及内部关键参数演化十分必要。建立了锂离子电池的电化学-热(ECT)模型和电池材料的热滥用模型,模拟了方形单层LiCoO2/C电... 随着锂离子电池的广泛应用,电池以更大功率、更高倍率运行的需求日益迫切,探索锂离子电池大电流运行时的电-热行为及内部关键参数演化十分必要。建立了锂离子电池的电化学-热(ECT)模型和电池材料的热滥用模型,模拟了方形单层LiCoO2/C电芯在不同放电电流下的电-热行为,对比分析了电池分别以1C和14C倍率放电时电池内部关键电化学参数的演化过程。结果表明:随着放电电流增加,电池内部积聚的热量会引发材料的放热反应,有引发电池热失控的可能性;大电流放电过程电解液中锂离子浓度、输运电流密度、过电势、电解质电势和固相颗粒表面的锂离子浓度波动较大,在电池内部相关区域形成了明显的浓度差、密度差和电势差。 展开更多
关键词 锂离子电池 大电流放电 传热 化学反应 传递过程 电化学参数演化
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退役LiFePO4动力电池模块电热特性
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作者 王亦伟 曹文炅 +4 位作者 彭鹏 郑耀东 雷博 史尤杰 蒋方明 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第S02期259-266,共8页
为提高电动汽车退役动力电池在其全寿命周期内的利用价值,降低电池的使用成本,缓解环境污染,退役电池梯次利用具有十分重要的意义。考虑电动汽车退役磷酸铁锂(LiFePO4)电池模组应用于电网储能场景,实验研究了退役电池模块的容量,充放电... 为提高电动汽车退役动力电池在其全寿命周期内的利用价值,降低电池的使用成本,缓解环境污染,退役电池梯次利用具有十分重要的意义。考虑电动汽车退役磷酸铁锂(LiFePO4)电池模组应用于电网储能场景,实验研究了退役电池模块的容量,充放电性能以及温度特性,同时为了最大限度地保证退役电池模块在充放电过程中的一致性,采用主动均衡,并对有/无均衡电池模组的放电电量、电压和温度进行对比研究。结果表明,将电池模块控制在一定的荷电状态(SOC)范围内进行充放电,可以提高电池模组整体的电热性能,延长退役电池模组的寿命,有效防止电池模块过充、过放以及热失控的发生。 展开更多
关键词 退役锂离子动力电池 梯次利用 容量 温度特性 传热 安全 可持续性
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超长重力热管传热性能实验研究 被引量:10
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作者 李庭樑 岑继文 +2 位作者 黄文博 曹文炅 蒋方明 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第3期997-1008,共12页
用于干热岩热能开采的增强型地热系统存在投资高、风险大、工质漏损、设备腐蚀、地面沉降等问题,利用超长重力热管进行地热开采可以有效规避这些问题。搭建了超长重力热管实验平台,实验研究了超长重力热管的适宜充液量、运行的稳定性和... 用于干热岩热能开采的增强型地热系统存在投资高、风险大、工质漏损、设备腐蚀、地面沉降等问题,利用超长重力热管进行地热开采可以有效规避这些问题。搭建了超长重力热管实验平台,实验研究了超长重力热管的适宜充液量、运行的稳定性和不同冷却水流量下的传热性能并分析了其可能的原因;研究表明在恒定加热功率下,热管的合适充液量为蒸发容积的40%左右,在运行期间,与传统短热管相比,超长热管展现出了强烈的振荡性,振荡频率与加热功率和充液量息息相关;在恒定加热功率下,随着冷却水流量的增加,热管采出功率先增加后逐渐趋于平缓。此外,特别探讨了热管在极端充液量下的传热性能,研究表明在极端充液量下,热管底部形成一定高度的气柱,由于气柱的持续存在导致热量无法传递到热管顶端。实验结果初步证实了超长重力热管在开采干热岩热能上的可行性,为下一步的实际应用提供了基础支持。 展开更多
关键词 干热岩 超长 重力热管 蒸发 传热 实验验证
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EGS热储基于微震数据反演模化及其采热性能分析 被引量:4
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作者 李庭樑 黄文博 +1 位作者 曹文炅 蒋方明 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第12期5001-5010,共10页
人工热储的特性对增强型地热系统(EGS)的性能具有决定性影响,正确还原人工热储的结构特征对EGS实际工程具有重要意义。结合Habanero EGS地质、微震数据等信息,重建出热储的渗透率与孔隙率的空间分布,进一步采用自主开发的三维动态模拟软... 人工热储的特性对增强型地热系统(EGS)的性能具有决定性影响,正确还原人工热储的结构特征对EGS实际工程具有重要意义。结合Habanero EGS地质、微震数据等信息,重建出热储的渗透率与孔隙率的空间分布,进一步采用自主开发的三维动态模拟软件,对热储中的渗流场、温度场和EGS的采热曲线进行数值模拟,并将其结果与分块均质热储EGS进行比较,当流体循环流量为15 kg/s,EGS运行到第15年时,非均质热储EGS的采出温度比分块均质热储EGS低9.3℃,前者的累积热采出量比后者低3.7%,热储的非均质性会导致EGS采热性能显著下降。 展开更多
关键词 增强型地热系统 微震数据 热储重建 数值模拟 渗透率 非均质性 传热
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液冷式热管理对动力电池热失控阻隔性能 被引量:1
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作者 柯巧敏 郭剑 +3 位作者 王亦伟 曹文炅 陈满 蒋方明 《储能科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2022年第5期1634-1640,共7页
锂离子动力电池作为新能源汽车的主流动力源,是由成百上千个单体电池串并后高度集成于有限空间内以提高电池系统的能量密度。然而,电池组内单体电池意外发生热失控时极易将热量迅速传递给周边电池,引起电池系统整体发生热失控,酿成事故... 锂离子动力电池作为新能源汽车的主流动力源,是由成百上千个单体电池串并后高度集成于有限空间内以提高电池系统的能量密度。然而,电池组内单体电池意外发生热失控时极易将热量迅速传递给周边电池,引起电池系统整体发生热失控,酿成事故,可见阻隔热失控蔓延对保障电池安全至关重要。本文基于蛇形波纹管液冷式热管理系统,以18650型动力电池组为研究对象,探讨对目标电池加热诱发其热失控时,采用冷却措施对电池组内热失控传播的有效性。结果表明,在未采取任何冷却措施的情况下,目标电池发生热失控后迅速蔓延至整个电池模组,导致整个模组发生热失控;而在相同滥用环境下,采用液冷措施的实验中,目标电池被加热后出现长达一个小时的温度平台,未发生热失控,通过增大加热功率加速其发生热失控后,周围电池均未发生热失控蔓延。这表明液冷式热管理系统能够及时带走电池反应产生的热量,从而延长了从电池材料开始发生放热副反应到热失控之间的时间,并减少热失控电池对周围电池传播的热量,避免了热蔓延的发生。 展开更多
关键词 锂离子电池 液冷 热管理系统 热失控
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储能用锂电池模组主动式热管理系统性能研究 被引量:1
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作者 张维江 吴安慧 +2 位作者 李勇琦 曹文炅 蒋方明 《电源技术》 CAS 北大核心 2021年第12期1558-1561,1619,共5页
热管理对于保证电池模组的使用性能(包括安全性和寿命)具有重要意义。针对储能用方形锂离子电池模块,通过热流体模型仿真,研究了主动式风冷和液冷热管理系统性能。模块原串行式风冷方案被优化改进为串(并)行混合式风冷方案,提高了电池... 热管理对于保证电池模组的使用性能(包括安全性和寿命)具有重要意义。针对储能用方形锂离子电池模块,通过热流体模型仿真,研究了主动式风冷和液冷热管理系统性能。模块原串行式风冷方案被优化改进为串(并)行混合式风冷方案,提高了电池组温度场一致性,但对于降低最高温度作用有限,并发现液冷系统热管控性能明显优于风冷。还比较研究了风冷和液冷方案的能耗情况以及循环充放电过程中变流量工况对能耗的影响,发现空冷系统能耗约为液冷系统的6.2倍;变流量策略可以满足有效热管理的要求,而且降低了风冷系统24.3%的能耗和液冷系统19.7%的能耗。 展开更多
关键词 锂电池模块 热管理 风冷 液冷 能耗
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Multi-objective Optimization of Geothermal Extraction from the Enhanced Geothermal System in Qiabuqia Geothermal Field, Gonghe Basin 被引量:1
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作者 SONG Guofeng SONG Xianzhi +3 位作者 LI Gensheng XU Ruina cao wenjiong Zhao Chenru 《Acta Geologica Sinica(English Edition)》 SCIE CAS CSCD 2021年第6期1844-1856,共13页
A geothermal demonstration exploitation area will be established in the Enhanced Geothermal System of the Qiabuqia field, Gonghe Basin, Qinghai–Xizang Plateau in China. Selection of operational parameters for geother... A geothermal demonstration exploitation area will be established in the Enhanced Geothermal System of the Qiabuqia field, Gonghe Basin, Qinghai–Xizang Plateau in China. Selection of operational parameters for geothermal field extraction is thus of great significance to realize the best production performance. A novel integrated method of finite element and multi-objective optimization has been employed to obtain the optimal scheme for thermal extraction from the Gonghe Basin. A thermal-hydraulic-mechanical coupling model(THM) is established to analyze the thermal performance. From this it has been found that there exists a contraction among different heat extraction indexes. Parametric study indicates that injection mass rate(Q_(in)) is the most sensitive parameter to the heat extraction, followed by well spacing(WS) and injection temperature(T_(in)). The least sensitive parameter is production pressure(p_(out)). The optimal combination of operational parameters acquired is such that(T_(in), p_(out), Q_(in), WS) equals(72.72°C, 30.56 MPa, 18.32 kg/s, 327.82 m). Results indicate that the maximum electrical power is 1.41 MW for the optimal case over 20 years. The thermal break has been relieved and the pressure difference reduced by 8 MPa compared with the base case. The optimal case would extract 50% more energy than that of a previous case and the outcome will provide a remarkable reference for the construction of Gonghe project. 展开更多
关键词 geothermal energy EGS thermal performance operational parameters multi-objective optimization Gonghe project
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锂离子电池安全故障演化过程热行为分析 被引量:1
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作者 董缇 王亦伟 +4 位作者 吴越 雷博 何智鹏 曹文炅 蒋方明 《工程热物理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第1期175-182,共8页
研究锂离子电池故障过程的行为是提升电池安全的必要手段。通过实验和数值仿真的方法研究了40 Ah方形磷酸铁锂电池在微内短路故障和过充故障过程的热行为。实验验证了三维热模型的可靠性,考虑了电池材料物性对温度的依赖性,剖析了电池... 研究锂离子电池故障过程的行为是提升电池安全的必要手段。通过实验和数值仿真的方法研究了40 Ah方形磷酸铁锂电池在微内短路故障和过充故障过程的热行为。实验验证了三维热模型的可靠性,考虑了电池材料物性对温度的依赖性,剖析了电池温度在故障过程的演化特征和表面测温的有效性。研究发现:电池非工作状态且内短路较严重时(等效电阻小于等于10Ω),故障700 s后表面温升大于2℃,1 h后电池内外的温差超过30℃;严重短路情况下,放电状态故障电池的中心最高温度低于非工作状态电池,但表面温度却高于非工作状态电池;过充故障发生时,换热条件显著影响电池内外温差,绝热条件和对流换热条件下电池内外的温差分别约9℃和2℃。 展开更多
关键词 锂离子电池 温度监测 微内短路 过充故障
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韩国锂离子电池储能电站安全事故的分析及思考 被引量:1
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作者 曹文炅 雷博 +1 位作者 史尤杰 郑耀东 《数据中心建设+》 2021年第5期51-58,共8页
全性是锂离子电池储能系统的重要议题,探究锂电池储能系统安全事故成因,开展储能系统安全状态的评价与早期预警及事故风险的管控与防护等研究具有重要意义。本文立足于韩国公开的其国内近期发生的锂电储能系统安全事故调查报告,对电池... 全性是锂离子电池储能系统的重要议题,探究锂电池储能系统安全事故成因,开展储能系统安全状态的评价与早期预警及事故风险的管控与防护等研究具有重要意义。本文立足于韩国公开的其国内近期发生的锂电储能系统安全事故调查报告,对电池本体、外部激源、运行环境及管理系统等引致安全事故的因素进行了分析,梳理了四类因素作用下电池及系统安全事故的触发及演化规律,探讨了四类因素间的相互影响机制,总结经验教训的同时提出了锂电储能系统安全管理的发展方向。 展开更多
关键词 电池储能系统 系统安全管理 早期预警 事故成因 安全事故 事故调查报告 事故风险 管理系统
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