隨著“源網(wǎng)荷儲一體化”發(fā)展，以新能源+儲能為主體的新型電力系統(tǒng)對于長時大容量儲能需求增加。
全釩液流電池具有循環(huán)壽命長、電解液可循環(huán)使用、容量大、自放電率低、生命周期經(jīng)濟性好及環(huán)境負荷低，原料易回收等優(yōu)點，并能夠突破鋰離子電池在長時儲能方面的限制，因此具有一定的發(fā)展空間。 液流電池通過電解液循環(huán)流動為電池供給活性物質(zhì)，主要有全釩液流電池、鋅溴電池、鐵鉻電池、多硫化鈉溴電池4種技術路線，其中全釩液流電池的技術成熟度和產(chǎn)業(yè)鏈建設完善度相對較高。 全釩液流電池是安全可靠的大容量長時儲能方案，其工作原理為利用不同價態(tài)的釩離子相互轉化實現(xiàn)電能的充放。全釩液流電池系統(tǒng)包含電堆、電解液和電解液儲罐、循環(huán)模塊及控制系統(tǒng)等。電解液為不同價態(tài)的釩離子溶液，分別儲存在正負極的電解液儲罐中，充放電時，電解液經(jīng)泵作用從電解液罐循環(huán)流經(jīng)電池的正、負極室，發(fā)生氧化還原反應，從而實現(xiàn)充放電。電堆由電極、離子交換膜、雙極板、電極框等材料構成。電解液是電池系統(tǒng)的核心，也是成本的主要組成，占全電池系統(tǒng)成本的41%。
▲全釩液流電池成本結構
全釩液流電池產(chǎn)業(yè)鏈上游主要是原材料的供應和加工，核心原材料主要為釩礦、釩鈦磁鐵礦制備的五氧化二釩，中游包括電池系統(tǒng)的能源單元、功率單元及配套系統(tǒng)。性能方面，全釩液流電池的優(yōu)勢表現(xiàn)為循環(huán)壽命極長和容量規(guī)模易調(diào)節(jié)。全釩液流電池通過電解液中釩離子發(fā)生氧化還原反應價態(tài)變化實現(xiàn)電能的存儲和釋放，得益于充放電原理，理論上全釩液流電池可進行無限多次的充放電。目前循環(huán)次數(shù)可達15000次以上，使用年限可達20年以上。
▲全釩液流電池產(chǎn)業(yè)鏈全景圖
全釩液流電池的儲能容量由電解液容量和濃度決定，輸出功率由電堆大小和數(shù)量決定，因此其儲能容量和輸出功率可靈活調(diào)節(jié)。但其能量密度相對較低，一般為15-50Wh/kg，同鉛酸電池相當，與鋰電池電池相較較低。因此全釩液流電池儲能系統(tǒng)實際占地面積較大。但新能源配儲等大型儲能電站一般建設于遠離城市、地廣人稀的區(qū)域，因此用地壓力不大，考慮全釩液流電池在安全性、環(huán)保等方面的優(yōu)勢，在大型儲能建設的應用方面有較大空間。安全性方面，全釩液流電池安全性較高，一方面電池工作溫度范圍為5-40℃，在室溫范圍；另一方面電解液為釩離子的稀硫酸水溶液，電池所有部件基本上都浸泡在溶液當中，溶液有助于散熱，只要控制好充放電電壓，保持電池系統(tǒng)存放空間通風良好，即可保證安全，不存在類似鋰電池起火失控等問題。全釩液流電池原材料釩資源儲量豐富，約95%分布在中國、俄羅斯和南非，國內(nèi)發(fā)展全釩液流電池資源優(yōu)勢凸顯。全釩液流電池在使用過程中通常不會產(chǎn)生環(huán)境污染物質(zhì)，也不會受外部雜質(zhì)的污染，回收處理的難度低。融科儲能建設的遼寧法庫國電龍源臥牛石風電場5MW/10MWh全釩液流電池儲能系統(tǒng)2012年12月并網(wǎng)運行，目前已運行超10年，是至今全球運行時間最長的兆瓦級以上全釩液流電池系統(tǒng)，驗證了全釩液流電池儲能系統(tǒng)的長壽命、安全性和穩(wěn)定性。自2022年以來，全釩液流電池儲能項目規(guī)模增速加快，尤其是2023年上半年，國內(nèi)簽約釩液流儲能項目已超10個，合計裝機功率超3 GW，是2022年已投運釩電池儲能裝機規(guī)模的10倍以上。
▲2022年全釩液流電池儲能部分落地項目及2023年上半年項目簽約情況
目前，初始投資成本較高是制約全釩液流電池大規(guī)模商業(yè)化應用的最大挑戰(zhàn)。1-10h不同儲能時長的初始投資成本為2100-7500元/kWh。2h左右儲能時長全釩液流電池系統(tǒng)的初始投資約為4500元/kwh，成本約為鋰電池的近2倍。
▲不同儲能時長全釩液流電池儲能系統(tǒng)初始投資成本
成本是制約全釩液流電池發(fā)展的核心問題，而電解液成本是全釩液流電池系統(tǒng)成本的大頭。全釩液流電池的能量密度低，因此同規(guī)模下電池的電解液使用量較大，總成本較高。儲能時長為4h的全釩液流電池儲能系統(tǒng)，初次投資成本約為3000元/kWh，其中電解液成本(價格)約占系統(tǒng)總成本的50%；而對于儲能時長為10h的儲能系統(tǒng)，初次投資成本約為2100元/kWh，電解液的成本占系統(tǒng)總成本的70%。但由于電解液在循環(huán)過程中耗損較低，因此回收利用率較高。一旦借助合適的商業(yè)模式，可有效降低電解液模塊的成本，從而有效解決全釩液流電池初始投資較高的問題。推廣電解液租賃模式有望降低電解液初始投資成本，推動電解液供給方、儲能電站業(yè)主等多方收益。2020年9月，英國全釩液流電池供應商Invinity和美國釩生產(chǎn)商Bushveld公司合作創(chuàng)立的VERL(Vanadium Electrolyte Rental Limited)公司簽訂合同，為Pivot Power提供十年的電解液租賃。國內(nèi)的公司也推出電解液租賃解決方案，如普能公司，業(yè)主只需承擔首次投資和電解液的定期租賃費用，電解液租賃模式已在“樅陽海螺水泥6MW/36MWh全釩液流電池儲能項目及湖北棗陽10MW光伏+3MW/12MWh全釩液流電池儲能項目中順利應用。據(jù)測算，租賃模式的初始投入約是購買模式的一半，未來電解液租賃模式將成為推動釩電池儲能商業(yè)應用的重要模式。另外，電堆的材料成本主要來自于離子交換膜等材料，目前離子交換膜很大程度依賴進口，后續(xù)原材料降價疊加技術進步和離子交換膜等材料的國產(chǎn)化有望推動電堆成本下降。隨著長時儲能技術路線的需求增長，釩液流電池迎來發(fā)展空間，隨著電站等儲能系統(tǒng)時長拉長、電解液租賃模式推廣、離子交換膜等關鍵材料國產(chǎn)替代，全釩液流電池有望突破初始投入成本方面的限制，關注全釩液流電池的規(guī)模爆發(fā)。重點關注全釩液流電池的產(chǎn)業(yè)鏈龍頭如釩礦資源企業(yè)、離子交換膜等關鍵材料國產(chǎn)替代企業(yè)、電解液生產(chǎn)及布局新興電解液租賃模式的相關企業(yè)。
王瑾：鹽酸基全釩液流電池儲能系統(tǒng)工作溫度上限已提高至65℃
王瑾，液流儲能科技有公司首席科學家，畢業(yè)于清華大學材料系，畢業(yè)后在材料系攻讀碩士，后前往美國華盛頓大學材料科學與工程系攻讀博士學位。王瑾扎根于材料科研，主研全釩電堆、電解液等項目，在大型靜態(tài)儲能領域有著很高的造詣，曾經(jīng)參與多個液態(tài)儲能項目的研發(fā)工作，獲15余項核心技術發(fā)明專利，多項國際PTC專利，主導設計了國內(nèi)首座“鹽酸基全釩液流電池儲能電站”，于2023年榮獲“全國三八紅旗手”稱號。 王瑾在美國博士畢業(yè)后，憑借出色能力加入加州硅谷一家研究大型儲能電池的公司，一路從研發(fā)人員升職到研發(fā)部核心領導。在硅谷工作的數(shù)年為她積累了豐富經(jīng)驗，為后來回國創(chuàng)業(yè)奠定了堅實基礎。2017年底，王瑾回國，成立液流儲能科技有限公司，開啟了一段全新的創(chuàng)業(yè)生涯。 液流儲能科技同時掌握全釩/鐵鉻兩大液流電池關鍵技術，擁有數(shù)十項核心發(fā)明專利。公司擁有十余年新能源行業(yè)經(jīng)驗，深耕新型儲能行業(yè)，致力于引領行業(yè)打通產(chǎn)業(yè)鏈和搭建生態(tài)圈，已在山東、內(nèi)蒙古、新疆、青海等多地，構建起集電堆、電解液和系統(tǒng)集成為一體的全產(chǎn)業(yè)鏈布局；并與中國電氣裝備集團、山東?；喰腔瘜W等央企和上市公司建立牢固的戰(zhàn)略合作關系。 作為液流儲能科技有限公司的首席科學家，2022年7月，王瑾成功主持建設了國內(nèi)首座鹽酸基全釩液流電池儲能系統(tǒng)電站。這是當時世界范圍內(nèi)第一個兆瓦級別采用鹽酸基全釩電解液的儲能系統(tǒng)。雖然前期在千瓦級小型系統(tǒng)上的析氯方案已經(jīng)很成熟了，但是大系統(tǒng)電站建設時仍然面臨一定的正極析氯風險。 為了將系統(tǒng)電站建設面臨的正極析氯風險降至最低，王瑾帶領技術團隊經(jīng)過兩個多月的緊張工作，對整體流道系統(tǒng)和管路控制進行了多次建模計算和測試，最終在系統(tǒng)并網(wǎng)測試中成功地一次性通過驗收。目前該項目在系統(tǒng)功率密度和能量密度方面均處于國際先進水平。 釩電池的電解液主要由釩電解質(zhì)和酸支撐電解質(zhì)組成，目前硫酸為最常見的支撐電解質(zhì)，國內(nèi)大多數(shù)釩電池技術公司目前采用的也都是硫酸基質(zhì)，相較傳統(tǒng)的硫酸，由液流儲能科技采用鹽酸作為電解液基質(zhì)建設的全釩液流電池儲能電站，能量密度提升了20%，工作溫度上限提高至65℃。 寬溫液流儲能系統(tǒng)提高了電網(wǎng)的供電可靠性、保障電網(wǎng)高水準安全運維、支撐電站長期高效的發(fā)揮價值，對推進新型大規(guī)模儲能在電力調(diào)峰中的應用具有重要意義。此次演講，王瑾將圍繞寬溫運行液流電池的產(chǎn)業(yè)化應用及研究展開。長時儲能會議即將召開，中國電力科學研究院資深專家、教授級高工、中國電機工程學會會士來小康確認出席2023首屆中國長時儲能大會，將圍繞《長時儲能技術研究需澄清的幾個問題》發(fā)表主題演講。
來小康，中國電力科學研究院資深專家、教授級高工、中國電機工程學會會士；1984年至今在中國電力科學研究院工作，曾任電工所所長、新能源與儲能運行控制國家重點實驗室副主任。 現(xiàn)任中國電機工程學會電力儲能專業(yè)委員會顧問、中國化工學會儲能工程專業(yè)委員會、中國能源研究會儲能專業(yè)委員會副主任委員。 主要從事電能存儲與轉換技術、超導電力技術和電動汽車技術等前沿學科及技術的研究與開發(fā)工作，先后主持并參與了多項國家項目和國家電網(wǎng)公司項目，以及張北儲能試驗基地和國家電網(wǎng)公司電池儲能技術重點實驗室的建設工作。2016年起，來小康在儲能和智能電網(wǎng)領域，參加“國家重點研發(fā)計劃重點專項實施方案”的編寫及歷年國家電網(wǎng)公司儲能領域的指南編制工作，任“國家重點研發(fā)計劃重點專項”十余個項目的責任專家。
來源：【巔峰儲能】
【特別聲明：哈工儲能轉載其他網(wǎng)站&平臺內(nèi)容，出于傳遞更多信息而非盈利之目的，同時并不代表贊成其觀點或證實其描述，內(nèi)容僅供參考。版權歸原作者所有，若有侵權，請聯(lián)系我們刪除】
網(wǎng)站已安裝安全證書，請放心瀏覽