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向清潔能源的過渡是當今的一個重要話題。美國已經(jīng)制定了到2035 年實現(xiàn) 100% 無碳污染電力的目標，而加利福尼亞等許多州則制定了更加雄心勃勃的儲能目標。市政當局、公用事業(yè)和公司也承諾實現(xiàn)凈零碳排放。預計到 2050 年，近 50%的總發(fā)電量將來自可再生能源。雖然風能和太陽能是增長最快的可再生能源，但它們對2020 年美國總能源使用量的 貢獻不到 5% 。

雖然可再生能源對于幫助降低世界碳足跡和實現(xiàn)溫室氣體零排放至關重要，但僅收獲這種間歇性的綠色能源是不夠的。向清潔能源的成功過渡需要安全、具有成本效益和可靠的儲能系統(tǒng)。通過減少電涌和隨著時間的推移平衡負載，這樣的存儲系統(tǒng)對于提高配電網(wǎng)的效率也是必要的。

最初為太空需求設計，應用于地球

液流電池最早由美國國家航空航天局 (NASA) 在 1970 年代開發(fā)。該技術最初被設想用于為衛(wèi)星提供動力的太空計劃，而不是作為向清潔能源過渡的一部分?，F(xiàn)代氧化還原液流電池 (RFB) 由 Lawrence Thaller 于 1976 年發(fā)明。氧化還原存儲系統(tǒng)技術項目于 1979 年由美國能源部和 NASA 聯(lián)合支持。該項目的目標是開發(fā)氧化還原液流電池概念，并探索其在公用事業(yè)和獨立應用中的技術和經(jīng)濟可行性。

這份 1984 年發(fā)表的報告得出的結論是，這個概念是可行的。然而，當時化石燃料很豐富。隨著我們向清潔能源過渡并關注可持續(xù)發(fā)展，有機會在地面而不是太空中進行主流使用。

考慮可持續(xù)性和安全性

釩氧化還原液流電池(VRFB)的主要優(yōu)點之一是循環(huán)壽命比其他電池技術長得多。鉛酸塊電池的典型循環(huán)壽命可以低至 150 次循環(huán)到 80% 的放電深度，壽命為三到五年。充滿電的電池可以進行 300 到 500 次循環(huán)，達到 80% 的放電深度，并且可以具有 15 到 25 年的典型壽命。對于鋰電池，預計至少 2,000 – 3,000 次循環(huán)，或大約五年。

釩氧化還原電池具有近乎無限的循環(huán)壽命。通過適當?shù)木S護，VRFB 系統(tǒng)可以運行 30-40 年，而電解質不會失去儲能能力。憑借如此長的使用壽命，這些電池系統(tǒng)是滿足按需電力需求的更可持續(xù)的儲能技術。

可持續(xù)性的另一個方面是釩幾乎可以無限重復使用。構成 VRFB 系統(tǒng)主體的電解質可以根據(jù)需要進行干燥、純化，然后用于另一個電池系統(tǒng)。釩還用于高強度鋼和特種合金。

與其他電池技術相比，VRFB 系統(tǒng)在許多方面也更安全。如果鋰電池管理不當，或電池損壞，可能會導致電池故障的風險，增加熱失控的風險。單個電池單元中發(fā)生的熱失控可能會級聯(lián)到相鄰的電池單元，最終可能導致高熱量釋放火災事件。由于 VRFB 系統(tǒng)中超過 50% 的電解質溶液由水組成，因此電池在短路、高溫或高壓的情況下不太可能著火。

滿足長時儲能需求

預計到 2025 年將部署超過 35 吉瓦的新能源存儲解決方案。將需要各種類型的電池技術來滿足不斷增長的需求。然而，人們普遍認為液流電池特別適用于長時間的能量存儲，即運行時間大于 6 小時，這主要是因為這些電池獨特地提供了對功率和能量的獨立控制。

在傳統(tǒng)電池中，功率和能量受到材料設計性質的限制，因為兩者都與電極面積和厚度密切相關。鋰電池額定值通常指定為滿功率放電一到兩個小時。它們可以在更長的時間內放電，但它們的額定功率要低得多。因此，雖然可以將更多電池添加到系統(tǒng)中以增加它們以所需功率運行的時間長度，但為了實現(xiàn)長時間的能量，必須過度購買功率容量。

相比之下，VRFB 系統(tǒng)在功率和容量方面可獨立擴展。這種靈活性源于其獨特的設計，該設計基于獨立的功率轉換堆，可與燃料電池相媲美，設置系統(tǒng)電源和電解質罐以存儲能量。僅通過使用容納更多電解液的更大罐而不對電池堆進行任何更改，就可以增加運行時間。

VRFB 系統(tǒng)中功率和能量的獨立性也意味著當放電時間增加時，有可能大幅降低成本。因此，液流電池將成為大規(guī)模儲能的首選。

結論

隨著越來越多的可再生能源上線，電網(wǎng)需要變得更加靈活，以發(fā)展維持供需能力的能力。這是長期能量存儲的關鍵所在。為 VRFB 建立美國制造廠為可再生能源的長期儲能需求提供了可靠的國內來源，這對于實現(xiàn)向清潔能源過渡的凈零目標至關重要。

預測表明，到 2040 年，長期儲能有可能部署85 至 140 太瓦時的能源容量。實現(xiàn)這一潛力需要多種電池技術，但收益將是巨大的——可能每年減少 1.5 至 2.3 吉噸二氧化碳當量。釩氧化還原液流電池由于其長壽命和無限容量，可以在電池壽命期間提供更低的每千瓦時成本。

原標題：Stryten能源：利用全釩液流電池技術向清潔能源過渡