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編者按：全釩液流電池相較其他傳統(tǒng)電化學儲能電池，有著安全性高、容量大、循環(huán)壽命長的特點。隨著科研的不斷深入，未來全釩液流電池成本有望進一步下降。目前，我國占全球全釩液流電池儲能規(guī)模的17.8%，且釩資源豐富，未來液流儲能電池技術的發(fā)展方向。

據(jù)相關機構統(tǒng)計，截至目前，我國已投運全釩液流電池儲能項目累計規(guī)模僅次于鋰離子電池、鉛蓄電池兩種傳統(tǒng)的電化學儲能技術，約占全國電化學儲能規(guī)模的4%，占全球全釩液流電池儲能規(guī)模的17.8%。全球氧化還原液流電池市場規(guī)模預計將從2018年的1.3億美元增長到2025年的3.7億美元。在大量生產或開發(fā)的液流電池中，全釩液流電池將占據(jù)70%的市場份額。


十年了，安裝在張華民家的全釩液流電池儲能裝置依然平穩(wěn)運行著。“這是我們的第一套原理樣機，足以說明全釩液流電池的穩(wěn)定、安全可靠、長壽命。”張華民告訴記者。

張華民是中國科學院大連化學物理研究所（簡稱“中科院大連化物所”）儲能技術研究部的首席研究員，為了驗證團隊研發(fā)的全釩液流電池性能，2009年，他在自己家中安裝了這套全釩液流儲能裝置，不僅起到了檢驗實驗成果的作用，還為家庭用電提供了清潔能源，展示了全釩液流儲能技術與可再生能源相結合的良好應用前景。

簡單來說，全釩液流電池采用含有釩離子的水溶液作為儲能介質，通過其價態(tài)的變化，實現(xiàn)化學能和電能之間的轉換，從而完成充放電的過程。

據(jù)賽迪智庫統(tǒng)計，截至目前，我國已投運全釩液流電池儲能項目累計規(guī)模僅次于鋰離子電池、鉛蓄電池兩種傳統(tǒng)的電化學儲能技術，約占全國電化學儲能規(guī)模的4%，占全球全釩液流電池儲能規(guī)模的17.8%。

用中國標準為世界“充電”

“從2000年開始，中科院大連化物所就開始研究液流電池儲能技術。目前，中科院大連化物所與融科儲能合作團隊已形成了包括液流電池關鍵材料設計制造、電堆及電池儲能系統(tǒng)設計集成、儲能系統(tǒng)智能控制、工程應用及運行管理等在內的完整自主知識產權體系，獲得了200多項授權專利。”張華民說。

產業(yè)發(fā)展需要標準引領。依托技術領先優(yōu)勢和在國內外的學術影響力，張華民全面負責國家能源行業(yè)液流電池標準及國際液流電池標準的制定，用中國標準為世界“充電”。“主持國際標準制定，說明我國液流電池技術處于國際領先水平。”中國化學與物理電源行業(yè)協(xié)會儲能應用分會秘書長劉勇說。

與其他儲能技術相比，全釩液流電池優(yōu)勢明顯：一是安全性高，儲能介質是釩的化合物的水溶液，電池均勻性好，不會發(fā)生爆炸。二是容量大，儲能容量可達數(shù)百千瓦時至數(shù)百兆瓦時，適合大規(guī)模儲能。三是循環(huán)壽命長，電池充放電循環(huán)次數(shù)在15000次以上，使用年數(shù)在15年到20年。四是環(huán)境友好，電解液可以反復循環(huán)使用。

“全釩液流電池的核心部件是電堆，類似于中央處理器，電堆的核心材料包括電解液、離子傳導膜等。怎樣使材料的性能更好、價格更低，我們一直在努力。”張華民表示，通過電池關鍵材料和電堆結構設計技術創(chuàng)新，科研團隊解決了電池內阻較大的難題，在保證能量密度不低于80%的前提條件下，使電池的工作電流密度由每平方厘米80毫安提高到300毫安，功率密度因此增加近四倍，電堆材料成本降低了70%左右。

“全釩液流電池的電解液性能衰減較慢，通過在線或離線再生后可循環(huán)使用，且電解液中釩的價值永遠存在，其壽命原理上講是半永久性的。因此，從電池制造、使用到報廢后電池系統(tǒng)的無害化處理，放在整個生命周期來看，它的成本其實并不高。”張華民如此回應外界對于全釩液流電池成本較高的誤解。他表示，科研團隊還將繼續(xù)開發(fā)高性能材料，設計高性能電堆，未來全釩液流電池的成本有望進一步下降。

產學研無縫銜接和全產業(yè)鏈布局

“我國釩資源豐富，主要集中在四川、湖南、湖北、陜西、河北等省份。從原料基地打造、技術平臺建設，到儲能產品開發(fā)、智能裝備生產制造，再到工程化應用等，我國全釩液流電池產業(yè)鏈格局已逐步建立和完善。”劉勇說。

在此前召開的全國發(fā)電側儲能技術與應用高層研討會上，陜西省液流儲能創(chuàng)新中心首席科學家賴勤志博士指出，全釩液流電池產業(yè)內部已組建產業(yè)聯(lián)盟，實現(xiàn)了產學研無縫銜接。上游資源保障方面，共有五個釩礦基地，現(xiàn)有儲量可以完全滿足聯(lián)盟內部的全釩液流電池需求。市場推廣方面，有大連融科儲能、北京普能、上海電氣等企業(yè)，共同推動液流電池的示范應用和商業(yè)化運營推廣。

不止科研機構、生產企業(yè)，電力設計院也積極參與到液流電池儲能項目中，促進儲能技術應用和發(fā)展。

以大連液流電池儲能調峰電站為例。該項目是國家首個大型化學儲能示范項目，也是目前全球在建規(guī)模最大的釩液流電池儲能電站，一期建設規(guī)模100兆瓦/400兆瓦時。電站采用全釩液流電池作為儲能元件，中科院大連化物所提供技術支持，大連融科儲能承建，中國能建設計集團東北電力設計院設計。“儲能電站運行過程中的控制和安全尤為重要，相關設備的配置及控制策略的制定均需考慮這兩個方面。”東北院該項目主管總工裴玉峰說，“針對這些特點，東北院開展了多項專題研究，提出了創(chuàng)新設計理念和方法。在控制方面，與蓄電池制造商、控制系統(tǒng)制造商合作開發(fā)出適用于蓄電池儲能電站的綜合運行管理系統(tǒng)。在安全方面，采用‘縱深防御’的設計理念，設置多重措施防止氣體、液體泄漏和擴散。”

已進入產業(yè)化推廣階段

研究機構QY Research公司的調查報告顯示，全球氧化還原液流電池市場規(guī)模預計將從2018年的1.3億美元增長到2025年的3.7億美元。在大量生產或開發(fā)的液流電池中，全釩液流電池將占據(jù)70%的市場份額。

“我國全釩液流電池儲能已進入產業(yè)化推廣階段。”張華民表示。在國電張北風光儲輸示范工程、國電龍源沈陽臥牛石風電場等大型風光發(fā)電基地，都配置了5兆瓦/10兆瓦時全釩液流電池儲能示范項目，有效解決了調幅調頻、瞬態(tài)干擾的問題，促進了可再生能源消納，保障了電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。

利用全釩液流電池，不僅可以建設大型儲能電站，還可以根據(jù)不同的應用場景，建設不同規(guī)模的小型電站。“現(xiàn)在全釩液流電池儲能技術已經(jīng)更新到第二代產品。我們攻克了電堆設計集成技術，發(fā)明了大功率、高功率密度電堆結構設計方法，研發(fā)出32千瓦大功率液流電池單體電堆，并進一步突破制造技術，實現(xiàn)了批量化生產，走向海外市場。集成后的儲能裝置更加小巧，成本也大幅降低。”張華民介紹說。

站在儲能行業(yè)的角度，劉勇指出，大規(guī)模、高效率、低成本、長壽命、易回收是未來液流儲能電池技術的發(fā)展方向，需要進一步加強電解液、離子交換膜、電極材料以及電池結構的設計和研究，從而提高液流電池可靠性。儲能要以市場需求為導向，根據(jù)不同應用場景發(fā)展相適應的新技術。

張華民表示，在攻克全釩液流電池的同時，中科院大連化物所也在積極布局液流電池新體系的開發(fā)，比如鋅溴液流電池、鋅鐵液流電池等，主要用于用戶側儲能。“也許不久的將來，隨著技術的進步，家庭戶用型可再生能源的儲能裝置，也能既安全、又低成本的走進我們的生活。” 

原標題：全釩液流電池儲能開啟產業(yè)化征程