眾所周知,在“碳中和”目標(biāo)下,儲(chǔ)能已經(jīng)成為確定性賽道。政策推動(dòng)+廣闊的需求,儲(chǔ)能市場迎來巨大增量空間。
從儲(chǔ)能分類來看,抽水儲(chǔ)能由于其技術(shù)成熟和成本低廉,在全球儲(chǔ)能累計(jì)裝機(jī)中占比高達(dá)90%,是應(yīng)用最廣泛的技術(shù)。
除此之外,電化學(xué)儲(chǔ)能的裝機(jī)規(guī)模也因新能源的發(fā)展與壯大逐年增長。根據(jù)中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)數(shù)據(jù),2021年全球電化學(xué)儲(chǔ)能裝機(jī)功率由2020年新增裝機(jī)功率6847.4MW至20.4GW,占儲(chǔ)能總裝機(jī)功率的10.02%。
2020-2021年全球電化學(xué)儲(chǔ)能裝機(jī)功率
中國市場儲(chǔ)能發(fā)展迅速,為第二電化學(xué)儲(chǔ)能市場,裝機(jī)規(guī)模達(dá)5117.1MW,新增裝機(jī)功率占全球的26.9%。
2021年全球主要地區(qū)電化學(xué)儲(chǔ)能裝機(jī)規(guī)模
在新型電化學(xué)儲(chǔ)能的規(guī)劃布局上,我國高頻次出臺(tái)相應(yīng)的支持政策。
2022年3月,國家發(fā)改委、國家能源局發(fā)布的《“十四五”新型儲(chǔ)能發(fā)展實(shí)施方案》指出,到2025年,新型儲(chǔ)能由商業(yè)化初期步入規(guī)?;l(fā)展階段,具備大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用條件,新型儲(chǔ)能技術(shù)創(chuàng)新能力顯著提高,核心技術(shù)裝備自主可控水平大幅提升;到2030年,新型儲(chǔ)能全面市場化發(fā)展,新型儲(chǔ)能核心技術(shù)裝備自主可控,技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)水平穩(wěn)居全球前列。6月,國家發(fā)改委、國家能源局印發(fā)《關(guān)于進(jìn)一步推動(dòng)新型儲(chǔ)能參與電力市場和調(diào)度運(yùn)用的通知》,明確新型儲(chǔ)能可作為獨(dú)立儲(chǔ)能參與電力市場,并對其“入市”后的市場、價(jià)格和運(yùn)行等機(jī)制作出部署,旨在推動(dòng)新型儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展。
在新型儲(chǔ)能發(fā)展的巨大市場空間里,長期被市場認(rèn)可與廣泛應(yīng)用的鋰電池,因上游原材料價(jià)格暴漲、產(chǎn)能不足、壽命不長、火災(zāi)爆炸問題偶發(fā)、儲(chǔ)能時(shí)長有限等問題的存在,迫使產(chǎn)業(yè)要考慮一些“備選方案”。
號(hào)稱儲(chǔ)能時(shí)間最長、最安全的液流電池再次被大家關(guān)注。
在液流電池技術(shù)路線中,目前,釩液流電池、鐵鉻液流電池這兩個(gè)技術(shù)路線產(chǎn)業(yè)化程度領(lǐng)先。
相對釩液流電池技術(shù),鐵鉻液流電池則因鋅鐵原料供給大、價(jià)格低,更具規(guī)?;瘧?yīng)用潛力。
國家電投“容和一號(hào)”鐵鉻液流電池堆量產(chǎn)線投產(chǎn),每條產(chǎn)線每年可生產(chǎn)5000臺(tái)30kW“容和一號(hào)”電池堆,并在內(nèi)蒙古霍林河啟動(dòng)首個(gè)兆瓦級(jí)鐵鉻液流電池儲(chǔ)能示范項(xiàng)目,預(yù)計(jì)2022年年底投產(chǎn);東方能源實(shí)施了國內(nèi)首座鐵鉻液流電池儲(chǔ)能示范項(xiàng)目(張家口儲(chǔ)能項(xiàng)目);中電興發(fā)參股的公司生產(chǎn)的鋅溴液流電池產(chǎn)品已通過中國電力科學(xué)研究院檢測,已擁有入圍國家電網(wǎng)的條件。
廣發(fā)證券預(yù)測2022年全球鐵鉻液流電池出貨量為0.42GW,帶動(dòng)重鉻酸鈉需求量1.17萬噸,2025年全球鐵鉻液流電池出貨量為12.01GW,帶動(dòng)重鉻酸鈉需求量33.47萬噸。
這些都標(biāo)志著國內(nèi)鐵鉻液流電池的量化供貨以及儲(chǔ)能技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化正在逐步的實(shí)現(xiàn)。
雖然鐵鉻液流電池最近才在儲(chǔ)能系統(tǒng)中逐步量產(chǎn),但它不是剛冒出來的新興技術(shù)。早在上個(gè)世紀(jì)70年代的時(shí)候,美國NASA就提出了液流電池概念。日本也在十年之后開發(fā)了千瓦級(jí)別的樣機(jī)。
但是因?yàn)殂t離子活性低、電池容量衰減快等一系列技術(shù)問題,在之后的三十多年時(shí)間里,產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程幾乎處于停滯狀態(tài)。
進(jìn)入21世紀(jì),隨著新能源尤其是儲(chǔ)能系統(tǒng)的重要性日益被挖掘,鐵鉻液流電池又被舊事重提,美、日、韓和我國紛紛下場展開新一輪研究。
2014年美國Vault公司開發(fā)的1000千瓦時(shí)鐵鉻液流電池作為示范項(xiàng)目投入應(yīng)用。2019年11月,我國內(nèi)首套百千瓦級(jí)鐵-鉻液流電池儲(chǔ)能項(xiàng)目試運(yùn)行;2022年1月,由國家電投自主研發(fā)的鐵-鉻液流電池堆“容和一號(hào)”投產(chǎn)。
鐵-鉻液流電池儲(chǔ)能似乎迎來命運(yùn)新的篇章。
那么問題來了,與鋰電池相比,鐵鉻液流電池到底擁有哪些優(yōu)勢?
1、資源豐富,成本低廉。原材料鐵、鉻資源豐富,不會(huì)出現(xiàn)短期內(nèi)資源制約發(fā)展的情況,具有更強(qiáng)的可持續(xù)發(fā)展性。
2、安全性高。鐵鉻液流電池的電解質(zhì)溶液為水性溶液,無爆炸風(fēng)險(xiǎn),相較于鋰電池具有較高安全性。這也是鐵-鉻液流電池最大的優(yōu)點(diǎn)之一。
3、充放電循環(huán)次數(shù)超過10000次,壽命長,電解質(zhì)溶液可循環(huán)利用。從生命周期看,鐵鉻液流電池成本層面更具競爭力。
4、適應(yīng)性強(qiáng),易擴(kuò)容,運(yùn)行溫度范圍廣。電解質(zhì)溶液可在-20℃-70℃全范圍啟動(dòng),易于規(guī)?;⒍ㄖ苹?,可以廣泛適用于我國各區(qū)域城市。
5、毒性和腐蝕性相對較低。對環(huán)境危害小,具有較好的環(huán)境友好性。
6、儲(chǔ)罐設(shè)計(jì),無自放電。電能儲(chǔ)存在電解質(zhì)溶液內(nèi),而電解質(zhì)溶液存儲(chǔ)在儲(chǔ)罐里,因此不存在自放電現(xiàn)象,尤其適用于做備用電源。
7、系統(tǒng)穩(wěn)定性與可靠性高。鐵鉻液流電池系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì),以250 KW一個(gè)模塊為例,一個(gè)模塊是由8個(gè)電池堆放置在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)集裝箱內(nèi),因此電池堆之間一致性好,系統(tǒng)控制簡單,性能穩(wěn)定可靠。
鐵鉻液流電池的這些優(yōu)勢,恰恰符合我國大規(guī)模、長時(shí)間儲(chǔ)能需求的電力系統(tǒng)!
但是,凡事都要理性辯證地看待,畢竟這世上沒有什么十全十美。
鐵鉻液流電池哪些缺點(diǎn)呢?
1、負(fù)極材料的鉻離子的活性還比較弱,不利于正負(fù)極電解液的化學(xué)反應(yīng)平衡,影響電池性能。
2、鐵鉻液流電池能量轉(zhuǎn)換效率低,密度僅為10-20Wh/L,顯著低于鋰電池的300-400Wh/L,也低于全釩液流電池的15-30 Wh/L。
3、電池工作過程中易發(fā)生析氫反應(yīng)(不可逆的副反應(yīng)產(chǎn)生氫氣),讓鐵鉻電池?zé)o法正常工作。
這些都是亟待解決的問題。
經(jīng)濟(jì)學(xué)常說“木桶效應(yīng)”,后程發(fā)力的鐵鉻液流電池,如果通過技術(shù)手段,解決或緩解它的短板問題,加之時(shí)代的推力,或許會(huì)迎來命運(yùn)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。
原標(biāo)題:產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程提速,鐵鉻液流電池亦可占一席之地?