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一、電池結(jié)構(gòu)決定液流電池獨(dú)特特點(diǎn)

液流電池是二次蓄電池的一種，與傳統(tǒng)蓄電池相比，液流電池具有以下特點(diǎn)：

01輸出功率和儲(chǔ)能容量相互獨(dú)立

液流電池的活性物質(zhì)是儲(chǔ)存在外部儲(chǔ)罐中的液體電解質(zhì)，與電極材料分離，通過循環(huán)泵在電堆內(nèi)外流動(dòng)，充、放電過程中無相變，電池輸出功率取決于電極的面積，儲(chǔ)能容量取決于溶液的體積。因此需要在提高輸出功率時(shí)增加電堆數(shù)目即可，通過增加電解質(zhì)的量或提高電解質(zhì)濃度即可達(dá)到增加儲(chǔ)能容量的目的。

而傳統(tǒng)的二次電池活性物質(zhì)與其電極材料一般是一體的，封存在電池殼體內(nèi)部，正、負(fù)電極間的隔膜采用多孔膜，且充、放電過程中一般有相變化或形貌改變，電池輸出功率固定后，其儲(chǔ)能容量也相應(yīng)固定。

02充放電過程不涉及物相變化

雙液流電池儲(chǔ)能活性物質(zhì)均為液態(tài)，充放電過程中只有價(jià)態(tài)變化，不涉及無相變化，避免了傳統(tǒng)電池因相變化及枝晶的生成而發(fā)生電池短路、活性物質(zhì)性能下降問題。

03儲(chǔ)存壽命長

液流電池的活性物質(zhì)溶解于電解液中，當(dāng)電池不使用時(shí)密封存放于不同的電解液儲(chǔ)罐中，沒有普通電池的自放電問題。

04本征安全

傳統(tǒng)液流電池的電解液為水溶液，不存在著火爆炸的風(fēng)險(xiǎn)，安全性較好。作為液流電池的一種，當(dāng)前商業(yè)化進(jìn)度最為靠前的全釩液流電池也具有安全性高、儲(chǔ)能規(guī)模大、充放電循環(huán)壽命長、電解液可循環(huán)利用、生命周期中性價(jià)比高、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)主要是系統(tǒng)組成復(fù)雜、能量密度較低。

二、液流電池與鋰電適用場景具有重大差異

01能量密度顯著低于鋰電

全釩液流電池的能量密度為12-40W/kg，而鋰電中能量密度較低的鈦酸鋰電池能量密度達(dá)到60-100W/kg，如果將全釩液流電池能源密度以30W/kg計(jì)算，鈦酸鋰能量密度是全釩液流電池的2~3倍。

這決定了全釩液流電池在對能量密度有要求的3C電子和電動(dòng)車領(lǐng)域并不適用，該領(lǐng)域需求更適宜由鋰電池等高能量密度的電池來滿足。

02循環(huán)壽命遠(yuǎn)高于鋰電

在儲(chǔ)能領(lǐng)域，尤其是儲(chǔ)能需求量較大較長的長時(shí)儲(chǔ)能領(lǐng)域，能量密度并不是考慮的首要因素，而是要考慮循環(huán)壽命、安全性、可靠性等。從循環(huán)次數(shù)來看，全釩液流電池循環(huán)次數(shù)大于1萬次，而鋰電池中的磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池循環(huán)次數(shù)中值分別為6000次和3000次，遠(yuǎn)低于全釩液流電池。

03本征安全，不會(huì)熱失控和燃燒爆炸

安全性上來講，鋰電池等搖椅電池由正極材料、負(fù)極材料、電解液和隔膜組成，主要依靠金屬離子在兩個(gè)電極之間的充放電往返嵌入和脫嵌工作。

電池一般采用含有鋰、鈉、鉀元素的材料作為正極材料，但有些材料化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性較差，在過充、撞擊、短路過程中很容易引發(fā)火災(zāi)及爆炸事故。

而釩電池的電解液為水基環(huán)境，本身不可燃，不會(huì)像鋰電那樣發(fā)生熱失控或燃燒爆炸，電解液循環(huán)流動(dòng)，散熱速率快，能夠有效降低電池內(nèi)部溫度，避免過熱損傷?；钚晕镔|(zhì)是不同價(jià)態(tài)的釩離子，反應(yīng)溫和，即使正負(fù)極電解液直接互混，也不會(huì)產(chǎn)生劇烈的化學(xué)反應(yīng)或溫度升高。

三、全釩液流電池產(chǎn)業(yè)鏈初步形成

目前釩電池產(chǎn)業(yè)鏈可以劃分為上游原材料、中游電池制造、下游應(yīng)用。上游原材料主要包括五氧化二釩、硫酸、電極、雙極板、離子傳導(dǎo)膜以及其他零部件。中游電池制造環(huán)節(jié)首先將原材料加工成電解液、電堆等核心零部件，并進(jìn)一步集成為電池系統(tǒng)；釩全液流電池的下游應(yīng)用是儲(chǔ)能，包括在發(fā)電側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、用電側(cè)。

01上游：釩資源存在廣泛，中國產(chǎn)量占全球七成

根據(jù)美國國家地質(zhì)局（USGS），2022年全球釩元素資源儲(chǔ)量達(dá)到2556萬噸，其中中國儲(chǔ)量占比最高，為37%。產(chǎn)量上，2022年全球五氧化二釩產(chǎn)量約10萬噸，中國占7萬噸，是最主要的產(chǎn)釩國。

釩資源主要利用酸浸堿溶、鈉化焙燒、直接焙燒和鈣化焙燒等提釩技術(shù)提取，五氧化二釩及其他氧化物（如三氧化二釩）是冶煉階段的主要產(chǎn)物，之后再通過物理法、化學(xué)法或電解法制得電解液。目前1kWh電解液大約使用8-9公斤五氧化二釩，1Gwh全釩液流電池約使用0.8~0.9萬噸，約當(dāng)前年度全球產(chǎn)量的10%。因此，如果全釩液流電池未來有所放量，上游釩資源需求將會(huì)持續(xù)擴(kuò)大。

02中游：電解液制造與電堆集成是核心環(huán)節(jié)

釩電池產(chǎn)業(yè)鏈的中游制造環(huán)節(jié)主要涉及電解液生產(chǎn)、電堆裝配和控制系統(tǒng)集成。中游制造集成廠商通過采購上游原材料，制備電解液，同時(shí)對電堆進(jìn)行集成，最后再對系統(tǒng)進(jìn)行集成。其中電解液的純度和配方、電堆集成的技術(shù)水平?jīng)Q定了各家廠商的競爭力。

電解液中的雜質(zhì)離子及含量主要取決于原材料及生產(chǎn)工藝，包括穩(wěn)定劑在內(nèi)的電解液配方對電解液產(chǎn)品的性能也有很大影響。電堆集成技術(shù)壁壘的關(guān)鍵在于定位和裝配壓力均勻性。

03下游：發(fā)電側(cè)/電網(wǎng)側(cè)應(yīng)用是主流方向

全釩液流電池儲(chǔ)能時(shí)間超過4小時(shí)，按照通常理解，屬于長時(shí)間儲(chǔ)能。長時(shí)儲(chǔ)能在發(fā)電側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、用戶側(cè)均能夠有所應(yīng)用，典型應(yīng)用場景包括高風(fēng)光發(fā)電比例下的能量管理、約束管理、孤島運(yùn)行、備用與黑啟動(dòng)、工商業(yè)應(yīng)用電表后儲(chǔ)能。

1.發(fā)電側(cè)長時(shí)儲(chǔ)能需求正在醞釀

國家發(fā)改委、能源局于2021年8月發(fā)布了《關(guān)于鼓勵(lì)可再生能源發(fā)電企業(yè)自建或購買調(diào)峰能力增加并網(wǎng)規(guī)模的通知》，提出超過電網(wǎng)企業(yè)保障性并網(wǎng)以外的規(guī)模初期按照功率15%的掛鉤比例（時(shí)長4h以上）配建調(diào)峰能力，按照20%以上掛鉤比例進(jìn)行配建的優(yōu)先并。

2.電網(wǎng)側(cè)長時(shí)儲(chǔ)能需求因電網(wǎng)穩(wěn)定而較少

電網(wǎng)側(cè)，液流電源主要部署場景在于區(qū)域性電網(wǎng)、微網(wǎng)穩(wěn)定性、覆蓋范圍，抽蓄、壓縮空氣電站建設(shè)資源等方面，通過部署4小時(shí)以上儲(chǔ)能電站提高整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

3.用戶側(cè)長時(shí)儲(chǔ)能需求主要來自峰谷套利

用戶側(cè)，峰谷套利是能夠獲得盈利的儲(chǔ)能應(yīng)用方向，其商業(yè)模式也比較明晰。長期來看，隨著新能源發(fā)電占比越來越高，該方向或?qū)⒊蔀橐毫麟姵氐闹匾獞?yīng)用和發(fā)展方向。

四、全釩液流電池技術(shù)已在多種場景下實(shí)現(xiàn)驗(yàn)證

01發(fā)電側(cè)

以大聯(lián)融科參與的國電龍?jiān)磁P牛石5MW/10MWh全釩液流電池儲(chǔ)能應(yīng)用示范電站為例，該項(xiàng)目于2012年12月并網(wǎng)運(yùn)行，并于2013年5月通過驗(yàn)收，所有指標(biāo)都達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，系統(tǒng)已無故障運(yùn)行超十年，系全球范圍內(nèi)迄今運(yùn)行時(shí)間最長的兆瓦級全釩液流電池系統(tǒng)

該項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了包括平滑輸出、提高風(fēng)電場跟蹤計(jì)劃發(fā)電能力、暫態(tài)有功出力緊急響應(yīng)和暫態(tài)電壓緊急支撐、調(diào)峰調(diào)頻等功能，充分驗(yàn)證了全釩液流電池對于風(fēng)電波動(dòng)控制、計(jì)劃發(fā)電能力和響應(yīng)電網(wǎng)服務(wù)的功能。

02電網(wǎng)側(cè)

遼寧大連液流電池儲(chǔ)能調(diào)峰電站一期工程于2022年10月正式并網(wǎng)。該項(xiàng)目規(guī)模為200MW/800MWh，一期工程100MW/400MWh。

該項(xiàng)目定位參與電網(wǎng)調(diào)峰、可再生能源接入、緊急電源及黑啟動(dòng)。除削峰填谷之外，調(diào)峰電站也可以在發(fā)生極端情況，電網(wǎng)與外部電源全部中斷的情況下，為政府、醫(yī)院、電視臺等重要部門和單位提供超過4小時(shí)以上電能，也可以為附近的北海熱電廠提供黑啟動(dòng)電源。

03用戶側(cè)

用戶側(cè)儲(chǔ)能兩個(gè)比較典型的商業(yè)模式，一個(gè)是在去年投運(yùn)的浙江湖州精工機(jī)械工廠內(nèi)建設(shè)的儲(chǔ)能項(xiàng)目，基于浙江峰谷電價(jià)差，該項(xiàng)目每天已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)兩充兩放，因此每個(gè)月的峰谷套利已經(jīng)達(dá)到了50萬元左右。

另外還有寧德時(shí)代投建的光儲(chǔ)充檢一體化充電站項(xiàng)目，2022年10月，寧德鋰電小鎮(zhèn)光儲(chǔ)充檢智能超充站建成投入運(yùn)營，場站總占地面積約2100㎡，充電站搭載1套630kw/618kwh液冷儲(chǔ)能系統(tǒng)和1套400kW-412kWh液冷儲(chǔ)能系統(tǒng)，配備20臺160-180kW高功率充電樁，是全國首座采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的光儲(chǔ)充檢智能超充站。

原標(biāo)題：液流電池行業(yè)研究之(二)液流電池: 長時(shí)儲(chǔ)能的有力競爭者