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

據(jù)相關(guān)機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)，截至目前，我國(guó)已投運(yùn)全釩液流電池儲(chǔ)能項(xiàng)目累計(jì)規(guī)模僅次于鋰離子電池、鉛蓄電池兩種傳統(tǒng)的電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)，約占全國(guó)電化學(xué)儲(chǔ)能規(guī)模的4%，占全球全釩液流電池儲(chǔ)能規(guī)模的17.8%。全球氧化還原液流電池市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)將從2018年的1.3億美元增長(zhǎng)到2025年的3.7億美元。在大量生產(chǎn)或開發(fā)的液流電池中，全釩液流電池將占據(jù)70%的市場(chǎng)份額。


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

張華民是中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所（簡(jiǎn)稱“中科院大連化物所”）儲(chǔ)能技術(shù)研究部的首席研究員，為了驗(yàn)證團(tuán)隊(duì)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(chǔ)能裝置，不僅起到了檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)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(chǔ)能技術(shù)與可再生能源相結(jié)合的良好應(yīng)用前景。

簡(jiǎn)單來說，全釩液流電池采用含有釩離子的水溶液作為儲(chǔ)能介質(zhì)，通過其價(jià)態(tài)的變化，實(shí)現(xiàn)化學(xué)能和電能之間的轉(zhuǎn)換，從而完成充放電的過程。

據(jù)賽迪智庫統(tǒng)計(jì)，截至目前，我國(guó)已投運(yùn)全釩液流電池儲(chǔ)能項(xiàng)目累計(jì)規(guī)模僅次于鋰離子電池、鉛蓄電池兩種傳統(tǒng)的電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)，約占全國(guó)電化學(xué)儲(chǔ)能規(guī)模的4%，占全球全釩液流電池儲(chǔ)能規(guī)模的17.8%。

用中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)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(chǔ)能技術(shù)。目前，中科院大連化物所與融科儲(chǔ)能合作團(tuán)隊(duì)已形成了包括液流電池關(guān)鍵材料設(shè)計(jì)制造、電堆及電池儲(chǔ)能系統(tǒng)設(shè)計(jì)集成、儲(chǔ)能系統(tǒng)智能控制、工程應(yīng)用及運(yùn)行管理等在內(nèi)的完整自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)體系，獲得了200多項(xiàng)授權(quán)專利。”張華民說。

產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要標(biāo)準(zhǔn)引領(lǐng)。依托技術(shù)領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)和在國(guó)內(nèi)外的學(xué)術(shù)影響力，張華民全面負(fù)責(zé)國(guó)家能源行業(yè)液流電池標(biāo)準(zhǔn)及國(guó)際液流電池標(biāo)準(zhǔn)的制定，用中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)為世界“充電”。“主持國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)制定，說明我國(guó)液流電池技術(shù)處于國(guó)際領(lǐng)先水平。”中國(guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)儲(chǔ)能應(yīng)用分會(huì)秘書長(zhǎng)劉勇說。

與其他儲(chǔ)能技術(shù)相比，全釩液流電池優(yōu)勢(shì)明顯：一是安全性高，儲(chǔ)能介質(zhì)是釩的化合物的水溶液，電池均勻性好，不會(huì)發(fā)生爆炸。二是容量大，儲(chǔ)能容量可達(dá)數(shù)百千瓦時(shí)至數(shù)百兆瓦時(shí)，適合大規(guī)模儲(chǔ)能。三是循環(huán)壽命長(zhǎng)，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(fù)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(dǎo)膜等。怎樣使材料的性能更好、價(jià)格更低，我們一直在努力。”張華民表示，通過電池關(guān)鍵材料和電堆結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)創(chuàng)新，科研團(tuán)隊(duì)解決了電池內(nèi)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(jià)值永遠(yuǎn)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(bào)廢后電池系統(tǒng)的無害化處理，放在整個(gè)生命周期來看，它的成本其實(shí)并不高。”張華民如此回應(yīng)外界對(duì)于全釩液流電池成本較高的誤解。他表示，科研團(tuán)隊(duì)還將繼續(xù)開發(fā)高性能材料，設(shè)計(jì)高性能電堆，未來全釩液流電池的成本有望進(jìn)一步下降。

產(chǎn)學(xué)研無縫銜接和全產(chǎn)業(yè)鏈布局

“我國(guó)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(shù)平臺(tái)建設(shè)，到儲(chǔ)能產(chǎn)品開發(fā)、智能裝備生產(chǎn)制造，再到工程化應(yīng)用等，我國(guó)全釩液流電池產(chǎn)業(yè)鏈格局已逐步建立和完善。”劉勇說。

在此前召開的全國(guó)發(fā)電側(cè)儲(chǔ)能技術(shù)與應(yīng)用高層研討會(huì)上，陜西省液流儲(chǔ)能創(chuàng)新中心首席科學(xué)家賴勤志博士指出，全釩液流電池產(chǎn)業(yè)內(nèi)部已組建產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)學(xué)研無縫銜接。上游資源保障方面，共有五個(gè)釩礦基地，現(xiàn)有儲(chǔ)量可以完全滿足聯(lián)盟內(nèi)部的全釩液流電池需求。市場(chǎng)推廣方面，有大連融科儲(chǔ)能、北京普能、上海電氣等企業(yè)，共同推動(dòng)液流電池的示范應(yīng)用和商業(yè)化運(yùn)營(yíng)推廣。

不止科研機(jī)構(gòu)、生產(chǎn)企業(yè)，電力設(shè)計(jì)院也積極參與到液流電池儲(chǔ)能項(xiàng)目中，促進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用和發(fā)展。

以大連液流電池儲(chǔ)能調(diào)峰電站為例。該項(xiàng)目是國(guó)家首個(gè)大型化學(xué)儲(chǔ)能示范項(xiàng)目，也是目前全球在建規(guī)模最大的釩液流電池儲(chǔ)能電站，一期建設(shè)規(guī)模100兆瓦/400兆瓦時(shí)。電站采用全釩液流電池作為儲(chǔ)能元件，中科院大連化物所提供技術(shù)支持，大連融科儲(chǔ)能承建，中國(guó)能建設(shè)計(jì)集團(tuán)東北電力設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)。“儲(chǔ)能電站運(yùn)行過程中的控制和安全尤為重要，相關(guān)設(shè)備的配置及控制策略的制定均需考慮這兩個(gè)方面。”東北院該項(xiàng)目主管總工裴玉峰說，“針對(duì)這些特點(diǎn)，東北院開展了多項(xiàng)專題研究，提出了創(chuàng)新設(shè)計(jì)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(chǔ)能電站的綜合運(yùn)行管理系統(tǒng)。在安全方面，采用‘縱深防御’的設(shè)計(jì)理念，設(shè)置多重措施防止氣體、液體泄漏和擴(kuò)散。”

已進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化推廣階段

研究機(jī)構(gòu)QY Research公司的調(diào)查報(bào)告顯示，全球氧化還原液流電池市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)將從2018年的1.3億美元增長(zhǎng)到2025年的3.7億美元。在大量生產(chǎn)或開發(fā)的液流電池中，全釩液流電池將占據(jù)70%的市場(chǎng)份額。

“我國(guó)全釩液流電池儲(chǔ)能已進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化推廣階段。”張華民表示。在國(guó)電張北風(fēng)光儲(chǔ)輸示范工程、國(guó)電龍?jiān)瓷蜿柵P牛石風(fēng)電場(chǎng)等大型風(fēng)光發(fā)電基地，都配置了5兆瓦/10兆瓦時(shí)全釩液流電池儲(chǔ)能示范項(xiàng)目，有效解決了調(diào)幅調(diào)頻、瞬態(tài)干擾的問題，促進(jìn)了可再生能源消納，保障了電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

利用全釩液流電池，不僅可以建設(shè)大型儲(chǔ)能電站，還可以根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)景，建設(shè)不同規(guī)模的小型電站。“現(xiàn)在全釩液流電池儲(chǔ)能技術(shù)已經(jīng)更新到第二代產(chǎn)品。我們攻克了電堆設(shè)計(jì)集成技術(shù)，發(fā)明了大功率、高功率密度電堆結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，研發(fā)出32千瓦大功率液流電池單體電堆，并進(jìn)一步突破制造技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了批量化生產(chǎn)，走向海外市場(chǎng)。集成后的儲(chǔ)能裝置更加小巧，成本也大幅降低。”張華民介紹說。

站在儲(chǔ)能行業(yè)的角度，劉勇指出，大規(guī)模、高效率、低成本、長(zhǎng)壽命、易回收是未來液流儲(chǔ)能電池技術(shù)的發(fā)展方向，需要進(jìn)一步加強(qiáng)電解液、離子交換膜、電極材料以及電池結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和研究，從而提高液流電池可靠性。儲(chǔ)能要以市場(chǎng)需求為導(dǎo)向，根據(jù)不同應(yīng)用場(chǎng)景發(fā)展相適應(yīng)的新技術(shù)。

張華民表示，在攻克全釩液流電池的同時(shí)，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(cè)儲(chǔ)能。“也許不久的將來，隨著技術(shù)的進(jìn)步，家庭戶用型可再生能源的儲(chǔ)能裝置，也能既安全、又低成本的走進(jìn)我們的生活。” 

原標(biāo)題：全釩液流電池儲(chǔ)能開啟產(chǎn)業(yè)化征程