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當(dāng)前，新能源發(fā)電、微電網(wǎng)、互動(dòng)式設(shè)備等大量接入電網(wǎng)，給電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)。應(yīng)用大規(guī)模電化學(xué)儲(chǔ)能提升清潔能源消納和存儲(chǔ)能力，成為電網(wǎng)建設(shè)中不可或缺的一環(huán)。

我國(guó)是釩資源大國(guó)，釩儲(chǔ)量居世界第三位。近年來(lái)，被稱作是“現(xiàn)代工業(yè)味精”的小眾金屬——釩，逐漸在各行業(yè)中嶄露頭角。作為電化學(xué)電池家族中的重要一員，全釩液流電池被認(rèn)為具有安全性高、壽命周期內(nèi)經(jīng)濟(jì)性好、廢棄后環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，運(yùn)行過(guò)程中不降解、不損耗，在構(gòu)建新型電力系統(tǒng)進(jìn)程中將發(fā)揮重要作用。南瑞集團(tuán)有限公司經(jīng)過(guò)十年深耕，目前已全面掌握釩電池改性選型技術(shù)，建設(shè)完成兆瓦級(jí)釩電池電堆生產(chǎn)線，具備兆瓦級(jí)儲(chǔ)能電站設(shè)計(jì)和建設(shè)能力，技術(shù)水平居國(guó)內(nèi)前列。


電化學(xué)儲(chǔ)能裝備的安全性至關(guān)重要

當(dāng)前，我國(guó)加緊推進(jìn)碳達(dá)峰、碳中和。今年3月，中央財(cái)經(jīng)委員會(huì)第九次會(huì)議提出構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，電網(wǎng)企業(yè)重任在肩。

傳統(tǒng)電力系統(tǒng)向以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型時(shí)，電力系統(tǒng)電源端將發(fā)生重大轉(zhuǎn)變，電源不可控性更高。這就要求電網(wǎng)同步提升靈活調(diào)節(jié)能力和智能化控制水平。目前，電化學(xué)儲(chǔ)能是應(yīng)對(duì)這一轉(zhuǎn)變的最直接、效果最好的支撐技術(shù)和基礎(chǔ)裝備之一，主要包含鉛酸電池、鋰離子電池、釩電池等產(chǎn)品類型。

據(jù)南瑞集團(tuán)武漢南瑞有限責(zé)任公司（簡(jiǎn)稱“武漢南瑞”）儲(chǔ)能研發(fā)負(fù)責(zé)人張杰介紹，相比其他電池類型，全釩液流電池采用以釩為主體的水系溶液作為電解質(zhì)，運(yùn)行或放置狀態(tài)性能穩(wěn)定，無(wú)燃燒、爆炸隱患，電池本征安全，在大規(guī)模儲(chǔ)能領(lǐng)域具有一定優(yōu)勢(shì)。

全釩液流電池還具有良好的低溫性能。“2019年1月，我們?cè)诿蓶|科右中旗進(jìn)行了100千瓦2小時(shí)移動(dòng)式全釩液流電池儲(chǔ)能示范。當(dāng)時(shí)臨近春節(jié)，戶外有零下20攝氏度，環(huán)境條件惡劣，而我們的設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)，解決了當(dāng)?shù)剞r(nóng)網(wǎng)末端低電壓和供電容量不足問(wèn)題，為當(dāng)?shù)鼐用翊汗?jié)用電提供了保障。”張杰自豪地說(shuō)。

據(jù)了解，2010年，武漢南瑞立足于新能源飛速發(fā)展預(yù)期和未來(lái)電力系統(tǒng)及電網(wǎng)建設(shè)需求，將電化學(xué)儲(chǔ)能列為戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)，展開(kāi)全釩液流電池儲(chǔ)能技術(shù)研究。經(jīng)過(guò)十年深耕，武漢南瑞已全面掌握釩電池改性選型技術(shù)，具備釩電池本體設(shè)計(jì)、材料研制、系統(tǒng)集成能力，成功研發(fā)高功率釩電池電堆和250千瓦/500千瓦時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)，申請(qǐng)發(fā)明、實(shí)用新型專利共70項(xiàng)，授權(quán)40余項(xiàng)。

“得益于新能源汽車發(fā)展對(duì)鋰電池市場(chǎng)的拉動(dòng)以及鋰電池本身成本的顯著下降，現(xiàn)階段鋰電池儲(chǔ)能是主流的電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)，這一點(diǎn)是市場(chǎng)已經(jīng)接受的。”武漢南瑞儲(chǔ)能團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人張愛(ài)芳說(shuō)。同時(shí)她也表示，全釩液流電池在安全性能、持續(xù)時(shí)間和使用壽命方面具有關(guān)鍵的優(yōu)勢(shì)，結(jié)合具體場(chǎng)景時(shí)容量型儲(chǔ)能必將有一定價(jià)值預(yù)期，例如新能源發(fā)電遭遇氣候因素導(dǎo)致電力持續(xù)性輸出缺口或電網(wǎng)有調(diào)節(jié)、備用需求時(shí)，可視作長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能解決方案。

長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能優(yōu)勢(shì)有利于電網(wǎng)靈活調(diào)節(jié)

據(jù)相關(guān)報(bào)道，2020年12月，美國(guó)加州消防局部署了一套全釩液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，用于提供緊急服務(wù)和保障當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)電力供應(yīng)。該項(xiàng)目是由美國(guó)加州能源委員資助，用以刺激長(zhǎng)效非鋰儲(chǔ)能計(jì)劃的一部分。項(xiàng)目執(zhí)行后，全釩液流電池與可再生能源將在加州配套使用，以展示液流電池的卓越性能，包括削峰平谷、降低需量電費(fèi)并提供備用電源。

隨著可再生能源逐步占據(jù)發(fā)電電源主體地位，穩(wěn)定電力系統(tǒng)發(fā)電端和受電端電力平衡，需要建立高可靠、強(qiáng)彈性的保障機(jī)制。充電和放電時(shí)間在4小時(shí)以上的長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能是一個(gè)優(yōu)選項(xiàng)，能為國(guó)家或區(qū)域電力網(wǎng)絡(luò)所需的靈活性提供有效解決方案，對(duì)新型電力系統(tǒng)建設(shè)起到重要“潤(rùn)滑”作用。

全釩液流電池儲(chǔ)能十分適用于長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能，因?yàn)樗哂袃身?xiàng)重要潛質(zhì)：一是全釩液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)功率和存儲(chǔ)電量可獨(dú)立設(shè)計(jì)，且存儲(chǔ)電量的載體全釩液流電池電解液具有理論無(wú)限循環(huán)的優(yōu)勢(shì)，即全釩液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)電量擴(kuò)增的邊際成本低，可避免產(chǎn)生額外設(shè)備成本；二是電池電堆日歷壽命可達(dá)20年以上，循環(huán)壽命13000次以上，電解液近乎零損耗且能無(wú)限沿用的技術(shù)特征，形成了全釩液流電池壽命周期內(nèi)的成本優(yōu)勢(shì)。

“但全釩液流電池儲(chǔ)能要得到大規(guī)模推廣應(yīng)用，獲得市場(chǎng)認(rèn)可，沒(méi)有那么簡(jiǎn)單。”張愛(ài)芳坦言，在受新能源汽車等儲(chǔ)能快速消費(fèi)品市場(chǎng)價(jià)值傳導(dǎo)影響、儲(chǔ)能價(jià)值定位仍不清晰的當(dāng)前，資本和短期利益的角逐對(duì)全釩液流儲(chǔ)能技術(shù)形成強(qiáng)力壓制。“如何突破成本限制，減小一次投資壓力，是全釩液流電池面臨的最主要問(wèn)題。”她強(qiáng)調(diào)。

亟待突破電堆成本、創(chuàng)新商業(yè)模式

全釩液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)由電堆、電解液、管路系統(tǒng)、儲(chǔ)能變流器等組成，其中電堆和電解液成本占系統(tǒng)總成本的85%左右。降低兩者成本是業(yè)內(nèi)共識(shí)。

解決電堆成本問(wèn)題，關(guān)鍵是提高電池的功率密度，其次是提升關(guān)鍵材料的有效使用面積，降低材料成本。南瑞集團(tuán)在2019年已將全釩液流電池單堆電流密度提高到140毫安/平方厘米，預(yù)計(jì)今年有望達(dá)到160毫安/平方厘米；研制出新一代一體化高功率電堆，依托高溫?zé)崛酆图す夂附蛹夹g(shù)，將電堆一體化成型，達(dá)到降低接觸電阻、提高密封性能、提升電堆組裝自動(dòng)化裝配效率的目的。同時(shí)，通過(guò)改進(jìn)隔膜密封方式，降低隔膜使用面積和密封件數(shù)量，電堆的總成本降低了30%。這一成果為推動(dòng)全釩液流電池的大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

另一方面，利用釩電解液不消耗、殘值高、可循環(huán)利用的特點(diǎn)，通過(guò)電解液租賃方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)電解液成本的管理，是行業(yè)內(nèi)較推崇的一種方式。張愛(ài)芳介紹，區(qū)別于鋰電池租賃，這種方式能減小租賃物損耗費(fèi)用在租金中的占比，并使出租方利潤(rùn)成為影響租金費(fèi)用的決定因素。若進(jìn)一步，電解液的獨(dú)特屬性被視作資源性保值產(chǎn)品，部分金融國(guó)企以購(gòu)買基金或參股形式投資上游釩企業(yè)，平穩(wěn)租金，既能減少釩資源流失，提高釩金屬保有率，也有利于全釩液流電池儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。

隨著全釩液流電池技術(shù)迭代升級(jí)，商業(yè)投融模式不斷創(chuàng)新，行業(yè)對(duì)全釩液流電池儲(chǔ)能的定位將更加清晰，對(duì)其效能的認(rèn)識(shí)也得到提高。湖北省提出研制完善百千瓦級(jí)釩電池電堆和成套電池裝備，形成100兆瓦園區(qū)和電網(wǎng)級(jí)儲(chǔ)能成套裝備制造與電站設(shè)計(jì)、建造和運(yùn)維能力，支持全釩液流電池儲(chǔ)能裝備產(chǎn)業(yè)化發(fā)展和應(yīng)用示范；甘肅、四川等省份也將釩電池產(chǎn)業(yè)列入重點(diǎn)規(guī)劃；遼寧、江蘇、湖北等多地已在籌劃百兆瓦級(jí)別的全釩液流電池儲(chǔ)能項(xiàng)目。

國(guó)家能源集團(tuán)北京低碳清潔能源研究院儲(chǔ)能技術(shù)負(fù)責(zé)人劉慶華表示：“‘十四五’時(shí)期，我國(guó)全釩液流電池將迎來(lái)非常好的大規(guī)模推廣時(shí)機(jī)。隨著各地全釩液流電池儲(chǔ)能示范項(xiàng)目落地并獲得技術(shù)驗(yàn)證，未來(lái)5年內(nèi)預(yù)計(jì)將是全釩液流電池從成熟走向推廣的重要窗口期。”

以產(chǎn)業(yè)化為重點(diǎn)保障電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行

5月25日，國(guó)家發(fā)改委正式對(duì)外公布了《關(guān)于“十四五”時(shí)期深化價(jià)格機(jī)制改革行動(dòng)方案的通知》（下稱《行動(dòng)方案》）。《行動(dòng)方案》提出，持續(xù)深化電價(jià)改革，完善風(fēng)電、光伏發(fā)電、抽水蓄能價(jià)格形成機(jī)制，建立新型儲(chǔ)能價(jià)格機(jī)制。屆時(shí)，儲(chǔ)能成本將得到疏導(dǎo)。

“我們預(yù)測(cè)儲(chǔ)能會(huì)成為提升電力系統(tǒng)靈活性的可調(diào)資源。十年前我們就著手布局儲(chǔ)能研發(fā)，并將其作為武漢南瑞的新興產(chǎn)業(yè)。”武漢南瑞總經(jīng)理、黨委書記蔡煒如是說(shuō)，“近年來(lái)，從國(guó)家電網(wǎng)經(jīng)營(yíng)區(qū)應(yīng)用情況來(lái)看，電化學(xué)儲(chǔ)能在新能源并網(wǎng)消納、電網(wǎng)運(yùn)行控制等方面的作用越發(fā)顯著。”基于全釩液流電池儲(chǔ)能高安全、適宜長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能、回收和環(huán)保極具優(yōu)勢(shì)的技術(shù)特點(diǎn)，他對(duì)全釩液流電池的前景充滿信心。電力系統(tǒng)中核心的電力資產(chǎn)大多具有20年及以上的壽命，全釩液流電池儲(chǔ)能高度契合并具備替代電網(wǎng)部分資產(chǎn)投資作用，保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，在未來(lái)有望作為電網(wǎng)資產(chǎn)設(shè)備列入電網(wǎng)規(guī)劃之中。

在儲(chǔ)能安全性日益受到重視、大規(guī)模長(zhǎng)周期儲(chǔ)能項(xiàng)目需求持續(xù)增長(zhǎng)、回收和環(huán)保閉環(huán)低碳發(fā)展的要求下，武漢南瑞將堅(jiān)定信心，繼續(xù)深耕全釩液流電池儲(chǔ)能技術(shù)，以全釩液流電池產(chǎn)業(yè)化作為重點(diǎn)任務(wù)，力爭(zhēng)將全釩液流電池儲(chǔ)能打造為技術(shù)招牌，為構(gòu)建新型電力系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)增添助力。 

原標(biāo)題：全釩液流電池研究與應(yīng)用加速推進(jìn)