全釩液流電池的技術進步及效用分析
時間:2020-09-28 09:29來源:能見App 作者:綜合報道
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9月27日，由國家電網有限公司發起成立的中國綜合能源服務產業創新發展聯盟、中電聯售電與綜合能源服務分會聯合舉辦的中國綜合能源服務產業高峰論壇暨云博會在北京釣魚臺國賓館隆重召開。當天下午，在“儲能與綜合能源服務”分論壇上，中科院金屬所研究員、教授嚴川偉發表了主旨演講。作為從事全釩液流電池研究20年的老兵，對釩電池的技術進步及效用進行了詳盡的分析。
嚴川偉認為，釩電池是最成熟的液流電池，基于全釩液流電池商業化開發條件，技術性能與成本已達到可規模發展的水平。
以下是演講實錄：
對一個從事技術研究的人來說，沒有什么比他所從事的技術發展到什么階段、有沒有未來、能不能對社會有作用更值得關注的了。作為從事全釩液流電池研究二十年老兵，有機會跟大家分享一下對這個電池的發展的觀點和認識。也分三個話題。
一、儲能：電力發展產物、能源革命需要
首先儲能不是時尚的東西、一個可有可無的，而是它是電力發展必然的產物，也是能源革命所必須的，應該指出儲能是大的產業、也是大的市場、也是國家能源戰略一個重要的支撐。
這個市場是非常巨大，比如說在2030年全球市場就可以達到2000億美元以上，這其中長時間儲能是主要需求，比如70%儲能需求是4小時以上，這個主要來源于可再生能源對化石能源的替代、以及可再生能源它本身波動性、隨機性所導致的。
我們講儲能這個概念是狹義的概念，因為儲能這個概念現在比泛化，手機電池也叫儲能，我們講的針對電力需求大規模儲能，大規模儲能要求顯而易見兩方面，第一個方面安全可靠，作為規模電力供給的重要環節，不是一家一戶事，必須可靠，這個從事電力人都很好理解這一點；第二經濟性要好，能夠賺錢，能夠實現良性的事業化運行，否則它是不可持續的。
那么作為大規模儲能一個手段、一種技術，全釩液流電池它的特點主要有幾個方面：
1、安全，它是水體系本征安全，不是經過努力使著它安全一點，而是它本身具有安全基因。
2、適大規模儲能，因為它單元大，一個電力做到幾十千瓦沒有問題，液流循環，對熱的管理是天然的優勢，再就是壽命長，循環壽命達萬次或者更高。
3、技術經濟潛力大，我們只能這么講，技術已經取得很大的進展，達到很好的指標，我一會兒再講。現在看來它的天花板非常高，現在遠遠沒有達到，空間非常大。
4、資源豐富，它的主要資源、核心資源釩非常豐富，儲量巨大，每年產量足夠發展規模儲能技術。
所以全釩液流電池它應該是滿足大規模儲能產業化比較理想的一種技術。它用作規模儲能可以滿足不同的儲能需要，因為儲能有多種需要、多種形式，至少能量型和功率型，比如滿足主要大型可再生能源并網、調峰、用戶電價管理等，在這些方面，長時間大規模容量型的儲能它是最擅長、最合適，其他也能做，就沒有那么突出比較優勢。
中國擁有最豐富的釩資源，釩資源不是稀有元素，到處都有，分布很大沒有地域限制，很多地方都有。
中國探明釩資源占全球的一半以上，主要有幾個來源：第一個來自液晶副產品，70%以上釩都是這個來源；第二個來源是煤礦，這個量特別大特別豐富；第三固廢的回收、電場一部分爐渣灰、還有船用的重油渣、還有煉化催化劑的回收這個量比較大，每年可以獲得釩達到1萬噸以上，甚至達到兩三萬噸都是有可能的，關鍵這種來源有可能非常非常廉價、經濟性特別好的來源。
全釩液流電池已經被研究幾十年，作為一種工程應用的電池，進行各種系統性實驗，技術原則性還是系統可靠性、還是經濟性進行一系列實驗驗證。
這里列了當前在規劃當中的、正在實施或者已經實施的一些項目。這里我們也舉一些已經做的電站例子。
第一個就是日本住友電工，它是最早工程化開發的，至今已經有30多年，北海道這個項目是在運行全球最大的項目現在還是有全負荷、全指標實際運行。
第二個例子就是北京普能，在2011年的時候投運的風光儲輸示范，以及最近棗陽第一期項目，當然在國外做了大量海外項目。國網南瑞是國網從事電池研究的機構，無論技術還是更高層面做了系統部署取得很好的效果。大連融科現在正在收尾階段100兆瓦項目在年底投運，應該是歷史性的標志，成功沒有什么問題，因為做了大量前期鋪設已經有良好的基礎。
二、技術進步及效應
在我們國家研究基本有幾個模式：第一個亂研究沒有目標；第二個就是以發論文為導向的研究；第三個以問題為目標，把問題解決的研究，應該講全釩液流電池這個研究主要體現在第三方面，聚焦了焦點，比如可靠性是關鍵，像其他電器設備一樣穩定工作，住問題的概率足夠低，另一個成本，如何實現商業操作，實現良性可持續發展，從材料、從系統、從結構角度降低成本。
現在技術已經趨于成熟，這個在十年前不可想象的，尤其最近這兩三年技術突飛猛進，超過了我們業內每個人想象，進入加速期。現在能夠支撐應用，并且已經形成完整的研發體系，能夠支撐產業化發展能力和條件，已經沒有不可逾越難關或者瓶頸。
從技術發展軌跡來講，工作電流密度是綜合表征也代表一個水平，比如十年前我們稱之為第一代，密度50毫安左右，最多30、60左右，五年前第二代達到100毫安/平方厘米左右，當前稱為第三代達到150—200毫安/平方厘米左右，可以預期在不遠未來會達到更高，達到300毫安/平方厘米以上，這種發展速度對其他電池來說很難有的的狀態。
儲能成本演化分析，對于成本是我們技術工作者優先關注的一個點，這方面都是作為重要的一個工作內容進行系統性評價，每年或者一定時間對它重新評估、進行整理，這是我們最近計算結果。
現在鋰電池一度電成本大概2000元左右，對于全釩液流電池如果達到200毫安，4小時接近2000元，進一步發展6小時都會低于2000元，成本下降還是非常明顯，還是指日可待的。
這是國內某個企業進行相關分析，也可以看出短期內成本可以跟鋰電池成本一致，比如在一兩年內，六小時系統成本預計低于鋰電池。產業鏈基本形成，或者說形成初步產業鏈經過最近幾年發展，比如電堆與系統集成，北京普能、國網南瑞等，極板有危害南海、大連融科、遼寧科京，隔膜有江蘇科學潤、遼寧科京等。
建立初步的標準體系，包括國家標準、能源行業標準、電力標準、地方標準等等，還有國際標準。正在突破釩源問題，因為90%釩用在鋼鐵冶金上，那個是固有的“江湖”，沒有進一步推動全釩液流電池向前發展的動力，因為那個“江湖”利潤是封閉循環很好。
所以我們有一個原則或者策略，就是“再造江湖”解決增量問題，這方面有很多實際動作，比如北京普能上游延伸，在東南亞生產釩，已經達到千噸級，近期還能達到萬噸級。國網南瑞推動融資租賃，上海電氣向上游延伸，湖南銀峰專注石煤釩源。
這個圖是幾天一個事件，意義除了解決釩源，利用阿克蘇當地資源解決生產問題，地方上把能夠做的儲能都加上，不僅僅棄光一項，所有調峰、調頻等等都加上，即便電池比較低的工作功率工作，也可以實現良性商業運行，這個意義非常重要的。
大規模、安全性是釩電池的優點，這里不得不提所謂競爭定位問題，我認為根本不存在競爭，因為儲能需求多層次、多類型，不同大小，不同技術各有優劣式，比如鋰電池成本已經做的很低，技術充分成熟，也可以做比較大的規模，相對全釩液流電池來講，鋰電池規模應該是較少一點，或者全釩液流電池應該做更大規模的。
鑒于安全重要性，我們在這里再補充提醒大家思考幾個方面問題，因為我們正在把儲能產業、事業向前進，不得不進行相應思考。比方我們經常聽到一些火災、事故等等，當然韓國火災是比較典型，可能在管理上有問題，無論怎么說大約有1000座左右的儲能電站，在不長時間之內就發生將近30起火災事故，每座電站火災概率是1.5%，這個太高了，應該是驚人的高，不允許的。
電動車最近這些年發展起來，就在幾年前出問題概率應該是千分之一，傳統燃油車是千萬分之幾，什么概念？天天跟汽車打交道，受到汽車傷害風險跟我們差多少？百分之零，做到絕對安全。我們儲能需要安全、電力系統需要安全，具體做到什么程度？要什么方式、什么技術？值得我們關注。總的來說，大規模儲能系統出問題概率應該比較低。
三、總結與展望
最后一個話題，釩電池是最成熟的液流電池，技術性能與成本已達到可規模發展的水平，基于全釩液流電池商業化開發條件，技術與商業化發展的潛力巨大。
謝謝！（根據演講速記整理，未經演講人審核）
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