中國儲能網(wǎng)訊：近期，眾為資本組織的眾為產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新沙龍活動成功舉辦。
本次分享邀請到了國際著名燃料電池和液流電池專家、中科院大連化學物理研究所首席研究員及博士生導師張華民教授與眾為產(chǎn)業(yè)生態(tài)圈的專業(yè)人士深入交流，共話全釩液流電池儲能技術的技術進展，市場需求與前景展望。
以下內容是本次分享內容的精華部分梳理：
1.液流電池的技術演進
從液流電池的各類技術來看，鐵鉻液流電池的產(chǎn)業(yè)化應用尚需觀察。主要基于如下考量：
圖例：來自嘉賓現(xiàn)場分享內容
1）鐵鉻液流電池用鹽酸做電解液帶來的蒸氣壓高，充電過程當中還會產(chǎn)生氯氣，這都是一些腐蝕性氣體；
2）鉻的反應活性比較低，要在60°C以上來運行，在我國三北地區(qū)應用時，把上萬立方米的電解液從零下30°C加熱到60°C并保持在這個溫度，需要大量的能量；
3）電解液濃度比較低，不到0.9個摩爾，是釩電解液濃度的一半，電堆的額定工作電流密度也比較低，占地面積就比釩電池要大一倍。
圖例：來自嘉賓現(xiàn)場分享內容
最近比較熱的還有全鐵液流電池，分為沉積型、非沉積型。但它目前存在一定問題，比如沉積型全鐵液流電池，正極活性物質在強酸條件下穩(wěn)定，負極沉積的鐵在強酸條件下易析氫，導致庫倫效率低；鐵沉積的動力學較慢，導致電壓效率較低；負極沉積的鐵枝晶容易刺穿隔膜等。非沉積型液流電池電解液的穩(wěn)定性也是很大挑戰(zhàn)。
鋅基液流電池目前還處在基礎研究階段。循環(huán)壽命、鋅枝晶和鋅累集等問題有待突破。
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我初步預判，十年之內能夠真正實現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化應用的是全釩液流電池——全釩電池是指正負極兩端都是同一種物質釩，釩有四個價態(tài)，在充放電的過程中價態(tài)變化，這就不容易造成能量衰減，也沒有其他雜質元素引入，電池系統(tǒng)常年運行造成的電解液價態(tài)失衡可以通過在線或離線進行再生恢復。
2.釩液流電池特點
1.功率和容量可獨立設計，尤其適合大規(guī)模、大容量儲能。釩液流電池的電池系統(tǒng)和電解液是分開的，想要增加儲能時間，只需增加電解液，電池的均勻性非常好，儲能容量大，從1000sKWh到100sMWh；輸出功率也大，從10sKW到100sMW。
2.能量效率高、充放電性能好、循環(huán)壽命長。釩液流電池儲能系統(tǒng)的能量轉化效率能夠達到80%，但此時成本也相對較高。但我們在講轉換效率平衡的時候，大規(guī)模釩液流電池儲能系統(tǒng)的國家標準都是要對標抽水儲能的能量轉化效率，即不低于70%。
3.啟動和效應速度快，充放電切換只需0.02秒。并且其系統(tǒng)是在常溫封閉環(huán)境下運行，電解液可以半永久使用，性價比高。衰減或可通過電化學的方法來恢復，電池的壽命是比較長的，整個系統(tǒng)的充放電循環(huán)次數(shù)大約15000次。
并且電解液是水溶液，不會著火和爆炸，是一種本征安全的大規(guī)模儲能技術。但是受到釩離子溶解度的限制，能量密度比較低。
圖例：來自嘉賓現(xiàn)場分享內容
此外，電池在使用過程中，釩僅僅是價態(tài)變化，可循環(huán)使用節(jié)約資源。整個電堆是五十個單電池疊加，回收簡單，殘余價值較大。
3.釩液流電池逐漸熱門的原因
當下釩液流電池比較熱的原因主要得益于大環(huán)境，國家提出了實現(xiàn)雙碳目標，在十四五規(guī)劃和2035年遠景目標中也制定了方向。在新能源中，風能發(fā)電、太陽能發(fā)電技術等領域我們都是領先的，但儲能卻是一個瓶頸。儲能在電網(wǎng)中主要是促進新能源的消納，解決發(fā)電時間和用電負荷時間不匹配的問題；因為風能、太陽能等可再生能源是一種不連續(xù)、不穩(wěn)定的間歇型能源，在構建“新能源+儲能”新型電力系統(tǒng)當中，儲能的主要作用則是調峰。
目前，全球范圍內鋰離子電池都適用在兩個小時之內的儲能。安全因素是關鍵的制約條件。北京市目前將鋰離子電池、鈉離子電池的防火設為甲級乙級，而釩液流電池則為丁級。
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在2021年全球氣候峰會上，長時儲能理事會與麥肯錫發(fā)布報告稱，當再生能源發(fā)電量達到電力系統(tǒng)的60%-70%的市場份額時，長時儲能系統(tǒng)將成為“成本最低的靈活性解決方案”。預測2030年，超過8小時以上的長時儲能可能占總儲能裝機量的30%，長時儲能會達到4-8個TWh，將超越短時儲能。國內各個新能源發(fā)電大省都紛紛發(fā)文，要求風能、光伏等新儲能電站的建設，必須配建四小時以上的儲能電站，通過比例調控、打分等級制調節(jié)儲能電站的配比。
4.新型電力系統(tǒng)需要怎樣的儲能技術
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1.電池本身需要安全，不會發(fā)生著火爆炸，最近幾次美國特斯拉充電站的爆炸著火，也透露出電池爆炸或著火后之后會產(chǎn)生氫氟酸和鹽酸。
2.在新型電力系統(tǒng)當中，儲能系統(tǒng)的主要作用是調峰，因此在大規(guī)模、大容量儲能技術必須具備連續(xù)放電時間長的能力。
3.使用壽命要長，能夠與光伏、風機等使用壽命一致。全釩液流電池滿足大型儲能電站對于“大規(guī)模、大容量、高安全性、低成本、長壽命、長時放電及環(huán)境友好”等要求。
5.釩液流電池的產(chǎn)業(yè)前景
從產(chǎn)業(yè)角度，釩液流電池具備一定優(yōu)勢，具體而言：技術自主可控，目前已經(jīng)形成完整自主知識產(chǎn)權體系，并主導制定國際和國內標準，技術水平達到國際領先水平；資源自主可控，全國查明釩資源儲量約7000萬噸，中國釩儲量占全球35%、釩產(chǎn)量占全球48%；產(chǎn)業(yè)鏈自主可控，關鍵材料已實現(xiàn)國產(chǎn)化，裝備制造產(chǎn)能全球最大。
而過往開展的項目不多，主要是因為過去很長時間都是短時儲能需求，能量轉化效率比鋰電池低，市場認知度較低，商業(yè)模式的創(chuàng)新有待加強，人才儲備也不足，產(chǎn)業(yè)鏈規(guī)模較小。
圖例：來自嘉賓現(xiàn)場分享內容
談及釩液流電池成本問題，大家常常會說釩電池價格昂貴，這主要是跟鋰電池一、兩個小時儲能對比得出的。但隨著儲能時間越長，釩液流電池的成本就越低。釩液流電池在電解液10萬元/噸的情況下，對4小時釩液流電池儲能系統(tǒng)的價格是3000元/kWh，其中不含電解液的電池系統(tǒng)價格是6000元/kW，電解液占初期投資價格的50%，在運行20年以上，結合各種殘值回收，實際價格約為1020元/kWh。
但釩液流電池也存在一個風險即五氧化二釩的供應。上面的預測都是基于電解液原料（五氧化二釩）的價格在理性的10～11萬/噸內做出的，如果超過15萬/噸，全釩液流電池產(chǎn)業(yè)很有可能會夭折。
6.互動問答
1. 哪些場景對于四小時以上的長時儲能需求更大呢？
張教授：首先是新能源占比比較高的地區(qū)，比如青海、新疆、內蒙、西藏等，兩小時的儲能不能滿足他們的需求。比如風能、太陽能都是典型的間歇性能源，波動發(fā)電。要保證電網(wǎng)運行，波谷時候可以補充，發(fā)電高峰時候可以消納，這就需要長時儲能來平衡。發(fā)電側場景下更需要長時儲能，電網(wǎng)對于發(fā)電側提出了更高的要求，但目前電網(wǎng)在儲能投入的意愿還需繼續(xù)加強。
2. 抽水蓄能目前發(fā)展情況怎樣？在抽水儲能和電化學儲能上該怎樣選擇？
張教授：1）環(huán)境需要有水；
2）抽水儲能電站上下水庫，最好要有50米以上的高差，在南方水源比較充足情況下可行，但是在北方水源不夠，東北、西北、華北水資源都是不夠的，基本上很少有發(fā)展抽水儲能的空間；
3）三北地區(qū)也是風能、太陽能發(fā)電是最集中的地方，但沒有抽水儲能的條件，只能靠電化學儲能。但目前即便是在有條件的地區(qū)，抽水儲能建站的搬遷、占地成本也越來越高。
3. 像水泥、鋼鐵等用電大戶企業(yè)，這類企業(yè)的儲能需求是怎樣的？
張教授：這類高耗能的企業(yè)，目前國家已經(jīng)有一些要求，以前使用火電的用電大戶要求它們配備一定的綠色能源儲備系統(tǒng)，一般會有4小時以上的長時儲能需求。對于一些想要利用峰谷電價進行套利的工商業(yè)主體，目前首先需要最少電價差在0.8元以上，這一般在南方地區(qū)有一定的可行性。這類企業(yè)的儲能需求是否需要四個小時以上的儲能系統(tǒng)還不確定，這里面的初始投入成本也是一個重要因素。
4. 目前釩液流電池的成本還比較高，什么時候會迎來大規(guī)模市場份額增長的轉折點呢？
張教授：需隨著風能、太陽能發(fā)電在電網(wǎng)中的占比增加，更多的單位配備四小時以上的儲能系統(tǒng)。因為隨著時間的增長，電池的安全性會更加凸顯。目前鋰電儲能時間一長，積累的熱能不容易被散發(fā)出去。同時儲能規(guī)模做大以后，對電池的均勻性要求也會更高。
針對這個問題，眾為資本合伙人徐薇也結合自己對產(chǎn)業(yè)的觀察進行了補充：1）目前，在能源構成中綠色能源占比不太高，電網(wǎng)調度對儲能的需求還沒有起來，當綠電的占比越來越高，電網(wǎng)開始真正調度這些儲能資產(chǎn)的時候，行業(yè)相關方也會切實投入儲能建設，去考量經(jīng)濟賬——這或是一個關鍵節(jié)點；2）從政策上來說，各地都是區(qū)域化制定政策，比例也較為隨意，隨著之后配比政策逐漸科學化，長時儲能配備要求更高的時候，這幾個因素合并疊加，大家會主動投資儲能資產(chǎn)，而非被動去建儲能。
5. 如何看待目前釩液流電池的能量轉換效率還不夠高的問題？
張教授：各個電池的特點不一樣，不能拿鋰電的優(yōu)點同釩電的缺點來比較。應該同抽水儲能這個最常規(guī)的東西去比對標，傳統(tǒng)的抽水儲能能量轉換效率是70到75之間，所以液流電池國家標準電堆能量效率要大于80%，系統(tǒng)的效率大于70%。鋰電的優(yōu)勢就是能量轉化效率高，但它的弱點是第一年可能衰減6%，此后逐年衰減2%-3%，所以鋰電壽命是五到八年的時間，這屬于短跑選手，而釩電是馬拉松選手。
6. 怎么看待釩的生產(chǎn)過程中的環(huán)節(jié)污染問題？
張教授：鋼鐵生產(chǎn)釩沒有特殊的污染，但石煤提釩確實會產(chǎn)生污染，要能夠做到廢氣達標排放，廢水循環(huán)使用，目前生產(chǎn)成本是8萬。之前我們咨詢了提釩企業(yè)和專家，他們都表示若保證廢水不排放、廢氣達標排放，環(huán)保成本會增加，五氧化二釩的售價可能就要在10萬以上。我們判斷五氧化二釩的價格將來不會低于10萬。
7. 如何降低釩液流電池的主要成本？
張教授：整個全釩液流電池成本下降其實不僅是靠核心原材料去降本，還要圍繞降低電池電堆里的電阻，提高電流密度來開展。提高電流密度要確保能量轉換效率能達到80%，需要從電堆設計和材料創(chuàng)新這兩個方向發(fā)力，如果電堆的成本下降以后，整個系統(tǒng)成本都降下來，再加上電解液作為金融租賃產(chǎn)品的商業(yè)模式，成本會有很大下降。
8. 如何看待氫儲能的發(fā)展前景？
張教授：氫儲能理論上的能量轉換效率才30%（電解1標準立方米的氫氣通常需要耗電4.3-4.5度電，1標準立方米的氫氣用燃料電池發(fā)電通常只能發(fā)1.3度電），就算設備不要錢，四度電能換一度電，那電價就漲了四倍，沒有經(jīng)濟性。
但氫氣是重要的化工原料。如何降低氫能的運輸成本和安全風險也是一個大問題，總體而言，我認為氫是有能源屬性的，但是真正氫的屬性是重要的化工原料，作為儲能是不太合適的，沒有經(jīng)濟性。
