中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：11月9日，中核匯能有限公司2023-2024年度儲(chǔ)能集中采購(gòu)招標(biāo)公告發(fā)布。兩標(biāo)段共采購(gòu)規(guī)模6GWh，分別為1GWh全釩液流儲(chǔ)能系統(tǒng)和5GWh磷酸鐵鋰儲(chǔ)能系統(tǒng)。全國(guó)第二次1GWh的全釩液流儲(chǔ)能系統(tǒng)集采，招標(biāo)主體依舊是中核匯能。
一個(gè)月前，國(guó)家電投也發(fā)布了1GWh液流電池集采，但并未指明“全釩”。不過(guò)，從接連出現(xiàn)GWh液流電池集采的情況來(lái)看，長(zhǎng)時(shí)間、大容量、高安全儲(chǔ)能的需求正逐步凸顯。
目前已有遼寧、內(nèi)蒙古、河北、上海、西藏、甘肅等多個(gè)省份明確要求電源側(cè)配儲(chǔ)時(shí)長(zhǎng)超過(guò)4小時(shí)。國(guó)際能源署在《2022年世界能源展望》報(bào)告中預(yù)計(jì)，光伏和風(fēng)電的發(fā)電量占比將從2021的10%增加到2030年的40%。
根據(jù)國(guó)內(nèi)相關(guān)論文，在支撐可再生能源替代傳統(tǒng)化石能源及“雙碳”戰(zhàn)略方面，70%以上的儲(chǔ)能需求是大規(guī)模、長(zhǎng)時(shí)間的容量型或能量型儲(chǔ)能。國(guó)外論文也提到，當(dāng)風(fēng)光發(fā)電占比達(dá)到50%-80%時(shí)，儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)需要達(dá)到10h以上。
然而，當(dāng)前長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展仍存在諸多不足。中國(guó)科學(xué)院院士、南方科技大學(xué)碳中和能源研究院院長(zhǎng)趙天壽曾在演講中強(qiáng)調(diào)，現(xiàn)有主流儲(chǔ)能技術(shù)各有各的局限性，長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)仍有較大缺口，亟須著力補(bǔ)齊。
現(xiàn)階段，在風(fēng)光發(fā)電占比仍較小的情況下，長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能的剛性需求并非極為突出，但安全性問(wèn)題卻是當(dāng)下儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，全球儲(chǔ)能電站發(fā)生火災(zāi)的概率約為1.52%。隨著國(guó)內(nèi)儲(chǔ)能電站單體規(guī)模越來(lái)越大，使用頻率越來(lái)越高，鋰離子儲(chǔ)能的安全問(wèn)題始終是懸在頭頂?shù)摹斑_(dá)摩克里斯之劍”。
對(duì)比目前的長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)路線，液流電池在安全性、循環(huán)壽命、能量效率、建設(shè)條件等方面綜合優(yōu)勢(shì)較為明顯。液流電池主要包括鋅基液流電池（如鋅鐵、鋅溴、鋅錳）、鐵基液流電池（如鐵鉻、全鐵）、全釩液流電池等多種技術(shù)路線。
全釩液流電池是其中商業(yè)化進(jìn)程最快的液流電池。不過(guò)，目前全釩液流電池的成本仍較高，鐵鉻、鋅鐵等液流電池具備價(jià)格優(yōu)勢(shì)。近期，緯景儲(chǔ)能聯(lián)合創(chuàng)始人、董事長(zhǎng)葛群對(duì)外表示，將在三年內(nèi)把鋅鐵液流電池度電成本下降到0.2元。這或許也戳到了全釩液流電池的“軟肋”。
全生命周期成本1020元/kWh
需注意的是，全釩液流電池的高成本主要指的是初裝成本，若從全生命周期成本來(lái)看，價(jià)格大幅降低。此外，儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)越長(zhǎng)，全釩液流電池的經(jīng)濟(jì)性也越高。
大連海事大學(xué)教授馬相坤曾在演講中提到，目前，1MW/4MWh全釩液流電池儲(chǔ)能項(xiàng)目的初裝成本約為2000-3500元/kWh。
由于全釩液流電池的電解液可以在線或離線再生循環(huán)使用，釩電解液的殘值很高。1 kWh電解液大約需要8kg高純度的五氧化二釩，使用15年后電解液的殘值可以按70%估算。
因此，全釩液流電池的全生命周期成本顯著降低。相關(guān)論文數(shù)據(jù)顯示，對(duì)于儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)為4 h的系統(tǒng)，初次投資成本為3000元/kWh，其中電解液的成本占比約為50%。使用15年以上電池系統(tǒng)報(bào)廢后，電池系統(tǒng)廢金屬的殘值為300元/kW，電解液殘值為1050元/kWh，合計(jì)殘值為1125元/kWh，實(shí)際成本約為1875元/kWh。
當(dāng)儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)為10h，儲(chǔ)能系統(tǒng)的初裝成本將降至2100元/kWh，考慮殘值后，實(shí)際成本僅為1020元/kWh。
以上數(shù)據(jù)是基于根據(jù)融科儲(chǔ)能2021年第三季度兆瓦級(jí)全釩液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的價(jià)格和五氧化二釩10萬(wàn)元/噸的價(jià)格計(jì)算。
經(jīng)過(guò)兩年時(shí)間的技術(shù)創(chuàng)新，融科儲(chǔ)能全釩液流電池成本也進(jìn)一步降低。在2023年10月，新疆察布查爾縣全釩液流電池儲(chǔ)能項(xiàng)目一期75MW/300MWh全釩液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)中標(biāo)候選人公示，融科儲(chǔ)能聯(lián)合體成為第一中標(biāo)候選人，折合單價(jià)2.193元/Wh。
今年以來(lái)，有部分企業(yè)表示，全釩液流電池全生命周期度電成本已經(jīng)低于0.2元，但從招投標(biāo)報(bào)價(jià)來(lái)看，目前仍達(dá)不到這個(gè)水平。
雖然全釩液流電池具有諸多優(yōu)勢(shì)，但要對(duì)標(biāo)市場(chǎng)份額高達(dá)95%的鋰電池儲(chǔ)能以及其他液流電池技術(shù)路線，全釩液流電池最關(guān)鍵的問(wèn)題無(wú)疑還是降低初裝成本。這也是推進(jìn)全釩液流電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重中之重。
探索降本路徑
電解液占釩電池成本約50%，是最大的成本來(lái)源，其次是電堆，占比30%。這也是釩電池最主要的核心部件，因此，技術(shù)降本主要從這兩大方面入手。
低成本電解液如何獲得？據(jù)了解，除了通過(guò)購(gòu)買(mǎi)上游釩礦資源、與釩礦企業(yè)或電解液生產(chǎn)企業(yè)合作等，在技術(shù)創(chuàng)新上，主要是開(kāi)發(fā)第二代短流程電解液制備技術(shù)。
目前，釩電解液是通過(guò)五氧化二釩還原得到不同價(jià)態(tài)的釩離子溶液。
據(jù)毅富能源創(chuàng)始人、總經(jīng)理張成表示，石煤釩礦制成富釩浸出液再制成五氧化二釩，但電解液并非一定要由五氧化二釩制成，從富釩浸出液就可以進(jìn)行提純、除雜、化學(xué)還原、電解的步驟，制成釩電解液，縮短產(chǎn)業(yè)流程后，釩電解液生產(chǎn)制備成本可以降低20%-30%。
值得注意的是，由于釩電池的電解液不會(huì)被消耗，通過(guò)一些簡(jiǎn)單的手段就可以進(jìn)行回收，重新生成五氧化二釩。因此，行業(yè)正逐步探索發(fā)展釩電解液融資租賃的商業(yè)模式，這也將顯著降低全釩液流電池的初始投資成本。
據(jù)了解，融科儲(chǔ)能與海螺融華達(dá)成合作，“樅陽(yáng)海螺6MW36MWh全釩液流電池儲(chǔ)能電站項(xiàng)目”采用電解液租賃模式，初始投入約為購(gòu)買(mǎi)模式的一半。電解液租賃模式為釩電池提供了一個(gè)行之有效的降本途徑。
電堆方面如何降低成本？釩電池電堆是決定釩電池功率的關(guān)鍵部分，主要由雙極板、電極、離子交換膜及其他零配件組成。
趙天壽院士表示，降低液流電池成本的技術(shù)路線是提高電堆的電流密度，電流密度的提高就可以提高功率密度，功率密度提高就可以降低電堆所需要材料的量。
馬相坤教授也在演講中提到，電堆功率的規(guī)模、電堆功率的大小帶來(lái)的影響并不大，更應(yīng)關(guān)注單位千瓦價(jià)格，電堆降成本的關(guān)鍵取決于電堆工作電流密度。
相關(guān)論文指出，電堆工作電流密度是關(guān)鍵性技術(shù)指標(biāo)。10年前，電堆工作電流密度約在70-100mA/cm2，而目前文獻(xiàn)上工作電流密度可以達(dá)到500mA/cm2。
星辰新能首席科學(xué)家、中南大學(xué)教授劉素琴在接受媒體采訪時(shí)表示，幾年前業(yè)內(nèi)認(rèn)為100-120毫安/平方厘米已經(jīng)算比較高的電流密度，現(xiàn)在很多公司的大型電堆電流密度已接近200毫安/平方厘米，未來(lái)的目標(biāo)可能是400-500毫安/平方厘米或者更高。
據(jù)了解，毅富能源的高功率密度電堆產(chǎn)品已實(shí)現(xiàn)較大技術(shù)突破，16KW的樣機(jī)可以實(shí)現(xiàn)400mA/cm2的額定電流密度，電解液利用率達(dá)82%，遠(yuǎn)超行業(yè)70%的電解液利用率。
天府儲(chǔ)能自主研發(fā)的高功率電堆已落地量產(chǎn)，產(chǎn)品矩陣涵蓋16/32/48/64kW電堆，產(chǎn)品運(yùn)行電流密度達(dá)到300mA/cm2。
此外，產(chǎn)業(yè)鏈規(guī)模小也是導(dǎo)致全釩液流電池價(jià)格處于較高水平的一個(gè)重要因素。未來(lái)，隨著全釩液流電池批量化生產(chǎn)，生產(chǎn)成本也將進(jìn)一步被攤薄。
