1. 釩液流電池簡(jiǎn)介
全釩液流電池，壽命長(zhǎng)、規(guī)模大、安全可靠。釩電池全稱為全釩氧化還原液流電池(Vanadium Redox Battery，VRB)，為液流電池的一種，是一種基于金屬釩元素的氧化還原的電池系統(tǒng)，其電解液是不同價(jià)態(tài)的釩離子的硫酸電解液。根據(jù)電化學(xué)反應(yīng)中活性物質(zhì)的不同，液流電池可分為釩液流電池、鋅基液流電池、鐵鉻液流電池等。其中全釩液流電池，壽命長(zhǎng)、規(guī)模大、安全可靠的優(yōu)勢(shì)尤為突出，成為規(guī)模儲(chǔ)能的首選技術(shù)，在調(diào)峰電源系統(tǒng)、大規(guī)模風(fēng)光電系統(tǒng)儲(chǔ)能、應(yīng)急電源系統(tǒng)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
2. 釩電池發(fā)展歷程
我國(guó)釩電池相關(guān)技術(shù)儲(chǔ)備充足，工業(yè)應(yīng)用前景廣闊。
釩電池相關(guān)研究源于 1984 年UNSW 對(duì) 2/3 價(jià)與 4/5 價(jià)釩離子電對(duì)在氧化還原電池中的應(yīng)用，并于 1988 年開始進(jìn)入工業(yè)研發(fā)階段。1995 年，中國(guó)工程物理研究院電子工程研究所從率先在國(guó)內(nèi)開始釩電池的研制。先后研制成功了 500W、1000W 的釩電池樣機(jī)，成功開發(fā)了 4 價(jià)釩溶液制備、導(dǎo)電塑料成型及批量生產(chǎn)、電池組裝配和調(diào)試等技術(shù)。
2002 年，釩鋼龍頭企業(yè)攀枝花鋼鐵公司以深化資源利用為目的，與中南大學(xué)合作介入了釩電池的研發(fā)。國(guó)家政策推動(dòng)，我國(guó)釩電池逐步進(jìn)入商業(yè)化初期。2001 年，VRB Power Systems 公司開始在南非、日本、美國(guó)等國(guó)家建立 VRB 系統(tǒng)電站，開始進(jìn)行商業(yè)化運(yùn)營(yíng)。2002 年，VRB Power Systems 開始大范圍內(nèi)推廣全釩液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，承接一系列工程項(xiàng)目。
2009 年，中國(guó)普能實(shí)現(xiàn)對(duì)全球最大釩電池公司 VRB Power Systems 公司的資產(chǎn)收購(gòu)，包括其擁有或控制的所有專利、商標(biāo)、技術(shù)秘密、設(shè)備材料等。此外，VRB Power Systems公司的核心技術(shù)團(tuán)隊(duì)加入合并后的公司。
3. 我國(guó)釩電池儲(chǔ)能業(yè)務(wù)已初步商用
3.1. 釩電池應(yīng)用項(xiàng)目規(guī)劃
近年來(lái)，我國(guó)儲(chǔ)能裝機(jī)量迅速增長(zhǎng)，釩電池相關(guān)儲(chǔ)能項(xiàng)目也取得大量進(jìn)展。以釩電池為代表的液流電池，2019 年裝機(jī)規(guī)模為 20MW，2020 年裝機(jī)規(guī)模達(dá) 100MW，釩電池裝機(jī)量增長(zhǎng)迅速。目前我國(guó)釩電池滲透率 1%左右，未來(lái)發(fā)展前景廣闊。
我國(guó)釩液流電池已實(shí)現(xiàn)在智能電網(wǎng)、通信基站、偏遠(yuǎn)地區(qū)供電、可再生能源及削峰填谷等項(xiàng)目中的應(yīng)用。以北京普能為例，目前其釩液流電池儲(chǔ)能應(yīng)用涵蓋千瓦級(jí)至兆瓦級(jí)系統(tǒng)。其中千瓦級(jí)系統(tǒng)主要由電池模塊/20kWh 儲(chǔ)能系統(tǒng)/40kWh 儲(chǔ)能系統(tǒng)構(gòu)成，主要應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室能源存儲(chǔ)、通信基站供電等。兆瓦級(jí)系統(tǒng)主要由多個(gè) 250kW 標(biāo)準(zhǔn)模塊組成，并涵蓋電堆結(jié)構(gòu)、儲(chǔ)液罐以及電子設(shè)備、控制裝置、空調(diào)系統(tǒng)等，目前主要應(yīng)用于電網(wǎng)儲(chǔ)能、削峰填谷等項(xiàng)目。
3.2. 釩電池儲(chǔ)能應(yīng)用場(chǎng)景
根據(jù)不同儲(chǔ)能應(yīng)用場(chǎng)景，釩液流電池系統(tǒng)主要分為集裝箱型及建筑物型。小規(guī)模的液流電池系統(tǒng)基本上是集裝箱化，大規(guī)模的能源基地的液流電池系統(tǒng)基本為建筑物化。
此外，德國(guó)已出現(xiàn)家用小型釩電池儲(chǔ)能產(chǎn)品，我國(guó)家用釩電池產(chǎn)品市場(chǎng)有待突破。德 國(guó) Voltstorage 公司已推出 1.5 kW/ 6.2 kWh 家用釩液流電池產(chǎn)品，配合家用光伏系統(tǒng)即可實(shí)現(xiàn)能源自給。目前推出的產(chǎn)品尺寸為 580×580×1406 mm，并且可通過(guò)多個(gè)產(chǎn)品串聯(lián)提高儲(chǔ)能系統(tǒng)功率與容量。
3.3. 模塊化釩電池堆設(shè)計(jì)
釩液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的一個(gè)顯著優(yōu)勢(shì)是它的模塊性，即系統(tǒng)的功率組件與容量組件可以獨(dú)立設(shè)計(jì)。如兆瓦級(jí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)由可多個(gè) 250kW 標(biāo)準(zhǔn)模塊組成，VRB-ESS 系統(tǒng)的額定功率由電堆的數(shù)量決定而儲(chǔ)電容量則由電解液的體積決定。如果一套系統(tǒng)需要較高的額定功率或者額外的儲(chǔ)電容量，那么簡(jiǎn)單地增加電堆數(shù)量或者添加電解液就可以解決了。
4. 政策推動(dòng)釩電池高速發(fā)展
根據(jù)發(fā)改委、能源局《關(guān)于加快推動(dòng)新型儲(chǔ)能發(fā)展的指導(dǎo)意見》提出的主要目標(biāo)：到2025 年，實(shí)現(xiàn)新型儲(chǔ)能從商業(yè)化初期向規(guī)?；l(fā)展轉(zhuǎn)變。標(biāo)準(zhǔn)體系基本完善，產(chǎn)業(yè)體系日趨完備，市場(chǎng)環(huán)境和商業(yè)模式基本成熟，裝機(jī)規(guī)模達(dá) 30GW 以上。新型儲(chǔ)能在推動(dòng)能源領(lǐng)域碳達(dá)峰碳中和過(guò)程中發(fā)揮顯著作用。
到2030 年，實(shí)現(xiàn)新型儲(chǔ)能全面市場(chǎng)化發(fā)展。新型儲(chǔ)能核心技術(shù)裝備自主可控，技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)水平穩(wěn)居全球前列，標(biāo)準(zhǔn)體系、市場(chǎng)機(jī)制、商業(yè)模式成熟健全，與電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)深度融合發(fā)展，裝機(jī)規(guī)?；緷M足新型電力系統(tǒng)相應(yīng)需求。新型儲(chǔ)能成為能源領(lǐng)域碳達(dá)峰碳中和的關(guān)鍵支撐之一。
以 2025 年電化學(xué)儲(chǔ)能累計(jì) 30GW 計(jì)算，預(yù)計(jì) 2025 年釩電池新增裝機(jī)達(dá) 1.7GW，新增滲透率達(dá) 20%；至 2025 年釩電池累計(jì)裝機(jī) 4.3GW，累計(jì)滲透率達(dá) 14%。隨著釩電池商業(yè)化推廣政策的提出，預(yù)計(jì)釩電池滲透率在未來(lái)幾年內(nèi)將逐步提升，并在 2025 年達(dá)到新增裝機(jī) 20%滲透率，以實(shí)現(xiàn)國(guó)家 2025 年新型儲(chǔ)能技術(shù)裝機(jī)規(guī)模 30GW 的要求。釩電池累計(jì)裝機(jī) 5 年 CAGR 達(dá) 112%，釩電池市場(chǎng)前景廣闊。
