储能发展赛道上群雄逐鹿,全钒液流电池被寄予厚望
近年来,我国新能源发电装机量快速增长,对新型储能等调节资源需求亦日益增长,储能发展赛道上群雄逐鹿,行业总产值将达万亿级别。
全钒液流电池(Vanadium Redox Flow Battery, VRB)是一种以钒为活性物质呈循环流动业态的氧化还原电池,其电能存储机制独特,将电能转化为化学能,并储存在含有不同价态钒离子的硫酸电解液中。通过外接泵的作用,电解液被输送到电池堆体内部,在机械力的驱动下,电解液在多个储液罐和半电池之间形成闭合回路,持续循环流动。
相比较锂离子电池,锂离子电池能量密度有优势,成本在不断降低,虽然这几年锂电池在储能方面推广得特别快。但锂电池储能会爆炸,主要是因为储能对电池容量的需求比电动车大不少。锂离子电池内部很容易短路,然后就会自燃,而且电池设计本身,还有外界的电、热干扰,这些都会影响储能系统的安全。锂电池数量越多,起火的可能性就越大。
和锂电池比起来,全钒液流电池的电解质是水基的,这就决定了它不会燃烧,也不会爆炸。钒电池在水溶液里用的是化学反应可逆的钒离子,它的功能和电极结构没关系,就算电流很大,它也能灵活运转,过充了也不会有安全隐患。还有啊,全钒液流电池的功率和容量是相互独立的,功率是由电堆的规格和数量来决定的,容量是由电解液的浓度和梯级决定的。只要增加钒电解液的容量就能扩大整体容量,这样的话,就算装机规模很大,它也还是安全的。
功率和容量是相互独立的,扩容能力很强。
钒电池的电堆是反应发生的地方,它和存放电解液的储罐是分开的,这就从根源上解决了传统电池自放电的问题。功率呢,就看电堆大小;容量呢,就取决于电解液的储量和浓度,这样设计很灵活。要是功率固定了,想增加储能容量的话,只要加大电解液储罐的容积,或者增加电解液的体积、提高电解液浓度就行,不用改变电堆大小。同时呢,要提高功率就可以增大电堆功率或者增加电堆数量,要提高储电量就增加电解液,这样很容易扩展电池规模,能用来建千瓦级到百兆瓦级的储能电站,适应性非常强。
钒电池的循环寿命挺长的。
钒电池的正负极电解液里分别存有正负极活性物质。充电放电的时候,它不像其他电池那样有物相变化,能深度放电还不会伤电池。在充放电的时候,作为活性物质的钒离子只在电解液里变价态,不和电极材料反应,不会产生别的东西,用的时间长了活性也还不错。所以,钒电池使用寿命长。全钒液流电池充放电循环次数能超10000次,有些能到20000次以上。
钒电池储能的初装成本现在比较高,不过呢,钒电池循环寿命长,要是从全生命周期去看的话,钒电池储能的成本要比锂电池成本低。我们把有完整投资数据的钒电池项目和锂电池储能项目的成本做了个对比。要是按全生命周期来算的话,钒电池的成本是0.3 - 0.4元/Wh,这已经比锂电池的成本(大概0.5元/Wh)低了。
同时,电池寿命到了之后,钒电解质溶液能回收再利用。电解质溶液的成本在储能系统总成本里占40%,储能系统报废后残值挺高的。钒电池在长时间储能方面,全生命周期成本已经有竞争力了。并且,钒电池还处在产业化的初期,技术进步加上规模化应用后,成本还有进一步下降的空间。
随着国家“双碳”政策的深入推进和储能行业的快速发展,钒电池越来越受到关注,国家和地区政策更加聚焦于钒电池。
国家层面
《加快建设全国统一电力市场体系的指导意见》:2022年1月,国家发改委、能源局发布该意见,明确提出2025年初步建成全国统一电力市场,形成有利于新能源和储能发展的市场交易和价格机制。这对全钒液流电池的商业化进程有积极推动作用。
《“十四五”新型储能发展实施方案》:该方案进一步明确了到2025年新型储能由商业化初期步入规模化发展阶段的目标,并提出了完善电网侧储能价格疏导机制,探索将电网替代性储能设施成本收益纳入输配电价回收。这为全钒液流电池的规模化应用提供了政策支持。
《关于推动能源电子产业发展的指导意见》:2023年1月,工信部等六部门发布该意见,细分到液流电池中的全钒、铁铬和锌溴液流电池,推动了低成本、高能量密度、安全环保的全钒液流电池的发展。
地方层面
四川攀枝花:2023年5月,攀枝花市政府发布《“中国钒电之都”——攀枝花市钒电池储能产业发展规划(2023-2030年)》,提出到2025年形成800MW电堆和2GWh钒电池容量生产能力,到2030年形成1.5GW电堆和4GWh的钒电池成套装备和系统集成能力。这为攀枝花市的钒电池产业发展提供了明确的目标和路径。
河北承德:2023年6月,承德市发布《关于支持承德钒钛产业高质量发展的若干措施》,提出建设国家钒钛产业基地,支持承德市创建钒储能示范区。此外,承德市发改委还提到强化与电网深度合作,引导风光能源项目配置钒储能设施,鼓励促进钒电池应用。
陕西和河南:2024年1月,陕西和河南分别发布政策,提出重点突破全钒液流电池发展瓶颈,推动钒产业链高质量发展,开展电堆、电解液、电极材料、系统集成等技术攻坚,突破发展百兆瓦级及以上全钒液流储能系统。
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