全釩液流電池的技術(shù)進(jìn)步及效用分析
時(shí)間:2020-09-28 09:29來源:能見App 作者:綜合報(bào)道
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9月27日，由國家電網(wǎng)有限公司發(fā)起成立的中國綜合能源服務(wù)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展聯(lián)盟、中電聯(lián)售電與綜合能源服務(wù)分會(huì)聯(lián)合舉辦的中國綜合能源服務(wù)產(chǎn)業(yè)高峰論壇暨云博會(huì)在北京釣魚臺(tái)國賓館隆重召開。當(dāng)天下午，在“儲(chǔ)能與綜合能源服務(wù)”分論壇上，中科院金屬所研究員、教授嚴(yán)川偉發(fā)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(shù)進(jìn)步及效用進(jìn)行了詳盡的分析。
嚴(yán)川偉認(rèn)為，釩電池是最成熟的液流電池，基于全釩液流電池商業(yè)化開發(fā)條件，技術(shù)性能與成本已達(dá)到可規(guī)模發(fā)展的水平。
以下是演講實(shí)錄：
對一個(gè)從事技術(shù)研究的人來說，沒有什么比他所從事的技術(shù)發(fā)展到什么階段、有沒有未來、能不能對社會(huì)有作用更值得關(guān)注的了。作為從事全釩液流電池研究二十年老兵，有機(jī)會(huì)跟大家分享一下對這個(gè)電池的發(fā)展的觀點(diǎn)和認(rèn)識(shí)。也分三個(gè)話題。
一、儲(chǔ)能：電力發(fā)展產(chǎn)物、能源革命需要
首先儲(chǔ)能不是時(shí)尚的東西、一個(gè)可有可無的，而是它是電力發(fā)展必然的產(chǎn)物，也是能源革命所必須的，應(yīng)該指出儲(chǔ)能是大的產(chǎn)業(yè)、也是大的市場、也是國家能源戰(zhàn)略一個(gè)重要的支撐。
這個(gè)市場是非常巨大，比如說在2030年全球市場就可以達(dá)到2000億美元以上，這其中長時(shí)間儲(chǔ)能是主要需求，比如70%儲(chǔ)能需求是4小時(shí)以上，這個(gè)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(dòng)性、隨機(jī)性所導(dǎo)致的。
我們講儲(chǔ)能這個(gè)概念是狹義的概念，因?yàn)閮?chǔ)能這個(gè)概念現(xiàn)在比泛化，手機(jī)電池也叫儲(chǔ)能，我們講的針對電力需求大規(guī)模儲(chǔ)能，大規(guī)模儲(chǔ)能要求顯而易見兩方面，第一個(gè)方面安全可靠，作為規(guī)模電力供給的重要環(huán)節(jié)，不是一家一戶事，必須可靠，這個(gè)從事電力人都很好理解這一點(diǎn)；第二經(jīng)濟(jì)性要好，能夠賺錢，能夠?qū)崿F(xiàn)良性的事業(yè)化運(yùn)行，否則它是不可持續(xù)的。
那么作為大規(guī)模儲(chǔ)能一個(gè)手段、一種技術(shù)，全釩液流電池它的特點(diǎn)主要有幾個(gè)方面：
1、安全，它是水體系本征安全，不是經(jīng)過努力使著它安全一點(diǎn)，而是它本身具有安全基因。
2、適大規(guī)模儲(chǔ)能，因?yàn)樗鼏卧螅粋�(gè)電力做到幾十千瓦沒有問題，液流循環(huán)，對熱的管理是天然的優(yōu)勢，再就是壽命長，循環(huán)壽命達(dá)萬次或者更高。
3、技術(shù)經(jīng)濟(jì)潛力大，我們只能這么講，技術(shù)已經(jīng)取得很大的進(jìn)展，達(dá)到很好的指標(biāo)，我一會(huì)兒再講。現(xiàn)在看來它的天花板非常高，現(xiàn)在遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)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(chǔ)量巨大，每年產(chǎn)量足夠發(fā)展規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)。
所以全釩液流電池它應(yīng)該是滿足大規(guī)模儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)化比較理想的一種技術(shù)。它用作規(guī)模儲(chǔ)能可以滿足不同的儲(chǔ)能需要，因?yàn)閮?chǔ)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(wǎng)、調(diào)峰、用戶電價(jià)管理等，在這些方面，長時(shí)間大規(guī)模容量型的儲(chǔ)能它是最擅長、最合適，其他也能做，就沒有那么突出比較優(yōu)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(gè)來源：第一個(gè)來自液晶副產(chǎn)品，70%以上釩都是這個(gè)來源；第二個(gè)來源是煤礦，這個(gè)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(gè)量比較大，每年可以獲得釩達(dá)到1萬噸以上，甚至達(dá)到兩三萬噸都是有可能的，關(guān)鍵這種來源有可能非常非常廉價(jià)、經(jīng)濟(jì)性特別好的來源。
全釩液流電池已經(jīng)被研究幾十年，作為一種工程應(yīng)用的電池，進(jìn)行各種系統(tǒng)性實(shí)驗(yàn)，技術(shù)原則性還是系統(tǒng)可靠性、還是經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行一系列實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
這里列了當(dāng)前在規(guī)劃當(dāng)中的、正在實(shí)施或者已經(jīng)實(shí)施的一些項(xiàng)目。這里我們也舉一些已經(jīng)做的電站例子。
第一個(gè)就是日本住友電工，它是最早工程化開發(fā)的，至今已經(jīng)有30多年，北海道這個(gè)項(xiàng)目是在運(yùn)行全球最大的項(xiàng)目現(xiàn)在還是有全負(fù)荷、全指標(biāo)實(shí)際運(yùn)行。
第二個(gè)例子就是北京普能，在2011年的時(shí)候投運(yùn)的風(fēng)光儲(chǔ)輸示范，以及最近棗陽第一期項(xiàng)目，當(dāng)然在國外做了大量海外項(xiàng)目。國網(wǎng)南瑞是國網(wǎng)從事電池研究的機(jī)構(gòu)，無論技術(shù)還是更高層面做了系統(tǒng)部署取得很好的效果。大連融科現(xiàn)在正在收尾階段100兆瓦項(xiàng)目在年底投運(yùn)，應(yīng)該是歷史性的標(biāo)志，成功沒有什么問題，因?yàn)樽隽舜罅壳捌阡佋O(shè)已經(jīng)有良好的基礎(chǔ)。
二、技術(shù)進(jìn)步及效應(yīng)
在我們國家研究基本有幾個(gè)模式：第一個(gè)亂研究沒有目標(biāo)；第二個(gè)就是以發(fā)論文為導(dǎo)向的研究；第三個(gè)以問題為目標(biāo)，把問題解決的研究，應(yīng)該講全釩液流電池這個(gè)研究主要體現(xiàn)在第三方面，聚焦了焦點(diǎn)，比如可靠性是關(guān)鍵，像其他電器設(shè)備一樣穩(wěn)定工作，住問題的概率足夠低，另一個(gè)成本，如何實(shí)現(xiàn)商業(yè)操作，實(shí)現(xiàn)良性可持續(xù)發(fā)展，從材料、從系統(tǒng)、從結(jié)構(gòu)角度降低成本。
現(xiàn)在技術(shù)已經(jīng)趨于成熟，這個(gè)在十年前不可想象的，尤其最近這兩三年技術(shù)突飛猛進(jìn)，超過了我們業(yè)內(nèi)每個(gè)人想象，進(jìn)入加速期。現(xiàn)在能夠支撐應(yīng)用，并且已經(jīng)形成完整的研發(fā)體系，能夠支撐產(chǎn)業(yè)化發(fā)展能力和條件，已經(jīng)沒有不可逾越難關(guān)或者瓶頸。
從技術(shù)發(fā)展軌跡來講，工作電流密度是綜合表征也代表一個(gè)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(dá)到100毫安/平方厘米左右，當(dāng)前稱為第三代達(dá)到150—200毫安/平方厘米左右，可以預(yù)期在不遠(yuǎn)未來會(huì)達(dá)到更高，達(dá)到300毫安/平方厘米以上，這種發(fā)展速度對其他電池來說很難有的的狀態(tài)。
儲(chǔ)能成本演化分析，對于成本是我們技術(shù)工作者優(yōu)先關(guān)注的一個(gè)點(diǎn)，這方面都是作為重要的一個(gè)工作內(nèi)容進(jìn)行系統(tǒng)性評(píng)價(jià)，每年或者一定時(shí)間對它重新評(píng)估、進(jìn)行整理，這是我們最近計(jì)算結(jié)果。
現(xiàn)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(dá)到200毫安，4小時(shí)接近2000元，進(jìn)一步發(fā)展6小時(shí)都會(huì)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(nèi)某個(gè)企業(yè)進(jìn)行相關(guān)分析，也可以看出短期內(nèi)成本可以跟鋰電池成本一致，比如在一兩年內(nèi)，六小時(shí)系統(tǒng)成本預(yù)計(jì)低于鋰電池。產(chǎn)業(yè)鏈基本形成，或者說形成初步產(chǎn)業(yè)鏈經(jīng)過最近幾年發(fā)展，比如電堆與系統(tǒng)集成，北京普能、國網(wǎng)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(xué)潤、遼寧科京等。
建立初步的標(biāo)準(zhǔn)體系，包括國家標(biāo)準(zhǔn)、能源行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、電力標(biāo)準(zhǔn)、地方標(biāo)準(zhǔn)等等，還有國際標(biāo)準(zhǔn)。正在突破釩源問題，因?yàn)?0%釩用在鋼鐵冶金上，那個(gè)是固有的“江湖”，沒有進(jìn)一步推動(dòng)全釩液流電池向前發(fā)展的動(dòng)力，因?yàn)槟莻�(gè)“江湖”利潤是封閉循環(huán)很好。
所以我們有一個(gè)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(shí)際動(dòng)作，比如北京普能上游延伸，在東南亞生產(chǎn)釩，已經(jīng)達(dá)到千噸級(jí)，近期還能達(dá)到萬噸級(jí)。國網(wǎng)南瑞推動(dòng)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(gè)圖是幾天一個(gè)事件，意義除了解決釩源，利用阿克蘇當(dāng)?shù)刭Y源解決生產(chǎn)問題，地方上把能夠做的儲(chǔ)能都加上，不僅僅棄光一項(xiàng)，所有調(diào)峰、調(diào)頻等等都加上，即便電池比較低的工作功率工作，也可以實(shí)現(xiàn)良性商業(yè)運(yùn)行，這個(gè)意義非常重要的。
大規(guī)模、安全性是釩電池的優(yōu)點(diǎn)，這里不得不提所謂競爭定位問題，我認(rèn)為根本不存在競爭，因?yàn)閮?chǔ)能需求多層次、多類型，不同大小，不同技術(shù)各有優(yōu)劣式，比如鋰電池成本已經(jīng)做的很低，技術(shù)充分成熟，也可以做比較大的規(guī)模，相對全釩液流電池來講，鋰電池規(guī)模應(yīng)該是較少一點(diǎn)，或者全釩液流電池應(yīng)該做更大規(guī)模的。
鑒于安全重要性，我們在這里再補(bǔ)充提醒大家思考幾個(gè)方面問題，因?yàn)槲覀冋诎褍?chǔ)能產(chǎn)業(yè)、事業(yè)向前進(jìn)，不得不進(jìn)行相應(yīng)思考。比方我們經(jīng)常聽到一些火災(zāi)、事故等等，當(dāng)然韓國火災(zāi)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(chǔ)能電站，在不長時(shí)間之內(nèi)就發(fā)生將近30起火災(zāi)事故，每座電站火災(zāi)概率是1.5%，這個(gè)太高了，應(yīng)該是驚人的高，不允許的。
電動(dòng)車最近這些年發(fā)展起來，就在幾年前出問題概率應(yīng)該是千分之一，傳統(tǒng)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(fēng)險(xiǎn)跟我們差多少？百分之零，做到絕對安全。我們儲(chǔ)能需要安全、電力系統(tǒng)需要安全，具體做到什么程度？要什么方式、什么技術(shù)？值得我們關(guān)注。總的來說，大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)出問題概率應(yīng)該比較低。
三、總結(jié)與展望
最后一個(gè)話題，釩電池是最成熟的液流電池，技術(shù)性能與成本已達(dá)到可規(guī)模發(fā)展的水平，基于全釩液流電池商業(yè)化開發(fā)條件，技術(shù)與商業(yè)化發(fā)展的潛力巨大。
謝謝！（根據(jù)演講速記整理，未經(jīng)演講人審核）
文章標(biāo)簽：
全釩液流電池
全釩液流電池技術(shù)
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