中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：10月30日，全球功率最大、容量最大的液流電池儲(chǔ)能調(diào)峰電站在遼寧大連并網(wǎng)發(fā)電。這是液流電池賽道里程碑意義的重大進(jìn)展。
雙碳背景下，鋰電是無(wú)疑是儲(chǔ)能市場(chǎng)中當(dāng)之無(wú)愧的“王”。然而，全釩液流電池在大規(guī)模儲(chǔ)電應(yīng)用場(chǎng)景中正在悄然崛起。
資本搶灘全釩液流電池賽道
《儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)研究白皮書2022》顯示，截至2021年底，全球已投運(yùn)電力儲(chǔ)能項(xiàng)目累計(jì)裝機(jī)規(guī)模209.4GW，新型儲(chǔ)能的累計(jì)裝機(jī)規(guī)模僅次于抽水蓄能，為25.4GW，同比增長(zhǎng)67.7%，其中，鋰離子電池占據(jù)絕對(duì)主導(dǎo)地位、市場(chǎng)份額超過(guò)90%。
這一格局正在發(fā)生改變。
今年6月，國(guó)家能源局發(fā)布的名為《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求（2022年版）（征求意見(jiàn)稿）》中明確，“中大型電化學(xué)儲(chǔ)能電站不得選用三元鋰電池、鈉硫電池，不宜選用梯次利用動(dòng)力電池”。這意味著，三元鋰電池被攔在了“門外”。
另一方面，新能源側(cè)儲(chǔ)能市場(chǎng)爆發(fā)、新能源車的持續(xù)熱銷加上全球產(chǎn)業(yè)鏈供需失衡，鋰電池產(chǎn)能嚴(yán)重不足等多重因素疊加，使得鋰電池的原材料碳酸鋰堪比黃金，價(jià)格一漲再漲。10月26日，電池級(jí)碳酸鋰均價(jià)漲破55萬(wàn)元/噸，續(xù)創(chuàng)歷史新高。
由于鋰電池存在安全隱患，加上原材料價(jià)格的不斷上漲，使得資本紛紛加碼布局電化學(xué)儲(chǔ)能領(lǐng)域另一條技術(shù)路線全釩液流電池。
在可再生能源逐漸占據(jù)發(fā)電主體地位的背景下，如何穩(wěn)定電力系統(tǒng)發(fā)電端和受電端之間的功率平衡，建立一個(gè)高度可靠、靈活的保障機(jī)制，充電和放電時(shí)間超過(guò)4小時(shí)的長(zhǎng)期儲(chǔ)能是首選方案。長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能的技術(shù)路線中，液流電池被作為重要的趨勢(shì)之一優(yōu)勢(shì)明顯，過(guò)去幾年，該技術(shù)路線主要以全釩液流電池為主。
長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能也是市場(chǎng)看重全釩液流電池的關(guān)鍵原因。
近幾個(gè)月，A股釩電池概念股持續(xù)火爆，攀鋼釩鈦、永泰能源、鈦白粉等多家上市公司通過(guò)更名、定增募資、投建新產(chǎn)能、買釩礦資源、簽署戰(zhàn)略合作協(xié)議等不同方式加碼布局或跨界切入全釩液流電池產(chǎn)業(yè)賽道。
9月份，國(guó)內(nèi)鈦白粉龍頭龍佰集團(tuán)表示目前正在進(jìn)行釩電池技術(shù)研發(fā)，未來(lái)公司將根據(jù)釩電池市場(chǎng)情況，積極推動(dòng)釩電池材料產(chǎn)業(yè)化。
攀鋼釩鈦也在9月份更名為“釩鈦股份”。還拋出了22.8億元的定增預(yù)案，擬募資投建包括五氧化二釩提質(zhì)升級(jí)改造、釩電池電解液產(chǎn)業(yè)化制備及應(yīng)用研發(fā)等涉及釩電池產(chǎn)業(yè)鏈上下游的項(xiàng)目。
山東?；舶l(fā)布公告稱，全資子公司氯堿樹(shù)脂與液流儲(chǔ)能投資設(shè)立山東液流海材料科技有限公司。
9月20日，國(guó)內(nèi)首個(gè)GWh級(jí)全釩液流儲(chǔ)能電站——新疆察布查爾縣250MW/1000MWh全釩液流電池儲(chǔ)能配套1GW市場(chǎng)化光伏項(xiàng)目開(kāi)工，計(jì)劃2023年年底前并網(wǎng)。
同月，全釩液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)也迎來(lái)首個(gè)GWh級(jí)別集采。中核匯能日前發(fā)布今年目前規(guī)模最大的一次儲(chǔ)能系統(tǒng)集采，總采購(gòu)規(guī)模5.5GWh，其中包含1GWh全釩液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)。
10月30日，大連百兆級(jí)液流電池儲(chǔ)能調(diào)峰電站并網(wǎng)發(fā)電，該電站是國(guó)家能源局批準(zhǔn)建設(shè)的首個(gè)國(guó)家級(jí)大型化學(xué)儲(chǔ)能示范項(xiàng)目，應(yīng)用全釩液流電池儲(chǔ)能技術(shù)。
2022年3月，國(guó)家發(fā)改委和國(guó)家能源局聯(lián)合發(fā)布《“十四五”新型儲(chǔ)能發(fā)展實(shí)施方案》明確提出，將百兆瓦級(jí)液流電池技術(shù)納入“十四五”新型儲(chǔ)能核心技術(shù)裝備攻關(guān)重點(diǎn)方向之一。
可以預(yù)見(jiàn)，未來(lái)5年，全釩液流電池將迎來(lái)一輪爆發(fā)期。
商業(yè)化步伐需突破諸多梗阻
全釩液流電池全稱全釩氧化還原液流電池，是一種以釩為活性物質(zhì)呈循環(huán)流液態(tài)的氧化還原電池。特點(diǎn)是正負(fù)極氧化還原電對(duì)使用同種元素釩，電解液在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中可再生，有效地避免了交叉污染帶來(lái)的電池容量難以恢復(fù)的問(wèn)題。
在確保儲(chǔ)能安全性的前提下，當(dāng)前有望大規(guī)模發(fā)展應(yīng)用的儲(chǔ)能技術(shù)路徑有全釩液流電池、磷酸鐵鋰電池以及鈉離子電池。而釩電池在安全性、擴(kuò)容能力、循環(huán)壽命和全生命周期成本方面要顯著優(yōu)于磷酸鐵鋰電池和鈉離子電池。
首先，由于釩電池的電解液基質(zhì)采用水性溶液，使用過(guò)程中沒(méi)有固相反應(yīng)，因此不存在起火、爆炸等風(fēng)險(xiǎn)；且過(guò)充過(guò)放也只會(huì)造成水的電解，通過(guò)將產(chǎn)生的氫氣及時(shí)排出即可保證安全使用；其他技術(shù)路線的電池因自放電導(dǎo)致儲(chǔ)存過(guò)程容量下降，而釩電池正負(fù)極的活性物質(zhì)分別處于能在各自的電解液儲(chǔ)罐中，可以避免正負(fù)極活性物質(zhì)的自放電消耗。
其次，釩電池能方便應(yīng)用模塊化管理，功率和容量可以單獨(dú)設(shè)計(jì)，通過(guò)將多組儲(chǔ)能單元并聯(lián)接入母線，便可構(gòu)建起更大規(guī)模的儲(chǔ)能系統(tǒng)，因此擴(kuò)容簡(jiǎn)單。相較于磷酸鐵鋰電池，在大容量的情形下不會(huì)增加額外的安全性風(fēng)險(xiǎn)。
另外，目前商用釩電池循環(huán)壽命可以達(dá)到16000次以上，遠(yuǎn)高于商用磷酸鐵鋰電池的6000次，對(duì)應(yīng)使用壽命超過(guò)20年，且可靠性也已經(jīng)過(guò)實(shí)例驗(yàn)證。如加拿大VRB Power Systems商業(yè)化示范運(yùn)行時(shí)間最長(zhǎng)的釩電池模塊已正常運(yùn)行超過(guò)9年，充放循環(huán)壽命超過(guò)18000次。
由于釩電池的循環(huán)壽命較長(zhǎng)，在全生命周期度電成本約為0.42~0.53元/kWh，低于鋰電池的0.56~0.75元/kWh。
還有關(guān)鍵的一點(diǎn)是，與鋰資源分布不同，我國(guó)是釩資源大國(guó)，儲(chǔ)量居世界首位。根據(jù)美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局2021年的數(shù)據(jù)，我國(guó)釩礦儲(chǔ)量占全球的40%，產(chǎn)量占全球的66%，均遠(yuǎn)高于鋰資源的自給率，供給端有較強(qiáng)保障。因此相較于鋰電池，我國(guó)釩電池有更好的資源基礎(chǔ)，在大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用上更具潛質(zhì)。
實(shí)際上，早在20世紀(jì)80年代末，就我國(guó)就開(kāi)始了釩電池領(lǐng)域的相關(guān)研究，但這個(gè)看起來(lái)完美的儲(chǔ)能技術(shù)，卻在新能源領(lǐng)域扮演著相對(duì)邊緣的角色。
成本和技術(shù)等問(wèn)題成為釩電池商業(yè)化步伐中需要突破的難題。
首先，釩電池初始建設(shè)成本過(guò)高，導(dǎo)致企業(yè)的投資動(dòng)力不強(qiáng)。資料顯示，當(dāng)前釩電池儲(chǔ)能項(xiàng)目的初始投資成本約4~5元/Wh，高于鋰電池項(xiàng)目 1.5~2元/Wh的水平。
正因此，釩電池項(xiàng)目多數(shù)是地方政府推動(dòng)的示范項(xiàng)目，僅有少部分為企業(yè)自主建設(shè)項(xiàng)目，后續(xù)仍需要政府層面進(jìn)行推動(dòng)，制定可有效執(zhí)行的價(jià)格補(bǔ)償機(jī)制和長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)政策。
其次，盡管我國(guó)釩礦儲(chǔ)量豐富，但由于國(guó)內(nèi)主要釩產(chǎn)量來(lái)源于釩鈦磁鐵礦煉鋼生產(chǎn)過(guò)程中的釩渣，如果開(kāi)發(fā)力度不及預(yù)期，釩電池大規(guī)模應(yīng)用將拉動(dòng)釩價(jià)上漲，進(jìn)一步抬升電解液成本。
因此，允許相應(yīng)的鋼鐵公司擴(kuò)大產(chǎn)能來(lái)增加釩資源來(lái)源，或出臺(tái)支持釩資源開(kāi)發(fā)的政策，加大對(duì)國(guó)內(nèi)釩資源的開(kāi)發(fā)力度應(yīng)該成為未來(lái)政策發(fā)力的重點(diǎn)。
另外一個(gè)現(xiàn)狀是，目前釩電池產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展尚處于早期階段，具備釩電池技術(shù)的企業(yè)數(shù)量較少，行業(yè)發(fā)展仍突破技術(shù)壁壘。
比如，全釩液流電池能量密度較低，僅為12-40Wh/kg，低于鋰電池的80-300Wh/kg。釩電池需要用泵來(lái)維持電解液的流動(dòng)，因此其損耗較大，能量轉(zhuǎn)化效率為70-75%，低于鋰電池90%。
全釩液流電池對(duì)環(huán)境溫度要求苛刻，工作環(huán)境一旦高于45℃，正極溶液中就將析出沉淀物堵塞流道，最終會(huì)影響工作甚至報(bào)廢。但是電解液只要反應(yīng)就在放熱，很容易超過(guò)限制溫度。
離子交換膜用于分離液流電池的正負(fù)極，以防止正負(fù)極電解液混合造成交叉污染，但這項(xiàng)技術(shù)還有一些未能攻克的難題，這就使得正負(fù)液的交叉污染和正極材料的腐蝕時(shí)有出現(xiàn)，很多時(shí)候全釩液流電池的維護(hù)需要依靠專業(yè)人士定期人工操作。
基于全釩液流電池目前存在的缺點(diǎn)，未來(lái)釩電池在儲(chǔ)能行業(yè)的大規(guī)模應(yīng)用中注定要走一條“不平凡”的路。
