中國儲能網(wǎng)訊：此前，國家發(fā)改委、國家能源局于2022年3月發(fā)布的《“十四五”新型儲能發(fā)展實施方案》指出，到2025年，新型儲能由商業(yè)化初期步入規(guī)?；l(fā)展階段，具備大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用條件，新型儲能技術(shù)創(chuàng)新能力顯著提高，核心技術(shù)裝備自主可控水平大幅提升；到2030年，新型儲能全面市場化發(fā)展，新型儲能核心技術(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。
值得注意的是，雖然相關(guān)政策提出推動儲能多元化技術(shù)開發(fā)，開展鈉離子電池、新型鋰離子電池、液流電池等關(guān)鍵核心技術(shù)，但國內(nèi)鋰離子電池大規(guī)模儲能電站著火爆炸事故頻發(fā)，對此，國家能源局發(fā)布的《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項重點要求（2022年版）（征求意見稿）》提出，中大型電化學(xué)儲能電站不得選用三元鋰電池、鈉硫電池，因此相對穩(wěn)定安全的液流電池受到越來越多的關(guān)注。
什么是液流電池？
液流電池結(jié)構(gòu)。液流電池主要由電池堆（包括離子交換膜、雙極板等）、電解液、儲液罐、循環(huán)泵及其他結(jié)構(gòu)件構(gòu)成。電池堆內(nèi)部由離子交換膜隔絕正極電解液和負極電解液并形成兩個反應(yīng)室。電池運作時，循環(huán)泵驅(qū)動電解液在各自反應(yīng)室中循環(huán)流動并在各自電極附近發(fā)生氧化還原反應(yīng)，通過和外界接通的雙極板形成電流。
圖：液流電池結(jié)構(gòu)示意圖
液流電池原理：以化學(xué)能儲存電能。電池充電時，電能被轉(zhuǎn)化成化學(xué)能后存儲在儲液罐的電解液中；電池放電時，電解液中的化學(xué)能被轉(zhuǎn)化為電能。
液流電池有三種常見的技術(shù)路線：
第一，全釩液流電池。是目前國內(nèi)示范項目規(guī)模最大的電池技術(shù)，電解液為不同價態(tài)釩離子的硫酸溶液，代表企業(yè)為大連融科。
第二，鐵鉻液流電池。電解液為不同價態(tài)鐵離子和鉻離子的鹽酸溶液，主要引領(lǐng)者為國家電投集團子公司和瑞儲能。
第三，鋅溴液流電池。由于鋅溴電池循環(huán)壽命短、電池效率低，以及溴化鋅電解液中溴的金屬腐蝕性，目前可能面臨被淘汰的局面。目前國內(nèi)做鋅溴液流的公司比較少。
我們主要針對全釩液流電池與鐵鉻液流電池進行詳細說明。
什么是全釩液流電池？
全釩液流電池（Vanadium Redox Battery，VRB），是一種活性物質(zhì)呈循環(huán)流動液態(tài)的氧化還原電池。通過兩個不同化合價的、被隔膜隔開的釩離子之間交換電子來實現(xiàn)電能與化學(xué)能的相互轉(zhuǎn)化。釩電池充電后，正極為 V5+，負極為 V2+；放電后，正負極分別為 V4+和 V3+溶液。正極和負極之間由隔膜隔開，該隔膜只允許 H+通過,，H+也就起到了電池內(nèi)部導(dǎo)電的作用。
隨著相關(guān)示范項目的帶動，全釩液流電池成本有望降低，從而在產(chǎn)品技術(shù)端推進其商業(yè)化進程。2022 年 5 月，全球最大 100MW/400MWh 級全釩液流電池儲能電站正式并網(wǎng)，將加速全釩液流電池商業(yè)化腳步。
國內(nèi)全釩液流項目建設(shè)情況：
什么是鐵鉻液流電池？
鐵鉻液流電池對大多數(shù)來說比較陌生，所以先簡單介紹下。顧名思義，它是以價格低廉、原料豐富的鐵離子和鉻離子作為活性物質(zhì)。
其實，這電池雖然才在儲能系統(tǒng)中實現(xiàn)量產(chǎn)，但絕不是第一天才出現(xiàn)。上個世紀70年代的時候，美國NASA（對，你沒聽錯，就是對岸航空航天軍）就提出了液流電池概念。日本也在十年之后開發(fā)了千瓦級別的樣機。但是，因為鉻離子活性低、電池容量衰減快等一系列技術(shù)問題始終縈繞在科學(xué)家的心頭，產(chǎn)業(yè)化的進程便被一拖再拖。
據(jù)了解，液流電池技術(shù)路線中，目前，釩液流電池、鐵鉻液流電池這兩個技術(shù)路線產(chǎn)業(yè)化程度領(lǐng)先。
相對釩液流電池技術(shù)，鐵鉻液流電池優(yōu)勢更為明顯。
一是，全球鉻儲量大，度電成本低。全球鉻探明儲量達到6.85億噸，而釩僅有2200萬噸，這是鐵鉻液流電池成本較低的關(guān)鍵，并且有大幅下降的空間。
二是，溫度適應(yīng)范圍更廣。鐵鉻液流電池可以適應(yīng)零下20攝氏度的環(huán)境，運行溫度范圍為“-20C—70C”。相對于釩液流電池運行溫度為“5C-50C”。
鐵鉻液流電池具備較強的競爭優(yōu)勢，未來有望大規(guī)模應(yīng)用于太陽能、風(fēng)能等發(fā)電側(cè)以及智能微網(wǎng)、用戶側(cè)等多個領(lǐng)域。
鐵鉻液流電池受到市場的青睞，也進一步賦能鉻產(chǎn)業(yè)鏈前景向好。廣發(fā)證券預(yù)測2022年全球鐵鉻液流電池出貨量為0.42GW，帶動重鉻酸鈉需求量1.17萬噸，2025年全球鐵鉻液流電池出貨量為12.01GW，帶動重鉻酸鈉需求量33.47萬噸。
全釩、鐵鉻液流電池技術(shù)路線對比
全釩液流電池和鐵鉻液流電池是目前兩個主流的液流電池技術(shù)路線。下文對二者做對比分析。
上游資源：釩元素和鉻元素
地殼中釩資源總量小，但我國儲量第一
根據(jù)USUG數(shù)據(jù)，2021年全球釩礦石儲量2400萬噸，中國儲量有950萬噸，占比40%，我國是全球釩儲量最高的國家。全球年均釩需求約12萬噸，下游90%用于鋼鐵冶金行業(yè)。
圖：全球釩資源儲量和產(chǎn)量占比
地殼中鉻資源總量大，但我國依賴進口
根據(jù)USUG數(shù)據(jù)，2021年全球鉻鐵礦儲量5.75億噸，鉻資源儲備豐富。
圖：全球鉻資源儲量和占比
中國鉻礦對外依存度超過90%，為全球最大進口國。中國鉻礦儲量僅有407萬噸，占全球儲量比不到百分之一。我國鉻礦石年進口量約1400萬噸，主要自南非進口，下游應(yīng)用90%用于鋼鐵冶金行業(yè)。
關(guān)鍵材料價格差異：五氧化二釩和鉻鐵合金
全釩液流電池和鐵鉻液流電池的電解液關(guān)鍵原材料分別為五氧化二釩、鐵鉻合金。
鉻鐵由于元素供應(yīng)豐富，整體價格更便宜。五氧化二釩近期均價約10萬元/噸，而鐵鉻合金均價僅為0.8萬元/噸，遠低于釩。
釩價波動可能性更大。從原料來源考慮，目前75-85%的釩來自鋼鐵冶金加工得到的釩渣提取，可以認為釩供給受限于鋼鐵產(chǎn)能，目前供給偏剛性，容易導(dǎo)致更大的價格波動。鉻可直接從鉻礦石中提取，不存在類似問題。
表：電化學(xué)儲能技術(shù)對比
全釩液流電池的優(yōu)點
電壓等級、能量密度略高于鐵鉻液流
釩離子的反應(yīng)活性比鐵鉻離子高，電池功率相對高。根據(jù)上文數(shù)據(jù)，全釩液流電池的開路電壓等級在1.26伏，鐵鉻液流在1.18伏，因此全釩電池的電壓等級和能量密度比鐵鉻電池略高，但同樣作為液流電池兩者相比鋰電池來說目前仍有較大差距。
單體電堆功率、商業(yè)化進程更領(lǐng)先
在液流電池領(lǐng)域，全釩電池的商業(yè)化進程最快。全釩電池的投運項目總量、單個項目規(guī)模目前均領(lǐng)先于鐵鉻電池，技術(shù)成熟度和商業(yè)成熟度目前更勝一籌。
全釩電池單體電堆功率更大，技術(shù)更成熟。單體電堆功率可以作為判斷技術(shù)成熟度的關(guān)鍵輔助指標，目前全釩液流電池項目單體電堆功率已經(jīng)達到400V，而鐵鉻電池單體電堆功率在30-40V，仍需進一步追趕。據(jù)業(yè)內(nèi)人士推斷，到十四五末，鐵鉻電池單體電堆功率或可達到目前全釩電池水平。
全釩液流電池的缺點
儲能技術(shù)成本費用過高，很難大規(guī)模大面積應(yīng)用
全釩液流電池的儲能技術(shù)成本費用還是相對較高的。這給大規(guī)模應(yīng)用帶來了困難。
技術(shù)生產(chǎn)技術(shù)還沒穩(wěn)定，滲漏液技術(shù)并沒有攻克
釩液流電池還存在電解液、離子交換膜等至關(guān)重要材料的牽制。最后有多大進步，還得看技術(shù)和市面。
鐵鉻液流電池的優(yōu)點
鐵鉻電解液成本低
鐵鉻電池比全釩電池最大的優(yōu)勢在于電解液成本更低。盡管電池結(jié)構(gòu)相似，由于釩價格更高，全釩電池電解液成本可占據(jù)電池總成本的53%，對比之下鐵鉻電池電解液成本占比僅10%。
根據(jù)測算，鐵鉻電解液單瓦時成本僅為全釩電解液的11%，成本優(yōu)勢顯著。
表：全釩電池和鐵鉻電池成本構(gòu)成對比
（以上數(shù)據(jù)為圓澄投研團隊自主測算，不代表具體項目成本）
在長時儲能大趨勢下，隨著系統(tǒng)配儲時長增加，電解液的成本占系統(tǒng)成本比重預(yù)計將不斷上升，低成本電解液的優(yōu)勢未來將越發(fā)明顯。
鐵鉻液流電池的缺點
能量密度低
市面上的鋰電池能量密度基本上都可以達到400Wh/L，而鐵鉻液流電池的能量密度最高也只能做到20Wh/L，兩者相差甚遠，也正是因為鐵鉻液流電池的能量密度低，所以體積也比其他電池要大很多。
能量轉(zhuǎn)換率不高
目前新能源車輛上的動力電池能量轉(zhuǎn)換率都能達到80%以上，而鐵鉻液流電池的能量轉(zhuǎn)換率則要遠低于80%，畢竟是最近新推出的電池技術(shù)，這方面還有著很大的進步空間。
液流電池未來發(fā)展趨勢
長時儲能長期趨勢明確，但由于技術(shù)不成熟、成本過高、需求迫切性不足等原因，短期內(nèi)仍未有大規(guī)模應(yīng)用。國內(nèi)儲能裝機目前仍然以政策要求強制配儲2-4小時的短時儲能為主。
未來隨著配儲時長逐步提升，液流電池的單瓦時成本會攤薄下降。前文提到液流電池功率和容量是獨立設(shè)計的，提升儲能容量后增加最多的成本是電解液和儲液罐，功率不變條件下電堆成本相當(dāng)于固定成本，結(jié)果就是儲能時長越長，電堆成本越被攤薄，整體電池系統(tǒng)成本越低。目前液流電池項目為2-4小時，若未來儲能時長提升到8-10小時或以上，液流電池的經(jīng)濟性就會進一步體現(xiàn)。
圖：不同儲能市場全釩液流電池成本
在液流電池領(lǐng)域，全釩電池發(fā)展相對成熟，但鐵鉻電池遠期的成本優(yōu)勢更為明顯。行業(yè)內(nèi)做全釩電池技術(shù)路線的公司有5-6家，領(lǐng)先企業(yè)大連融科背靠中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所。目前做鐵鉻電池路線的僅有1-2家，領(lǐng)先企業(yè)為國電投子公司和瑞儲能，技術(shù)源自國家電投中央研究院儲能研究所。除鐵鉻液流電池以外，國電投中央研究院在飛輪儲能、水儲熱、熔鹽儲熱、固體儲熱、相變儲熱等技術(shù)方面也都深耕布局。鐵鉻電池路線是五大發(fā)電集團之一的國家電力投資集團主推的技術(shù)路線，其認為鐵鉻液流電池是最適合大規(guī)模推廣的。
未來占液流電池主流的是全釩液流還是鐵鉻液流仍存在不確定性。對于液流電池本身，未來鋰電池成本可能快速下降，或者氫儲能發(fā)展速度遠超預(yù)期，甚至以后會出現(xiàn)更新更好的技術(shù)取代現(xiàn)有的技術(shù)路線，一切皆有可能，科技在曲折中不斷進步，我們作為觀察者長期跟蹤。
本文由儲能綜合圓澄投資整理
