中國儲能網(wǎng)訊：近期，大連液流電池儲能調(diào)峰電站正式并網(wǎng)發(fā)電。該電站是目前全球最大的釩液流電池儲能電站，并網(wǎng)規(guī)模100兆瓦/400兆瓦時。eo特轉(zhuǎn)載此文，介紹液流電池的發(fā)展歷程、技術(shù)特點、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展現(xiàn)狀，以及全釩液流電池儲能系統(tǒng)的價格及生命周期的經(jīng)濟性。本文原標(biāo)題為《全釩液流電池的技術(shù)進展、不同儲能時長系統(tǒng)的價格分析及展望》。
作者：張華民
單位：中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所
引用：張華民. 全釩液流電池的技術(shù)進展、不同儲能時長系統(tǒng)的價格分析及展望[J].儲能科學(xué)與技術(shù),2022,11(09):2772-2780.
DOI：10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0246
2020年9月，習(xí)近平總書記在第七十五屆聯(lián)合國大會上向世界莊嚴宣布：“中國將提高國家自主貢獻力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和”。為實現(xiàn)雙碳目標(biāo)，就要深化以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)改革，2060年的能源供給體系將會以“新能源+儲能”的方式存在。這種供給體系既能有效降低碳排放，達到“碳中和”目標(biāo)，又能提供安全穩(wěn)定的電力能源。
新型儲能技術(shù)是構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的重要組成和基礎(chǔ)裝備，是實現(xiàn)碳達峰碳中和目標(biāo)的重要技術(shù)支撐，也是催生國內(nèi)能源新業(yè)態(tài)、搶占國際戰(zhàn)略新高地的重要領(lǐng)域。要實現(xiàn)2030年前碳達峰目標(biāo)，到2025年我國新型儲能裝機容量要達到3000萬千瓦以上，2030年要提高到1億千瓦，抽水蓄能電站裝機容量達到1.2億千瓦。
我國的風(fēng)能、太陽能等可再生能源發(fā)電裝備的制造技術(shù)和制造能力已經(jīng)達到國際領(lǐng)先水平，新型儲能技術(shù)將是瓶頸技術(shù)。如果要求可再生能源發(fā)電配置10%—20%的儲能裝備，儲能時長大于4h，產(chǎn)生的巨大儲能市場，特別是長時儲能市場將極大地推動儲能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
已經(jīng)實用化的大規(guī)模儲能技術(shù)主要包括物理儲能和電化學(xué)儲能。物理儲能技術(shù)以抽水儲能為主，抽水儲能具有規(guī)模大、壽命長、安全可靠、運行費用低的優(yōu)點，建設(shè)規(guī)模一般在百兆瓦以上，儲能時長可達數(shù)天，適用于電力系統(tǒng)的削峰填谷、電網(wǎng)調(diào)峰、緊急事故備用容量等應(yīng)用。但抽水儲能需要特殊的地理條件，建設(shè)的局限性較大，難以滿足可再生能源發(fā)電分布式建設(shè)及電網(wǎng)系統(tǒng)分散式、局部自愈能力和智能化的要求，要滿足建立“新能源+儲能”的新型電力系統(tǒng)的需要，除抽水儲能技術(shù)外，還包括電化學(xué)儲能技術(shù)及儲熱技術(shù)等多種儲能技術(shù)。
電化學(xué)儲能技術(shù)是指利用電化學(xué)反應(yīng)實現(xiàn)化學(xué)能與電能之間的相互轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)電能的儲存和釋放。電化學(xué)儲能技術(shù)具有系統(tǒng)簡單、安裝便捷及運行方式靈活等優(yōu)點，用于風(fēng)能、太陽能發(fā)電的電化學(xué)儲能技術(shù)主要包括鋰離子電池技術(shù)、液流電池技術(shù)、鉛碳電池技術(shù)、鈉離子電池技術(shù)等，建設(shè)規(guī)模一般在數(shù)百千瓦到數(shù)百兆瓦級范圍。根據(jù)儲能技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域不同，通常可分為電網(wǎng)側(cè)儲能、電源側(cè)儲能和用戶側(cè)儲能。任何一種儲能技術(shù)都不能包打天下，各種儲能技術(shù)可根據(jù)自身的特點，選擇其適用的應(yīng)用領(lǐng)域。
01
全釩液流電池儲能技術(shù)的特點
液流電池是Thaller（NASA Lewis Research Center，Cleveland，United States）于1974年提出的。傳統(tǒng)的液流電池是通過正、負極電解液活性物質(zhì)發(fā)生可逆氧化還原反應(yīng)實現(xiàn)電能和化學(xué)能的相互轉(zhuǎn)化。充電時，正極發(fā)生氧化反應(yīng)使活性物質(zhì)價態(tài)升高；負極發(fā)生還原反應(yīng)使活性物質(zhì)價態(tài)降低；放電過程與之相反。Thaller提出的是鐵/鉻液流電池體系，盡管很多企業(yè)和研究部門開展了鐵/鉻液流電池的研究開發(fā)和工程驗證，由于該液流電池體系存在著諸多問題，至今沒有得到商業(yè)化應(yīng)用。20世紀80年代初，澳大利亞新南威爾士大學(xué)Skyllas-Kazacos教授提出了全釩液流電池體系并做了全面有效的研究工作，內(nèi)容涉及電極反應(yīng)動力學(xué)、電極材料、膜材料評價及改性、電解質(zhì)溶液制備方法及雙極板的開發(fā)等方面，為全釩液流電池科學(xué)及技術(shù)的發(fā)展做出了重要貢獻。
釩離子有4種價態(tài)，全釩液流電池正、負極電解液的儲能活性物質(zhì)都是釩離子，是利用正、負極電解液中釩離子價態(tài)的變化來實現(xiàn)電能的儲存和釋放，由于全釩液流電池具有安全性高、儲能規(guī)模大、充放電循環(huán)壽命長、電解液可循環(huán)利用、生命周期中性價比高、環(huán)境友好等優(yōu)點，近年越來越受到世界各國的重視，全釩液流電池儲能系統(tǒng)的研究開發(fā)、工程應(yīng)用示范不斷取得重要進展，發(fā)展越來越快，技術(shù)越來越成熟，成本越來越低，已進入了產(chǎn)業(yè)化推廣應(yīng)用階段，具有巨大的市場前景。
全釩液流電池技術(shù)具有以下特點。
（1）全釩液流電池儲能系統(tǒng)本征安全，運行可靠，全生命周期環(huán)境友好。
全釩液流電池的電解液為釩離子的稀硫酸水溶液，只要控制好充放電截止電壓，保持電池系統(tǒng)存放空間通風(fēng)良好，即可本征安全，不存在著火爆炸的危險。電解液在密封空間內(nèi)循環(huán)使用，在使用過程中通常不會產(chǎn)生環(huán)境污染物質(zhì)，也不會受外部雜質(zhì)的污染。此外，全釩液流電池中正、負極電解液儲能活性物質(zhì)同為釩離子，不會發(fā)生正、負極電解液活性物質(zhì)的互串而發(fā)生儲能容量的不可逆衰減，常年運行由于微量的副反應(yīng)和正、負極電解液微量互串的累計造成的容量衰減可以通過在線或離線再生反復(fù)循環(huán)利用。電堆和系統(tǒng)主要是由碳材料、塑料和金屬材料組裝而成，當(dāng)全釩液流電池系統(tǒng)廢棄時，金屬材料可以循環(huán)利用，碳材料、塑料可以作為燃料加以利用。因此，全釩液流電池系統(tǒng)全生命周期內(nèi)安全性好，環(huán)境負荷很小，環(huán)境非常友好。大連融科儲能技術(shù)發(fā)展有限公司（簡稱融科儲能）2012年12月在遼寧省法庫國電龍源臥牛石50MW風(fēng)電場建設(shè)的5MW/10MWh儲能電站運行了近9年時，儲能容量有所衰減，經(jīng)過在線恢復(fù)后，儲能容量恢復(fù)到了10MWh。目前，該儲能電站已運行了9年多，仍正常穩(wěn)定運行。
（2）全釩液流電池儲能系統(tǒng)的輸出功率和儲能容量相互獨立，設(shè)計和安裝靈活，適用于大規(guī)模、大容量、長時儲能。
如圖1所示，全釩液流電池儲能系統(tǒng)的輸出功率由電堆的大小和數(shù)量決定，而儲能容量由電解液的體積決定。要增加輸出功率，只要增大電堆的電極面積和增加電堆的數(shù)量就可實現(xiàn)；要增加儲能容量，只要增加電解液的體積就可實現(xiàn)。特別適合于需要大規(guī)模、大容量、長時間儲能裝備的應(yīng)用場合。全釩液流電池系統(tǒng)的輸出功率通常在數(shù)百瓦至數(shù)百兆瓦，儲能容量在數(shù)百千瓦時至數(shù)百兆瓦時。
圖1 全釩液流電池儲能系統(tǒng)的輸出功率和儲能容量可獨立設(shè)計
（a）要增加輸出功率，僅需增加電堆的數(shù)量；（b）要增加儲能容量，僅需增加電解液的體積
（3）能量轉(zhuǎn)換效率高，啟動速度快，無相變化，充放電狀態(tài)切換響應(yīng)迅速。
全釩液流電池在室溫條件下運行，電解質(zhì)溶液在電解液儲罐和電堆之間循環(huán)流動，在充、放電過程中通過溶解在水溶液中釩離子的價態(tài)變化實現(xiàn)電能的存儲和釋放，沒有相變化。所以，充放電狀態(tài)切換響應(yīng)迅速，融科儲能的兆瓦級儲能系統(tǒng)，由80%充電狀態(tài)轉(zhuǎn)換到80%的放電狀態(tài)所需的時間小于100ms，主要是由指令信號的傳遞速度決定的。所以，既可用于調(diào)幅調(diào)頻、可再生能源并網(wǎng)，又可用于輔助服務(wù)、電網(wǎng)調(diào)峰及緊急備用儲能電站。
（4）全釩液流電池儲能系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，易于系統(tǒng)集成和規(guī)模放大。
全釩液流電池電堆是由多個單電池按壓濾機方式疊合而成的。目前，產(chǎn)業(yè)化的單體電堆的額定輸出功率一般在30—80kW。儲能系統(tǒng)通常是由多個單元儲能系統(tǒng)模塊組成，單元儲能系統(tǒng)模塊額定輸出功率一般在500kW左右。與其他電池相比，全釩液流電池電堆和電池單元儲能系統(tǒng)模塊額定輸出功率大，均勻性好，易于集成和規(guī)模放大。如圖2所示，融科儲能200MW/800MWh國家示范儲能電站的一期工程，單體電堆的額定輸出功率是31.5kW，有8個這樣的單體電堆組成了一套可實現(xiàn)單獨充放電控制的500kW/2MWh儲能模塊，由50套儲能模塊構(gòu)建1套具有就地監(jiān)控系統(tǒng)的25MW/100MWh儲能單元，最后再由4套儲能單元構(gòu)建出100MW/400MWh全釩液流電池儲能系統(tǒng)。
圖2 大連200MW/800MWh國家儲能示范電站（一期：100MW/400MWh）模塊化結(jié)構(gòu)示意圖
（5）具有強的過載能力和深放電能力
儲能系統(tǒng)運行時，電解液通過循環(huán)泵在電堆內(nèi)循環(huán)，電解質(zhì)溶液活性物質(zhì)擴散的影響較小；而且，電極反應(yīng)活性高，活化極化較小。與其他電池不同，全釩液流電池儲能系統(tǒng)具有很好的過載能力，充放電沒有記憶效應(yīng)，具有很好的深放電能力。
全釩液流電池也存在不足之處：①儲能系統(tǒng)由多個子系統(tǒng)組成，系統(tǒng)復(fù)雜；②為使儲能系統(tǒng)在穩(wěn)定狀態(tài)下連續(xù)工作，儲能系統(tǒng)需要包括電解質(zhì)溶液循環(huán)泵、電控設(shè)備、通風(fēng)設(shè)備、電解液溫控設(shè)備等支持設(shè)備，并給這些儲能系統(tǒng)支持設(shè)備提供能量，所以全釩液流電池系統(tǒng)通常不適用于小型儲能系統(tǒng)；③受釩離子溶解度等的限制，全釩液流電池的能量密度較低，只適用于對體積、重量要求不高的固定儲能電站，而不適合用于移動電源和動力電池。
02
全釩液流電池的研究開發(fā)和工程應(yīng)用現(xiàn)狀
自1974年Thaller提出以來，美國及日本的研究機構(gòu)和企業(yè)均開展了鐵/鉻液流電池技術(shù)的研究開發(fā)，日本企業(yè)開發(fā)出數(shù)十千瓦級的電池系統(tǒng)。然而，由于Cr半電池的反應(yīng)可逆性差，使電堆的電流密度低即功率密度低，電池體積大、材料成本高，電池反應(yīng)溫度要維持在60℃以上，造成系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)化效率低且電堆密封困難，電解液濃度低占地面積大，支持電解液為鹽酸水溶液，腐蝕性嚴重且容易析氫等問題，難以實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。日本住友電工20世紀80年代初，放棄了鐵/鉻液流電池的研究開發(fā)，致力于全釩液流電池儲能系統(tǒng)的開發(fā)。
近年來隨著電池材料技術(shù)和電池結(jié)構(gòu)設(shè)計制造技術(shù)的不斷進步，使電池內(nèi)阻不斷減小，性能不斷提高。在保持電堆的能量效率不低于80%的條件下，電池工作電流密度由原來的60—80mA/cm2提高到200—300mA/cm2。電池的功率密度顯著提高，材料使用量減少，電堆成本大幅度降低。
住友電工在北海道建造了一套輸出功率為4MW，儲能容量為6MWh的全釩液流電池儲能系統(tǒng)，用于對30MW風(fēng)電場的調(diào)幅、調(diào)頻和平滑輸出并網(wǎng)，2016年住友電氣與北海道電力公司合作，在北海道札幌市附近建造的15MW/60MWh全釩液流電池儲能電站，已經(jīng)安全穩(wěn)定運行了6年。澳大利亞、加拿大、德國、奧地利、英國、韓國等國家的企業(yè)也在開展全釩液流儲能系統(tǒng)的研究，并將其應(yīng)用于光伏發(fā)電和風(fēng)能發(fā)電的儲能電站。
中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所（簡稱大連化物所）張華民研究團隊自2000年開始布局液流電池技術(shù)的研究開發(fā)，在液流電池關(guān)鍵材料、核心部件、儲能系統(tǒng)設(shè)計集成、控制管理等方面都取得了國際領(lǐng)先的成果，在液流電池領(lǐng)域獲得國家授權(quán)專利280余件，國際專利30余件，形成了完整的自主知識產(chǎn)權(quán)體系。2008年技術(shù)入股創(chuàng)立融科儲能，張華民兼任常務(wù)副總經(jīng)理和首席科學(xué)家，在全球率先實施了全釩液流電池的產(chǎn)業(yè)化。
多年來，大連化學(xué)物理研究所—融科儲能合作團隊，在電池材料，包括電解質(zhì)溶液、非氟離子傳導(dǎo)膜、碳塑復(fù)合雙極板和電堆結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)方面都取得了創(chuàng)新性的技術(shù)突破，開發(fā)出高導(dǎo)電性、高韌性碳塑復(fù)合雙極板，高導(dǎo)電性、高離子選擇性離子傳導(dǎo)膜，同時，通過數(shù)值模擬和實驗驗證，掌握了高功率密度電堆的設(shè)計方法，大幅度降低了電堆的歐姆極化，從而在保持電堆的充放電能量效率大于80%的前提條件下，電堆的額定工作電流密度大幅度提高。圖3為2kW電堆在恒電流密度和恒功率密度充放電時電堆的庫侖效率、電壓效率和能量效率。在2kW恒功率充放電時，在保持電堆的能量效率大于80%時，工作電流密度345mA/cm2，電堆的功率密度顯著提高，從而大幅度降低了電池的制造成本。
圖3 2kW電堆的恒電流密度充放電和恒功率充放電時的電池性能
由融科儲能于2012年8月給金風(fēng)科技公司亦莊微網(wǎng)系統(tǒng)提供的一套200kW/800kWh全釩液流電池儲能系統(tǒng)至今已安全穩(wěn)定運行了近10年。同樣，融科儲能建設(shè)的遼寧法庫國電龍源臥牛石50MW風(fēng)電場5MW/10MWh全釩液流電池儲能系統(tǒng)于2012年12月并網(wǎng)運行，到目前為止也已經(jīng)安全穩(wěn)定運行了9年多，積累了大量的實際運行數(shù)據(jù)和工程建設(shè)、維護經(jīng)驗。該5MW/10MWh儲能系統(tǒng)是至今全球運行時間最長的兆瓦級以上級全釩液流電池系統(tǒng)，充分驗證了全釩液流電池儲能技術(shù)的安全性、長壽命、可靠性和穩(wěn)定性。
在兆瓦級全釩液流電池應(yīng)用項目成功運行的基礎(chǔ)上，融科儲能正在承建的200MW/800MWh儲能調(diào)峰電站國家示范項目是目前全球在建的最大規(guī)模的電化學(xué)儲能電站，項目計劃分兩期完成，一期100MW/400MWh系統(tǒng)已完成安裝，正在調(diào)試，主要功能定位是電網(wǎng)調(diào)峰、可再生能源并網(wǎng)、緊急備用電源和黑啟動等。該項目將對全釩液流電池儲能系統(tǒng)的價值驗證、產(chǎn)業(yè)化推廣以及政策制定都起到重要作用。
03
市場對全釩液流電池的需求
與不同時長儲能系統(tǒng)的價格分析
建立“新能源+儲能”的新型電力系統(tǒng)是實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的主要途徑。2021年10月24日，《國務(wù)院關(guān)于印發(fā)2030年前碳達峰行動方案的通知》提出：到2025年，新型儲能裝機容量達到3000萬千瓦以上。到2030年，抽水蓄能電站裝機容量達到1.2億千瓦左右。2022年2月23日《人民日報》刊發(fā)國家電網(wǎng)有限公司董事長、黨組書記辛保安署名文章《堅決扛牢電網(wǎng)責(zé)任 積極推進碳達峰碳中和》，披露了2030年發(fā)展目標(biāo)。文章指出：“針對提高電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力對發(fā)展儲能的現(xiàn)實要求，大力加強技術(shù)成熟的抽水蓄能電站建設(shè)，積極支持新型儲能規(guī)?；瘧?yīng)用，力爭到2030年公司經(jīng)營區(qū)抽蓄電站裝機由目前2630萬千瓦提高到1億千瓦，電化學(xué)儲能由300萬千瓦提高到1億千瓦。”可以看出，新型儲能是構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的重要技術(shù)和基礎(chǔ)裝備，是實現(xiàn)碳達峰碳中和目標(biāo)的重要支撐，也是催生國內(nèi)能源新業(yè)態(tài)、搶占國際戰(zhàn)略新高地的重要領(lǐng)域。
經(jīng)過20多年的研究開發(fā)和創(chuàng)新，大連化物所與融科儲能合作團隊在液流電池領(lǐng)域獲多項授權(quán)專利，和從20世紀80年代就開始研究開發(fā)的日本住友電工完全持平。融科儲能的母公司大連博融新材料公司生產(chǎn)的釩電解液占有了全球80%以上的市場份額。由于技術(shù)的進步，使全釩液流電池儲能系統(tǒng)的成本也大幅度下降。圖4為根據(jù)融科儲能2021年第三季度兆瓦級全釩液流電池儲能系統(tǒng)的價格和當(dāng)電解液原料五氧化二釩的價格為10萬元/t時，不同儲能時長的全釩液流電池儲能系統(tǒng)的實際價格。除電解液外的電池儲能價格為1500元/kWh。當(dāng)儲能時長為1h系統(tǒng)的市場價格為6000元/kW，五氧化二釩價格為10萬元/t時，電解液的價格約為1500元/kWh。當(dāng)儲能時長為1h的以后，不包括電解液的儲能系統(tǒng)的價格為6000元/kW，加上電解液的價格1500元/kWh，儲能系統(tǒng)的總價格是7500元/kWh。當(dāng)儲能時長為4h的以后，不包括電解液的儲能系統(tǒng)價格6000元/kW由4h分攤，每小時分攤1500元，加上電解液1500元/kWh，儲能系統(tǒng)的總價格就是3000元/kWh。如果儲能時長為8h，6000元/kW的系統(tǒng)成本則由8h分攤，每小時分攤750元，加上電解液的價格1500元/kWh，儲能系統(tǒng)的總價格為2250元/kWh。同樣地，對于儲能時長為10h的系統(tǒng)，儲能系統(tǒng)的總價格為2100元/kWh。可以明顯看出，由于全釩液流電池的輸出功率和儲能容量可以相互獨立，儲能時長越長，價格越便宜。2009年大連化物所在西藏太陽能研究所實施的5kW/50kWh全釩液流電池儲能項目的儲能時長是10h。2011年融科儲能在大連附近的蛇島上實施的20kW太陽能光伏發(fā)電、10kW/200kWh全釩液流電池儲能項目的儲能時長為20h，充分證驗了其適用于長時儲能。
圖4 不同儲能時長全釩液流電池儲能系統(tǒng)的價格
綜上所述，對于儲能時長為4h的全釩液流電池儲能系統(tǒng)，初次投資成本約為3000元/kWh，電解液的成本（價格）約占系統(tǒng)總成本的50%；而對于儲能時長為10h的儲能系統(tǒng)，初次投資成本約為2100元/kWh，電解液的成本占系統(tǒng)總成本的70%。由于全釩液流電池的電解液可在線或離線再生循環(huán)使用，1kWh電解液約需要8kg高純度的V2O5，所以，釩電解液的殘值很高。電池系統(tǒng)運行15—20年報廢后，除電解液可循環(huán)利用外，電堆的電極和雙極板（碳材料）及電極框（塑料）可作為燃料使用，燃燒后只產(chǎn)生CO2和H2O，集流板為銅板，端板為鋁合金板或鑄鐵板，緊固螺桿為鋼材料，電池系統(tǒng)報廢后，很容易回收循環(huán)利用。全釩液流電池儲能系統(tǒng)報廢后，具有很高的殘值，而且回收利用簡單。圖5為儲能時長分別為4h（如1MW/4MWh）和儲能時長為10h（如1MW/10MWh）全釩液流電池儲能系統(tǒng)生命周期的成本估算。對于儲能時長為4h的系統(tǒng)，初次投資成本為3000元/kWh，使用15年以上電池系統(tǒng)報廢后，如果電池系統(tǒng)廢金屬的殘值估值為300元/kW，電解液的殘值按70%估算為1050元/kWh，這樣電池系統(tǒng)的殘值為1125元/kWh，實際成本約為1875元/kWh。而對于儲能時長為10h的儲能系統(tǒng)，初始投資成本為2100元/kWh，使用15年以上電池系統(tǒng)報廢后，電池系統(tǒng)廢金屬等的殘值估值為300元/kW，電解液的殘值按70%估算為1050元/kWh，這樣電池系統(tǒng)的殘值為1080元/kWh，實際成本僅為1020元/kWh。所以，上述分析說明從生命周期角度來講，全釩液流電池除了安全性好、使用壽命長外，還具有性價比高、經(jīng)濟性好、環(huán)境負荷低的優(yōu)勢。因此，全釩液流電池是高功率、大容量、長時儲能技術(shù)的最佳選擇。
04
挑戰(zhàn)和展望
經(jīng)過20多年的努力，我國全釩液流電池儲能技術(shù)水平處于國際領(lǐng)先地位。領(lǐng)軍的中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所與大連融科儲能技術(shù)發(fā)展有限公司合作團隊已獲授權(quán)液流電池國家專利300余件，形成了完整的自主知識產(chǎn)權(quán)體系，大連融科儲能技術(shù)發(fā)展有限公司在國內(nèi)外率先建立了年產(chǎn)300MW的全釩液流電池儲能裝備的產(chǎn)業(yè)化基地。實施的金風(fēng)科技北京亦莊分布式微電網(wǎng)用200kW/800kWh和國電龍源臥牛石50MW風(fēng)電場用5MW/10MWh全釩液流電池儲能系統(tǒng)已經(jīng)安全、穩(wěn)定、可靠地運行了9年多，儲能容量有少量衰減，2021年10月，5MW/10MWh儲能系統(tǒng)經(jīng)在線恢復(fù)后，儲能容量仍為10MWh，目前仍穩(wěn)定可靠運行。充分驗證了全釩液流電池儲能系統(tǒng)的安全性和可靠性，已滿足產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的要求。
推進全釩液流電池儲能技術(shù)的普及應(yīng)用，還需要官、產(chǎn)、學(xué)、研、用（戶）共同努力，加大投入，不斷創(chuàng)新，完善技術(shù)，大幅度提高儲能系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，進一步降低成本。提高液流電池的可靠性、穩(wěn)定性，降低成本主要包括以下幾個方面：
（1）開發(fā)新一代高性能、低成本的全釩液流電池關(guān)鍵材料技術(shù)。例如高穩(wěn)定性、高濃度電解質(zhì)溶液；高離子選擇性、高導(dǎo)電性、高化學(xué)穩(wěn)定性、低成本離子傳導(dǎo)（交換）膜；高導(dǎo)電性、高韌性雙極板；高反應(yīng)活性、高穩(wěn)定性、高厚度均勻性、低成本電極材料。
研究開發(fā)高濃度、高穩(wěn)定性、低成本的全釩液流電池電解質(zhì)溶液體系拓展釩電解質(zhì)溶液的使用溫度范圍和高比能量、高穩(wěn)定性、低成本的液流電池新體系是液流電池電解質(zhì)溶液的重要研究方向。開展高離子選擇性、高導(dǎo)電性、高化學(xué)穩(wěn)定性、環(huán)境友好、低成本的非氟離子傳導(dǎo)膜對推進全釩液流電池的產(chǎn)業(yè)化具有重要意義。
在保持雙極板高致密性、高機械強度、高韌性的條件下，進一步提高雙極板的電導(dǎo)性，對于降低電堆的內(nèi)阻，提高電池的工作電流密度即功率密度具有重要作用。因此，需要開發(fā)滿足上述性能要求的雙極板材料。
全釩液流電池電極（碳氈、石墨氈）的性能與液流電池電堆內(nèi)的活化極化、歐姆極化和濃差極化都密切相關(guān)。提高電極的催化反應(yīng)活性、導(dǎo)電性以及密度分布和厚度均勻性是高性能電極研究開發(fā)的重點。
（2）液流電池電堆是發(fā)生充、放電反應(yīng)，實現(xiàn)電能與化學(xué)能相互轉(zhuǎn)換的部件，是液流電池的核心部件，電堆的性能和可靠性直接影響液流電池儲能系統(tǒng)的性能和可靠性。目前全釩液流電池電堆的額定工作電流密度還較低，造成其功率密度較低、材料用量大、成本高。因此，優(yōu)化電堆的結(jié)構(gòu)設(shè)計，提高電解質(zhì)溶液活性物質(zhì)釩離子在電堆內(nèi)部的時空分布均勻性，降低離子傳導(dǎo)膜、電極、雙極板之間的接觸電阻，可以有效降低電堆內(nèi)的歐姆極化，從而提高電堆的電壓效率和能量效率。
全釩液流電池電堆的各種效率和電解液利用率之間密切相關(guān)。庫侖效率與離子交換（傳導(dǎo)）膜的質(zhì)子選擇性密切相關(guān)，電壓效率與離子交換（傳導(dǎo)）膜及電堆的內(nèi)阻密切相關(guān)，電堆的能量效率為庫侖效率和電壓效率的乘積。而電解液的利用率與電壓效率密切相關(guān)。理論儲存1kWh的電能，需要5.6kg V2O5，如果電解液的利用率為70%，則實際上儲存1kWh的電能大約需要8kg V2O5，同樣地，如果把電解液的利用率提高到80%，實際上儲存1kWh的電能，大約僅需要7kg V2O5。所以，全釩液流電池儲能系統(tǒng)的運行條件需根據(jù)電池儲能系統(tǒng)的成本和電解液的成本綜合平衡，選擇最經(jīng)濟的運行條件。開展新型電堆結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化，研究開發(fā)高功率密度全釩液流電池電堆的結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)，使電堆的額定工作電流密度提高到300mA/cm2以上，同時提高電解質(zhì)溶液的利用率，是液流電池結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要研究方向。
（3）全釩液流電池系統(tǒng)由電堆、電解質(zhì)溶液儲供子系統(tǒng)、電池管理子系統(tǒng)等組成，系統(tǒng)相對復(fù)雜。開發(fā)高可靠性、高穩(wěn)定性、低成本的大功率液流電池模塊的設(shè)計集成技術(shù)和百兆瓦級全釩液流電池儲能系統(tǒng)的集成及智能控制管理策略及綜合能量管理技術(shù)也極為重要。
（本文僅為作者個人觀點，不代表eo立場）
