中國儲能網(wǎng)訊：11月24-26日，由湖南省工業(yè)和信息化廳、湖南省商務(wù)廳、長沙市人民政府、中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會儲能應(yīng)用分會聯(lián)合主辦，100余家機構(gòu)共同支持的湖南（長沙）電池博覽會暨第二屆中國國際新型儲能技術(shù)及工程應(yīng)用大會在長沙圣爵菲斯大酒店召開。此次大會主題是“新能源、新機遇、新高度”。
會議期間，組委會邀請了國家電投集團中央研究院儲能公司市場商務(wù)部主任張國強分享主題報告《國家電投鐵-鉻液流電池最新進展與展望》。以下是發(fā)言主要內(nèi)容：
張國強：首先感謝主辦方給我們國家電投這次機會來這個大會上分享國家電投和瑞儲能公司在鐵-鉻液流電池方面所做的一些工作和進展。
這個是整個國家電投在鐵-鉻液流電池方面的路線，2017年的時候國家電投中央研究院開始布局鐵-鉻液流電池的基礎(chǔ)研發(fā)。到2019年是我們“容和一號”電池堆順利下線，2020年的時候，研究院成立了全資的儲能公司，北京和瑞儲能科技有限公司，專門負責(zé)鐵-鉻液流電池的市場化推廣工作。在2022年今年年初的時候，我們30千瓦的“容和一號”電堆正式量產(chǎn)。
我今天的報告主要分為三方面：
第一，長時儲能的市場分析。
前面的背景我就簡單過一下，基于“雙碳”目標(biāo)，未來長時大規(guī)模的儲能就會成為一個重要的角色。（圖）這也是從相關(guān)文獻上得到的一個結(jié)論，也是我們比較認同的結(jié)論，就是在目前的情況下，風(fēng)光的發(fā)電量占比在10%左右的時候，是我們新型儲能發(fā)展的窗口期。在風(fēng)光的發(fā)電比例到20%左右，就是對應(yīng)到2025年的時候，這樣長時儲能的產(chǎn)業(yè)化就會進入到?jīng)Q戰(zhàn)期，因為在這里面就會看到存量的火電機組，這會兒已經(jīng)全部改造完畢了。大量的抽水蓄能在2025年左右也會逐漸投入運行，新的抽水蓄能的廠址在2025年之后選址就更加困難，導(dǎo)致抽水蓄能的成本會再升高。對于新型儲能就會提出更高的要求，到2030年左右，風(fēng)光的發(fā)電比例就會到30%以上，這就是電化學(xué)儲能快速發(fā)展的階段，電化學(xué)儲能也要做到成本最優(yōu)，至少這時候電化學(xué)儲能的成本要比第二批抽水蓄能的廠址成本要低。
（圖）這張圖表現(xiàn)了在高比例新能源下大規(guī)模長時儲能的應(yīng)用，主要是在D5的時候吸納電力，高峰的時候就釋放電力。（圖）這是從相關(guān)文獻得到的長時儲能的容量預(yù)測，今天上午前面幾位專家也都有各自的分享，這個就不多說了。（圖）這是現(xiàn)在的政策，雖然現(xiàn)在全國對儲能還是以新能源配儲能的要求，但是在一些省份，基于新能源的消納問題，也是提出了儲能時長的要求，目前全國大多數(shù)地區(qū)還是2小時儲能，但是在這4個地方都已經(jīng)開始4小時的儲能時長了。大家都知道現(xiàn)在儲能的應(yīng)用基本上是和新能源配置在一起，相當(dāng)于儲能作為新能源的附加產(chǎn)品來做的。真正的儲能產(chǎn)品如果具備獨立的商業(yè)模式，參照河南的政策以及湖南的政策，獨立儲能是完全可以盈利的，而在這兩個省份的政策里對長時儲能有了一定的傾斜性。像河南它容量的租賃電價是按照千瓦時每年租賃的，對于湖南也提出來當(dāng)儲能大于2小時的儲能，就可以按照放電量來折算可對外的出租容量，對于我們長時儲能在這兩個省份的政策下獨立儲能就可以實現(xiàn)盈利了。
（圖）這張圖表現(xiàn)的是像今天上海電氣楊總所說的一樣，液流電池它的對標(biāo)并不是像鋰電池，或者是左下角這部分的功率性墊支，我們做液流電池一開始的對標(biāo)就是對標(biāo)抽水蓄能或者是壓縮空氣，它的應(yīng)用主要是針對電力系統(tǒng)的應(yīng)用。（圖）這是電源側(cè)，大型的風(fēng)光基地促進新能源的消納。在電網(wǎng)側(cè)，關(guān)鍵節(jié)點提供電網(wǎng)的輔助服務(wù)，還有延緩輸電網(wǎng)的配套升級。用戶側(cè)，我們液流電池目前都是針對大工業(yè)用戶來做，或者是工業(yè)園區(qū)做規(guī)模稍微大一些的用戶側(cè)儲能。
（圖）這是我們所做的幾個應(yīng)用場景，一是大規(guī)模新能源基地的，它的作用就是增強新能源基地的外送通道，提供大規(guī)模、長時間的調(diào)峰能力。二是優(yōu)化新能源的儲能配置及運行，通過儲能和新能源基地這塊聯(lián)合運行，促進整個新能源基地的消納問題。三是提供系統(tǒng)的容量充裕度。
它的收益模式，一是容量租賃；二是調(diào)峰補償和現(xiàn)貨差價收益；三是容量補償費用；四是輔助服務(wù)，可以做調(diào)頻、黑啟動的收益。底下也列了相關(guān)的政策，包括山東的租賃政策、河南的租賃政策，以及河南輔助服務(wù)調(diào)峰的收益、容量補償?shù)氖找娴?。除了這兩種，對于獨立儲能還可以參照抽水蓄能進行“兩部制電價”的收益模式，目前大連的恒流電站就是采用容量電價的收益模式?，F(xiàn)在有一些儲能電站也正在向省能源局，或者國家能源局爭取容量電價的支持。作為用戶側(cè)這塊，它還可以把液流電池和城市綜合能源服務(wù)站結(jié)合在一起，去提供電能的移峰填谷，還可以把整個系統(tǒng)里的熱能和其他能源收集在一起，來提供綜合的城市能源的服務(wù)站。
第二部分，鐵-鉻液流電池的介紹。
大家都知道液流電池領(lǐng)域最早開始就是從上世紀(jì)70年代美國NASA開始做鐵-鉻液流電池，中間鐵-鉻液流電池消失在大眾視野中了，現(xiàn)在我們國家電投又開始投入人力、財力做這塊的研發(fā)。其實對液流電池來說，幾個離子對之間，鐵和鉻的資源儲量是比較豐富的，在這個過程中，它的確有一定的基數(shù)瓶頸在，比方說離子互串，正負極電解液的交叉污染問題。還有鉻的反應(yīng)活性差導(dǎo)致的析氫問題，還有離子交換膜價格高的問題，以及電流密度低的問題，這都是技術(shù)瓶頸。但這些問題我們國家電投都是已經(jīng)解決掉的，它的優(yōu)點就是左邊這部分，一是長壽期25年，在25年內(nèi)循環(huán)次數(shù)是不受限制的。二是長時儲能可以做4小時以上的儲能技術(shù)，另外它的電解液因為用的是鐵和鉻，所以電解液成本會比較低，比全釩要低很多。安全性這塊，因為是水系電解液技術(shù)，沒有鋰電池易燃易爆的風(fēng)險。
（圖）這是我們和瑞儲能公司在鐵-鉻液流電池領(lǐng)域所做的技術(shù)專利的布局，我們先后攻克了鉻離子活性差、可行性差的問題，也抑制了析氫，從離子遷移和電流密度這塊，技術(shù)難度我們都已經(jīng)攻克了。（圖）這是我們和瑞儲能公司的定位，第一個是鐵-鉻液流電池的技術(shù)開發(fā)商，第二是設(shè)備生產(chǎn)商，第三是系統(tǒng)建設(shè)的方案提供商，第四是儲能電站的運營管理服務(wù)商。后邊這幾頁PPT就是我們現(xiàn)在所做的一些技術(shù)研發(fā)的工作。
第一，從技術(shù)開發(fā)這塊我們有新一代的電堆，中間這塊這個列表都是我們核心技術(shù)的研發(fā)，我從中挑幾項關(guān)鍵的來說。新一代的電堆，我們“容和一號”電池堆是31.25千瓦，第二代堆是45千瓦，這兩個電堆是同比例的縮放，可以看到第二代電堆功率密度提升了50%，但是它的體積比一代堆要縮小很多。主要得益于電流密度的提升，未來三代堆就會到210毫安每平方厘米，甚至到350毫安每平方厘米。從系統(tǒng)的占地，成本這塊就會有一個大幅度的下降。
第二，電解液的關(guān)鍵技術(shù)，我們有電解液的穩(wěn)定技術(shù)，系統(tǒng)在負40度到正70度都可以全范圍的啟動運行。還有高效的催化劑技術(shù)，利用高效催化劑也抑制了系統(tǒng)鉻的活化反應(yīng)差和可逆性問題，并且抑制了析氫，提升了整個系統(tǒng)的性能。（圖）這是我們系統(tǒng)集成和測試技術(shù)，這些是實驗室的照片，從第一代的測試系統(tǒng)到2.0版，到60千瓦的測試系統(tǒng)。（圖）這是我們在整個液流電池生產(chǎn)這塊，今年1月份，我們致力于在山東濰坊建立了首條全自動化電池堆的生產(chǎn)線，1月份已經(jīng)實現(xiàn)了量產(chǎn)，離子交換膜中試線也已經(jīng)在研究院建成，下一步進入到產(chǎn)業(yè)化推廣的階段。這個膜現(xiàn)在用的是全部自有技術(shù)，還是非氟的膜，解決了國外的“卡脖子”技術(shù)，成本也會有大幅度降低。后續(xù)我們還在做復(fù)合電極批量化的制備與產(chǎn)業(yè)的推廣。（圖）這是我們從系統(tǒng)領(lǐng)域所做的模塊化設(shè)計，我們國家電投研究院這塊前期都是做核級的研發(fā)，我們就把核電極模塊化的設(shè)計理念，還有安全性這塊考慮到整個鐵-鉻液流電池系統(tǒng)集成產(chǎn)品的研發(fā)設(shè)計當(dāng)中?，F(xiàn)在有10千瓦的小型儲能模塊，到60千瓦級的儲能模塊，到兆瓦級的儲能模塊。我如果做到10兆瓦的產(chǎn)品，相當(dāng)于是10個1兆瓦的模塊，整個來疊加就行了。
（圖）這是我們的幾個項目，2020年底的時候，在張家口250千瓦，1.5兆瓦時的鐵-鉻液流電池，這是我們首個示范項目，已經(jīng)正式投運。今年年初，在冬奧會上也是做了大量的報道。（圖）右邊是我們所做的技術(shù)參數(shù)，整體的效率是大于76，充放電切換的時間是80毫秒，這樣鐵-鉻液流電池既可以作為調(diào)峰，也可以作為調(diào)頻的應(yīng)用。（圖）這個項目是我們目前正在調(diào)試的，在內(nèi)蒙古所建的源、網(wǎng)、荷、儲、用的兆瓦級示范，今年年底就會正式投運。（圖）這個項目是我們今年剛獲批的10兆瓦、60兆瓦時的項目，已經(jīng)進入了浙江省的儲能示范電站項目，預(yù)計明年年底就可以建成投運。從儲能電站服務(wù)，我們可以提供儲能電站的智慧運維服務(wù)以及狀態(tài)檢修。
下面就是鐵-鉻液流電池的幾個競爭優(yōu)勢。
一是鐵-鉻的原材料儲量是十分豐富的，不會受市場價格原材料有大幅度的波動，對于鐵-鉻就是下面的這條紅線，相對于全釩和碳酸鋰來說，鐵-鉻原材料的體量是完全可以支撐中國新型電力系統(tǒng)的建設(shè)。
二是和其他技術(shù)的對比圖，剛才劉教授，還有楊總經(jīng)理的圖上也都說了，大家可以看到整個對比里，液流電池的性能都是比較好的，只有第二列能量密度比磷酸鐵鋰低一些，但這只是單體的能量密度，如果做到百兆瓦級的量級，其實和磷酸鐵鋰的占地差不了多少，甚至比磷酸鐵鋰的占地還要小。原因就是液流電池整體布局不用考慮安全間距的設(shè)置，可以挨著放，或者疊著放，所以在規(guī)?；退钥梢詮浹a單體能量密度低的問題。
三是我們做的和鋰電池平準(zhǔn)化度電成本的對比，雖然初投資現(xiàn)在比磷酸鐵鋰要高一些，但是按25年平準(zhǔn)化度電成本來算，目前液流電池的成本就已經(jīng)比磷酸鐵鋰要低了。
四是關(guān)鍵核心技術(shù)，我們電堆、電解液還有系統(tǒng)集成的核心技術(shù)，現(xiàn)在鐵-鉻液流電池已經(jīng)具備了大規(guī)模商業(yè)化的階段。
五是未來對鐵-鉻液流電池系統(tǒng)成本的預(yù)測，預(yù)計明年就可以做到二代堆的量產(chǎn)，二代堆量產(chǎn)后系統(tǒng)的價格千瓦時造價就會到2800。到“十四五”末時，整個的價格就會到1.5塊每瓦時。
六是供應(yīng)鏈這塊，現(xiàn)在自主研發(fā)的交換膜、雙極板、電極以及電解液都已經(jīng)和上下游的供應(yīng)商達成了深度的合作，交換膜是我們自產(chǎn)，后邊的電堆組裝這塊也在全國其他的地方正在布局產(chǎn)線。
七是通過模塊化設(shè)計，比原來的工期大幅度縮短，目前只需要75天就可以把整個電站建成投運，也會為投資方贏得時間，項目盡早的投運就可以盡早的獲利。
八是我們參與國家或者行業(yè)團體標(biāo)準(zhǔn)的情況。
九是我們所獲得的一些獎項情況，最主要的是我們“容和一號”電池堆已經(jīng)獲得了第三方的認證，包括我們合作研發(fā)的PCS也已經(jīng)獲得了第三方的認證。
十是液流電池一直是業(yè)界的關(guān)注點，獲得了大量媒體的報道。
這是我們公司的愿景，打造一流的電力系統(tǒng)的儲能企業(yè)。我的分享就到這里，謝謝大家！
