中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：9月10-11日，由中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)、南方科技大學(xué)碳中和能源研究院、南方電網(wǎng)能源發(fā)展研究院聯(lián)合100余家機(jī)構(gòu)共同支持的碳中和能源高峰論壇暨第三屆中國國際新型儲(chǔ)能技術(shù)及工程應(yīng)用大會(huì)在深圳召開。此次大會(huì)主題是“綠色、經(jīng)濟(jì)、安全、發(fā)展”。
來自行業(yè)主管機(jī)構(gòu)、國內(nèi)外駐華機(jī)構(gòu)、科研單位、電網(wǎng)企業(yè)、發(fā)電企業(yè)、系統(tǒng)集成商、金融機(jī)構(gòu)等不同領(lǐng)域的600余家產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)，1317位嘉賓參加了本屆大會(huì)。
10日下午，中國科學(xué)院金屬研究所研究員、遼寧科京新材料有限公司首席科學(xué)家嚴(yán)川偉受邀在“長時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)及應(yīng)用專場”分享了主題報(bào)告，主題為《全釩液流電池的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展》。
嚴(yán)川偉：大家下午好！今天與大家分享一下全釩液流電池的產(chǎn)業(yè)化的觀點(diǎn)。
關(guān)于儲(chǔ)能的背景、大的邏輯我就不再贅述，但是需要強(qiáng)調(diào)一下，大規(guī)模、長時(shí)儲(chǔ)能在支撐國家戰(zhàn)略發(fā)展方面是最大的儲(chǔ)能需求，是最值得關(guān)注的技術(shù)挑戰(zhàn)和商業(yè)機(jī)會(huì)。大規(guī)模、長時(shí)儲(chǔ)能的首要要求就是：足夠的安全。要做到足夠安全是不容易的，到目前為止就電化學(xué)儲(chǔ)能來講，安全問題還是突出的，出問題的概率太高，與大規(guī)模長時(shí)儲(chǔ)能的要求（足夠安全）差距巨大。
中電聯(lián)在2022年所做的一個(gè)官方調(diào)查顯示，現(xiàn)在已經(jīng)建成針對新能源消納的電化學(xué)儲(chǔ)能電站（絕大多數(shù)是鋰離子電池）的利用系數(shù)只有6.1%。這意味著除了調(diào)試，一些必要的演示/展示，這些電化學(xué)儲(chǔ)能電站大部分時(shí)間處于閑置狀態(tài)，或者說基本上沒有實(shí)際用，是一個(gè)擺設(shè)。造成這種情況的原因有多種，比如說，可以不用（沒有要求用）、缺乏合適商業(yè)模式很難盈利、應(yīng)用技術(shù)不夠成熟和可靠等等，但有一個(gè)大家不愿提及但確實(shí)是不容回避的問題，那就是安全，電池本身的安全（本征安全）。由于潛在的電池技術(shù)體系本身的安全風(fēng)險(xiǎn)，使得有關(guān)方對全功率、全負(fù)荷地運(yùn)行儲(chǔ)能系統(tǒng)不放心，這至少是導(dǎo)致“建而不用”的一個(gè)比較核心的因素。
關(guān)于大規(guī)模儲(chǔ)能的要求，首先是安全，沒有安全就沒有一切，沒有安全就沒有市場和商業(yè)意義；第二是適合，技術(shù)適合于長時(shí)大規(guī)模儲(chǔ)能應(yīng)用；再者就是具有經(jīng)濟(jì)性，即能夠賺錢，這樣才能廣泛和可持續(xù)操作下去；還有就是環(huán)保，全產(chǎn)業(yè)鏈符合環(huán)保要求，尤其最終的使用不對社會(huì)造成額外的環(huán)保及壓力（例如不會(huì)由于繁復(fù)的環(huán)保處理導(dǎo)致高昂的附加成本）。
符合上述要求可用于大規(guī)模長時(shí)儲(chǔ)能的技術(shù)，包括抽水蓄能、壓縮空氣、儲(chǔ)熱和液流電池等。各種大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)各有其特點(diǎn)，并不是說你有一種就可以不要其他的，它們之間會(huì)有一些在功能上的重疊，但是他們各自有各自的優(yōu)勢和特點(diǎn)。
不同的液流電池，其特點(diǎn)和功能也是有差異的，有的適合于大規(guī)模長時(shí)儲(chǔ)能，而有的液流電池可能適合于功率型的或者是其它的應(yīng)用。但對于全釩液流電池的定位，主要是大規(guī)模長時(shí)儲(chǔ)能。
儲(chǔ)能需求實(shí)際是多方面、多層次的，除大規(guī)模、長時(shí)的能量型儲(chǔ)能外，還有極為豐富的其它儲(chǔ)能需求。不過，有些我們所熟知的電池就不應(yīng)屬于我們所提的長時(shí)、大規(guī)模儲(chǔ)能應(yīng)用領(lǐng)域，典型的就包括鋰離子電池，它的性能優(yōu)良、產(chǎn)業(yè)鏈成熟，但是由于它本征安全性限制，更適合于更小的規(guī)模、更短儲(chǔ)能時(shí)長的應(yīng)用，因?yàn)檫@樣可以有效管控和規(guī)避安全局限性，發(fā)揮其自身優(yōu)勢。
全釩液流電池產(chǎn)業(yè)技術(shù)趨于成熟，在產(chǎn)業(yè)發(fā)展維度主要表現(xiàn)為：首先，產(chǎn)品可靠性已經(jīng)達(dá)到了比較高的水平；其次，成本已大幅降低，達(dá)到了進(jìn)行商業(yè)化操作的基本要求；再者，較充分的驗(yàn)證與示范，已經(jīng)進(jìn)行了多年的各種規(guī)模、各種應(yīng)用場景的驗(yàn)證，技術(shù)經(jīng)濟(jì)性都獲得了驗(yàn)證，并取得了比較充分的第一手?jǐn)?shù)據(jù)。
釩電池儲(chǔ)能已經(jīng)形成了一個(gè)基本產(chǎn)業(yè)鏈，從上游到中游直至下游都有相應(yīng)的企業(yè)參與。
從容量這個(gè)角度，電解液現(xiàn)在有兩類，一類是硫酸作支持電解質(zhì)，一類是混酸（硫酸+鹽酸）作支持電解質(zhì)，它們各有優(yōu)勢和局限性，不是可以互相代替的，就看你怎么選擇、怎么用。經(jīng)典的電解液制備工藝（由高價(jià)態(tài)釩產(chǎn)品制備）都是成熟的，可以批量化生產(chǎn)；短流程工藝是由浸出液直接制備（不經(jīng)過五氧化二釩這種釩產(chǎn)品）的工藝，成本大幅度降低，已經(jīng)開發(fā)成功，當(dāng)前有若干企業(yè)可以生產(chǎn)。
電堆是反映釩電池儲(chǔ)能技術(shù)含量的最核心的部件，有可靠的產(chǎn)品，成本也是可接受的，面向未來核心在于降低它的成本，還要進(jìn)一步提高它的功率密度、提高它的指標(biāo)。當(dāng)前的電堆產(chǎn)品可以滿足產(chǎn)業(yè)化的需求，目前至少有若干家產(chǎn)品的可靠性可以滿足應(yīng)用要求。
今天很多人講到膜的問題，膜確實(shí)是一個(gè)核心材料，在功率單元是很核心的部件。當(dāng)前有兩類膜，一類是篩分膜，一類是離子交換膜。離子交換膜里面對于全釩液流電池唯一可用的就是全氟磺酸膜，其它的化學(xué)穩(wěn)定性或者其它的性能根本滿足不了產(chǎn)業(yè)應(yīng)用（做點(diǎn)科學(xué)研究是可以的，但產(chǎn)業(yè)應(yīng)用不行)。
這兩種膜都是可以在市場上應(yīng)用，在可預(yù)見的未來，如果說你想獲得比較高的電堆技術(shù)指標(biāo)，全氟磺酸這個(gè)膜是不可或缺的。
雙極板在過去大家都不太重視它，因?yàn)檫^去電堆的功率密度較低，雙極板對電堆功能影響比例很小（只有1%或0.5%左右），但是現(xiàn)在功率密度提高了，它的影響在變大，尤其隨著電堆技術(shù)的快速迭代，雙極板的性能就顯得非常重要了。至少在目前有這么幾類材料是可選可用的，也有針對全釩液流電池的產(chǎn)品。另外我們的產(chǎn)業(yè)發(fā)展還要關(guān)注跟全釩液流電池或者跟液流電池相關(guān)的氫能領(lǐng)域，有很多雙極板方面的技術(shù)探索和工作積累，雖然不完全一樣，但是技術(shù)上很大程度上是共性的。
電極方面，現(xiàn)在主要是聚丙烯腈氈，但伴隨電堆結(jié)構(gòu)技術(shù)的迭代發(fā)展，非氈形式的電極將逐漸增加。當(dāng)前聚丙烯腈氈的后端工藝步驟都在國內(nèi)生產(chǎn)，但前端在國外，不利于產(chǎn)業(yè)發(fā)展。需要將前端工藝過程在國內(nèi)發(fā)展起來，國內(nèi)正在做相應(yīng)的努力，這對于降低電極產(chǎn)品成本，滿足市場的規(guī)模化發(fā)展，都是至關(guān)重要的。
系統(tǒng)集成與應(yīng)用這一塊，就是體現(xiàn)在要把電池用好（做化學(xué)儲(chǔ)能，實(shí)質(zhì)工作在于一個(gè)是把電池做好，一個(gè)是把電池用好），系統(tǒng)集成在于把電池用好，面向產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，這部分工作是重中之重，而之前在這方面所做的工作與實(shí)際需要相比還有待進(jìn)一步加強(qiáng)。
至于行業(yè)發(fā)展當(dāng)前的認(rèn)知，主要問題在于：第一，把釩電池儲(chǔ)能看得太簡單。實(shí)際上，釩電池儲(chǔ)能技術(shù)門檻很高，絕不像一些人想象的那樣容易，比如象搞房地產(chǎn)那樣，靠砸一些錢，有些關(guān)系就可以搞定，它需要很深厚的技術(shù)積累。第二，指望或幻想儲(chǔ)能“建而不用”，即存在機(jī)會(huì)主義思想。前面講到官方調(diào)查的情況就是這樣，因?yàn)檫^去建新能源要配建儲(chǔ)能電站，并不要求你用，可以用最廉價(jià)的，往后是不可以的，儲(chǔ)能是現(xiàn)實(shí)而緊迫的需求，因?yàn)楹芸煨履茉吹恼急染蜁?huì)達(dá)到較高水平（直接入網(wǎng)將對電網(wǎng)安全構(gòu)成威脅），過去可以不儲(chǔ)，將來就不是這種情況。另外，政府也注意到這個(gè)漏洞，再想渾水摸魚，那是比較難的事情。
關(guān)于行業(yè)發(fā)展的任務(wù)與挑戰(zhàn)。首先是技術(shù)的完善，這是自然而然的事情，我們從事企業(yè)、商業(yè)或者是技術(shù)的工作者都繼續(xù)做自己的事。另外一個(gè)是政策與模式，儲(chǔ)能是一個(gè)新的事物，甚至它是能源供給系統(tǒng)的調(diào)整再造，需要政府主導(dǎo)政策操作，需要一些時(shí)間，當(dāng)然現(xiàn)在速度越來越快，有越來越多的政策落地。再有就是現(xiàn)實(shí)的、技術(shù)性的、商業(yè)性的，主要是釩資源的市場，怎么以合理的價(jià)格供應(yīng)充分的釩。一直以來，釩價(jià)格的波動(dòng)對全釩液流電池儲(chǔ)能的發(fā)展過大，盡管這個(gè)波動(dòng)對于已有的傳統(tǒng)市場（應(yīng)用于鋼鐵）來說不是問題。
我們的雙碳戰(zhàn)略需要多少釩呢？我們可以做一些估計(jì)，比如說在2030年和2050年，到2030年需要新增將近100萬噸，每年10萬噸以上，到2050年，平均每年要增20萬噸，一共要增500-600萬噸。這個(gè)增量對于現(xiàn)有的釩產(chǎn)業(yè)規(guī)模是很大的。
釩夠不夠用呢？釩是足夠用的，無論哪種釩，釩鈦磁鐵礦和石煤都有很多，資源是足夠的。
問題的本質(zhì)是釩的市場與釩電池儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)不兼容，它作為鋼鐵冶金行業(yè)的副產(chǎn)物，生產(chǎn)釩占85%，鋼鐵消費(fèi)現(xiàn)在已經(jīng)消費(fèi)了95%以上的釩，在鋼鐵江湖里形成了一個(gè)閉環(huán)。這樣就在兩個(gè)方面有影響，一個(gè)方面是價(jià)格的敏感度，另外一個(gè)是產(chǎn)能，為什么價(jià)格敏感度是一個(gè)因素呢？因?yàn)殇撹F是作為合金元素來用釩的，添加的量很少，一般來講添加0.2%（最多不超過0.5%）。釩的價(jià)值在最終產(chǎn)品（鋼鐵）當(dāng)中所占的比例是極小的，價(jià)格的波動(dòng)對這個(gè)產(chǎn)品最終商業(yè)的影響很微弱。但是釩電池儲(chǔ)能完全不一樣，釩的價(jià)值至少要占到50%以上，所以價(jià)格波動(dòng)對它的影響是很大的。另外一個(gè)是產(chǎn)能限制，如前所述，釩的生產(chǎn)是鋼鐵冶金副產(chǎn)物，產(chǎn)量受鋼鐵產(chǎn)能的限制，能拿出來做儲(chǔ)能的比例有限。
現(xiàn)在的產(chǎn)業(yè)構(gòu)架是有潛力的，可以擴(kuò)大釩的總量。因?yàn)榛ㄒ?guī)模趨于飽和（鋼鐵消費(fèi)萎縮，釩用量減?。?，可以使得釩的量每年能釋放出數(shù)萬噸，當(dāng)前階段1-2萬噸/年用于儲(chǔ)能是沒有問題的。另外還可以把可用的釩鈦磁鐵礦更多的用于提釩，把釩都提煉出來，每年也可以增加一定的量。這是在現(xiàn)有的釩的市場構(gòu)架下，可以釋放相當(dāng)?shù)臐摿Γ赃@部分不用太擔(dān)心。
從擺脫鋼鐵產(chǎn)能綁定這一塊可以開發(fā)更多的釩，比如石煤釩，當(dāng)前我們只有1萬多噸/年，在兩年內(nèi)可以再增加4—5萬噸/年。還有釩鈦磁鐵礦以及其它的資源直接提釩都有一定的可行性，以及其它的二次資源的利用，都是很好的解決途徑。
總結(jié)一下，大規(guī)模長時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)必須是安全、適合、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境友好，釩電池屬于現(xiàn)實(shí)、靠譜的大規(guī)模長時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)之一，也是距離產(chǎn)業(yè)化最近的技術(shù)之一。
釩電池從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性上都已經(jīng)達(dá)到了商業(yè)發(fā)展的基本要求，并且形成了產(chǎn)業(yè)鏈，挑戰(zhàn)在于當(dāng)前釩的市場與釩電池儲(chǔ)能不相容。這個(gè)問題正在緩解，最終能夠被徹底解決，對整個(gè)產(chǎn)業(yè)的制約不會(huì)產(chǎn)生一個(gè)本質(zhì)性的限制作用。
釩電池儲(chǔ)能系統(tǒng)及其應(yīng)用，將是產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的重要技術(shù)工作內(nèi)容，需要在技術(shù)上、在實(shí)施儲(chǔ)能系統(tǒng)集成與應(yīng)用上下真工夫。
產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要風(fēng)險(xiǎn)之一，是一些人把釩電池儲(chǔ)能看得太簡單，這樣容易把事做砸，使行業(yè)深受其害。
規(guī)模儲(chǔ)能終將回歸理性，必須摒棄建而不用的幻想，基于安全、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的理念，扎實(shí)推進(jìn)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
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