中國儲能網(wǎng)訊：8月24-26日，由深圳市發(fā)展和改革委員會指導(dǎo)，中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會與南方科技大學(xué)碳中和能源研究院聯(lián)合主辦，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能技術(shù)及工程應(yīng)用大會與新型儲能技術(shù)青年科學(xué)家論壇在深圳召開。此次大會主題是“開拓新質(zhì)生產(chǎn)力，推動儲能產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展”。
大會主辦方邀請6位院士及100位行業(yè)專家分別從新型儲能系統(tǒng)集成解決方案、長時儲能技術(shù)及應(yīng)用、虛擬電廠、工商業(yè)儲能專場、新型儲能電池、新型儲能與電力市場、智能微電網(wǎng)、儲能標(biāo)準(zhǔn)宣貫、新型儲能技術(shù)青年科學(xué)家論壇等12個專場進(jìn)行充分討論交流。
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500余家產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)，1012位嘉賓參加了本屆大會，其中21家企業(yè)展示了儲能產(chǎn)品解決方案，在線觀眾超過4萬余人觀看了開幕盛況。
本次大會由中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會儲能應(yīng)用分會和中國儲能網(wǎng)、中國儲能網(wǎng)聯(lián)合承辦，中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會儲能應(yīng)用分會專家委員會提供學(xué)術(shù)支持！
8月25日上午，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“新型儲能電池專場”分享主題報告，報告題目《長時儲能與全釩液流電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展》。
嚴(yán)川偉：謝謝組委會的邀請，今天跟大家分享長時儲能以及全釩液流電池的發(fā)展。
三個方面：首先是儲能需求與賽道，國家能源戰(zhàn)略的最底層的邏輯在于能源安全，當(dāng)前我們國家能源對外的依存達(dá)到70%，對狹窄的馬六甲水道的依賴達(dá)到70%。對我們這樣一個巨大體量及能源需求的國家來說，這是絕對不可接受的。至于氣侯變化因素，是合理的規(guī)則要求與義務(wù)，最本質(zhì)的東西就是能源安全。
“3060”國家戰(zhàn)略，本質(zhì)就是構(gòu)建基于可再生能源的新型電力系統(tǒng)，在于從根本上解決能源安全問題，不是能不能做的事情，而是必須做?；诳稍偕茉?，由于它的不穩(wěn)定性、不連續(xù)性必須儲能，而所謂長時儲能至少應(yīng)該能夠平衡日內(nèi)需求的儲能，至少應(yīng)該在10小時左右。我覺得美國能源部的定義是比較合乎邏輯的，一般三四個小時就算長時儲能，那僅僅是在目前，我們在推動的起始階段做一些探索性、嘗試性的工作可以，但未來真正的需求，真正能夠支撐國家的能源安全邏輯方面，必須是更長時間的長時儲能。
儲能發(fā)展的現(xiàn)實情況是滯后于國家戰(zhàn)略，在新型電力系統(tǒng)構(gòu)建的第一階段（當(dāng)前到2030年），我們的儲能技術(shù)是無法支撐的，真正現(xiàn)實可用的成熟技術(shù)就是抽水蓄能，在數(shù)和量上都滿足不了，而且還有建設(shè)進(jìn)度或周期問題。因此，這也是新型儲能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個機(jī)遇期、窗口期，十分緊迫，需要快速的立起來，并做強(qiáng)做大。
電化學(xué)儲能作為新型儲能的一類，這幾年獲得了比較大的發(fā)展，但是給社會的印象或者事實上的“配而不用”現(xiàn)象嚴(yán)重。當(dāng)然原因有很多：一個是需求剛性還沒有達(dá)到，新能源占比現(xiàn)在剛剛達(dá)到20%，剛需不夠；二是市場機(jī)制，成本傳遞不明確，不能賺錢；三是可靠問題，技術(shù)不夠成熟可靠；四是壽命問題；五是安全問題，對使用者制造者來講都有這樣的焦慮。后兩者問題更主要的是路線問題，就是所選用的技術(shù)路線（不適當(dāng)）。這里我們不是說誰對誰錯，因為之前是沒有什么選擇的，但是之后我們應(yīng)該認(rèn)識到這個問題，把工作做得更具體、更細(xì)致。
不同的儲能技術(shù)適合不同的應(yīng)用，因為它有不同的壽命、時長、適合規(guī)模，對于規(guī)模比較大的，尤其是長時儲能，要足夠安全，安全是第一位的，是前提。截止到目前，全球5000多座上規(guī)模的電化學(xué)儲能電站，它的發(fā)生問題的概率，就是起火爆炸的概率是1.5%（如果加上國內(nèi)的“配而不用”因素，恐怕這個數(shù)會更大），這個顯然對于大型儲能應(yīng)用是不可接受的。我們的觀點是：對于大型儲能，本征安全是必要的，是系統(tǒng)安全的前提。因為如果技術(shù)本身就安全（本征安全），那對于構(gòu)建系統(tǒng)的安全就是一個保證。
大規(guī)模長時儲能的市場特點是什么？要求又是什么樣呢？基于前面的一些討論：一個是市場規(guī)模比較大，這根本不用解釋；二是成本比較低，儲能原來在電力系統(tǒng)中是不存在的，是一個新事物，原來是發(fā)、輸、配，現(xiàn)在把儲加上，對于終端用戶來講，電價不應(yīng)該有明顯的提升，這樣就決定了這個儲不可能貴。所以，大規(guī)模的長時儲能要求就顯而易見：一個是安全；二是技術(shù)要適合；三是經(jīng)濟(jì)性，即完全可以市場化運行（當(dāng)然經(jīng)濟(jì)性包含資源、環(huán)保等等影響因素在內(nèi)）。
適合長時儲能賽道的技術(shù)包括抽水蓄能、壓縮空氣、全釩液流電池為代表的液流電池等（這里大致列了主要的幾種，當(dāng)然不是也不可能是全部）。全釩液流電池至少在建設(shè)周期、容量與功率的解耦（相互獨立）、選址靈活性等方面具有獨特的特點或者優(yōu)勢，也因此構(gòu)成了它的所謂不可替代性。
從經(jīng)濟(jì)性角度，全釩液流電池事實上具有很好的經(jīng)濟(jì)性潛力，滿足大規(guī)模長時儲能必須便宜低成本的要求。當(dāng)然，它現(xiàn)在沒有走到成熟的產(chǎn)業(yè)化階段，尚未很好釋放其潛力，未來它一定會很便宜，因為基于功率、容量、儲能時長各維度的發(fā)展，它的建設(shè)成本優(yōu)勢是驚人的，當(dāng)然從全生命角度來講肯定也會非常低，優(yōu)勢毋庸置疑。
現(xiàn)在我們再看釩電池技術(shù)的產(chǎn)業(yè)鏈，準(zhǔn)確定義應(yīng)為：趨于成熟，用這四個字可以準(zhǔn)確地描述當(dāng)前的發(fā)展?fàn)顟B(tài)。從影響產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面角度理解，首先是可以實現(xiàn)穩(wěn)定工作，出問題的概率比較低了；其次，成本已經(jīng)到能夠進(jìn)行商業(yè)化操作了，可以實現(xiàn)良性的、可持續(xù)的產(chǎn)業(yè)工作推進(jìn)。
從技術(shù)發(fā)展演進(jìn)來講，至少從這十多年來看，可以分為這么幾個階段：從2012年到2023年，叫蜇伏探索階段，產(chǎn)業(yè)相關(guān)操作或活動的規(guī)模很小，每年用到的核心材料釩非常少，甚至不足100噸。最近幾年在逐漸上升，但是規(guī)模也在千噸級。在當(dāng)前叫產(chǎn)業(yè)初期或者示范驗證期，這個期間應(yīng)該是一個謹(jǐn)慎發(fā)展、顯著增長的階段，用釩每年都會超過一兩萬噸、兩三萬噸的規(guī)模，每年是可見的增長，大致是倍增這樣的速度，今年裝機(jī)會在五六百MW，明年可能會過GW。之后，如果沒有不可抗力的顛覆或行業(yè)太不爭氣的話，就會走上真正產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的階段了，進(jìn)入快速發(fā)展期。
產(chǎn)業(yè)鏈基本形成，或者說形成了一個基本的產(chǎn)業(yè)鏈，上游和中游是容量（電解液相關(guān)）和功率（電堆相關(guān)），下游是應(yīng)用，共這么三個板塊。
第一個板塊是電解液，電解液需要釩的原料，最后變成釩的產(chǎn)品，再做成電解液，這是傳統(tǒng)的做法，多年以來一直這么做，工藝很成熟、很可靠。最近這兩年發(fā)展了短流程，就是由浸出液短接過來，不經(jīng)過釩產(chǎn)品，直接到電解液。
就供給情況而言，在一到兩年內(nèi)，電解液供應(yīng)還是比較緊張的，因為真正能夠提供大批量產(chǎn)品（可供貨千立方米/年噸的廠家只有兩三家）。聽說有些投資電解液或釩資源的投資者或者有些想?yún)⑴c的人多數(shù)在觀望，我想這是不應(yīng)該的，因為電解液的生產(chǎn)能力建設(shè)還是需要比較長時間，如果你沒有基礎(chǔ)的話，目標(biāo)產(chǎn)能規(guī)模規(guī)模又比較大的話，僅僅電解液的建設(shè)周期會達(dá)到一年左右的時間。如果建得比較小那是另當(dāng)別論，我說的是真正對產(chǎn)業(yè)起非常大作用的萬立方米/年級的生產(chǎn)條件的建設(shè)。
電堆是反映釩電池技術(shù)能力最核心的部件，當(dāng)前要求是產(chǎn)品可靠，真正能用。面向未來則需要大幅度提高功率密度，這樣可以大幅度降低成本。至少在當(dāng)前，有一些企業(yè)的產(chǎn)品可以滿足當(dāng)前產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需要；另外，需要指出的是電堆技術(shù)處于發(fā)展的轉(zhuǎn)折階段（或是快速技術(shù)迭代階段）。
功率單元有三種關(guān)鍵材料，第一種是膜，對于全釩液流電池來講，膜材料有兩類：一類是篩分膜，一類是離子膜。真正能夠在可見的未來支撐產(chǎn)業(yè)發(fā)展的，是離子交換膜，而且就是全氟磺酸質(zhì)子交換膜。
作為膜的原料--樹脂的制造難度更高，以至于杜邦公司壟斷了幾十年，長期享有超額利潤。膜產(chǎn)品現(xiàn)在生產(chǎn)廠家比較多，可以滿足產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需要。從供給情況看，原材料比較充分，并且也實現(xiàn)了國產(chǎn)化，膜產(chǎn)品供應(yīng)比較平穩(wěn)。
關(guān)鍵材料中第二個是雙極板，其可分多種類型，例如，天然石墨的，導(dǎo)電性比較好，但是加工效率比較差（導(dǎo)致成本相對較高）；再如復(fù)合雙極板，其導(dǎo)電性偏弱，但生產(chǎn)效率加工效率比較高。有些生產(chǎn)商是近期由原來氫能領(lǐng)域轉(zhuǎn)換過來的，有很好的技術(shù)基礎(chǔ)和生產(chǎn)制造經(jīng)驗?？傮w而言，當(dāng)前雙極板產(chǎn)品級產(chǎn)能基本上可以滿足市場需要，
關(guān)鍵材料之三就是電極，通俗來說，主要就是聚丙烯腈石墨氈，當(dāng)然還有其他多孔碳材料類型。若果說有瓶頸的話，則是前端的預(yù)氧化絲的制造，目前國內(nèi)正在解決生產(chǎn)制造能力問題，并已經(jīng)實現(xiàn)了突破，在最近這一兩年內(nèi)，整個全產(chǎn)業(yè)鏈將能全部打通，不會影響整個產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，但是我們需要密切關(guān)注相關(guān)國產(chǎn)化的進(jìn)程。
應(yīng)用板塊，是非常核心和非常關(guān)鍵的部分，整個產(chǎn)業(yè)化的歸宿所在及核心所在。如果從另外一個角度來講，我們電池儲能實際上是做兩件事：一件是把電池做好，一個是把電池用好，整個應(yīng)用是把電池用好，好的電池怎么用好非常重要，非常關(guān)鍵。所以這是當(dāng)前的核心，也是可能會被很多人忽視或者把這個事看得簡單的方面，以為這個事很好做，實際上遠(yuǎn)遠(yuǎn)不是這樣。做比較小的系統(tǒng)沒有問題，真正滿足大的支撐新能源發(fā)展，大規(guī)模電站絕對是一個問題，面臨重大的考驗。
第三部分是產(chǎn)業(yè)挑戰(zhàn)與策略。首先我們需要對基于技術(shù)的發(fā)展有認(rèn)知，全釩液流電池是電化學(xué)電池系統(tǒng)，它由單電池堆再構(gòu)成模塊，再構(gòu)成系統(tǒng)，影響因素非常多，它跟其他的大型物理儲能，像壓縮空氣，一個單機(jī)可以做到幾百兆瓦不同，我們是一個個單電池疊起來的，再把堆構(gòu)成系統(tǒng)，影響因素比較多。當(dāng)然其他電池也是這樣，但他們大多已經(jīng)走過了很長的路，而這個電池才剛剛起步。另外液流電池是液相傳質(zhì)為基礎(chǔ)的電化學(xué)系統(tǒng)，又疊加了流場、電場等因素，影響變量就更多更復(fù)雜。還有缺乏專業(yè)的制造基礎(chǔ)及經(jīng)驗，所以需要充分的工程化、產(chǎn)業(yè)化的驗證，也就是剛才說到的那個，我們現(xiàn)在整個產(chǎn)業(yè)處于這樣一個產(chǎn)業(yè)化驗證的階段，或者產(chǎn)業(yè)化的初期，需要更多的實際應(yīng)用的大型系統(tǒng)落地，來暴露問題，解決問題，不可能一下子非常大規(guī)模的全部鋪開，沒到那個階段。
釩資源的市場特點，截至目前這個市場與儲能產(chǎn)業(yè)不兼容，因為釩是作為鋼鐵冶金副產(chǎn)物為主來生產(chǎn)的，而且釩的產(chǎn)品，絕大多數(shù)（不低于90%）的釩又用到鋼鐵冶金上面去。這兩種用途非常不一樣，釩在鋼鐵的應(yīng)用是作為核心元素添加的，加入0.2%、0.3%足夠了，一般不超過0.5%，用了這么小比例的釩，釩的價格波動，對這個行業(yè)沒有太大影響，即價格不敏感。對于全釩液流電池，釩在儲能系統(tǒng)當(dāng)中占的價值比例非常高（超過了50%），所以價格的波動對它影響非常大，甚至是致命性的，即對釩價格敏感。
另外由于它是作為鋼鐵冶金的副產(chǎn)物，就受到鋼鐵產(chǎn)能的綁定影響，能不能供應(yīng)足夠的釩，取決于鋼鐵產(chǎn)能情況。所以它是一個價格波動影響比較大，還有供應(yīng)量受鋼鐵產(chǎn)能綁定的問題。
針對這些問題，最近這幾年行業(yè)做了相應(yīng)的努力，一方面是基于傳統(tǒng)市場的特點，釋放了釩的產(chǎn)能和生產(chǎn)能力，還有是一種自然釋放，因為鋼鐵需求的下降，導(dǎo)致了釩資源的下降，這樣就有更多的釩用于儲能產(chǎn)業(yè)，每年大約3000噸左右釋放出來。另外是主觀的，之前有些釩鈦磁鐵礦資源是作為普遍鐵礦使用的，現(xiàn)在已經(jīng)多數(shù)實現(xiàn)了“應(yīng)提盡提”的條件改造，每年釩的產(chǎn)能提高了約3萬噸左右。
多釩源直接提釩，一個是石煤資源，每年產(chǎn)量1.1-1.4萬噸，但面臨成本的問題；還有磁鐵礦直接提釩，無論利用國內(nèi)還是國外資源，每年都有很大的潛力。再有就是二次釩，就是含釩固體廢棄物，國內(nèi)有萬噸級的潛力有待于開發(fā)和釋放。
全釩液流電池的釩用在儲能上還有一個特點，就是它的金融屬性，即釩不消耗、不消散，可以保值增值，如果采用融資租賃的方式，可以降低建設(shè)成本。無論怎么說，這個行業(yè)面臨的任務(wù)，一個是提高可靠性，提高系統(tǒng)可靠性；第二方面是降低成本，降低成本一個是功率方面，還有容量堆和電解液。
電堆的發(fā)展及其創(chuàng)新支撐，從功率密度來講，電堆一開始都是在幾十個毫安每平方厘米的電流密度，發(fā)展很快。現(xiàn)在到了第二個階段，我們要注意到里面的控制因素，最開始的控制因素主要是電阻，現(xiàn)在是電阻+傳質(zhì)，再往下走這些因素還會再增加，電阻+傳質(zhì)+活化，所以在材料方面要有相應(yīng)的支撐。
頁巖釩資源的利用對于我們這個行業(yè)的發(fā)展至關(guān)重要，一些關(guān)鍵問題的解決對它的影響還是非常重大的。加工及其產(chǎn)品的成本之所以高，是因為它的含釩量很少，而且現(xiàn)在沒有很有效手段進(jìn)行富集，這樣就直接用原礦進(jìn)行冶煉，這樣勢必消耗過于大量的原材料、輔料、能源，導(dǎo)致成本高，如果能找到相應(yīng)的有效富集辦法，將對整個行業(yè)是巨大的利好，希望有志之士在這方面能多做工作。
總結(jié)與展望：作為長時儲能技術(shù)，全釩液流電池具有優(yōu)勢和不可替代；現(xiàn)在處于產(chǎn)業(yè)化前期，當(dāng)前裝機(jī)規(guī)模是GW級；行業(yè)自身主要任務(wù)在于：提高產(chǎn)品可靠性、降低成本。
謝謝！
