中國儲能網(wǎng)訊：5月24～26日，由工業(yè)和信息化部節(jié)能與綜合利用司與國家能源局能源節(jié)約和科技裝備司聯(lián)合指導，中國化學與物理電源行業(yè)協(xié)會主辦并聯(lián)合240余家機構共同支持的第十三屆中國國際儲能大會在杭州召開。
來自行業(yè)主管機構、國內(nèi)外駐華機構、科研單位、電網(wǎng)企業(yè)、發(fā)電企業(yè)、系統(tǒng)集成商、金融機構等不同領域的1011余家產(chǎn)業(yè)鏈供應鏈企業(yè)，5417位嘉賓參加了本屆大會，其中245家企業(yè)展示了儲能產(chǎn)品，可謂盛裝出席，涵蓋系統(tǒng)集成、電芯、PCS、BMS、集裝箱、消防、檢測認證等新型儲能全產(chǎn)業(yè)鏈。
5月25日下午，液流儲能科技有限公司總經(jīng)理鄭曉昊受邀在專場分享了主題報告，報告題目為《寬溫液流電池的投放優(yōu)勢》。以下是報告主要內(nèi)容：
鄭曉昊：謝謝各位專家，我是液流儲能科技的總經(jīng)理。
前面話題大家主要是談對儲能大方向上面一個介紹和判斷，我從現(xiàn)場的一些案例去介紹電化學儲能在高溫運行過程中所遇到的問題。還有我們的一些技術和解決辦法。
談到高溫運行的電化學儲能電池，可能我們就必不可少的要聊到高頻調(diào)用的問題，就是在電網(wǎng)高頻調(diào)用電化學儲能電池的情況下，我們的電池勢必會出現(xiàn)大量溫度的上升。在大量溫度上升的過程中，我們就要去直面散熱或者是溫度高溫運行解決的問題。
基本上高頻次的調(diào)用是行業(yè)內(nèi)儲能電站的一個核心要求，基本上儲能分成發(fā)電側、電網(wǎng)側和用戶側這三塊兒。在發(fā)電側和電網(wǎng)側對于儲能&的調(diào)用頻次和要求其實非常高的，基本上在發(fā)電側每一次的光伏的發(fā)電處理都會對儲能電站進行一次調(diào)用，基本上耦合程度是非常高的。光伏一天基本上是一次調(diào)用，風能基本上一天三到十次調(diào)用，潮汐一般是四次調(diào)用。而在電網(wǎng)側因為涉足的一級調(diào)頻、二級調(diào)頻，所以說一天的調(diào)用頻次會超過一千次。因為清潔能源在電網(wǎng)的占比逐步在提高，所以說它的占比已經(jīng)基本上達到了極限?，F(xiàn)在火電承擔著對電網(wǎng)的調(diào)用的一個主力，而它每天的緊急起停次數(shù)已經(jīng)超過了500次?；旧匣痣姷木o急起停也是電網(wǎng)里面非常危險的動作，現(xiàn)在的電化學儲能還暫時沒有辦法取代火電大規(guī)模、多頻次調(diào)用的狀態(tài)。
而在電站方也是希望被高頻調(diào)用的，這個是來源于山東省電力調(diào)度中心的數(shù)據(jù)，不同的電站在電網(wǎng)上的地位是不一樣的，電網(wǎng)調(diào)用次數(shù)也是不一樣的。電網(wǎng)次數(shù)高的電站每年的收益率大概在2000萬左右，IRR大概在8%。但是調(diào)用次數(shù)比較低的電站，基本上只能收取容量租賃的費用，這個電站收益率基本上是比較低的，IRR大概低于5%。您知道現(xiàn)在基本上大部分的企業(yè)對于儲能電站的投資回報率的要求都是在6.5%以上，當你的調(diào)用次數(shù)非常低的情況下，你的投資回報率是算不過來的，很多的投資方不愿意托底?，F(xiàn)在的電力現(xiàn)貨市場的收益分差基本上分成四個大塊兒，容量租賃費大概是300塊錢一千瓦，容量補償費用大概是60塊錢一千瓦，這兩個費用基本上對調(diào)用的頻次沒有太多的要求。但是剩下的兩部分對調(diào)用頻次越高，你的收益率會越高，第一塊是電能交易，基本上每天一次的調(diào)用，如果按照0.52元的峰谷電價差計算，可以做到92塊錢一千瓦的收益。如果能夠滿充滿放一天六次，收益率可以達到522塊錢一千瓦。這樣的話，收益能夠遠超容量租賃費用和容量補償費用的部分，收益率可以大幅的提高。調(diào)頻費用也是這樣的，基本上現(xiàn)在的電化學儲能電站，尤其是火儲聯(lián)合調(diào)頻的儲能電站，一天參與的一次調(diào)頻、二次調(diào)頻的數(shù)字一天在20次的樣子，它每天調(diào)頻的收益基本上在40塊錢一千瓦。但是如果你能每天參與過300次的調(diào)頻的需求響應，那你的收益也會到達600塊錢一千瓦，基本上也是遠超于現(xiàn)在電網(wǎng)能給的補貼金額。
電網(wǎng)那邊有非常大的調(diào)頻調(diào)用的需求，電站這邊也有非常大的欲望去被調(diào)用，但是實際的調(diào)用次數(shù)是不理想的。這個也是來自中電聯(lián)的調(diào)研報告和山東省電力調(diào)度中心的報告，全國平均的鋰電的儲能調(diào)用的時長每天大概是在1.46個小時，山東省1-4月的平均調(diào)用小時數(shù)也僅在2.89個小時。你想兩個小時的儲量的鋰電，基本上一充一放調(diào)用時長在4.5個小時左右，也就是說其實在30%多的時間里它都沒有辦法滿足一充一放的要求。實際電站的利用率是6.1%和12%的區(qū)間。
為什么這些電站的調(diào)用率非常低呢？主要還是以下面這些原因，有電網(wǎng)接入位置的問題，有火電力分配的問題，剩下的一些可能是對電池本身的性能的一些擔憂。比如說鋰電的壽命，在高頻次的調(diào)用能不能承受，第二個是安全性能有擔憂，而且它在需要調(diào)用的時候有可能產(chǎn)生在運維的狀態(tài)，運維時間長也是一個比較關鍵的原因。
我們現(xiàn)在就問了，兩個小時的電站六充六放，四個小時的電站一日三充三放，也就是說我如果實際利用率到達90%以上的情況下，電化學儲能電站會發(fā)生什么樣的事情。在高頻次調(diào)用的情況下，電化學儲能可以被看作是一個比較大型的熱源，我們按照電芯鋰電90%的效率，液流95%的效率來看的話，一個百兆瓦的電站，鋰電是一個10兆瓦的熱源，液流是一個25兆瓦的熱源，如果按照水的比熱容來算溫升的話，在一個絕熱的環(huán)境下，鋰電的每日溫升是接近20攝氏度的樣子，而液流的每日溫升會超過25攝氏度。也就是說，環(huán)境、溫度大概在30攝氏度左右的時候，你的電池的實際運行溫度會到55%攝氏度甚至65攝氏度。在這種情況下，很多的電化學儲能電站是沒有辦法在這種嚴苛的環(huán)境下運行的。
我們在實際的工況下會添加很多的散熱，在有散熱的情況下，電池會升溫到一個熱平衡的狀態(tài)。比如說50攝氏度左右，并維持在50度相對較高的溫度。
接下來我介紹一下我們實際的電站數(shù)據(jù)和我們怎么解決這個問題的，這個是我們液流儲能公司第一個投放的電站，這個電站總的容量是4兆瓦時，是投放在山東濱海區(qū)。這個電站是廠站式的電站，單體結構是一個40尺的集裝箱，集裝箱的內(nèi)部是一個正負極的電解液桶，經(jīng)過水泵連接到串并聯(lián)的電堆，這一個集裝箱的功率是250千瓦，容量是500-1000千瓦時?；旧衔覀冞@個電站集裝箱內(nèi)有兩個單體模塊，每個模塊125千瓦，四個小時來完成的調(diào)用。我們這個電站基本上沒有安裝溫控裝置，只有兩個150瓦的主動風冷的風扇。在集裝箱側面開了散熱孔，散熱孔的位置是寒冷的氣流進去，在散熱風扇的地方是熱的氣流出來，只是一個非常簡單的散熱裝置。
我們整個電站的運行溫度基本上從40攝氏度到60攝氏度左右都做了測試，在高溫運行下面硫酸型液流電池會面臨幾個比較大的問題，第一個問題就是它的溶解度會大幅的下降，藍色的曲線是釩在硫酸中的溶解度的體現(xiàn)，你可以看到，基本上在45度以上的時候， 1.6mol/L的溶解度。但是在超過45攝氏度以后，它的溶解度急劇下降，甚至可能降到70%左右。也就是說，在超過45攝氏度長期運行的過程中，它會出現(xiàn)大量的釩的輸出，你的整個釩的容量會減少接近30%，而且這部分的容量衰減是不可逆的。
我們是怎么解決這個問題呢？我們這個電站使用了鹽酸的電解液。在鹽酸溶解度，你可以看在45攝氏度以上的時候，基本上是沒有變化的。它基本上在65攝氏度左右才開始下降，意思就是說，我的電解液的電化學應該溫度拓寬到了65攝氏度左右，整個電站的運行溫度也可以穩(wěn)定運行在65攝氏度以下，這是在電解液上面我們做的突破。當然，鹽酸電解液還有另外一個附帶的優(yōu)勢，就是鹽酸比硫酸黏度低一些，所以說我的泵損就低了。我的泵不需要去驅(qū)動黏性更大的液體，而驅(qū)動的是一個黏性更低的液體，這樣的話我的泵損在我的系統(tǒng)上面損耗占比降低了，我的整個效率提升了大概1%到2%的樣子。
除了電解液以外，在膜在高溫下面的運行也是有非常大的挑戰(zhàn)。藍色的曲線是基本上行業(yè)內(nèi)用的比較多的，在高溫下面一個實際的運行曲線，就是我們在現(xiàn)場運維的電站上面取下來的。您可以看到，基本上在十次到二十次的運行的過程中，膜的容量保持率就下去了。原因是什么呢？原因是有一個正負極滲透壓不一樣的問題。因為液流電池在正極是氧釩離子，離子尺寸相對比較大，在負極是釩離子，釩離子尺寸相對比較小。在高溫運行的狀態(tài)下，它的小尺寸的離子會傾向于往大尺寸離子的方向去移動，也就是說從負級到正級有一個正向的滲透壓。在常溫運行的過程中，這個滲透壓不會太大，但是在高溫運行下面這個滲透壓非常的高，在運行了十次二十次左右的時候，有一部分的負級金屬離子就會被壓到正極去，在這種情況下，就會出現(xiàn)正負極電解液的偏差，就會導致容量的損耗。
而上面這個黃色的線是我們自己的多孔膜的結果，你可以看到，基本上我們解決了正負極滲透壓的問題，整個電站的能量效率基本上能夠保持在73%左右。
這是我們在核心材料復合多孔膜上面解決了交換膜的問題，之前我說過了，容易造成正負極電解液的濃度差造成了濃度的衰減，我們基本說通過了致密有序排列的微孔膜能夠解決濃度偏移的問題。
在高溫運行下面還有另一個問題，就是碳塑性的雙基板在高溫下面的導電率會急劇的下降?；旧犀F(xiàn)在行業(yè)內(nèi)用的兩種雙極板，第一種是通過高純石墨做出來的柔性雙基板，導電性能非常好。在高溫下面的表現(xiàn)性能也非常好，唯一的缺點就是成本高昂。而現(xiàn)在行業(yè)內(nèi)其他的一些公司在使用碳塑型的雙基板，它的成本相對比較低廉，但是它的導電率比較低，尤其是在高溫的性能下面，因為有高分子的收縮擴張，導致了它的面電阻，就是平行于雙基板方向的電阻，降低的程度非常的高。（這個地方有口誤我在文案上改過了）
我們的解決方案是什么呢？我們的解決方案是高導電的復合雙極板，也就是說我們在碳塑性雙極板上面我們添加了高純石墨的雙極板的結構，也就是兩層板的結構。在常溫下面基本上還是使用碳塑性雙基板一系列的性能指標，但是在高溫性能下面，雙基板的面電阻急劇下降的情況下，我可以使用上面一層的柔性石墨雙基板來彌補面電阻不足的問題。
這是我們實際的運行數(shù)據(jù)，我們這個電站基本上在2022年的7—9月最熱的時間穩(wěn)定運行，運行電站基本上來自于120千瓦的模塊數(shù)據(jù)。之前我介紹過，我們整個電站大概是500千瓦，大概每一個集裝箱是250千瓦，每一個集裝箱內(nèi)是兩個模塊。我們基本上所有的運行數(shù)據(jù)都是采自于一個模塊的直流母線上面，基本是這個模塊數(shù)據(jù)收集了2022年從7月—9月所有的數(shù)據(jù)，藍色的線是我們實際的環(huán)境溫度，基本上是30攝氏度到35攝氏度左右。而實際電站運行溫度是55攝氏度到60攝氏度，而且在這個溫度下面，基本上保持了一個熱平衡，持續(xù)的在正常的運行。
我們整個電站只配置了兩個150瓦的冷卻風機，風機的整個在兩個月內(nèi)的開啟率是低于2%。我們四個小時系統(tǒng)每天是完成了兩次的滿充滿放，充電的時間稍微比較長，一天沒有辦法完成三次的充放電。
基本上環(huán)境溫度和電池溫度在20攝氏度左右的差異，穩(wěn)定下來了?；旧显诟邷氐倪\行狀態(tài)下，我們的電池保持了比較穩(wěn)定的運行狀態(tài)，基本上每天兩次到三次的充放電是沒有任何故障和問題的。我們的充放電的策略基本上都是橫功率充放電，也就是說在SOC的末期，我們的電流可以達到300到350毫安每平方厘米。
介紹完了我們實際的電站情況，我們介紹一下我們公司。我們公司成立于2022年2月，是一家相對比較年輕的公司，但是我們這個團隊已經(jīng)在液流電池行業(yè)深耕了大概十年以上了。我們這個團隊基本上由海歸團隊進行管理，是立足于液流電池的全產(chǎn)業(yè)鏈核心技術和產(chǎn)業(yè)化的應用。我們現(xiàn)在的公司是在山東濰坊，現(xiàn)在在美國硅谷和通遼有研發(fā)基地。我們原材料的生產(chǎn)和集成我們是跟兩家上市公司一起來合作的，我們的電解液生產(chǎn)是和山東?；黄鸪闪⒘撕腺Y公司平臺，我們跟亞迅化學成立了合資公司平臺，在做液流電池的集成。而且我們在各個新能源比較發(fā)達的基地都設置了我們的生產(chǎn)線，我們整個團隊分成三個大塊兒，研發(fā)團隊、市場團隊、運營團隊。研發(fā)團隊基本上是海歸的博士，現(xiàn)在的團隊體量大概在20多個人的樣子，基本上都是在美國博士畢業(yè)以后，在美國硅谷有五到十五年的工作經(jīng)驗。我們的市場團隊是來自于中國首批從事光伏風電新能源開發(fā)的人員，因為現(xiàn)在基本上電化學儲能的市場，尤其是在發(fā)電側和電網(wǎng)側，甲方跟新能源開發(fā)的甲方是高度重合的，基本都是五大發(fā)電集團，我們這個市場開發(fā)團隊將原來的一些風電和光伏的市場策略應用到我們現(xiàn)在的電化學儲能領域，得到了比較好的比較快速的市場推廣。我們的運營團隊基本上來自于世界500強或者是千億市值成功型的創(chuàng)業(yè)公司的從業(yè)人員，專業(yè)性能非常強，而且分工非常明確。
我們公司基本上是全產(chǎn)業(yè)鏈服務，是一站式的管理，我們的電解液之前說過了，跟上市公司山東?；纬闪撕献?，并且實現(xiàn)了量產(chǎn)。我們的電堆是母公司自己生產(chǎn)的，有連續(xù)化的生產(chǎn)線，我們的系統(tǒng)和系統(tǒng)集成是跟亞星化學一起合作的。我們現(xiàn)在也是在整個液流電池行業(yè)在接受系統(tǒng)集成的訂單。而且在系統(tǒng)集成完成以后，我們是將整個液流電池交付業(yè)主，并且負責液流電池的電站運維。
我們現(xiàn)在基本上完成投放的大型項目已經(jīng)是兩到三個了，比如說我們在今年4月份的時候已經(jīng)完成了4兆瓦時的儲能電站項目的投放，這個電站已經(jīng)完全的并網(wǎng)并且已經(jīng)正常的運行了。這個廠站也是我之前說過的，鹽酸機的液流電池，國內(nèi)第一個商用化的儲能電站。
我們在今年六月份左右會投放第一個六兆瓦時鐵鉻液流電站，這個電站也是國內(nèi)最大的廠站式的鐵鉻液流電池的電站，也是唯一一個商用化的鐵鉻液流電池的項目。
我的介紹就到這里，謝謝大家。
