□中國(guó)工程院院士 楊裕生
一、化學(xué)法規(guī)模蓄電的重要性
針對(duì)電網(wǎng)的“晝夜峰谷差”調(diào)節(jié)的需要，抽水儲(chǔ)技術(shù)已很成熟而且難以替代，而且隨著核能發(fā)電的發(fā)展，抽水儲(chǔ)電站益顯重要。太陽(yáng)能發(fā)電，從總體上講正好補(bǔ)充電網(wǎng)白天用電高峰之需，只是云層的影響引起短時(shí)間發(fā)電量的波動(dòng)，要求以蓄電進(jìn)行調(diào)節(jié)。（“太陽(yáng)能白天發(fā)電，蓄電留著晚上用”的逆向“調(diào)谷”模式，難得經(jīng)濟(jì)效益，在路燈等局部有些使用價(jià)值，不宜規(guī)模推行。）風(fēng)能發(fā)電受風(fēng)速的影響更難捉摸，因而是規(guī)模蓄電的主要服務(wù)對(duì)象。但是幾十萬(wàn)千瓦“整起整落”、響應(yīng)緩慢的抽水儲(chǔ)技術(shù)很難與之匹配，從而顯出了化學(xué)法規(guī)模蓄電在風(fēng)能發(fā)電中應(yīng)用的重要性。用電大戶的蓄電和軍用蓄電更應(yīng)使用化學(xué)法規(guī)模蓄電。
二、各種化學(xué)蓄電技術(shù)水平正在快速提高
各種用途對(duì)規(guī)模蓄電的要求各有側(cè)重，應(yīng)綜合考慮需求目標(biāo)和蓄電手段。高安全可靠性是規(guī)模蓄電的首要要求，裝置的工作溫度范圍、比能量、易維護(hù)性、環(huán)境友好性也應(yīng)是考察的內(nèi)容。
各種蓄電裝置性能的比較是相對(duì)的，而且是隨著各自的技術(shù)進(jìn)步而變的，既不可過(guò)分強(qiáng)調(diào)某些性能以偏蓋全，也不可“一眼看死”而認(rèn)定它無(wú)出頭之日。以鉛酸電池為例，過(guò)去認(rèn)為它循環(huán)壽命短，而國(guó)外70%DOD情況下循環(huán)壽命可達(dá)4500次（2005年）乃至6000次（2009年）。如果我國(guó)過(guò)去10年中有支持燃料電池的十分之一的力度來(lái)支持鉛酸電池的研發(fā)，其循環(huán)壽命短的問(wèn)題絕不會(huì)有今天如此大的差距。“運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用高等缺點(diǎn)”其實(shí)也漸成歷史，現(xiàn)在我國(guó)已能大量生產(chǎn)密封膠體免維護(hù)鉛酸儲(chǔ)能電池了。至于“失效后的回收難題”，也要實(shí)事求是分析。垃圾箱里什么樣的廢電池都常見(jiàn)，唯獨(dú)見(jiàn)不到廢鉛酸電池！哪兒去了？全都回收了。可見(jiàn)，鉛酸電池的回收并不是難題，而且是最為完全徹底的?，F(xiàn)在的問(wèn)題是，“山寨”型作坊用土法從廢鉛酸電池中提取鉛會(huì)造成環(huán)境污染，其根本原因是政府部門沒(méi)有及早、認(rèn)真對(duì)待。這一點(diǎn)，對(duì)比一下國(guó)外鉛酸電池的回收、再生政策措施，情況就很清楚了。據(jù)了解，最近有關(guān)部門已開始重視，不失為亡羊補(bǔ)牢之舉；一些有社會(huì)責(zé)任心的大型鉛酸電池公司也在籌建環(huán)保型的鉛再生廠，雖然他們明知這是虧本的買賣。希望政府部門能出臺(tái)系統(tǒng)的政策、措施，下大決心把這件好事領(lǐng)導(dǎo)好、辦到底。
綜合衡量安全性、成熟性、經(jīng)濟(jì)效益等因素，鉛酸電池占有較大優(yōu)勢(shì)。國(guó)外最大的鉛酸電池蓄電站容量40兆瓦時(shí)，10年前就建成了；我國(guó)也已有了百千瓦級(jí)的裝置。江蘇雙登集團(tuán)表示愿意提供兆瓦級(jí)鉛酸電池參與演示蓄電站的建設(shè)。
鋰離子電池技術(shù)進(jìn)步速度飛快，真可謂日新月異。有些前幾年還存在的問(wèn)題，到去年、今年就已解決或基本解決了。目前國(guó)家電網(wǎng)和南方電網(wǎng)正用鋰離子電池分別建設(shè)演示性兆瓦級(jí)風(fēng)電場(chǎng)蓄電站和調(diào)峰蓄電站，是大規(guī)模應(yīng)用的前奏。特別令人關(guān)心的電池安全性問(wèn)題的解決也有很大進(jìn)展，天津大學(xué)與天路公司合作研制成功的400安時(shí)鈦酸鋰—磷酸鐵鋰電池被稱為“木頭電池”，就是一例。
三、規(guī)模蓄電技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益的判據(jù)
作為商業(yè)運(yùn)行的規(guī)模蓄電，經(jīng)濟(jì)效益必須作為一個(gè)十分重要的問(wèn)題加以考慮。應(yīng)該有客觀的判據(jù)來(lái)統(tǒng)一衡量各種不同類型蓄電裝置的經(jīng)濟(jì)效益。我們將蓄電裝置的初始投資、能量轉(zhuǎn)換效率、充放電深度、循環(huán)壽命、維護(hù)成本五項(xiàng)性能與電能的“進(jìn)價(jià)”、“出價(jià)”掛鉤，推導(dǎo)出包含此七項(xiàng)指標(biāo)的關(guān)系式，以計(jì)算規(guī)模蓄電裝置的經(jīng)濟(jì)效益指數(shù)——YCC指數(shù)（如圖所示）。（論文將發(fā)表在《電池》雜志上）
當(dāng)計(jì)算出的YCC指數(shù)值 > 1時(shí)，表示蓄電企業(yè)盈利。
遺憾的是，按照目前收集的參數(shù)代入上式計(jì)算，除長(zhǎng)壽命的鉛酸電池和超級(jí)電容器外，鋰離子電池、鈉硫電池等大部分的化學(xué)電源在規(guī)模蓄電中尚不能取得經(jīng)濟(jì)效益。
四、贊成大力發(fā)展液流電池蓄電技術(shù)
規(guī)模蓄電就是一個(gè)典型的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。正因?yàn)槭切屡d產(chǎn)業(yè)，其發(fā)展路徑尚在探索中，技術(shù)更遠(yuǎn)未成熟。應(yīng)該有選擇地安排幾種蓄電技術(shù)在競(jìng)爭(zhēng)中發(fā)展，在發(fā)展中競(jìng)爭(zhēng)，未來(lái)讓市場(chǎng)作裁判。
液流電池體系繁多，籠統(tǒng)地說(shuō)具有能量轉(zhuǎn)換效率較高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、蓄電容量大、選址自由、可深度放電、系統(tǒng)設(shè)計(jì)靈活、安全、與環(huán)境隔絕而難形成污染、維護(hù)費(fèi)用較低等優(yōu)點(diǎn)，是發(fā)展前景很好的大規(guī)模高效蓄電技術(shù)之一。所以，我贊成發(fā)展液流電池蓄電技術(shù)，選擇有優(yōu)勢(shì)的體系加緊研究，繼續(xù)克服缺點(diǎn)，提高水平，將上述潛在的優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)的優(yōu)勢(shì)，全面地在同一個(gè)液流電池上發(fā)揮出來(lái)。
五、要一分為二評(píng)價(jià)全釩液流電池技術(shù)
現(xiàn)在，我國(guó)正在形成全釩液流電池的研發(fā)熱潮，這與全釩液流電池基本具有上述液流電池的優(yōu)點(diǎn)分不開，也因?yàn)槲覈?guó)有一定的釩資源。
但是要請(qǐng)注意，北京普能世紀(jì)科技有限公司以300萬(wàn)美元收購(gòu)了加拿大VRB公司，經(jīng)濟(jì)危機(jī)只是VRB公司支撐不下去的客觀因素；住友電工（SEI）作為日本釩電池的開發(fā)商和供應(yīng)商，前不久來(lái)人宣稱，該公司從2006年起已停止生產(chǎn)新的全釩電池，停止生產(chǎn)的原因是在日本沒(méi)有市場(chǎng)，并稱其全釩液流電池系統(tǒng)的總能量轉(zhuǎn)換效率僅60%左右。釩和離子交換膜成本高造成電池系統(tǒng)價(jià)格昂貴，也是此電池的一個(gè)弱點(diǎn)。維護(hù)費(fèi)用主要取決于蓄電裝置的復(fù)雜程度和穩(wěn)定性，固態(tài)電極的電池似乎更占優(yōu)勢(shì)！
所以，我既贊成研發(fā)全釩液流電池技術(shù)，充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，又建議不要都去跟風(fēng)、走“獨(dú)木橋”。
六、要大力發(fā)展有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的液流電池新技術(shù)
我不贊成將“國(guó)外有應(yīng)用的實(shí)例”作為我國(guó)選擇、支持研發(fā)蓄電技術(shù)（以及任何其他技術(shù)）的重要根據(jù)。要認(rèn)清，這是一條扼殺自主創(chuàng)新的大棒！這種片面性的思維邏輯在我國(guó)科技界（尤其是我國(guó)的科技管理部門）有相當(dāng)?shù)钠毡樾?，副作用不小，切切不可助長(zhǎng)。張華民研究員在其作為首席科學(xué)家的“973”計(jì)劃“大規(guī)模高效液流電池儲(chǔ)能技術(shù)的基礎(chǔ)研究”項(xiàng)目中，就特別安排了一個(gè)專題研究液流電池新體系。在此專題中，我們重點(diǎn)研究單液流電池新體系，其負(fù)極活性物質(zhì)為流動(dòng)的液態(tài)氧化還原電對(duì)，充電時(shí)活性物質(zhì)在負(fù)極上沉積，放電時(shí)溶回電解液；正極活性物質(zhì)為固態(tài)，與通常的電池類似?，F(xiàn)在，堿性溶液的鋅/鎳單液流電池和酸性溶液的銅/鉛單液流電池，在面容量高、壽命超長(zhǎng)的正極制備技術(shù)、制止負(fù)極枝晶生長(zhǎng)技術(shù)、內(nèi)并—外串電池成組技術(shù)、旁路電流截止技術(shù)、單液流電池系統(tǒng)集成與控制技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)都已取得突破性進(jìn)展，申請(qǐng)了若干專利，并已制成小型樣機(jī)。這類有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的單液流電池只有一個(gè)溶液，故不需用昂貴的離子交換膜；電池結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，制作成本降低；活性物質(zhì)價(jià)格低廉，顯示出強(qiáng)勁的競(jìng)爭(zhēng)力。相信它們?cè)?ldquo;十二五”期間將會(huì)得到大力支持，加快工程化研究，及早進(jìn)入批量化生產(chǎn)技術(shù)開發(fā)，以滿足急迫的規(guī)模蓄電需要。
