中國儲能網(wǎng)訊：2021年底，許多省自治區(qū)發(fā)布了對風(fēng)光電能新型儲能的發(fā)展方案，其中，對儲能時長提出了4小時以上的要求。
國家發(fā)改委《關(guān)于增加并網(wǎng)規(guī)模的通知》：超過電網(wǎng)企業(yè)保障性并網(wǎng)以外的規(guī)模初期按照功率15%的掛鉤比例（時長4小時以上）配建調(diào)峰能力；
遼寧發(fā)改委《全省風(fēng)電建設(shè)規(guī)模增補方案》：鼓勵配套建設(shè)不少于風(fēng)電裝機規(guī)模15%（時長4小時以上）的新型儲能設(shè)施；
內(nèi)蒙古區(qū)政府《關(guān)于加快推動新型儲能發(fā)展的實施意見》：共享儲能電站功率不低于5萬千瓦，時長不低于4小時；
河北發(fā)改委《關(guān)于風(fēng)電、光伏市場化并網(wǎng)的通知》：要求2021并網(wǎng)的風(fēng)光發(fā)電站配儲10%-20%，時長4小時；
在對儲能時間的不斷要求下，新型儲能技術(shù)中的液流電池展現(xiàn)出獨特的優(yōu)勢。液流電池作為一種新型二次電池，通過化學(xué)活性物質(zhì)價態(tài)的可逆變化實現(xiàn)電池的充放電，進而達到化學(xué)能與電能相互轉(zhuǎn)化的目的。
眾所周知，太陽能、風(fēng)能等可再生能源發(fā)電具有不穩(wěn)定、不連續(xù)、不可控等特點，大規(guī)模并網(wǎng)會給電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行帶來沖擊，因此也造成了大量的棄風(fēng)棄光問題，發(fā)展配套儲能電池系統(tǒng)并實現(xiàn)電能并網(wǎng)是目前新能源發(fā)電利用的重要問題。傳統(tǒng)鉛酸蓄電池，存在電池容量下降快，使用壽命短，環(huán)境污染等問題，許多鉛酸蓄電池在使用1-4年后，其容量下降達一半以上，這種低效率電池早已不滿足時代發(fā)展，占比也逐年下降。鋰電池則作為新型電池的代表，已全面步入產(chǎn)業(yè)化發(fā)展階段，鋰電池儲能由于其優(yōu)異的比容量、高比功率、污染小、長循環(huán)壽命以及自放電小的特點，是當前電動汽車儲能系統(tǒng)的最佳選擇，但在可再生能源場景下，優(yōu)勢不明顯，并伴隨著不可忽視的安全性問題。相較之下，液流電池的優(yōu)勢便十分明顯，液流電池優(yōu)勢可以概括為以下方面：
（1）儲能容量大：這個特點主要取決于液流電池電解質(zhì)的活性物質(zhì)并非包裹在電池里面，其正負電解液是存儲在外部不同儲液罐中，因此可以突破常規(guī)電池容量限制，使其可以根據(jù)負荷需求對儲液罐容量和電解液濃度進行不同規(guī)模設(shè)計，使其具有大規(guī)模接入電力系統(tǒng)的獨特優(yōu)勢，可以適用于百千瓦到百兆瓦級的不同應(yīng)用范圍；
液流電池總體結(jié)構(gòu)圖[1]
液流單元電池結(jié)構(gòu)圖[2]
（2）充放電特性優(yōu)良：在目前以及成功實現(xiàn)應(yīng)用的全釩液流電池中，由于釩離子在電化學(xué)反應(yīng)中的高可逆性、低極化率，其充放電特性優(yōu)異，并且其充放電切換的應(yīng)答速度快，性能衰減程度小。目前，全釩液流電池充放電切換時間可達0.02s，滿電解液狀態(tài)下的電堆啟動可控制在2 min內(nèi)；
（3）輸出功率可調(diào)：液流電池的輸出功率可以通過對堆棧數(shù)量的增減以及堆棧面積的大小調(diào)節(jié)實現(xiàn)對輸出功率的調(diào)節(jié)，這也使得液流電池能量輸出彈性大，可以靈活適應(yīng)不同的功率需求。
（4）安全性能高、壽命長：隨著有關(guān)鋰電池爆炸的新聞層出不窮，電池安全問題不斷得到廣泛關(guān)注與研究。在鋰電池中由于鋰枝晶生長穿破隔膜導(dǎo)致電路短路的結(jié)構(gòu)性損傷，使得體系溫度升高，并且鋰電池體系中電解液為可燃的低熔點有機脂類，并且具有大量石墨負極結(jié)構(gòu)，從而誘發(fā)爆炸。液流電池的儲能介質(zhì)則為水溶液，更為安全可靠，沒有爆炸或著火的風(fēng)險；并且液流電池均勻性好，目前全釩液流電池循環(huán)壽命可達到15000次以上，壽命可達10年以上，是鋰電池的3-6倍；
（5）選址自由、環(huán)境友好、運維成本較低：相比于非液流儲能裝置對選址的較強依賴性，液流電池的選址相對自由，受地域、環(huán)境等限制相對較小。液流電池的電解液可以實現(xiàn)重復(fù)循環(huán)以及再生利用，因此可以很好地節(jié)約礦物資源。并且，系統(tǒng)可以全自動封閉運行，產(chǎn)生的污染也小，同時維護成本及操作成本較低。
當然，液流電池也有它自身所存在的瓶頸與挑戰(zhàn)，以目前應(yīng)用最為廣泛的全釩液流電池為例：
（1）能量密度較低：由于液流電池能量密度較低，需要一定的占地面積，但是由于安全特性高，在百兆瓦級以上規(guī)模儲能裝機場景下，占地面積甚至?xí)?yōu)于鋰電池。
（2）工作溫度范圍較小：全釩液流電池工作溫度最佳工作溫度在5℃～45℃，鐵鉻液流電池最佳工作溫度為40-60℃，否則需要其它設(shè)備進行調(diào)節(jié)，增加設(shè)備運營成本。否則，一旦高于最佳溫度，正極溶液中析出的沉淀物將會堵塞流道，影響煙囪工作，導(dǎo)致液流電池失效。
（3）綜合成本較高：對全釩液流電池來說，其儲能成本是鋰電池的1-2倍，其中主要成本是釩電解液以及其中的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)離子交換膜，釩電解液的成本約占總成本四成左右。由于國內(nèi)離子交換膜發(fā)展與國外先進技術(shù)存在一定差距，目前對以杜邦Nafion為代表國外進口膜的依賴性強，成本高。但由于規(guī)?；瘧?yīng)用的逐漸展開，液流電池成本正在不斷下降，預(yù)計在10年內(nèi)降至1.3元/瓦時。
全釩液流電池和傳統(tǒng)鉛酸電池性能對比[3]
目前，液流電池除了應(yīng)用最廣泛的全釩液流電池外，還有鐵鉻液流電池、全鐵液流電池、鋅溴液流電池、鋅鐵液流電池、多硫化鈉-溴液流電池、鋅錳液流電池等。2020 年底，國家電投成功研制的“容和一號”大容量電池堆在河北張家口戰(zhàn)石溝250kW/1.5MWh示范項目上成功應(yīng)用，國家電投對其擁有自主知識產(chǎn)權(quán)，并且“容和一號”鐵-鉻液流電池堆量產(chǎn)線也于今年正式投產(chǎn)，每條產(chǎn)線每年可生產(chǎn)5000臺30kW“容和一號”電池堆，這標志著鐵鉻液流電池正式邁入商業(yè)化階段。預(yù)計今年年底，國家電投在內(nèi)蒙古霍林河啟動的全球首個兆瓦級鐵-鉻液流電池儲能示范項目建設(shè)也將進入投產(chǎn)階段，隨著鐵鉻液流電池的不斷發(fā)展，將在可再生新能源儲能上提供新的可能性。
位于張家口的全球最大規(guī)模250KW鐵鉻液流電池儲能示范項目
總結(jié)：液流電池由于其儲能能量大、充放電性質(zhì)優(yōu)良、輸出功率可調(diào)、安全性能高、壽命長、選址自由、環(huán)境友好、運維成本較低等特點在處理不穩(wěn)定、不連續(xù)、不可控新能源發(fā)電場景時，較傳統(tǒng)鉛酸電池以及新型鋰電池具有強大的長時儲能優(yōu)勢。目前來看，雖然液流電池在工作溫度和綜合成本上還有一定局限，但隨著產(chǎn)業(yè)化布局以及伴隨的技術(shù)提升，液流電池將勢必成為可再生長時儲能裝置的優(yōu)解。
