中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：2021年由湖南省工業(yè)和信息化廳、湖南省商務(wù)廳、長(zhǎng)沙市人民政府、中國(guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)聯(lián)合主辦，100余家機(jī)構(gòu)共同支持的湖南（長(zhǎng)沙）電池博覽會(huì)暨首屆中國(guó)國(guó)際新型儲(chǔ)能技術(shù)及工程應(yīng)用大會(huì)在長(zhǎng)沙圣爵菲斯大酒店召開(kāi)。此次大會(huì)主題是“新儲(chǔ)能、新動(dòng)力、新發(fā)展”。
會(huì)后，為了能讓參會(huì)代表有更深入的行業(yè)交流，小編經(jīng)過(guò)演講專家本人同意和審核，將演講專家的速記整理如下：
嚴(yán)川偉：大家下午好！今天我給大家介紹一下全釩液流電池的產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀。加了一個(gè)副標(biāo)題：“釩電池，大規(guī)模、長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能的靠譜技術(shù)”，主要是強(qiáng)調(diào)“靠譜”。
似乎涉及的話題比較多，但實(shí)際上想要表述的內(nèi)容不復(fù)雜。盡管在前面我們的會(huì)場(chǎng)已經(jīng)把大規(guī)模儲(chǔ)能的背景都有所介紹，但我想還有必要再簡(jiǎn)單提一下。
實(shí)際上我們多年來(lái)所致力的儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展，其目的和要求都是清晰和明確的：主要是應(yīng)對(duì)新能源發(fā)展及其給電力系統(tǒng)所帶來(lái)的影響。因此，儲(chǔ)能是電力發(fā)展的必然要求和剛性需要，也必然是國(guó)家能源戰(zhàn)略的重要內(nèi)容。不過(guò)，盡管我們都知道儲(chǔ)能的意義、重要性，但由于缺乏明確的路線圖（或具體目標(biāo)、節(jié)點(diǎn)、進(jìn)度等要素），整體上缺少關(guān)于儲(chǔ)能“量的概念”（例如，發(fā)展多少？有多緊迫？）。這種情況在一年前發(fā)生了改變：國(guó)家明確了碳中和、碳達(dá)峰的目標(biāo)和時(shí)間表，并向全世界作了莊嚴(yán)承諾。實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)的手段就是發(fā)展新能源，發(fā)展新能源必須儲(chǔ)能，客觀上把儲(chǔ)能的路線圖、目標(biāo)具體化了。當(dāng)我們認(rèn)真審視這個(gè)路線圖時(shí)，無(wú)不感到十分震驚，因?yàn)槿蝿?wù)實(shí)在太過(guò)巨大、繁重、緊迫！由不得我們無(wú)限制的隨意發(fā)揮，隨意的去做一些似是而非的文章，去做過(guò)多的討論或者是議論，而是必須拿出硬的東西，好用、可用、能用。
盡管儲(chǔ)能需求是一個(gè)多元和系統(tǒng)化的，不同儲(chǔ)能技術(shù)有其特長(zhǎng)和特性，但在支撐新能源替代（傳統(tǒng)化石能源）的意義上，70%甚至80%以上的儲(chǔ)能需求是大規(guī)模、長(zhǎng)時(shí)間的。就儲(chǔ)能技術(shù)形式而言，包括機(jī)械能、電磁能和化學(xué)能儲(chǔ)能（也就是電池儲(chǔ)能），但可用于大規(guī)模儲(chǔ)能的，可用可選的具體儲(chǔ)能技術(shù)沒(méi)有多少。
因?yàn)檫@樣的大規(guī)模儲(chǔ)能要求很高、很明確，是狹義的概念（不是一些科學(xué)家隨便說(shuō)的廣義概念，如包括手機(jī)和手電筒的電池儲(chǔ)能）。首先，技術(shù)要適合，必須適用于大規(guī)模、長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)能；其次，必須安全可靠，因?yàn)樽鳛橐粋€(gè)大的系統(tǒng)必須達(dá)到足夠安全，足夠可靠；第三，經(jīng)濟(jì)性要好，說(shuō)俗一點(diǎn)就是能夠賺錢，只有這樣才能商業(yè)化操作，能夠?qū)崿F(xiàn)可持續(xù)的推動(dòng)。
基于業(yè)界認(rèn)可的儲(chǔ)能規(guī)模、時(shí)長(zhǎng)的大概劃分，適合于長(zhǎng)時(shí)間大規(guī)模的形式可以包括：
第一，抽水蓄能，是成熟可靠技術(shù)，也是多年來(lái)電網(wǎng)重點(diǎn)發(fā)展的大規(guī)模儲(chǔ)能形式。但受到可用資源及其地域性和環(huán)保等的限制。第二，壓縮空氣，也是較成熟的可靠技術(shù)，但在一定程度上受到資源條件等限制。第三，液流電池，發(fā)展中的可以用于大規(guī)模長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能，并且不受地域、環(huán)境等條件限制。
液流電池有多種，到今天真正能夠靠譜能規(guī)?；玫?，就是全釩液流電池。該電池首先表現(xiàn)在本征的安全性；其次是適合性（單元大、液流便于熱管理、壽命長(zhǎng)）；再者就是經(jīng)濟(jì)技術(shù)性及其潛力（技術(shù)進(jìn)步非?？?，而且天花板足夠高）。
大規(guī)模儲(chǔ)能的安全性必須放在特別重要的位置。事實(shí)上，已經(jīng)發(fā)生的儲(chǔ)能電站事故以及較高的出問(wèn)題概率（國(guó)外為主，相較國(guó)內(nèi)建了這么多的儲(chǔ)能項(xiàng)目，爆炸起火事故相對(duì)較少，顯然與大部分在于滿足新能源配儲(chǔ)能的配套要求，很少全負(fù)荷、全功能運(yùn)行有關(guān)），也提醒我們必須把安全可靠作為優(yōu)先項(xiàng)來(lái)考慮。面對(duì)現(xiàn)實(shí)的雙碳目標(biāo)和艱巨的儲(chǔ)能任務(wù)，將建設(shè)的巨量?jī)?chǔ)能電站，必須是好用、能用、起作用的，必須丟掉把儲(chǔ)能作為擺設(shè)（不運(yùn)行、少運(yùn)行）的幻想。
關(guān)于安全，我們有很多的系統(tǒng)都涉及到安全問(wèn)題，需要達(dá)到足夠安全。例如，飛機(jī)的事故率已非常低，達(dá)到10的負(fù)6次方，天天坐飛機(jī)與一輩子不坐飛機(jī)，受到的意外傷害風(fēng)險(xiǎn)是一樣的；汽車也類似，事故率達(dá)到10的負(fù)5次方水平；核電系統(tǒng)也要達(dá)到確定的極低的問(wèn)題概率，等等。當(dāng)然，安全是一個(gè)綜合的系統(tǒng)問(wèn)題，子系統(tǒng)的安全性對(duì)于總系統(tǒng)是有影響的，并且不同的子系統(tǒng)具有不同的權(quán)重。
雖然目前還不能明確大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)該具有什么樣的具體安全量化等級(jí)或數(shù)據(jù)要求（不同的儲(chǔ)能系統(tǒng)的要求也應(yīng)該是不同的），但可以肯定的是：一定是很高的要求，這樣才能表現(xiàn)出足夠的安全狀態(tài)?；陔姵氐膬?chǔ)能系統(tǒng)，電池自身的安全性（或稱本征安全性）是最核心的影響因素（權(quán)重最大），這一點(diǎn)不應(yīng)再有疑問(wèn)或爭(zhēng)議。
發(fā)展全釩液流電池，釩資源怎么樣？釩夠嗎？在商業(yè)上好操作嗎？可用嗎？
釩的來(lái)源有三個(gè)途徑：一個(gè)是釩渣，就是鋼鐵冶金的副產(chǎn)品；第二個(gè)是直接的礦物提煉，包括由釩鈦磁鐵、石煤的開(kāi)采利用；第三個(gè)是固廢的利用，包括重油灰渣、廢催化劑、電廠灰的資源化利用。全球在去年產(chǎn)20萬(wàn)噸，中國(guó)是12.6萬(wàn)噸；去年的全球消費(fèi)是20萬(wàn)噸，中國(guó)是13萬(wàn)噸，中國(guó)占了一半以上。
如果對(duì)應(yīng)“雙碳”目標(biāo)，我們液流電池占到新型儲(chǔ)能按照30%來(lái)計(jì)算的話，所需要的釩量到2030年每年就達(dá)到了16萬(wàn)噸，如果到2050年是27萬(wàn)噸每年，這是一個(gè)非常巨大的量（2050年前的總需求量約為700萬(wàn)噸）。
釩資源夠不夠？全球探明釩儲(chǔ)能1.1億噸左右，按儲(chǔ)量依次是中國(guó)、俄羅斯、南非，中國(guó)的儲(chǔ)量約1700萬(wàn)噸。另外，我國(guó)還有一個(gè)特有的釩資源類型，就是石煤釩源，并且非常巨大（可開(kāi)采量將近千萬(wàn)噸之巨，僅湖南（湘西）就有七八百萬(wàn)噸的儲(chǔ)量。
因此，從釩資源角度，完全可以滿足需要，能夠支撐這個(gè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
在全釩電池發(fā)展的近10余年中，釩價(jià)呈現(xiàn)了較大幅度的波動(dòng)，似乎制約了全釩液流電池的產(chǎn)業(yè)發(fā)展。這完全是表象，至少本質(zhì)上并非完全如此。
已有的釩市場(chǎng)是鋼鐵的江湖，鋼鐵消費(fèi)約90%的釩（為提高鋼鐵產(chǎn)品的性能，添加不超過(guò)0.5%的作為合金元素的釩），這一操作還由于相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施得以強(qiáng)化），在鋼鐵行業(yè)是一個(gè)剛需，市場(chǎng)非常穩(wěn)固，利潤(rùn)自然不菲。但由于釩是作為合金元素，所占比例甚小，所以釩的價(jià)格波動(dòng)對(duì)終極產(chǎn)品（鋼材）的成本影響很小（或者說(shuō)，對(duì)釩價(jià)不敏感，效果就像花椒面價(jià)格波動(dòng)對(duì)餐飲業(yè)所造成的影響）。但是，對(duì)于作為主體關(guān)鍵材料的釩電池行業(yè)則完全不同，釩價(jià)的波動(dòng)影響巨大。
由此可見(jiàn)，發(fā)展全釩電池及其儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)，不能僅僅局限地從已有釩市場(chǎng)考慮釩的來(lái)源（另外，固有的主要基于冶金副產(chǎn)品的模式只能為釩電池儲(chǔ)能提供2萬(wàn)噸/年的釩，數(shù)量上也遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠）。
這個(gè)問(wèn)題需要解決，也是可以解決的，就是再造江湖，要把視野放開(kāi)，發(fā)展原礦（石煤釩、釩鈦磁鐵礦）的直接提釩，已有很多企業(yè)家在做；另外，還有危廢資源可開(kāi)發(fā)，我們國(guó)家在這個(gè)方面的潛力也非常大。
我們現(xiàn)在來(lái)看一下全釩液流電池的技術(shù)狀況，從代表性的技術(shù)指標(biāo)來(lái)看，也就是說(shuō)從工作電流密度，在十年前發(fā)生了非常大的改變，提高了好幾倍，沒(méi)有哪一種電池進(jìn)步幅度如此之大。
這個(gè)進(jìn)步對(duì)于產(chǎn)業(yè)發(fā)展的影響表現(xiàn)主要是一個(gè)是可靠性，另外一個(gè)是成本?？煽啃栽谑昵斑@個(gè)電池根本不靠譜，不是這里漏就是那里不穩(wěn)定，根本談不上穩(wěn)定運(yùn)行，現(xiàn)在基本上可以實(shí)現(xiàn)像其他的電氣設(shè)備那樣穩(wěn)定地工作，出問(wèn)題的概率比較低，靠譜了。成本方面，基本上可以實(shí)現(xiàn)商業(yè)化操作，具備了良性可持續(xù)化發(fā)展條件。
從更具體的方面，技術(shù)進(jìn)步或突破在如下6個(gè)方面：（1）電極材料，導(dǎo)電性和電化學(xué)活性大大提高；（2）離子膜，適用的離子膜主要是全氟磺酸基的產(chǎn)品（目前是這樣，將來(lái)也不會(huì)有太大的改變），連續(xù)化制備工藝已開(kāi)發(fā)成功；（3）發(fā)展的電池堆結(jié)構(gòu)的焊接工藝對(duì)提高電池的可靠性具有關(guān)鍵性意義，因?yàn)樵瓉?lái)的基于壓緊螺桿緊固方式難免會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的變形影響功能性甚至可靠性（這種方式用于壓濾機(jī)也好，氯堿工業(yè)堆也好，燃料電池堆也好，由于主體結(jié)構(gòu)材料有足夠的強(qiáng)度不會(huì)變形，沒(méi)有問(wèn)題。但是對(duì)于全釩電池來(lái)講不能用金屬材料等高強(qiáng)度材料，只能用PP、PE等這類低強(qiáng)度塑料基材料，不能保證長(zhǎng)時(shí)間的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定）。（4）電解液制備技術(shù)，已經(jīng)發(fā)展出了低成本的制備工藝（制造成本降低了30%以上）。（5）連續(xù)化雙極板制備技術(shù)，傳統(tǒng)的以模壓為加工手段制造的雙極板，雖導(dǎo)電性較好，但生產(chǎn)效率低（無(wú)法滿足產(chǎn)業(yè)發(fā)展，成本難降低），也不難滿足焊接的需要模發(fā)展。（6）流過(guò)式電池堆結(jié)構(gòu)，此前電堆技術(shù)指標(biāo)的大幅提高主要是基于降低物理內(nèi)阻（制約內(nèi)阻的主要是物理內(nèi)阻），降低到一定程度，另外的短板顯示出來(lái)了，那就是傳質(zhì)，所以正在發(fā)展的流過(guò)式電池堆結(jié)構(gòu)不僅要改變電阻，更要在改善傳質(zhì)上做工作，為進(jìn)一步提高電池工作電流密度做貢獻(xiàn)。
從產(chǎn)業(yè)鏈角度看，國(guó)內(nèi)的產(chǎn)業(yè)鏈基本形成，無(wú)論是從電堆、極板、隔膜、電極、電解液都形成了支撐進(jìn)一步產(chǎn)業(yè)發(fā)展化的態(tài)勢(shì)。
另外政府的措施，一些商業(yè)化的關(guān)鍵要素也趨于齊備，如，儲(chǔ)能的市場(chǎng)主體地位、新能源配儲(chǔ)能要求、分時(shí)電價(jià)政策、兩部制電價(jià)政策，與其他的儲(chǔ)能是一樣的，今天沒(méi)有必要展開(kāi)了。
至此，我還想強(qiáng)調(diào)一點(diǎn)，就是：大規(guī)模儲(chǔ)能的要求是極高的，要達(dá)到其安全性、可靠性、技術(shù)經(jīng)濟(jì)性要求，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、靠譜的運(yùn)行和工作，絕不是一件簡(jiǎn)單和輕松的事情，但社會(huì)上不少人卻想得太簡(jiǎn)單！
另外，關(guān)于一些新興電池技術(shù)，社會(huì)上存在一些與儲(chǔ)能技術(shù)適用性等相關(guān)的可能認(rèn)知偏差。例如，現(xiàn)在快速發(fā)展的鈉離子電池，有望能很好地解決資源稀缺（鋰元素不足以滿足需要），技術(shù)成熟后在替代鋰離子電池在車載動(dòng)力、適當(dāng)規(guī)模儲(chǔ)能（仍屬于有機(jī)體系，規(guī)模大時(shí)將受限于其安全能力）方面發(fā)揮很好的作用；再如，全固態(tài)電池，是一種理想的安全型電池，但它距離能用、可用尚有很長(zhǎng)的路要走，現(xiàn)在談?wù)摪阉糜诖笠?guī)模儲(chǔ)能確實(shí)太早了。
“雙碳”目標(biāo)是現(xiàn)實(shí)的，任務(wù)是現(xiàn)實(shí)和明確的，要馬上和大量投入用的，必須要現(xiàn)實(shí)靠譜，尤其是針對(duì)長(zhǎng)時(shí)間大規(guī)模的主體儲(chǔ)能需求，必須強(qiáng)調(diào)“靠譜”。
關(guān)于經(jīng)濟(jì)性，全釩液流電池的成本也基本達(dá)到了可以商業(yè)化操作的程度：在當(dāng)前技術(shù)狀態(tài)和產(chǎn)業(yè)環(huán)境下，建設(shè)成本接近3000元/kWh；在不久的未來(lái)（例如兩年后），有望達(dá)到2000元/kWh以下。較大的技術(shù)進(jìn)步空間和潛力，儲(chǔ)能的時(shí)間因素（長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能有利于攤薄度電建設(shè)成本），租賃電解液等創(chuàng)新商業(yè)模式的采用，以及其自身的長(zhǎng)壽命特點(diǎn)，都將進(jìn)一步使它在滿足大規(guī)模儲(chǔ)能市場(chǎng)上展現(xiàn)優(yōu)勢(shì)。
總結(jié)一下，第一，由于高安全性適合于大規(guī)模和長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)能的特性，釩電池在支撐“雙碳”戰(zhàn)略實(shí)施上具有不可替代性。第二，釩電池技術(shù)性能與成本已接近滿足于大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化、商業(yè)化發(fā)展的要求。第三，釩資源豐富，資源本身不是瓶頸，但如何在商業(yè)上解決電解液供應(yīng)問(wèn)題是產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨的重要任務(wù)。
