1. 釩液流電池簡介
全釩液流電池，壽命長、規(guī)模大、安全可靠。釩電池全稱為全釩氧化還原液流電池(Vanadium Redox Battery，VRB)，為液流電池的一種，是一種基于金屬釩元素的氧化還原的電池系統(tǒng)，其電解液是不同價態(tài)的釩離子的硫酸電解液。根據(jù)電化學(xué)反應(yīng)中活性物質(zhì)的不同，液流電池可分為釩液流電池、鋅基液流電池、鐵鉻液流電池等。其中全釩液流電池，壽命長、規(guī)模大、安全可靠的優(yōu)勢尤為突出，成為規(guī)模儲能的首選技術(shù)，在調(diào)峰電源系統(tǒng)、大規(guī)模風(fēng)光電系統(tǒng)儲能、應(yīng)急電源系統(tǒng)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
2. 釩電池發(fā)展歷程
我國釩電池相關(guān)技術(shù)儲備充足，工業(yè)應(yīng)用前景廣闊。
釩電池相關(guān)研究源于 1984 年UNSW 對 2/3 價與 4/5 價釩離子電對在氧化還原電池中的應(yīng)用，并于 1988 年開始進入工業(yè)研發(fā)階段。1995 年，中國工程物理研究院電子工程研究所從率先在國內(nèi)開始釩電池的研制。先后研制成功了 500W、1000W 的釩電池樣機，成功開發(fā)了 4 價釩溶液制備、導(dǎo)電塑料成型及批量生產(chǎn)、電池組裝配和調(diào)試等技術(shù)。
2002 年，釩鋼龍頭企業(yè)攀枝花鋼鐵公司以深化資源利用為目的，與中南大學(xué)合作介入了釩電池的研發(fā)。國家政策推動，我國釩電池逐步進入商業(yè)化初期。2001 年，VRB Power Systems 公司開始在南非、日本、美國等國家建立 VRB 系統(tǒng)電站，開始進行商業(yè)化運營。2002 年，VRB Power Systems 開始大范圍內(nèi)推廣全釩液流電池儲能系統(tǒng)，承接一系列工程項目。
2009 年，中國普能實現(xiàn)對全球最大釩電池公司 VRB Power Systems 公司的資產(chǎn)收購，包括其擁有或控制的所有專利、商標、技術(shù)秘密、設(shè)備材料等。此外，VRB Power Systems公司的核心技術(shù)團隊加入合并后的公司。
3. 我國釩電池儲能業(yè)務(wù)已初步商用
3.1. 釩電池應(yīng)用項目規(guī)劃
近年來，我國儲能裝機量迅速增長，釩電池相關(guān)儲能項目也取得大量進展。以釩電池為代表的液流電池，2019 年裝機規(guī)模為 20MW，2020 年裝機規(guī)模達 100MW，釩電池裝機量增長迅速。目前我國釩電池滲透率 1%左右，未來發(fā)展前景廣闊。
我國釩液流電池已實現(xiàn)在智能電網(wǎng)、通信基站、偏遠地區(qū)供電、可再生能源及削峰填谷等項目中的應(yīng)用。以北京普能為例，目前其釩液流電池儲能應(yīng)用涵蓋千瓦級至兆瓦級系統(tǒng)。其中千瓦級系統(tǒng)主要由電池模塊/20kWh 儲能系統(tǒng)/40kWh 儲能系統(tǒng)構(gòu)成，主要應(yīng)用于實驗室能源存儲、通信基站供電等。兆瓦級系統(tǒng)主要由多個 250kW 標準模塊組成，并涵蓋電堆結(jié)構(gòu)、儲液罐以及電子設(shè)備、控制裝置、空調(diào)系統(tǒng)等，目前主要應(yīng)用于電網(wǎng)儲能、削峰填谷等項目。
3.2. 釩電池儲能應(yīng)用場景
根據(jù)不同儲能應(yīng)用場景，釩液流電池系統(tǒng)主要分為集裝箱型及建筑物型。小規(guī)模的液流電池系統(tǒng)基本上是集裝箱化，大規(guī)模的能源基地的液流電池系統(tǒng)基本為建筑物化。
此外，德國已出現(xiàn)家用小型釩電池儲能產(chǎn)品，我國家用釩電池產(chǎn)品市場有待突破。德 國 Voltstorage 公司已推出 1.5 kW/ 6.2 kWh 家用釩液流電池產(chǎn)品，配合家用光伏系統(tǒng)即可實現(xiàn)能源自給。目前推出的產(chǎn)品尺寸為 580×580×1406 mm，并且可通過多個產(chǎn)品串聯(lián)提高儲能系統(tǒng)功率與容量。
3.3. 模塊化釩電池堆設(shè)計
釩液流電池儲能系統(tǒng)的一個顯著優(yōu)勢是它的模塊性，即系統(tǒng)的功率組件與容量組件可以獨立設(shè)計。如兆瓦級系統(tǒng)設(shè)計由可多個 250kW 標準模塊組成，VRB-ESS 系統(tǒng)的額定功率由電堆的數(shù)量決定而儲電容量則由電解液的體積決定。如果一套系統(tǒng)需要較高的額定功率或者額外的儲電容量，那么簡單地增加電堆數(shù)量或者添加電解液就可以解決了。
4. 政策推動釩電池高速發(fā)展
根據(jù)發(fā)改委、能源局《關(guān)于加快推動新型儲能發(fā)展的指導(dǎo)意見》提出的主要目標：到2025 年，實現(xiàn)新型儲能從商業(yè)化初期向規(guī)?；l(fā)展轉(zhuǎn)變。標準體系基本完善，產(chǎn)業(yè)體系日趨完備，市場環(huán)境和商業(yè)模式基本成熟，裝機規(guī)模達 30GW 以上。新型儲能在推動能源領(lǐng)域碳達峰碳中和過程中發(fā)揮顯著作用。
到2030 年，實現(xiàn)新型儲能全面市場化發(fā)展。新型儲能核心技術(shù)裝備自主可控，技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)水平穩(wěn)居全球前列，標準體系、市場機制、商業(yè)模式成熟健全，與電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)深度融合發(fā)展，裝機規(guī)?；緷M足新型電力系統(tǒng)相應(yīng)需求。新型儲能成為能源領(lǐng)域碳達峰碳中和的關(guān)鍵支撐之一。
以 2025 年電化學(xué)儲能累計 30GW 計算，預(yù)計 2025 年釩電池新增裝機達 1.7GW，新增滲透率達 20%；至 2025 年釩電池累計裝機 4.3GW，累計滲透率達 14%。隨著釩電池商業(yè)化推廣政策的提出，預(yù)計釩電池滲透率在未來幾年內(nèi)將逐步提升，并在 2025 年達到新增裝機 20%滲透率，以實現(xiàn)國家 2025 年新型儲能技術(shù)裝機規(guī)模 30GW 的要求。釩電池累計裝機 5 年 CAGR 達 112%，釩電池市場前景廣闊。
