中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：“從技術(shù)到產(chǎn)品到市場(chǎng)，它還有一段距?離”
在遼寧省沈陽市以北90余公里處，法庫縣臥牛石鄉(xiāng)一座分布在約16平方公里的風(fēng)電場(chǎng)里，33臺(tái)風(fēng)機(jī)的葉輪隨風(fēng)旋轉(zhuǎn)。這里看上去與東北地區(qū)大多數(shù)風(fēng)電場(chǎng)沒有區(qū)別。但細(xì)看之下，才發(fā)現(xiàn)多出來一些東西：循環(huán)泵和管路連接著數(shù)只方形電堆模塊和一人多高的塑料罐。每當(dāng)風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的電力多于電網(wǎng)所需時(shí)，將被儲(chǔ)存到這?里。
臥牛石儲(chǔ)能電站正在嘗試使用這套裝備解決“窩電”難題—— 一直以來，電網(wǎng)都如同一臺(tái)必須時(shí)刻保持收支平衡的神奇機(jī)器，從各個(gè)發(fā)電廠(站)接收的電力，須與千里之外萬家燈火的耗費(fèi)相匹配。近年來，可再生能源裝機(jī)容量不斷攀生，其發(fā)電波動(dòng)性大的特點(diǎn)，加劇了電力供給難以與電網(wǎng)需求同步的問題。若是富余的電量沒能送到實(shí)際用戶那里，特定區(qū)域內(nèi)的電力供大于求，電網(wǎng)即將遭遇“消化不良”的挑戰(zhàn)。今年6月21日，國(guó)家能源局在《關(guān)于推動(dòng)?xùn)|北地區(qū)電力協(xié)調(diào)發(fā)展的實(shí)施意見》中以直白措辭指出，這一問題在東北地區(qū)“較嚴(yán)重”。其數(shù)據(jù)顯示，截至2015年上半年，該地區(qū)風(fēng)電裝機(jī)容量已達(dá)2346.52萬千瓦，其中22.26%的電量因電網(wǎng)無法及時(shí)消納而不得不丟?棄。
如此一來，電網(wǎng)就需要一些能夠按需調(diào)整發(fā)電機(jī)電力的設(shè)備，將用電低谷時(shí)儲(chǔ)存的能量在用電高峰時(shí)釋放。“我們已經(jīng)從過去追求容量，進(jìn)入到優(yōu)化使用率的階段?！眹?guó)家電網(wǎng)公司遼寧省電力有限公司副總經(jīng)理王芝茗說。近5年，棄風(fēng)已讓王芝茗所在公司的年均損失達(dá)到6.58億元。他將希望押注在推廣臥牛石儲(chǔ)能電站所使用的那些電堆模塊和儲(chǔ)能罐——它們的學(xué)名叫作“全釩液流電池儲(chǔ)能設(shè)備”——之上。在《關(guān)于推動(dòng)?xùn)|北地區(qū)電力協(xié)調(diào)發(fā)展的實(shí)施意見》中，國(guó)家能源局認(rèn)可了這套設(shè)備的作用：“為提高電網(wǎng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力，可以開展全釩液流電池等儲(chǔ)能技術(shù)示范工程，促進(jìn)可再生能源消?納?！?
與壓縮空氣蓄能、抽水蓄能等技術(shù)相比，釩液流電池的優(yōu)勢(shì)在于不需要特殊的地形環(huán)境,方便規(guī)模化、使用壽命長(zhǎng)——它能夠存儲(chǔ)的電量多少僅與儲(chǔ)能罐里裝載的電解液體積相關(guān)，需要增減電量時(shí)，只需調(diào)整塑料罐大小即可;而利用釩電子價(jià)態(tài)變化實(shí)現(xiàn)充放電的工作機(jī)理，又使得充放電過程完全可逆，可深度充放電，電池壽命大大延長(zhǎng)?！氨热缣厮估褂玫某?jí)電池，如果按照單次充放電量100%計(jì)算，只能循環(huán)400次，如果充放電量控制在20%-80%，循環(huán)次數(shù)就會(huì)多一點(diǎn)，”美國(guó)能源部電網(wǎng)儲(chǔ)能項(xiàng)目顧問楊振國(guó)在評(píng)論該項(xiàng)技術(shù)時(shí)說道，“大部分電池的壽命是充放次數(shù)的函數(shù)，但釩電池沒有這點(diǎn)顧慮，生命周期內(nèi)，容量不會(huì)減?少?！?
一些公司看到了釩液流電池性能優(yōu)勢(shì)帶來的商業(yè)前景。早在上世紀(jì)80年代，日本住友電工、加拿大VRB Power兩家公司就已著手研發(fā)釩電池技術(shù)，但由于關(guān)鍵材料依賴外購，成本偏高。“我去參觀交流時(shí)，發(fā)現(xiàn)電解液的成本一直降不下來?！贝筮B融科儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展有限公司副總經(jīng)理張華民說，這家公司由中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所和博融控股集團(tuán)在2008年共同成立，臥牛石儲(chǔ)能電站的設(shè)備即來自這家公司?！爱?dāng)時(shí)，我就有一個(gè)想法——釩液流電池想產(chǎn)業(yè)化的話，必須得從降低關(guān)鍵材料成本入手?！彼f。
張華民曾在日本工作十余年，2000年時(shí)回到國(guó)內(nèi)，他受命領(lǐng)銜燃點(diǎn)電池電動(dòng)汽車用燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)的研究開發(fā)項(xiàng)目。同時(shí)，預(yù)估到風(fēng)能、太陽能等可再生能源將會(huì)逐漸得到普及應(yīng)用，而這些可再生能源發(fā)電具有不連續(xù)、不穩(wěn)定性，需要大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)與其配套才能有效利用。
因此，他開始布局新的儲(chǔ)能電池——全釩液流電池的研究開發(fā)，出于產(chǎn)業(yè)化考慮，開始與博融控股合作，后者以生產(chǎn)釩化學(xué)產(chǎn)品為主業(yè)。2006年時(shí)，中科院大連化學(xué)物理研究所與博融控股集團(tuán)以知識(shí)產(chǎn)權(quán)共享的形式設(shè)立聯(lián)合研發(fā)中心。兩年后，大連化物所技術(shù)入股，與博融產(chǎn)業(yè)投資公司共同成立融科儲(chǔ)能?，F(xiàn)在，大連博融生產(chǎn)的電解液的世界市場(chǎng)占有率達(dá)90%左右。
“從產(chǎn)業(yè)鏈完整度上看，融科儲(chǔ)能是世界上最全的?！睏钫駠?guó)評(píng)論稱。張華民的團(tuán)隊(duì)是全球四五十家釩電池技術(shù)公司中，唯一涉及從原材料研發(fā)到系統(tǒng)解決方案全產(chǎn)業(yè)鏈的公司，且通過研發(fā)電堆的核心部件——高性能離子傳導(dǎo)膜——降低了生產(chǎn)成本，目前其產(chǎn)品3500元/千瓦時(shí)(約合550美元/千瓦時(shí))，到2018年，將下降到2500元/千瓦時(shí)。不過，楊振國(guó)并不建議張華民將成本作為持續(xù)競(jìng)爭(zhēng)力?！叭澜绲慕?jīng)驗(yàn)都是這樣，這項(xiàng)技術(shù)還要多開發(fā)應(yīng)用場(chǎng)景。” 楊振國(guó)說。
亞洲開發(fā)銀行能源技術(shù)總顧問翟永平認(rèn)可這樣的提議。翟永平曾投資多個(gè)能源項(xiàng)目，稱如果儲(chǔ)能公司尋求貸款，那么考察它能“滿足什么樣的需求，比看技術(shù)解決方案是否先進(jìn)更關(guān)鍵”?！艾F(xiàn)在的市場(chǎng)需求是不是一定要用儲(chǔ)能技術(shù)來解決?這個(gè)答案現(xiàn)在看來是肯定的，但是不是一定要用釩液流電池的方案呢?” 翟永平說?？紤]到壓縮空氣蓄能、水利蓄能和各類電池等并行技術(shù)的發(fā)展，釩液流電池或許無法長(zhǎng)久維持在壽命與成本方面的競(jìng)爭(zhēng)力。例如鋰電池，國(guó)家現(xiàn)已為這項(xiàng)電池續(xù)能技術(shù)設(shè)立了到2020年時(shí)，壽命達(dá)到1萬次充放循環(huán)，成本控制在1500元/千瓦時(shí)的研發(fā)標(biāo)準(zhǔn)，已有多家公司在此方向上發(fā)力。在張華民看來，現(xiàn)在的釩液流電池已經(jīng)能達(dá)到16000次充放循環(huán)了。
張華民并不否認(rèn)釩電解液能量密度低的缺點(diǎn)。雖然已有創(chuàng)業(yè)公司著手研究如何提高電解液密度，使之應(yīng)用于汽車甚至手機(jī)，但還遠(yuǎn)未到可以清晰規(guī)劃產(chǎn)品上線日程的地步。這種電池“不適合用于動(dòng)力電池和便攜式電子產(chǎn)品，而是更適用于兆瓦到百兆瓦級(jí)的固定儲(chǔ)能電站”，張華民?說。
他希望能夠?yàn)殁C電池在微電網(wǎng)(由計(jì)算機(jī)控制的小型發(fā)配電系統(tǒng))中尋找到更多的應(yīng)用場(chǎng)景——消費(fèi)者和企業(yè)用戶可以通過它在不干擾電力供應(yīng)的前提下，無縫管理不同電力來源。就像比亞迪插電式混合動(dòng)力汽車，可將動(dòng)力源從蓄電池組改換到汽油發(fā)動(dòng)機(jī)一樣。這些儲(chǔ)能罐能夠形成一個(gè)緊急的備用電力系統(tǒng)。目前，已有8個(gè)試點(diǎn)項(xiàng)目投運(yùn)，“如果風(fēng)電場(chǎng)能夠大規(guī)模采納這套設(shè)備的話”，這些儲(chǔ)能罐能夠保證“電網(wǎng)出事情時(shí)，起碼重要部門能夠有電來維持運(yùn)行”，張華民說。他還計(jì)劃將這套裝備也可與光伏板結(jié)合，搭建一個(gè)無須電網(wǎng)供電的電動(dòng)汽車充電站。但這些還需要建立在國(guó)家能源部門幫助推動(dòng)項(xiàng)目應(yīng)用的基礎(chǔ)上。
現(xiàn)在，融科儲(chǔ)能的產(chǎn)品已出現(xiàn)在德國(guó)BOSCH集團(tuán)Braderup風(fēng)電場(chǎng)等30余個(gè)項(xiàng)目中。不過，在更大規(guī)模地推廣前，張華民還需要提高釩液流電池的可靠性。“可靠性”也是行業(yè)難題。2009年，北京普能世紀(jì)科技有限公司以215萬美元收購加拿大VRB Power。中國(guó)電力科學(xué)研究院電工與新材料研究所成為這套設(shè)備的試用用戶。2010年時(shí)，研究所在位于張北的基地里建了1兆瓦的試驗(yàn)設(shè)備。5年后，研究所所長(zhǎng)來小康說，“釩電池擅長(zhǎng)慢跑型的馬拉松，但現(xiàn)在跑會(huì)兒停會(huì)兒的能力還不太好，我們現(xiàn)在是用空轉(zhuǎn)來解決問題”，這項(xiàng)技術(shù)還要“在受控能力上下功夫”。北京國(guó)際能源專家俱樂部在為張華民的項(xiàng)目撰寫的評(píng)估報(bào)告中提到，“融科儲(chǔ)能在技術(shù)上也存在一些可以改進(jìn)的空間，比如電池效率的繼續(xù)提高，系統(tǒng)的可靠性，能量控制系統(tǒng)等優(yōu)化”等等。
此外，既然儲(chǔ)能罐和電堆模塊組成的儲(chǔ)能系統(tǒng)需要和風(fēng)電場(chǎng)原始的能量管理系統(tǒng)對(duì)接，就總得有人為這些過程費(fèi)心?！叭绾稳f(xié)調(diào)對(duì)接好，我們?cè)谶@方面目前還沒有達(dá)到非常理想的程度”，國(guó)家電網(wǎng)公司總工程師張啟平評(píng)價(jià)道，盡管從技術(shù)本身出發(fā)，市場(chǎng)將迎來階梯性增長(zhǎng)，但現(xiàn)在企業(yè)仍在等待國(guó)家出臺(tái)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)相關(guān)政策，“從技術(shù)到產(chǎn)品再到大規(guī)模市場(chǎng)應(yīng)用，它還有一段距離?！弊?文億 編輯/馮艷彬
總之 新型儲(chǔ)能技術(shù)有望減緩風(fēng)電裝機(jī)容量飆升導(dǎo)致的電網(wǎng)消納困難，但在產(chǎn)業(yè)化之前，它還需解決一些問題。
原標(biāo)題:釩電池解決電網(wǎng)消納難題，優(yōu)化電力使用率
