全钒液流电池电解液可再生循环使用，所以被寄予厚望！这种安全储能技术在强势崛起了！
中国百强光伏荟萃 巅峰储能 2024年12月22日 18:04 山西 听全文
巅峰储能光储狂飙迎来巅峰时代 合筑光储+虚拟电厂成数字化企业标配.构建零碳园区全钒液流电池储能“源网荷储一体化”综合解决方案.光储融合将成新能源转型破局之道“多源互补源网协同供需互动灵活智能”巅峰储能一定要把中国光储产业做好！34篇原创内容公众号国内电力储能招标的门槛在不断提升，业绩、安全、性能和价格是源网侧储能招标四重门槛。同时现货及租赁与预期偏差较大，项目盈利依旧困难，产品及运行存在电芯一致性差，衰减快、PCS的IGBT炸机，宕机频繁、BMS的BMU停机、SOC测不准等诸多问题，严重影响了储能电站的安全稳定运行。根据中电联相关数据2024H1电化学储能电站停运中非计划停运占比近50%。以后安全第一会成为主选新型储能产品：液流电池具有安全性高、功率与容量解耦、循环次数多和电解液可循环利用等特点，是最适合大容量长时储能的电化学储能技术之一，是当前学术圈和产业界研究的热点。回归到储能产业的健康发展，巅峰认为，储能行业从极速发展到现在已经进入了一个变局时期，如何破卷？答案就是“守正谋变 破卷图强”。坚守正的技术、正的产品，守住、保持住新能源的正能量。卷技术，卷产品，卷性能，走向海外展现中国储能产业的实力。新钒液流电池的产业化现状及市场展望“2024年可能就是钒液流电池储能的元年。2025年迎来爆发”巅峰对2023年全国投运的钒液流电池储能装机规模进行了统计，约为50MW/210MWh；2024年7月，再次进行了初步统计，钒液流电池已签装机规模达到了720MW/3.1GWh。据预测，到2024年年底，合同装机规模将突破1GW，首次进入吉瓦时代。巅峰表示，钒液流电池储能产业取得如今的成就并不容易，这要得益于政策的支持和业内人士对技术创新的不懈努力，同时技术的长周期验证结果支撑了技术的可靠性。2012年12月，当时全球最大规模的5MW/10MWh全钒液流电池储能系统落地卧牛石风电场储能示范项目。“该项目至今已经平稳运行了12年，容量没衰减。”“正是有了各方面的努力，才有了后来诸多项目的落地。”巅峰表示，从我国能源转型的大背景、国际权威机构预测和技术创新来看，钒液流电池的市场前景广阔。2024年8月，美国能源部发布报告分析不同类型的长时储能通过创新降本所需的成本和周期。报告针对5大类11种主要的储能技术，分析其在实施创新组合后各类储能技术的成本情况。其中，抽水蓄能、压缩空气储能、液流电池创新后的LCOS低于0.05美元/千瓦时，可达到成本突破目标。实施创新组合后各类储能技术的成本情况巅峰表示，纵观当前的技术现状、项目情况和产业链培育等，钒液流电池已经进入了关键的转折之年，可谓喜忧参半。钒液流电池需要在技术创新、人才培育、产业基础、产业规模、生态链完善、项目运营等方面进行攻坚克难，慎防发生项目和产业“烂尾”。巅峰认为，在锂电产业长周期发展的20—30年中，头部的锂电制造企业引导至了东南沿海地区。随后电动汽车和储能所带动的广阔市场空间让东南沿海地区城市占尽新能源发展红利，其他想要分得一杯羹的城市却已经错失入局良机。但沿着“30·60”双碳目标的远景路径，大家又发现了更具前瞻性的发展契机长时储能。随着电力负荷的不断增长和电力市场的逐步开放，电力系统的稳定性问题日益凸显。长时储能技术能够提供稳定的电力支持，帮助电力系统应对各种突发情况，如电力短缺、电网故障等。而钒电池，特别是全钒液流电池所具备的极长循环寿命，完美适配长时储能需求。在100%充放电循环下，钒电池充放电循环次数可达20000次以上，使用寿命长达10年以上。这意味着钒电池在长时储能应用中能够保持长时间的稳定运行，减少更换电池的频率和维护成本。在多重因素叠加之下，钒电池产业便成为了当下布局长时储能领域的最佳切入点。
多省市发布钒电池产业政策，钒电池迎来“上位关键期”
巅峰储能对全钒液流电池产业的发展持续看好。
钒电池产业机遇与挑战并存，业内呼吁加强宣传与技术创新一片利好之下，挑战与风险依然不容小觑。虽然有锂电池产业作为“行业前辈”为钒电池产业的发展提供参考。但相较于传统的铅酸电池、锂离子电池等储能技术，钒电池在市场上的认知度还不够高，仍需要加大宣传力度，提高公众对钒电池性能和优势的认识，扩大市场份额。“这就是我们全钒液流电池企业‘打江山’的阶段，如何让客户和市场认可我们，产品就是最好的答案。”“现阶段钒电池的生产成本相对较高，主要原因是材料成本、生产工艺和规模化程度等因素的制约。高成本限制了钒电池的市场推广和规模化应用，需要企业加强成本控制和研发技术的不断创新，降低生产成本。”此外，由于钒资源的分布不均，一些主要产区的供应情况对钒电池行业的发展也具有重要影响。目前国内的钒资源分布相对集中，主要分布于四川、甘肃、广西等地，河北、辽宁、湖南、安徽、湖北虽然也拥有一定的钒资源储量，但储量较少，而贵州、陕西、江西等地的钒资源分布较为分散。“因此如何加强资源地质综合研究及勘查验证，提高资源利用效率同时降低对外部资源的依赖，是现阶段上游材料企业的重点难题。”
巅峰氢储：先来系统认识下液流电池。
液流电池，又名氧化还原液流电池技术，由美国科学家Thaller于1974年提出，原理是活性物质通过可逆氧化还原反应实现电能和化学能的相互转化。通过将正负极电解液由循环系统输送至电堆，在电堆中电解液活性物质发生价态变化，实现电能与化学能的双向转化。
全钒液流电池技术，电解液在长期运行过程中可再生，电化学反应动力学良好，运行过程中无明显析氢、析氧副反应。全钒液流电池技术出现后，终于让液流电池已进入商业化初期阶段。
据巅峰预测，2060年全社会用电量约15.7万亿千瓦时，电源装机将超过67亿千瓦，届时，风能、太阳能发电装机将超过40亿千瓦，装机占比超过60%，发电量占比超过50%。
所以长时储能在提升新能源发电消纳能力、增强电网灵活性等方面优势更明显，“新能源+长时储能”未来将成为保障新型电力系统安全稳定运行的重要解决方案，因而国内外多家研究机构预测，到2030年前后，国内长时储能产业规模将突破万亿元。液流电池是当下行业内为数不多的具有产业化能力的长时储能技术路线之一，处在新型储能的“领跑”位置。液流电池之所以被寄予厚望，与其独特的特点和优势密切相关。
全钒液流电池的外形与一般的锂离子电池和铅碳电池不同，而是分别由电堆（或单电池）、正极储罐（储存有正极电解液）、负极储罐（储存有负极电解液）、循环泵以及管理系统构成，其中电堆由多个单电池串联而成，每个单电池包括正极、负极、隔膜、正/负极双极板等材料。多个全钒液流电堆可以构成一个储能模块，多个储能模块可以构成一个储能系统或储能电站。
一、全钒液流电池储能原理
钒离子有4种价态，全钒液流电池正、负极电解液的储能活性物质都是钒离子，是利用正、负极电解液中钒离子价态的变化来实现电能的储存和释放。
（1）充电过程中，正极电解液中的四价钒离子氧化成五价钒离子，并失去一个电子，产生两个氢离子；负极电解液中三价钒离子得到一个电子还原为二价的钒离子，并消耗一个氢离子。
（2）放电过程中，正极电解液中的五价钒离子得到一个电子还原为四价钒离子，同时消耗两个氢离子；负极电解液中二价钒离子失去一个电子被氧化为三价钒离子，同时产生一个氢离子。
由以上过程可以看出，电池在充电过程中，氢离子从正极向负极迁移，放电过程则相反；电池内部的电化学反应在内部表现为氢离子的迁移，则在外电路中产生电流。
由于全钒液流电池具有安全性高、储能规模大、充放电循环寿命长、电解液可循环利用、生命周期中性价比高、环境友好等优点，近年越来越受到世界各国的重视，全钒液流电池储能系统的研究开发、工程应用示范不断取得重要进展，发展越来越快，技术越来越成熟，成本越来越低，已进入了产业化推广应用阶段，具有巨大的市场前景。
全钒液流电池储能系统的输出功率和储能容量可独立设计
(a)要增加输出功率，仅需增加电堆的数量
(b)要增加储能容量，仅需增加电解液体积
二、全钒液流电池技术特点
1.技术优势
全钒液流电池储能系统本征安全，运行可靠，全生命周期环境友好。
全钒液流电池的电解液为钒离子的稀硫酸水溶液，只要控制好充放电截止电压，保持电池系统存放空间通风良好，即可本征安全，不存在着火爆炸的危险。电解液在密封空间内循环使用，在使用过程中通常不会产生环境污染物质，也不会受外部杂质的污染。
此外，全钒液流电池中正、负极电解液储能活性物质同为钒离子，不会发生正、负极电解液活性物质的互串而发生储能容量的不可逆衰减常年运行由于微量的副反应和正、负极电解液微量互串的累计造成的容量衰减可以通过在线或离线再生反复循环利用。
电堆和系统主要是由碳材料、塑料和金属材料组装而成，当全钒液流电池系统废弃时，金属材料可以循环利用，碳材料、塑料可以作为燃料加以利用。因此，全钒液流电池系统全生命周期内安全性好，环境负荷很小，环境非常友好。
2012年12月在辽宁省法库国电龙源卧牛石50MW风电场建设的5MW/10MWh储能电站运行了近9年时,储能容量有所衰减，经过在线恢复后，储能容量恢复到了10MWh。目前，该储能电站已运行了9年多，仍正常稳定运行。
全钒液流电池储能系统的输出功率和储能容量相互独立，设计和安装灵活，适用于大规模、大容量、长时储能。
如图1所示，全钒液流电池储能系统的输出功率由电堆的大小和数量决定，而储能容量由电解液的体积决定。要增加输出功率，只要增大电堆的电极面积和增加电堆的数量就可实现;要增加储能容量，只要增加电解液的体积就可实现。特别适合于需要大规模、大容量、长时间储能装备的应用场合。全钒液流电池系统的输出功率通常在数百瓦至数百兆瓦，储能容量在数百千瓦时至数百兆瓦时。
能量转换效率高，启动速度快，无相变化。
充放电状态切换响应迅速全钒液流电池在室温条件下运行，电解质溶液在电解液储罐和电堆之间循环流动，在充、放电过程中通过溶解在水溶液中钒离子的价态变化实现电能的存储和释放，没有相变化。
所以，充放电状态切换响应迅速，融科储能的兆瓦级储能系统，由80%充电状态转换到80%的放电状态所需的时间小于100ms，主要是由指令信号的传递速度决定的。所以，既可用于调幅调频、可再生能源并网又可用于辅助服务、电网调峰及紧急备用储能电站。
全钒液流电池储能系统采用模块化设计易于系统集成和规模放大。
全钒液流电池电堆是由多个单电池按压滤机方式叠合而成的。目前，产业化的单体电堆的额定输出功率一般在30~80kW。储能系统通常是由多个单元储能系统模块组成，单元储能系统模块额定输出功率一般在500kW左右。与其他电池相比，全钒液流电池电堆和电池单元储能系统模块额定输出功率大，均匀性好，易于集成和规模放大。
2. 全钒液流电池也存在不足之处
储能系统由多个子系统组成，系统复杂；
为使储能系统在稳定状态下连续工作，储能系统需要包括电解质溶液循环泵、电控设备、通风设备、电解液温控设备等支持设备，并给这些储能系统支持设备提供能量，所以全钒液流电池系统通常不适用于小型储能系统；
受钒离子溶解度等的限制，全钒液流电池的能量密度较低，只适用于对体积、重量要求不高的固定储能电站，而不适合用于移动电源和动力电池。
三、钒液流电池全生命周期成本分析
以2021年融科春呢个第三季度兆瓦级全钒液流电池储能系统的实际价格为例，当电解液原料五氧化二钒的价格为10万元/t时，电解液的价格约为1500元/kWh：
不同储能时长全钒液流电池储能系统价格
由于全钒液流电池的电解液可再生循环使用，因此其残值很高。
四、产业链构成
液流电池产业链包括上游材料、电池制造、模块设计和系统集成等环节。
目前研究主流的液流电池为钒电池，其上游原料主要包括五氧化二钒和全氟磺酸膜等；中游是钒电池储能系统的设计与制造，由逆变器、智能控制器、电堆、隔膜、电解液、储罐等部分构成，其中最核心部件是电堆和电解液；下游主要是钒电池的应用，包括风力发电、光伏发电、电网调峰等。
1. 钒矿及钒加工
钒是一种亲石元素，一般以分散状态存在于矿石中，其自然分布特点是：储量大，分布广，含量低。钒钛磁铁矿是最常见的含钒铁矿石，这种矿物遍布全球，是目前最主要的产钒来源，约占全球钒年产量的85%以上，占我国钒年产量的80%以上。在上游矿产资源方面，全球超过70%以上的钒来自副产炼钢的钒渣。我国液流电池领域的钒矿企业有德泰储能、承德钒钛、寰泰储能、攀钢集团等。
2. 电堆材料制造
钒电池的电堆材料包括：电极、双极板、隔膜、密封件等几种关键材料，其原料多为碳材料以及高分子聚合物材料等，与有机化工产业密切相关。由于各个厂家的选材和工艺不尽相同，电堆材料的成本及性能也存在差异性。此外，现有电堆材料的技术和工艺尚有较大的改进空间，相关研发工作仍在不断进行中。
电极材料的核心用料是碳毡、石墨毡或碳纸。碳毡和石墨毡的制造工艺较成熟，以高分子纤维织物为原料，经过高温碳化处理所得，成本较为低廉。国内主要的石墨毡企业是江油润生石墨毡有限公司、嘉兴纳科新材料有限公司。相比之下，碳纸的厚度比碳毡更薄，具有更低的电阻率，但生产工艺较为复杂。
隔膜材料最初是采用全氟质子交换膜，之后可能转向非氟离子传导膜。全氟质子交换膜最早用于氯碱工业，成功实现产业化，之后又广泛应用于氢燃料电池。相比燃料电池隔膜，钒电池隔膜不仅要求有很高的化学稳定性和机械强度，而且要有较好的离子选择透性。
液流电池之所以被寄予厚望，与其独特的特点和优势密切相关。
1.长时储能能力：液流电池能够实现4小时以上的储能时长，甚至可以达到8小时或更长，这使得它们非常适合用于大规模储能系统，如新能源并网等应用场景。
2.安全性高：液流电池通常使用水系电解液，不易燃烧、不易爆炸，具有较高的安全性能。
3.长循环寿命：液流电池的循环寿命可达1.5万-2万次（锂离子储能电池在5000次左右），整体使用寿命可以达到20年或更长时间，这大大降低了储能系统的维护成本和更换频率。
4.灵活扩容：液流电池的功率和容量可以独立设计，通过增加电堆的规格和数量以及电解液的浓度和体积，可以灵活调节储能系统的输出功率和储能容量，并且建设周期短（3-6个月），因此非常适合用于大规模储能系统。
5.环境友好：液流电池的电解液成分相对无害，电池材料多为环境友好型，对环境的影响较小，这符合当前全球对于可持续发展和环境保护的要求。
6.技术发展带来的降本潜力优势。
还有一个目前行业鲜为人知的特点，按照技术路线来看，产业化应用最多的全钒液流电池是主流。而钒资源，这是一个中国占主导优势的矿产资源。被资本如此看好的储能电池技术，尤其占据主导全钒液流电池的产业化，到底到了哪一步。
全钒液流电池前景光明
液流电池作为电化学储能技术之一，相比之前锂电池有相当优势的。在本质安全方面，液流电池能量储存于水性电解液中，能量转化过程中不发生固液相变，没有燃烧爆炸的风险。
在循环寿命方面，液流电池也有明显优势，如已实现商业化运行的全钒液流电池，不仅充放电次数是锂电池的3倍以上，达到2万，而且钒电解液具有环境友好、可循环回收利用等特点。尤其以全钒液流电池为代表的液流电池，具备安全性高、循环次数多和容量可灵活扩充等的特点，特别适用于长时大容量储能应用场景。
但制约因素也确实明显。但液流电池在其广泛应用和商业化过程中仍需克服包括成本、能量密度、技术成熟度、环境适应性、安全性和回收利用等方面的挑战。
据国家能源局数据，2022年液流电池储能技术在已投运新型储能项目中的占比增幅明显，从2021年的0.9%提高至2022年的1.6%。随着一系列大型商业化液流电池项目的投入使用，预计2024年其占比仍将进一步上升。若能解决一次性投资成本高与运行维护复杂等问题，液流电池未来确实将不可限量。
2025年全钒液流电池会成为市场爆发阶段！
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