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全釩液流電池的技術(shù)進步及效用分析

時間:2020-09-28 09:29來源:能見App 作者:綜合報道
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       9月27日,由國家電網(wǎng)有限公司發(fā)起成立的中國綜合能源服務(wù)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展聯(lián)盟、中電聯(lián)售電與綜合能源服務(wù)分會聯(lián)合舉辦的中國綜合能源服務(wù)產(chǎn)業(yè)高峰論壇暨云博會在北京釣魚臺國賓館隆重召開。當天下午,在“儲能與綜合能源服務(wù)”分論壇上,中科院金屬所研究員、教授嚴川偉發(fā)表了主旨演講。作為從事全釩液流電池研究20年的老兵,對釩電池的技術(shù)進步及效用進行了詳盡的分析。
 
       嚴川偉認為,釩電池是最成熟的液流電池,基于全釩液流電池商業(yè)化開發(fā)條件,技術(shù)性能與成本已達到可規(guī)模發(fā)展的水平。
 
       以下是演講實錄:
 
       對一個從事技術(shù)研究的人來說,沒有什么比他所從事的技術(shù)發(fā)展到什么階段、有沒有未來、能不能對社會有作用更值得關(guān)注的了。作為從事全釩液流電池研究二十年老兵,有機會跟大家分享一下對這個電池的發(fā)展的觀點和認識。也分三個話題。
 
       一、儲能:電力發(fā)展產(chǎn)物、能源革命需要
 
       首先儲能不是時尚的東西、一個可有可無的,而是它是電力發(fā)展必然的產(chǎn)物,也是能源革命所必須的,應(yīng)該指出儲能是大的產(chǎn)業(yè)、也是大的市場、也是國家能源戰(zhàn)略一個重要的支撐。
 
       這個市場是非常巨大,比如說在2030年全球市場就可以達到2000億美元以上,這其中長時間儲能是主要需求,比如70%儲能需求是4小時以上,這個主要來源于可再生能源對化石能源的替代、以及可再生能源它本身波動性、隨機性所導致的。
 
       我們講儲能這個概念是狹義的概念,因為儲能這個概念現(xiàn)在比泛化,手機電池也叫儲能,我們講的針對電力需求大規(guī)模儲能,大規(guī)模儲能要求顯而易見兩方面,第一個方面安全可靠,作為規(guī)模電力供給的重要環(huán)節(jié),不是一家一戶事,必須可靠,這個從事電力人都很好理解這一點;第二經(jīng)濟性要好,能夠賺錢,能夠?qū)崿F(xiàn)良性的事業(yè)化運行,否則它是不可持續(xù)的。
 
       那么作為大規(guī)模儲能一個手段、一種技術(shù),全釩液流電池它的特點主要有幾個方面:
 
       1、安全,它是水體系本征安全,不是經(jīng)過努力使著它安全一點,而是它本身具有安全基因。
 
       2、適大規(guī)模儲能,因為它單元大,一個電力做到幾十千瓦沒有問題,液流循環(huán),對熱的管理是天然的優(yōu)勢,再就是壽命長,循環(huán)壽命達萬次或者更高。
 
       3、技術(shù)經(jīng)濟潛力大,我們只能這么講,技術(shù)已經(jīng)取得很大的進展,達到很好的指標,我一會兒再講。現(xiàn)在看來它的天花板非常高,現(xiàn)在遠遠沒有達到,空間非常大。
 
       4、資源豐富,它的主要資源、核心資源釩非常豐富,儲量巨大,每年產(chǎn)量足夠發(fā)展規(guī)模儲能技術(shù)。
 
       所以全釩液流電池它應(yīng)該是滿足大規(guī)模儲能產(chǎn)業(yè)化比較理想的一種技術(shù)。它用作規(guī)模儲能可以滿足不同的儲能需要,因為儲能有多種需要、多種形式,至少能量型和功率型,比如滿足主要大型可再生能源并網(wǎng)、調(diào)峰、用戶電價管理等,在這些方面,長時間大規(guī)模容量型的儲能它是最擅長、最合適,其他也能做,就沒有那么突出比較優(yōu)勢。
 
       中國擁有最豐富的釩資源,釩資源不是稀有元素,到處都有,分布很大沒有地域限制,很多地方都有。
 
       中國探明釩資源占全球的一半以上,主要有幾個來源:第一個來自液晶副產(chǎn)品,70%以上釩都是這個來源;第二個來源是煤礦,這個量特別大特別豐富;第三固廢的回收、電場一部分爐渣灰、還有船用的重油渣、還有煉化催化劑的回收這個量比較大,每年可以獲得釩達到1萬噸以上,甚至達到兩三萬噸都是有可能的,關(guān)鍵這種來源有可能非常非常廉價、經(jīng)濟性特別好的來源。
 
       全釩液流電池已經(jīng)被研究幾十年,作為一種工程應(yīng)用的電池,進行各種系統(tǒng)性實驗,技術(shù)原則性還是系統(tǒng)可靠性、還是經(jīng)濟性進行一系列實驗驗證。
 
       這里列了當前在規(guī)劃當中的、正在實施或者已經(jīng)實施的一些項目。這里我們也舉一些已經(jīng)做的電站例子。
 
       第一個就是日本住友電工,它是最早工程化開發(fā)的,至今已經(jīng)有30多年,北海道這個項目是在運行全球最大的項目現(xiàn)在還是有全負荷、全指標實際運行。
 
       第二個例子就是北京普能,在2011年的時候投運的風光儲輸示范,以及最近棗陽第一期項目,當然在國外做了大量海外項目。國網(wǎng)南瑞是國網(wǎng)從事電池研究的機構(gòu),無論技術(shù)還是更高層面做了系統(tǒng)部署取得很好的效果。大連融科現(xiàn)在正在收尾階段100兆瓦項目在年底投運,應(yīng)該是歷史性的標志,成功沒有什么問題,因為做了大量前期鋪設(shè)已經(jīng)有良好的基礎(chǔ)。
 
       二、技術(shù)進步及效應(yīng)
 
       在我們國家研究基本有幾個模式:第一個亂研究沒有目標;第二個就是以發(fā)論文為導向的研究;第三個以問題為目標,把問題解決的研究,應(yīng)該講全釩液流電池這個研究主要體現(xiàn)在第三方面,聚焦了焦點,比如可靠性是關(guān)鍵,像其他電器設(shè)備一樣穩(wěn)定工作,住問題的概率足夠低,另一個成本,如何實現(xiàn)商業(yè)操作,實現(xiàn)良性可持續(xù)發(fā)展,從材料、從系統(tǒng)、從結(jié)構(gòu)角度降低成本。
 
       現(xiàn)在技術(shù)已經(jīng)趨于成熟,這個在十年前不可想象的,尤其最近這兩三年技術(shù)突飛猛進,超過了我們業(yè)內(nèi)每個人想象,進入加速期�,F(xiàn)在能夠支撐應(yīng)用,并且已經(jīng)形成完整的研發(fā)體系,能夠支撐產(chǎn)業(yè)化發(fā)展能力和條件,已經(jīng)沒有不可逾越難關(guān)或者瓶頸。
 
       從技術(shù)發(fā)展軌跡來講,工作電流密度是綜合表征也代表一個水平,比如十年前我們稱之為第一代,密度50毫安左右,最多30、60左右,五年前第二代達到100毫安/平方厘米左右,當前稱為第三代達到150—200毫安/平方厘米左右,可以預(yù)期在不遠未來會達到更高,達到300毫安/平方厘米以上,這種發(fā)展速度對其他電池來說很難有的的狀態(tài)。
 
       儲能成本演化分析,對于成本是我們技術(shù)工作者優(yōu)先關(guān)注的一個點,這方面都是作為重要的一個工作內(nèi)容進行系統(tǒng)性評價,每年或者一定時間對它重新評估、進行整理,這是我們最近計算結(jié)果。
 
       現(xiàn)在鋰電池一度電成本大概2000元左右,對于全釩液流電池如果達到200毫安,4小時接近2000元,進一步發(fā)展6小時都會低于2000元,成本下降還是非常明顯,還是指日可待的。
 
       這是國內(nèi)某個企業(yè)進行相關(guān)分析,也可以看出短期內(nèi)成本可以跟鋰電池成本一致,比如在一兩年內(nèi),六小時系統(tǒng)成本預(yù)計低于鋰電池。產(chǎn)業(yè)鏈基本形成,或者說形成初步產(chǎn)業(yè)鏈經(jīng)過最近幾年發(fā)展,比如電堆與系統(tǒng)集成,北京普能、國網(wǎng)南瑞等,極板有危害南海、大連融科、遼寧科京,隔膜有江蘇科學潤、遼寧科京等。
 
       建立初步的標準體系,包括國家標準、能源行業(yè)標準、電力標準、地方標準等等,還有國際標準。正在突破釩源問題,因為90%釩用在鋼鐵冶金上,那個是固有的“江湖”,沒有進一步推動全釩液流電池向前發(fā)展的動力,因為那個“江湖”利潤是封閉循環(huán)很好。
 
       所以我們有一個原則或者策略,就是“再造江湖”解決增量問題,這方面有很多實際動作,比如北京普能上游延伸,在東南亞生產(chǎn)釩,已經(jīng)達到千噸級,近期還能達到萬噸級。國網(wǎng)南瑞推動融資租賃,上海電氣向上游延伸,湖南銀峰專注石煤釩源。
 
       這個圖是幾天一個事件,意義除了解決釩源,利用阿克蘇當?shù)刭Y源解決生產(chǎn)問題,地方上把能夠做的儲能都加上,不僅僅棄光一項,所有調(diào)峰、調(diào)頻等等都加上,即便電池比較低的工作功率工作,也可以實現(xiàn)良性商業(yè)運行,這個意義非常重要的。
 
       大規(guī)模、安全性是釩電池的優(yōu)點,這里不得不提所謂競爭定位問題,我認為根本不存在競爭,因為儲能需求多層次、多類型,不同大小,不同技術(shù)各有優(yōu)劣式,比如鋰電池成本已經(jīng)做的很低,技術(shù)充分成熟,也可以做比較大的規(guī)模,相對全釩液流電池來講,鋰電池規(guī)模應(yīng)該是較少一點,或者全釩液流電池應(yīng)該做更大規(guī)模的。
 
       鑒于安全重要性,我們在這里再補充提醒大家思考幾個方面問題,因為我們正在把儲能產(chǎn)業(yè)、事業(yè)向前進,不得不進行相應(yīng)思考。比方我們經(jīng)常聽到一些火災(zāi)、事故等等,當然韓國火災(zāi)是比較典型,可能在管理上有問題,無論怎么說大約有1000座左右的儲能電站,在不長時間之內(nèi)就發(fā)生將近30起火災(zāi)事故,每座電站火災(zāi)概率是1.5%,這個太高了,應(yīng)該是驚人的高,不允許的。
 
       電動車最近這些年發(fā)展起來,就在幾年前出問題概率應(yīng)該是千分之一,傳統(tǒng)燃油車是千萬分之幾,什么概念?天天跟汽車打交道,受到汽車傷害風險跟我們差多少?百分之零,做到絕對安全。我們儲能需要安全、電力系統(tǒng)需要安全,具體做到什么程度?要什么方式、什么技術(shù)?值得我們關(guān)注。總的來說,大規(guī)模儲能系統(tǒng)出問題概率應(yīng)該比較低。
 
       三、總結(jié)與展望
 
       最后一個話題,釩電池是最成熟的液流電池,技術(shù)性能與成本已達到可規(guī)模發(fā)展的水平,基于全釩液流電池商業(yè)化開發(fā)條件,技術(shù)與商業(yè)化發(fā)展的潛力巨大。
 
       謝謝�。ǜ鶕�(jù)演講速記整理,未經(jīng)演講人審核)
 
(責任編輯:子蕊)
免責聲明:本文僅代表作者個人觀點,與中國電池聯(lián)盟無關(guān)。其原創(chuàng)性以及文中陳述文字和內(nèi)容未經(jīng)本網(wǎng)證實,對本文以及其中全部或者部分內(nèi)容、文字的真實性、完整性、及時性本站不作任何保證或承諾,請讀者僅作參考,并請自行核實相關(guān)內(nèi)容。
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