全钒液流电池储能开启产业化征程

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据有关机构统计,截至目前,我国全钒液电池储存项目累计规模仅次于传统的锂离子电池和铅酸蓄电池电化学储能技术,占比国家电化学储能规模。 4%,占全球全钒流电池存储容量的17.8%。氧化还原液流电池的全球市场预计将从2018年的1.3亿美元增长到2025年的3.7亿美元。在大规模生产或开发的液流电池中,全钒液流电池将占据70%的市场份额。

十年后,张华民家中安装的全钒液流电池储能装置仍在顺利运行。 “这是我们的第一套原型,足以证明钒氧化还原液流电池稳定,安全可靠,使用寿命长。”张华民告诉记者。

张华民是大连化学物理研究所储能技术研究部首席研究员(中国科学院大连化学物理研究所,中国科学院院士)。为了验证该团队开发的全钒液流电池的性能,2009年,他在家中安装了这套电池。全钒液流储能装置不仅起到测试实验效果的作用,而且为家庭用电提供清洁能源,展示了全钒液体储能技术与可再生能源相结合的良好应用前景。

简单地说,全钒氧化还原液流电池使用含有钒离子的水溶液作为储能介质,通过其价态的变化,实现化学能和电能之间的转换,从而完成充放电过程。

据CCID智库统计,到目前为止,中国已投入运行全钒氧化还原液流电池储能项目的总容量,仅次于锂离子电池和铅酸电池。它占全国电化学储能规模。世界上4%的钒氧化还原液流电池存储容量为17.8%。

用中国标准“充电”世界

“自2000年以来,中国科学院大连化学物理研究所开始研究液体流动电池的储能技术。目前,大连化学物理研究所和中国科学院荣科储能合作组已形成液流电池,堆栈,电池存储等关键材料的设计与制造,系统设计集成,储能系统智能控制,工程应用和运行管理等完整的自主知识产权制度已获得200多项授权专利,“张华民说。

行业发展需要标准的领导。张华民依托国内外技术领先和学术影响力,全面负责制定国家能源行业流动电池标准和国际液体流动电池标准,并采用中国标准“收费”世界。 “主持国际标准的发展,中国的液流电池技术处于国际先进水平,”中国能源与电力工业协会储能应用处秘书长刘勇说。

与其他储能技术相比,钒氧化还原液流电池具有明显的优势:一是安全性高,储能介质是钒化合物的水溶液。电池具有良好的均匀性,不会爆炸。其次,容量大,储能容量可达数百千瓦时至数百兆瓦,适合大规模储能。第三,循环寿命长,电池充放电次数超过15,000次,使用年限为15至20年。第四,环境友好,电解液可以反复循环使用。

“全钒液流电池的核心部件是堆叠,类似于中央处理器。堆叠的核心材料包括电解质,离子导电膜等。如何使材料更好,更便宜,我们一直在努力张华敏说,通过电池关键材料和堆叠结构设计技术的创新,研究团队解决了电池内阻较大的问题,在保证能量密度不低于80%的前提下,运行电池的电流密度是平方厘米80 mA增加到300 mA,功率密度增加了近四倍,堆叠材料成本降低了约70%。

“所有钒氧化还原液流电池的电解液性能较慢,可在线或离线再生后再循环,电解液中的钒值始终存在,原则上其寿命为半永久性。因此,从电池制造,废旧电池系统的无害化处理,在整个生命周期方面,其成本实际上并不高。“张华民回应了所有钒氧化还原流动成本高的误区他说,研究小组将继续开发高性能材料,设计高性能电抗器,未来全钒液流电池的成本将进一步降低。

产业,学术和研究的无缝整合以及整个产业链布局

“中国的钒资源丰富,主要集中在四川,湖南,湖北,陕西,河北等省。从原料基地建设,技术平台建设,储能产品开发,智能设备生产制造,到工程应用等。中国钒液流电池的产业链模式已逐步建立和完善。“刘勇说。

在此前的国家储能技术与应用高级研讨会上,陕西液体流体储能创新中心的首席科学家赖勤智博士指出,该行业已在全钒液流电池行业内形成了行业联盟。接缝。在上游资源安全方面,有五个钒矿基地,现有储量可以完全满足联盟内全钒液流电池的需求。在营销方面,大连荣科储能,北京普能,上海电气等企业共同推动液流电池的示范应用和商业化运作。

除了科研机构和生产企业外,电力设计院还积极参与液流电池储能项目,推动储能技术的应用和发展。

以大连液流电池储能峰值电站为例。该项目是国内首个大型化学储能示范项目,是目前世界上最大的钒液流电池储能电站。第一阶段建设规模为100兆瓦/400兆瓦时。该电站采用全钒液流电池作为储能元件,由中国科学院大连化学研究所提供技术支持,大连荣科储能建设,东北电力设计院设计。中国能建设计集团。 “储能电站运行期间的控制和安全尤为重要。相关设备的配置和控制策略的制定需要考虑这两个方面。“项目总经理齐玉峰说:”对于这些特点,东北研究所正在发展中。已经提出了许多特殊研究,并提出了创新的设计概念和方法。在控制方面,已经开发出与电池制造商和控制系统制造商的合作,以开发用于电池存储电站的综合操作管理系统。在安全性方面,采用“纵深防御”的设计理念,设置多种措施,防止气体,液体泄漏和扩散。“

已进入工业化推广阶段

研究公司QY Research的一项调查显示,氧化还原液流电池的全球市场预计将从2018年的1.3亿美元增长到2025年的3.7亿美元。在大规模生产或开发的液流电池中,全钒液流电池将占据70%的市场。

“中国的全钒液流电池储能已进入工业化推进阶段。”张华民说。在国电张北风光仓库示范工程,国电龙源沉阳沃伊峰风电场等大型风力发电基地,部署了5兆瓦/10兆瓦时全钒氧化还原液流电池储能示范工程,有效解决了调幅问题。频率调制和瞬态干扰问题促进了可再生能源的消耗,确保了电网的安全稳定运行。

采用全钒液流电池,不仅可以建设大型储能电站,而且可以根据不同的应用场景建设不同规模的小型电厂。 “现在全钒流动电池储能技术已经更新到第二代。我们已经克服了堆叠设计集成技术,发明了大功率,高功率密度堆叠结构的设计方法,开发出32千瓦大功率流量电池单体堆栈和制造技术的进一步突破已实现批量生产并进入海外市场。集成储能装置更紧凑,成本也大大降低。“张华民说。

从储能行业的角度来看,刘勇指出,大规模,高效,低成本,长寿命,易回收是未来液流蓄能电池技术的发展方向,并且有必要进一步加强电解质,离子交换膜和电极材料。并对电池结构进行设计和研究,以提高液流电池的可靠性。储能应以市场需求为导向,根据不同的应用场景开发新技术。

张华民说,在征服所有钒氧化还原液流电池的同时,中国科学院大连化学物理研究所也在积极开发新型液流电池系统,如锌溴液流电池,锌铁液流电池。等,主要用于用户侧储能。 “也许在不久的将来,随着技术的进步,用于可再生能源的家用储能设备可以安全且低成本地进入我们的生活。”

(编者:DF506)

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