鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量：793次 | 2021年10月19日
低碳院劉慶華：液流電池儲(chǔ)能低成本化關(guān)鍵路徑探索
我國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：九月24—二十六日，由我國(guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)聯(lián)合200余家機(jī)構(gòu)共同支持的第十屆我國(guó)國(guó)際儲(chǔ)能大會(huì)在深圳鵬瑞萊佛士酒店召開(kāi)。此次大會(huì)主題是“共建儲(chǔ)能生態(tài)鏈，開(kāi)啟應(yīng)用新時(shí)代”。來(lái)自行業(yè)主管機(jī)構(gòu)、國(guó)內(nèi)外駐華機(jī)構(gòu)、科研單位、電網(wǎng)公司、發(fā)電公司、系統(tǒng)集成商、金融機(jī)構(gòu)等不同領(lǐng)域的1621人參加了本屆大會(huì)。本次大會(huì)由我國(guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)儲(chǔ)能應(yīng)用分會(huì)、我國(guó)科學(xué)院電工研究所儲(chǔ)能技術(shù)組和我國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)聯(lián)合承辦。
在二十五日下午的“新型儲(chǔ)能技術(shù)及應(yīng)用”專(zhuān)場(chǎng)，國(guó)家能源集團(tuán)北京低碳清潔能源研究院儲(chǔ)能技術(shù)部經(jīng)理劉慶華分享了主題報(bào)告《液流電池儲(chǔ)能低成本化關(guān)鍵路徑探索》。會(huì)務(wù)組對(duì)發(fā)言人的演講速記做了梳理，方便大家會(huì)后交流、學(xué)習(xí)，以下是速記全文：
劉慶華：感謝主持人，我來(lái)自國(guó)家能源集團(tuán)北京低碳清潔能源研究院，很高興有機(jī)會(huì)跟大家探討液流電池技術(shù)。今天重點(diǎn)探討液流電池如何實(shí)現(xiàn)低成本化，這里包括前期的探索和思考。
重要包括以下兩部分內(nèi)容：液流電池發(fā)展現(xiàn)狀和液流電池低成本化路徑探索。
最近兩天的會(huì)議上，大家一直在討論儲(chǔ)能的價(jià)值和定位。價(jià)值不僅僅體現(xiàn)在價(jià)格上，大家形成的共識(shí)，首先是從頂層設(shè)計(jì)角度來(lái)講，儲(chǔ)能技術(shù)推動(dòng)整個(gè)世界能源的清潔化、電氣化、高效化、智能化，破解能源、資源和環(huán)境約束，是實(shí)現(xiàn)全球能源轉(zhuǎn)型升級(jí)的核心技術(shù)之一。它不僅僅是有利可圖的市場(chǎng)成員，它已經(jīng)上升到能源轉(zhuǎn)型，成為關(guān)鍵的角色之一。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
目前可再生能源、新能源在快速發(fā)展，這一過(guò)程中出現(xiàn)很多要解決的問(wèn)題和挑戰(zhàn)。電網(wǎng)在升級(jí)，用戶(hù)側(cè)用能方式在不斷發(fā)生變化。前期大家提出的概念是社會(huì)在經(jīng)歷再電氣化的過(guò)程，交通領(lǐng)域也出現(xiàn)了再電氣化的形態(tài)，儲(chǔ)能不會(huì)缺席。從能源利用效率和破解棄風(fēng)、棄光、棄水和低谷電消納方面，實(shí)現(xiàn)能源供給的“安全、自主、可控”。儲(chǔ)能是未來(lái)能源技術(shù)創(chuàng)新的重要引擎之一?！笆奈濉逼陂g把儲(chǔ)能行業(yè)打造成新經(jīng)濟(jì)上升點(diǎn)。這肯定是要再次爆發(fā)的。
相關(guān)政策，前面幾位嘉賓做了很好的闡述。有關(guān)產(chǎn)業(yè)政策來(lái)講，大家印象深刻的是2017年1號(hào)文，為儲(chǔ)能發(fā)展供應(yīng)了非常好的指引方向。重點(diǎn)看一下今年八月份國(guó)家發(fā)改委公布“風(fēng)光水火儲(chǔ)一體化”和“源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化”，可以看出發(fā)電側(cè)、用戶(hù)側(cè)和電網(wǎng)側(cè)是聯(lián)動(dòng)的。儲(chǔ)能銜接關(guān)鍵要素。文件為整個(gè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展確定了方向。儲(chǔ)能創(chuàng)新相關(guān)規(guī)劃，《我國(guó)制造2025》也是把它作為重要領(lǐng)域。
截至九月中旬已有16個(gè)省份公布了支持儲(chǔ)能的相關(guān)政策，重要亮點(diǎn)是“新能源+儲(chǔ)能”。我們集團(tuán)重要業(yè)務(wù)之一是新能源發(fā)電，目前是全球裝機(jī)規(guī)模最大。新的新能源項(xiàng)目是被各個(gè)省市要求一定要配置儲(chǔ)能。我們作為儲(chǔ)能技術(shù)開(kāi)發(fā)單位在緊密合作，推動(dòng)項(xiàng)目的落地。
可以看出電化學(xué)儲(chǔ)能共性特點(diǎn)包括三點(diǎn)：
一是現(xiàn)代儲(chǔ)能系統(tǒng)具有精準(zhǔn)控制、快速響應(yīng)、靈活配置和靈活調(diào)節(jié)功率的特點(diǎn)；
IP67防水，充放電分口 安全可靠
標(biāo)稱(chēng)電壓：28.8V
標(biāo)稱(chēng)容量：34.3Ah
電池尺寸：(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域：勘探測(cè)繪、無(wú)人設(shè)備
二是儲(chǔ)能單元容量達(dá)兆瓦級(jí)、全功率響應(yīng)時(shí)間小于100毫秒。有關(guān)電池本身響應(yīng)速度更快；
三是形式：大容量集中式儲(chǔ)能電站和分散聚合式。
選擇儲(chǔ)能路線時(shí)，客戶(hù)有自己的需求，我們重點(diǎn)關(guān)注幾點(diǎn)：
第一，安全性。對(duì)人的安全性，一旦發(fā)生失控局面，經(jīng)濟(jì)損失非常大。
第二，低成本。目前大家比較關(guān)注一次性投資成本，我們要根據(jù)其效率和壽命進(jìn)行折算，包括運(yùn)維。全生命周期成本，假如考察全生命周期，不同的路線差別是很大的。
第三，資源可持續(xù)利用性。這一點(diǎn)常常被大家忽視，儲(chǔ)能規(guī)模大，載體是化學(xué)物質(zhì)，電池儲(chǔ)能更是涉及多種元素。
第四，環(huán)境友好。
第五，綜合性能指標(biāo)、容量功率等。
有關(guān)以上五點(diǎn)，我們用KANO模型分析，想法比較前期。針對(duì)前面提出的五個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，分別用不同顏色的線標(biāo)明。紅線是基本具備的特性，綠線是理想狀態(tài)。
有關(guān)安全性來(lái)講，人們始終追求絕對(duì)安全，很難達(dá)到。本體安全是一些儲(chǔ)能技術(shù)路線的優(yōu)勢(shì)，這一塊跟不同技術(shù)路線的關(guān)系是很大的。紅線在工作狀態(tài)一定是安全的，也就是表觀安全。
低成本。大家都在談?wù)摰统杀?，深刻感受到成本、價(jià)格大部分是同業(yè)者的競(jìng)爭(zhēng)造成的，其指標(biāo)在哪里？前期對(duì)標(biāo)抽水蓄能的成本。目前有些技術(shù)路線或者非常優(yōu)秀的廠商可以做到這個(gè)水平。下一步低成本在哪里？有人說(shuō)接近火力發(fā)電的水平，那再下一步低成本在哪里？這是很多從業(yè)者在思考的問(wèn)題。
資源可持續(xù)性：可獲得、可接受、資源上限?？山邮芟鄬?duì)中性一點(diǎn)，實(shí)際上是可忍受。特殊應(yīng)用場(chǎng)景價(jià)格高一點(diǎn)我也可以用，但最終有資源上線。
環(huán)境友好性，紅線是合法依規(guī)的。黃線是全生命周期環(huán)境友好，現(xiàn)在國(guó)標(biāo)、政策不要求全生命周期的友好。最理想的狀態(tài)是儲(chǔ)能有沒(méi)有可能對(duì)環(huán)境進(jìn)行正的影響，這可以達(dá)成。
最后是儲(chǔ)能系統(tǒng)綜合性能，有關(guān)客戶(hù)來(lái)講，對(duì)儲(chǔ)能產(chǎn)品要求必備達(dá)到的性能，看其他的產(chǎn)品，手機(jī)或者汽車(chē)設(shè)備，客戶(hù)把車(chē)開(kāi)走可以跑起來(lái)，它會(huì)有其他的要求。比如汽車(chē)的設(shè)計(jì)很漂亮，滿(mǎn)足客戶(hù)心理上的需求。再高的指標(biāo)是魅力需求，這要大家進(jìn)一步深入思考。
總結(jié)，有關(guān)安全性來(lái)講絕對(duì)安全幾乎無(wú)法達(dá)到；成本無(wú)下規(guī)格線；資源存在上限；環(huán)境友好存在下規(guī)格限；系統(tǒng)綜合性能無(wú)上規(guī)格限。
抽水蓄能與電池儲(chǔ)能技術(shù)路線比較。從規(guī)模、效率、場(chǎng)景以及其他方面進(jìn)行比較?？梢钥吹綇恼淄呒?jí)，液流電池可以做到GW級(jí)，在規(guī)模上可以和抽水蓄能進(jìn)行媲美。實(shí)測(cè)效率，一般儲(chǔ)能整個(gè)電站的效率可以達(dá)到80%左右。應(yīng)用場(chǎng)景來(lái)講，電化學(xué)儲(chǔ)能和抽水蓄能完全可以覆蓋。
建設(shè)周期，各種電池成本技術(shù)非常短，整個(gè)項(xiàng)目的周期以月計(jì)算，抽水蓄能從前期勘察、建設(shè)、運(yùn)行大概8-10年時(shí)間。
全釩液流電池。這個(gè)電池是中間一個(gè)電池，外面是儲(chǔ)塊，放著電解液。二者解耦，可以按任意比例對(duì)其進(jìn)行搭配。應(yīng)用領(lǐng)域來(lái)講，液流電池更適用于高安全，目前重要的液流電池都是水相的，不存在燃燒等危險(xiǎn)。高可靠性、大規(guī)模、快速換電，電解液可以快速替換，可以不采用充電的形式對(duì)它進(jìn)行再生。發(fā)電側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、儲(chǔ)能電站都應(yīng)用場(chǎng)景都有。
據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，截止2019年底已建和在建液流電池示范項(xiàng)目超過(guò)300個(gè)。重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)倒數(shù)第二列，液流電池項(xiàng)目最早投運(yùn)時(shí)間是在2000年以前，液流電池本身是為儲(chǔ)能而生，不是作為動(dòng)力鋰離子電池使用的。時(shí)間上和其他電池儲(chǔ)能技術(shù)路徑比較，應(yīng)該是相比較較早的。配置規(guī)模，目前在建的項(xiàng)目有接近GWh的，包括國(guó)內(nèi)外的。功能角度，可以看出用不同顏色標(biāo)注的，藍(lán)色是新能源和火電應(yīng)用，紅色是用戶(hù)側(cè)，黑色是其他的應(yīng)用。包括數(shù)據(jù)基站調(diào)頻、電能質(zhì)量管理等。從功能角度，前期的項(xiàng)目基本覆蓋全了。這個(gè)技術(shù)路線最早、最大、最全，問(wèn)題在于目前沒(méi)有更好的市場(chǎng)占有率，關(guān)鍵是成本。重點(diǎn)是發(fā)電側(cè)的應(yīng)用，這個(gè)技術(shù)路線更適合新能源搶占大規(guī)模的應(yīng)用，第三個(gè)項(xiàng)目是我們集團(tuán)前期做的項(xiàng)目，這個(gè)項(xiàng)目目前運(yùn)轉(zhuǎn)非常好。
第二部分重點(diǎn)探討液流電池集成路徑。我們從產(chǎn)業(yè)鏈上進(jìn)行分析。今天重點(diǎn)討論電解液、電極材料、雙極板、隔膜和液流電池電堆。生產(chǎn)制造成本較其他路線是很低的，投資路線是比較經(jīng)濟(jì)的。
電解液，電解液的核心是各種價(jià)態(tài)的釩元素。99%以上集中在我國(guó)、俄羅斯、南非、澳大利亞，我國(guó)釩儲(chǔ)量位居前列，約950萬(wàn)噸，占全球總儲(chǔ)量近50%。釩在全球的消費(fèi)量為10萬(wàn)噸左右，當(dāng)前消費(fèi)量不大，市場(chǎng)相對(duì)較小。2019年產(chǎn)量?jī)H10萬(wàn)余噸，產(chǎn)量沒(méi)有拉上來(lái)，重要原因是后面的市場(chǎng)太小了。全釩液流電池的需求量很大，1GWh要2150噸釩，和其他的應(yīng)用領(lǐng)域相比較，這是非常大的規(guī)模。我們提出全釩液流電池儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展和釩生產(chǎn)量力密不可分，二者共同促進(jìn)，協(xié)同發(fā)展。
隔膜材料。目前是為數(shù)不多的國(guó)內(nèi)、國(guó)外的公司可以供應(yīng)高水平的產(chǎn)品。價(jià)格相比較較高，成本并不高。原材料成本低，占總成本的15%多一點(diǎn)。未來(lái)幾年隨著新技術(shù)的涌現(xiàn)，規(guī)?；a(chǎn)后，成本保守估計(jì)可以降低70%左右。雙極板的占比不高，其性能對(duì)電池性能發(fā)揮起到重要用途。重點(diǎn)是提升產(chǎn)量，未來(lái)提升產(chǎn)量有望降低50%以上的成本。
電極材料重要是多孔碳纖維材料?，F(xiàn)在出現(xiàn)替代技術(shù)，我們也在研究新型的碳纖維的技術(shù)。
有了所有低成本的材料并不意味著產(chǎn)品成本一定會(huì)低，這涉及產(chǎn)品材料用量，最重要的是高功率密度電堆技術(shù)。當(dāng)你提高功率密度時(shí)，成本相應(yīng)下降。NICE高功率液流電池和常規(guī)液流電池的比較，僅供參考。成本下降30%左右，電堆性能提升的同時(shí)，電解液的效率也在提升，成本和裝量也會(huì)降低。這是我們已經(jīng)開(kāi)發(fā)出各種規(guī)模的樣機(jī)，高功率密度、高效率、低成本。
總結(jié)，我們可以看出低成本化重要靠技術(shù)驅(qū)動(dòng)，第一階段成本下降至2100元/kWh，第二階段重要靠生產(chǎn)工具和規(guī)模驅(qū)動(dòng)，有望下降到1500元，預(yù)期是2026年左右，跟很多從業(yè)者溝通后給出的曲線。其他機(jī)構(gòu)也有公布這條曲線。第三階段成本趨穩(wěn)，可以降到1000元人民幣/kWh。新一代液流電池技術(shù)的出現(xiàn)，將使得降本之路提前3年左右。
以上是我的匯報(bào)，謝謝各位。
