鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量：493次 | 2023年07月24日
哪些是釩電池？中國(guó)釩電池相關(guān)技術(shù)儲(chǔ)備充足，工業(yè)應(yīng)用前景廣闊
釩電池，全稱(chēng)為全釩氧化還原液流電池，或者說(shuō)全釩液流電池。
它的屬性是蓄電池，通過(guò)不同價(jià)態(tài)的釩離子相互轉(zhuǎn)化實(shí)現(xiàn)電能的儲(chǔ)存與釋放。
說(shuō)白了，就是使用了釩電解液的電池。
1.釩液流電池簡(jiǎn)介
全釩液流電池，壽命長(zhǎng)、規(guī)模大、安全可靠。釩電池全稱(chēng)為全釩氧化還原液流電池(VanadiumRedoxBattery，VRB)，為液流電池的一種，是一種基于金屬釩元素的氧化還原的電池系統(tǒng)，其電解液是不同價(jià)態(tài)的釩離子的硫酸電解液。根據(jù)電化學(xué)反應(yīng)中活性物質(zhì)的不同，液流電池可分為釩液流電池、鋅基液流電池、鐵鉻液流電池等。其中全釩液流電池，壽命長(zhǎng)、規(guī)模大、安全可靠的優(yōu)勢(shì)尤為突出，成為規(guī)模儲(chǔ)能的首選技術(shù)，在調(diào)峰電源系統(tǒng)、大規(guī)模風(fēng)光電系統(tǒng)儲(chǔ)能、應(yīng)急電源系統(tǒng)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
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%
1.1.釩電池的5個(gè)特質(zhì)
1、儲(chǔ)量豐富
世界上已知的釩儲(chǔ)量有98%產(chǎn)于釩鈦磁鐵礦，這種礦產(chǎn)資源是很豐富的，世界現(xiàn)探明的釩資源可供開(kāi)采150年。
釩資源全球儲(chǔ)量2000萬(wàn)噸，區(qū)域分布集中于中國(guó)、俄羅斯、南非和澳大利亞四國(guó)，其中中國(guó)、俄羅斯位居前兩位，占比分別為47%和26%。
對(duì)于我們國(guó)家來(lái)說(shuō)無(wú)需擔(dān)心卡脖子風(fēng)險(xiǎn)。
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
2、成本低廉
由于儲(chǔ)量豐富，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，不需要貴金屬作電極催化劑，成本也很低廉，與鉛酸電池接近。
但是釩電池的充放電能量轉(zhuǎn)換效率高達(dá)75%以上，遠(yuǎn)高于鉛酸電池的45%。
具體來(lái)說(shuō)，釩電池儲(chǔ)能系統(tǒng)由電堆、電解液、管路系統(tǒng)、儲(chǔ)能變流器等組成，其中電堆和電解液成本占系統(tǒng)總成本的85%左右，降低兩者成本是業(yè)內(nèi)共識(shí)。
解決電堆成本問(wèn)題，關(guān)鍵是提高電池的功率密度，其次是提升關(guān)鍵材料的有效使用面積，降低材料成本。
3、應(yīng)用場(chǎng)景集中在大型儲(chǔ)能電站
釩電池最直接的特點(diǎn)是，電池是由兩個(gè)溶液罐和一張交換膜組成。
在電池中，使用4價(jià)和3價(jià)兩種釩離子的電解液。分別儲(chǔ)存于這兩個(gè)溶液罐中。
釩電池工作原理：
釩電池儲(chǔ)能電站實(shí)物圖：
因此，釩電池的容量可以隨著儲(chǔ)液罐的增加而提高，可以用于百兆瓦級(jí)別的儲(chǔ)能電站，尤其是在光伏、風(fēng)電等新能源領(lǐng)域。
它的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手是水力蓄能、壓縮空氣蓄能等大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)。
這個(gè)角度來(lái)看，大家不要誤以為這種電池是鋰電池的替代品，鋰電池作為體積小易攜帶的移動(dòng)電源，供需缺口還是非常緊張的?，F(xiàn)階段釩電池的技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用對(duì)鋰電池并無(wú)影響。
4、安全性高、能量密度低
釩電池即使正負(fù)電解液混合，也無(wú)危險(xiǎn)，但電解液溫度略有上升。
對(duì)比鋰電池來(lái)說(shuō)確實(shí)更安全，壽命更長(zhǎng)（一般認(rèn)為鋰電池可以使用8——10年左右，而液流電池壽命可達(dá)25年）。
但是，釩電池的電力輸出強(qiáng)度，取決于交換膜的面積；而電池的容量，取決于溶液罐的體積。
釩電池的能量密度很低，僅僅是鋰電或者鈉電池的1/3——1/2，使其電池沉重龐大，所以是不適合在電動(dòng)車(chē)上面使用的，只能作為靜態(tài)儲(chǔ)能裝置。
5、環(huán)保性符合碳中和政策
釩電池的制造、使用、廢棄過(guò)程均不產(chǎn)生有害物質(zhì)，因此它的綠色環(huán)保背景非常符合當(dāng)下碳中和要求，釩電池的大力應(yīng)用將利好產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)公司。
目前釩電池在電化學(xué)儲(chǔ)能裝機(jī)占比偏低，無(wú)論是全球還是中國(guó)，比例都是低于1%。
由于釩電池適合儲(chǔ)能領(lǐng)域，隨著未來(lái)儲(chǔ)能的大發(fā)展，釩電池滲透率有望快速提升。
此外，未來(lái)由于應(yīng)用領(lǐng)域的需求迸發(fā)，還有可能帶動(dòng)釩電池成本的下降，一如新能源汽車(chē)對(duì)于鋰電池的影響。
2.釩電池發(fā)展歷程
我國(guó)釩電池相關(guān)技術(shù)儲(chǔ)備充足，工業(yè)應(yīng)用前景廣闊。
釩電池相關(guān)研究源于1984年UNSW對(duì)2/3價(jià)與4/5價(jià)釩離子電對(duì)在氧化還原電池中的應(yīng)用，并于1988年開(kāi)始進(jìn)入工業(yè)研發(fā)階段。1995年，中國(guó)工程物理研究院電子工程研究所從率先在國(guó)內(nèi)開(kāi)始釩電池的研制。先后研制成功了500W、1000W的釩電池樣機(jī)，成功開(kāi)發(fā)了4價(jià)釩溶液制備、導(dǎo)電塑料成型及批量生產(chǎn)、電池組裝配和調(diào)試等技術(shù)。
2002年，釩鋼龍頭企業(yè)攀枝花鋼鐵公司以深化資源利用為目的，與中南大學(xué)合作介入了釩電池的研發(fā)。國(guó)家政策推動(dòng)，我國(guó)釩電池逐步進(jìn)入商業(yè)化初期。2001年，VRBPowerSystems公司開(kāi)始在南非、日本、美國(guó)等國(guó)家建立VRB系統(tǒng)電站，開(kāi)始進(jìn)行商業(yè)化運(yùn)營(yíng)。2002年，VRBPowerSystems開(kāi)始大范圍內(nèi)推廣全釩液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，承接一系列工程項(xiàng)目。
2009年，中國(guó)普能實(shí)現(xiàn)對(duì)全球最大釩電池公司VRBPowerSystems公司的資產(chǎn)收購(gòu)，包括其擁有或控制的所有專(zhuān)利、商標(biāo)、技術(shù)秘密、設(shè)備材料等。此外，VRBPowerSystems公司的核心技術(shù)團(tuán)隊(duì)加入合并后的公司。
3.我國(guó)釩電池儲(chǔ)能業(yè)務(wù)已初步商用
3.1.釩電池應(yīng)用項(xiàng)目規(guī)劃
近年來(lái)，我國(guó)儲(chǔ)能裝機(jī)量迅速增長(zhǎng)，釩電池相關(guān)儲(chǔ)能項(xiàng)目也取得大量進(jìn)展。以釩電池為代表的液流電池，2019年裝機(jī)規(guī)模為20MW，2020年裝機(jī)規(guī)模達(dá)100MW，釩電池裝機(jī)量增長(zhǎng)迅速。目前我國(guó)釩電池滲透率1%左右，未來(lái)發(fā)展前景廣闊。
我國(guó)釩液流電池已實(shí)現(xiàn)在智能電網(wǎng)、通信基站、偏遠(yuǎn)地區(qū)供電、可再生能源及削峰填谷等項(xiàng)目中的應(yīng)用。以北京普能為例，目前其釩液流電池儲(chǔ)能應(yīng)用涵蓋千瓦級(jí)至兆瓦級(jí)系統(tǒng)。其中千瓦級(jí)系統(tǒng)主要由電池模塊/20kWh儲(chǔ)能系統(tǒng)/40kWh儲(chǔ)能系統(tǒng)構(gòu)成，主要應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室能源存儲(chǔ)、通信基站供電等。兆瓦級(jí)系統(tǒng)主要由多個(gè)250kW標(biāo)準(zhǔn)模塊組成，并涵蓋電堆結(jié)構(gòu)、儲(chǔ)液罐以及電子設(shè)備、控制裝置、空調(diào)系統(tǒng)等，目前主要應(yīng)用于電網(wǎng)儲(chǔ)能、削峰填谷等項(xiàng)目。
3.2.釩電池儲(chǔ)能應(yīng)用場(chǎng)景
根據(jù)不同儲(chǔ)能應(yīng)用場(chǎng)景，釩液流電池系統(tǒng)主要分為集裝箱型及建筑物型。小規(guī)模的液流電池系統(tǒng)基本上是集裝箱化，大規(guī)模的能源基地的液流電池系統(tǒng)基本為建筑物化。
此外，德國(guó)已出現(xiàn)家用小型釩電池儲(chǔ)能產(chǎn)品，我國(guó)家用釩電池產(chǎn)品市場(chǎng)有待突破。德國(guó)Voltstorage公司已推出1.5kW/6.2kWh家用釩液流電池產(chǎn)品，配合家用光伏系統(tǒng)即可實(shí)現(xiàn)能源自給。目前推出的產(chǎn)品尺寸為580×580×1406mm，并且可通過(guò)多個(gè)產(chǎn)品串聯(lián)提高儲(chǔ)能系統(tǒng)功率與容量。
3.3.模塊化釩電池堆設(shè)計(jì)
釩液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的一個(gè)顯著優(yōu)勢(shì)是它的模塊性，即系統(tǒng)的功率組件與容量組件可以獨(dú)立設(shè)計(jì)。如兆瓦級(jí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)由可多個(gè)250kW標(biāo)準(zhǔn)模塊組成，VRB-ESS系統(tǒng)的額定功率由電堆的數(shù)量決定而儲(chǔ)電容量則由電解液的體積決定。如果一套系統(tǒng)需要較高的額定功率或者額外的儲(chǔ)電容量，那么簡(jiǎn)單地增加電堆數(shù)量或者添加電解液就可以解決了。
4.政策推動(dòng)釩電池高速發(fā)展
根據(jù)發(fā)改委、能源局《關(guān)于加快推動(dòng)新型儲(chǔ)能發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》提出的主要目標(biāo)：到2025年，實(shí)現(xiàn)新型儲(chǔ)能從商業(yè)化初期向規(guī)?；l(fā)展轉(zhuǎn)變。標(biāo)準(zhǔn)體系基本完善，產(chǎn)業(yè)體系日趨完備，市場(chǎng)環(huán)境和商業(yè)模式基本成熟，裝機(jī)規(guī)模達(dá)30GW以上。新型儲(chǔ)能在推動(dòng)能源領(lǐng)域碳達(dá)峰碳中和過(guò)程中發(fā)揮顯著作用。
到2030年，實(shí)現(xiàn)新型儲(chǔ)能全面市場(chǎng)化發(fā)展。新型儲(chǔ)能核心技術(shù)裝備自主可控，技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)水平穩(wěn)居全球前列，標(biāo)準(zhǔn)體系、市場(chǎng)機(jī)制、商業(yè)模式成熟健全，與電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)深度融合發(fā)展，裝機(jī)規(guī)?；緷M(mǎn)足新型電力系統(tǒng)相應(yīng)需求。新型儲(chǔ)能成為能源領(lǐng)域碳達(dá)峰碳中和的關(guān)鍵支撐之一。
以2025年電化學(xué)儲(chǔ)能累計(jì)30GW計(jì)算，預(yù)計(jì)2025年釩電池新增裝機(jī)達(dá)1.7GW，新增滲透率達(dá)20%；至2025年釩電池累計(jì)裝機(jī)4.3GW，累計(jì)滲透率達(dá)14%。隨著釩電池商業(yè)化推廣政策的提出，預(yù)計(jì)釩電池滲透率在未來(lái)幾年內(nèi)將逐步提升，并在2025年達(dá)到新增裝機(jī)20%滲透率，以實(shí)現(xiàn)國(guó)家2025年新型儲(chǔ)能技術(shù)裝機(jī)規(guī)模30GW的要求。釩電池累計(jì)裝機(jī)5年CAGR達(dá)112%，釩電池市場(chǎng)前景廣闊。嘿嘿能源heypower，研報(bào)姐讀
