中國儲能網(wǎng)訊：10月30日，全球功率最大、容量最大的液流電池儲能調(diào)峰電站在遼寧大連并網(wǎng)發(fā)電。這是液流電池賽道里程碑意義的重大進展。
雙碳背景下，鋰電是無疑是儲能市場中當之無愧的“王”。然而，全釩液流電池在大規(guī)模儲電應用場景中正在悄然崛起。
資本搶灘全釩液流電池賽道
《儲能產(chǎn)業(yè)研究白皮書2022》顯示，截至2021年底，全球已投運電力儲能項目累計裝機規(guī)模209.4GW，新型儲能的累計裝機規(guī)模僅次于抽水蓄能，為25.4GW，同比增長67.7%，其中，鋰離子電池占據(jù)絕對主導地位、市場份額超過90%。
這一格局正在發(fā)生改變。
今年6月，國家能源局發(fā)布的名為《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項重點要求（2022年版）（征求意見稿）》中明確，“中大型電化學儲能電站不得選用三元鋰電池、鈉硫電池，不宜選用梯次利用動力電池”。這意味著，三元鋰電池被攔在了“門外”。
另一方面，新能源側(cè)儲能市場爆發(fā)、新能源車的持續(xù)熱銷加上全球產(chǎn)業(yè)鏈供需失衡，鋰電池產(chǎn)能嚴重不足等多重因素疊加，使得鋰電池的原材料碳酸鋰堪比黃金，價格一漲再漲。10月26日，電池級碳酸鋰均價漲破55萬元/噸，續(xù)創(chuàng)歷史新高。
由于鋰電池存在安全隱患，加上原材料價格的不斷上漲，使得資本紛紛加碼布局電化學儲能領域另一條技術(shù)路線全釩液流電池。
在可再生能源逐漸占據(jù)發(fā)電主體地位的背景下，如何穩(wěn)定電力系統(tǒng)發(fā)電端和受電端之間的功率平衡，建立一個高度可靠、靈活的保障機制，充電和放電時間超過4小時的長期儲能是首選方案。長時儲能的技術(shù)路線中，液流電池被作為重要的趨勢之一優(yōu)勢明顯，過去幾年，該技術(shù)路線主要以全釩液流電池為主。
長時儲能也是市場看重全釩液流電池的關(guān)鍵原因。
近幾個月，A股釩電池概念股持續(xù)火爆，攀鋼釩鈦、永泰能源、鈦白粉等多家上市公司通過更名、定增募資、投建新產(chǎn)能、買釩礦資源、簽署戰(zhàn)略合作協(xié)議等不同方式加碼布局或跨界切入全釩液流電池產(chǎn)業(yè)賽道。
9月份，國內(nèi)鈦白粉龍頭龍佰集團表示目前正在進行釩電池技術(shù)研發(fā)，未來公司將根據(jù)釩電池市場情況，積極推動釩電池材料產(chǎn)業(yè)化。
攀鋼釩鈦也在9月份更名為“釩鈦股份”。還拋出了22.8億元的定增預案，擬募資投建包括五氧化二釩提質(zhì)升級改造、釩電池電解液產(chǎn)業(yè)化制備及應用研發(fā)等涉及釩電池產(chǎn)業(yè)鏈上下游的項目。
山東海化也發(fā)布公告稱，全資子公司氯堿樹脂與液流儲能投資設立山東液流海材料科技有限公司。
9月20日，國內(nèi)首個GWh級全釩液流儲能電站——新疆察布查爾縣250MW/1000MWh全釩液流電池儲能配套1GW市場化光伏項目開工，計劃2023年年底前并網(wǎng)。
同月，全釩液流電池儲能系統(tǒng)也迎來首個GWh級別集采。中核匯能日前發(fā)布今年目前規(guī)模最大的一次儲能系統(tǒng)集采，總采購規(guī)模5.5GWh，其中包含1GWh全釩液流電池儲能系統(tǒng)。
10月30日，大連百兆級液流電池儲能調(diào)峰電站并網(wǎng)發(fā)電，該電站是國家能源局批準建設的首個國家級大型化學儲能示范項目，應用全釩液流電池儲能技術(shù)。
2022年3月，國家發(fā)改委和國家能源局聯(lián)合發(fā)布《“十四五”新型儲能發(fā)展實施方案》明確提出，將百兆瓦級液流電池技術(shù)納入“十四五”新型儲能核心技術(shù)裝備攻關(guān)重點方向之一。
可以預見，未來5年，全釩液流電池將迎來一輪爆發(fā)期。
商業(yè)化步伐需突破諸多梗阻
全釩液流電池全稱全釩氧化還原液流電池，是一種以釩為活性物質(zhì)呈循環(huán)流液態(tài)的氧化還原電池。特點是正負極氧化還原電對使用同種元素釩，電解液在長期運行過程中可再生，有效地避免了交叉污染帶來的電池容量難以恢復的問題。
在確保儲能安全性的前提下，當前有望大規(guī)模發(fā)展應用的儲能技術(shù)路徑有全釩液流電池、磷酸鐵鋰電池以及鈉離子電池。而釩電池在安全性、擴容能力、循環(huán)壽命和全生命周期成本方面要顯著優(yōu)于磷酸鐵鋰電池和鈉離子電池。
首先，由于釩電池的電解液基質(zhì)采用水性溶液，使用過程中沒有固相反應，因此不存在起火、爆炸等風險；且過充過放也只會造成水的電解，通過將產(chǎn)生的氫氣及時排出即可保證安全使用；其他技術(shù)路線的電池因自放電導致儲存過程容量下降，而釩電池正負極的活性物質(zhì)分別處于能在各自的電解液儲罐中，可以避免正負極活性物質(zhì)的自放電消耗。
其次，釩電池能方便應用模塊化管理，功率和容量可以單獨設計，通過將多組儲能單元并聯(lián)接入母線，便可構(gòu)建起更大規(guī)模的儲能系統(tǒng)，因此擴容簡單。相較于磷酸鐵鋰電池，在大容量的情形下不會增加額外的安全性風險。
另外，目前商用釩電池循環(huán)壽命可以達到16000次以上，遠高于商用磷酸鐵鋰電池的6000次，對應使用壽命超過20年，且可靠性也已經(jīng)過實例驗證。如加拿大VRB Power Systems商業(yè)化示范運行時間最長的釩電池模塊已正常運行超過9年，充放循環(huán)壽命超過18000次。
由于釩電池的循環(huán)壽命較長，在全生命周期度電成本約為0.42~0.53元/kWh，低于鋰電池的0.56~0.75元/kWh。
還有關(guān)鍵的一點是，與鋰資源分布不同，我國是釩資源大國，儲量居世界首位。根據(jù)美國地質(zhì)調(diào)查局2021年的數(shù)據(jù)，我國釩礦儲量占全球的40%，產(chǎn)量占全球的66%，均遠高于鋰資源的自給率，供給端有較強保障。因此相較于鋰電池，我國釩電池有更好的資源基礎，在大規(guī)模商業(yè)化應用上更具潛質(zhì)。
實際上，早在20世紀80年代末，就我國就開始了釩電池領域的相關(guān)研究，但這個看起來完美的儲能技術(shù)，卻在新能源領域扮演著相對邊緣的角色。
成本和技術(shù)等問題成為釩電池商業(yè)化步伐中需要突破的難題。
首先，釩電池初始建設成本過高，導致企業(yè)的投資動力不強。資料顯示，當前釩電池儲能項目的初始投資成本約4~5元/Wh，高于鋰電池項目 1.5~2元/Wh的水平。
正因此，釩電池項目多數(shù)是地方政府推動的示范項目，僅有少部分為企業(yè)自主建設項目，后續(xù)仍需要政府層面進行推動，制定可有效執(zhí)行的價格補償機制和長時儲能產(chǎn)業(yè)政策。
其次，盡管我國釩礦儲量豐富，但由于國內(nèi)主要釩產(chǎn)量來源于釩鈦磁鐵礦煉鋼生產(chǎn)過程中的釩渣，如果開發(fā)力度不及預期，釩電池大規(guī)模應用將拉動釩價上漲，進一步抬升電解液成本。
因此，允許相應的鋼鐵公司擴大產(chǎn)能來增加釩資源來源，或出臺支持釩資源開發(fā)的政策，加大對國內(nèi)釩資源的開發(fā)力度應該成為未來政策發(fā)力的重點。
另外一個現(xiàn)狀是，目前釩電池產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展尚處于早期階段，具備釩電池技術(shù)的企業(yè)數(shù)量較少，行業(yè)發(fā)展仍突破技術(shù)壁壘。
比如，全釩液流電池能量密度較低，僅為12-40Wh/kg，低于鋰電池的80-300Wh/kg。釩電池需要用泵來維持電解液的流動，因此其損耗較大，能量轉(zhuǎn)化效率為70-75%，低于鋰電池90%。
全釩液流電池對環(huán)境溫度要求苛刻，工作環(huán)境一旦高于45℃，正極溶液中就將析出沉淀物堵塞流道，最終會影響工作甚至報廢。但是電解液只要反應就在放熱，很容易超過限制溫度。
離子交換膜用于分離液流電池的正負極，以防止正負極電解液混合造成交叉污染，但這項技術(shù)還有一些未能攻克的難題，這就使得正負液的交叉污染和正極材料的腐蝕時有出現(xiàn)，很多時候全釩液流電池的維護需要依靠專業(yè)人士定期人工操作。
基于全釩液流電池目前存在的缺點，未來釩電池在儲能行業(yè)的大規(guī)模應用中注定要走一條“不平凡”的路。
