中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：11月24-26日，由湖南省工業(yè)和信息化廳、湖南省商務(wù)廳、長(zhǎng)沙市人民政府、中國(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)聯(lián)合主辦，100余家機(jī)構(gòu)共同支持的湖南（長(zhǎng)沙）電池博覽會(huì)暨第二屆中國(guó)國(guó)際新型儲(chǔ)能技術(shù)及工程應(yīng)用大會(huì)在長(zhǎng)沙圣爵菲斯大酒店召開。此次大會(huì)主題是“新能源、新機(jī)遇、新高度”。
會(huì)議期間，組委會(huì)邀請(qǐng)了國(guó)家電投集團(tuán)中央研究院儲(chǔ)能公司市場(chǎng)商務(wù)部主任張國(guó)強(qiáng)分享主題報(bào)告《國(guó)家電投鐵-鉻液流電池最新進(jìn)展與展望》。以下是發(fā)言主要內(nèi)容：
張國(guó)強(qiáng)：首先感謝主辦方給我們國(guó)家電投這次機(jī)會(huì)來(lái)這個(gè)大會(huì)上分享國(guó)家電投和瑞儲(chǔ)能公司在鐵-鉻液流電池方面所做的一些工作和進(jìn)展。
這個(gè)是整個(gè)國(guó)家電投在鐵-鉻液流電池方面的路線，2017年的時(shí)候國(guó)家電投中央研究院開始布局鐵-鉻液流電池的基礎(chǔ)研發(fā)。到2019年是我們“容和一號(hào)”電池堆順利下線，2020年的時(shí)候，研究院成立了全資的儲(chǔ)能公司，北京和瑞儲(chǔ)能科技有限公司，專門負(fù)責(zé)鐵-鉻液流電池的市場(chǎng)化推廣工作。在2022年今年年初的時(shí)候，我們30千瓦的“容和一號(hào)”電堆正式量產(chǎn)。
我今天的報(bào)告主要分為三方面：
第一，長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能的市場(chǎng)分析。
前面的背景我就簡(jiǎn)單過(guò)一下，基于“雙碳”目標(biāo)，未來(lái)長(zhǎng)時(shí)大規(guī)模的儲(chǔ)能就會(huì)成為一個(gè)重要的角色。（圖）這也是從相關(guān)文獻(xiàn)上得到的一個(gè)結(jié)論，也是我們比較認(rèn)同的結(jié)論，就是在目前的情況下，風(fēng)光的發(fā)電量占比在10%左右的時(shí)候，是我們新型儲(chǔ)能發(fā)展的窗口期。在風(fēng)光的發(fā)電比例到20%左右，就是對(duì)應(yīng)到2025年的時(shí)候，這樣長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能的產(chǎn)業(yè)化就會(huì)進(jìn)入到?jīng)Q戰(zhàn)期，因?yàn)樵谶@里面就會(huì)看到存量的火電機(jī)組，這會(huì)兒已經(jīng)全部改造完畢了。大量的抽水蓄能在2025年左右也會(huì)逐漸投入運(yùn)行，新的抽水蓄能的廠址在2025年之后選址就更加困難，導(dǎo)致抽水蓄能的成本會(huì)再升高。對(duì)于新型儲(chǔ)能就會(huì)提出更高的要求，到2030年左右，風(fēng)光的發(fā)電比例就會(huì)到30%以上，這就是電化學(xué)儲(chǔ)能快速發(fā)展的階段，電化學(xué)儲(chǔ)能也要做到成本最優(yōu)，至少這時(shí)候電化學(xué)儲(chǔ)能的成本要比第二批抽水蓄能的廠址成本要低。
（圖）這張圖表現(xiàn)了在高比例新能源下大規(guī)模長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能的應(yīng)用，主要是在D5的時(shí)候吸納電力，高峰的時(shí)候就釋放電力。（圖）這是從相關(guān)文獻(xiàn)得到的長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能的容量預(yù)測(cè)，今天上午前面幾位專家也都有各自的分享，這個(gè)就不多說(shuō)了。（圖）這是現(xiàn)在的政策，雖然現(xiàn)在全國(guó)對(duì)儲(chǔ)能還是以新能源配儲(chǔ)能的要求，但是在一些省份，基于新能源的消納問(wèn)題，也是提出了儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)的要求，目前全國(guó)大多數(shù)地區(qū)還是2小時(shí)儲(chǔ)能，但是在這4個(gè)地方都已經(jīng)開始4小時(shí)的儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)了。大家都知道現(xiàn)在儲(chǔ)能的應(yīng)用基本上是和新能源配置在一起，相當(dāng)于儲(chǔ)能作為新能源的附加產(chǎn)品來(lái)做的。真正的儲(chǔ)能產(chǎn)品如果具備獨(dú)立的商業(yè)模式，參照河南的政策以及湖南的政策，獨(dú)立儲(chǔ)能是完全可以盈利的，而在這兩個(gè)省份的政策里對(duì)長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能有了一定的傾斜性。像河南它容量的租賃電價(jià)是按照千瓦時(shí)每年租賃的，對(duì)于湖南也提出來(lái)當(dāng)儲(chǔ)能大于2小時(shí)的儲(chǔ)能，就可以按照放電量來(lái)折算可對(duì)外的出租容量，對(duì)于我們長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能在這兩個(gè)省份的政策下獨(dú)立儲(chǔ)能就可以實(shí)現(xiàn)盈利了。
（圖）這張圖表現(xiàn)的是像今天上海電氣楊總所說(shuō)的一樣，液流電池它的對(duì)標(biāo)并不是像鋰電池，或者是左下角這部分的功率性墊支，我們做液流電池一開始的對(duì)標(biāo)就是對(duì)標(biāo)抽水蓄能或者是壓縮空氣，它的應(yīng)用主要是針對(duì)電力系統(tǒng)的應(yīng)用。（圖）這是電源側(cè)，大型的風(fēng)光基地促進(jìn)新能源的消納。在電網(wǎng)側(cè)，關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)提供電網(wǎng)的輔助服務(wù)，還有延緩輸電網(wǎng)的配套升級(jí)。用戶側(cè)，我們液流電池目前都是針對(duì)大工業(yè)用戶來(lái)做，或者是工業(yè)園區(qū)做規(guī)模稍微大一些的用戶側(cè)儲(chǔ)能。
（圖）這是我們所做的幾個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景，一是大規(guī)模新能源基地的，它的作用就是增強(qiáng)新能源基地的外送通道，提供大規(guī)模、長(zhǎng)時(shí)間的調(diào)峰能力。二是優(yōu)化新能源的儲(chǔ)能配置及運(yùn)行，通過(guò)儲(chǔ)能和新能源基地這塊聯(lián)合運(yùn)行，促進(jìn)整個(gè)新能源基地的消納問(wèn)題。三是提供系統(tǒng)的容量充裕度。
它的收益模式，一是容量租賃；二是調(diào)峰補(bǔ)償和現(xiàn)貨差價(jià)收益；三是容量補(bǔ)償費(fèi)用；四是輔助服務(wù)，可以做調(diào)頻、黑啟動(dòng)的收益。底下也列了相關(guān)的政策，包括山東的租賃政策、河南的租賃政策，以及河南輔助服務(wù)調(diào)峰的收益、容量補(bǔ)償?shù)氖找娴取３诉@兩種，對(duì)于獨(dú)立儲(chǔ)能還可以參照抽水蓄能進(jìn)行“兩部制電價(jià)”的收益模式，目前大連的恒流電站就是采用容量電價(jià)的收益模式?，F(xiàn)在有一些儲(chǔ)能電站也正在向省能源局，或者國(guó)家能源局爭(zhēng)取容量電價(jià)的支持。作為用戶側(cè)這塊，它還可以把液流電池和城市綜合能源服務(wù)站結(jié)合在一起，去提供電能的移峰填谷，還可以把整個(gè)系統(tǒng)里的熱能和其他能源收集在一起，來(lái)提供綜合的城市能源的服務(wù)站。
第二部分，鐵-鉻液流電池的介紹。
大家都知道液流電池領(lǐng)域最早開始就是從上世紀(jì)70年代美國(guó)NASA開始做鐵-鉻液流電池，中間鐵-鉻液流電池消失在大眾視野中了，現(xiàn)在我們國(guó)家電投又開始投入人力、財(cái)力做這塊的研發(fā)。其實(shí)對(duì)液流電池來(lái)說(shuō)，幾個(gè)離子對(duì)之間，鐵和鉻的資源儲(chǔ)量是比較豐富的，在這個(gè)過(guò)程中，它的確有一定的基數(shù)瓶頸在，比方說(shuō)離子互串，正負(fù)極電解液的交叉污染問(wèn)題。還有鉻的反應(yīng)活性差導(dǎo)致的析氫問(wèn)題，還有離子交換膜價(jià)格高的問(wèn)題，以及電流密度低的問(wèn)題，這都是技術(shù)瓶頸。但這些問(wèn)題我們國(guó)家電投都是已經(jīng)解決掉的，它的優(yōu)點(diǎn)就是左邊這部分，一是長(zhǎng)壽期25年，在25年內(nèi)循環(huán)次數(shù)是不受限制的。二是長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能可以做4小時(shí)以上的儲(chǔ)能技術(shù)，另外它的電解液因?yàn)橛玫氖氰F和鉻，所以電解液成本會(huì)比較低，比全釩要低很多。安全性這塊，因?yàn)槭撬惦娊庖杭夹g(shù)，沒(méi)有鋰電池易燃易爆的風(fēng)險(xiǎn)。
（圖）這是我們和瑞儲(chǔ)能公司在鐵-鉻液流電池領(lǐng)域所做的技術(shù)專利的布局，我們先后攻克了鉻離子活性差、可行性差的問(wèn)題，也抑制了析氫，從離子遷移和電流密度這塊，技術(shù)難度我們都已經(jīng)攻克了。（圖）這是我們和瑞儲(chǔ)能公司的定位，第一個(gè)是鐵-鉻液流電池的技術(shù)開發(fā)商，第二是設(shè)備生產(chǎn)商，第三是系統(tǒng)建設(shè)的方案提供商，第四是儲(chǔ)能電站的運(yùn)營(yíng)管理服務(wù)商。后邊這幾頁(yè)P(yáng)PT就是我們現(xiàn)在所做的一些技術(shù)研發(fā)的工作。
第一，從技術(shù)開發(fā)這塊我們有新一代的電堆，中間這塊這個(gè)列表都是我們核心技術(shù)的研發(fā)，我從中挑幾項(xiàng)關(guān)鍵的來(lái)說(shuō)。新一代的電堆，我們“容和一號(hào)”電池堆是31.25千瓦，第二代堆是45千瓦，這兩個(gè)電堆是同比例的縮放，可以看到第二代電堆功率密度提升了50%，但是它的體積比一代堆要縮小很多。主要得益于電流密度的提升，未來(lái)三代堆就會(huì)到210毫安每平方厘米，甚至到350毫安每平方厘米。從系統(tǒng)的占地，成本這塊就會(huì)有一個(gè)大幅度的下降。
第二，電解液的關(guān)鍵技術(shù)，我們有電解液的穩(wěn)定技術(shù)，系統(tǒng)在負(fù)40度到正70度都可以全范圍的啟動(dòng)運(yùn)行。還有高效的催化劑技術(shù)，利用高效催化劑也抑制了系統(tǒng)鉻的活化反應(yīng)差和可逆性問(wèn)題，并且抑制了析氫，提升了整個(gè)系統(tǒng)的性能。（圖）這是我們系統(tǒng)集成和測(cè)試技術(shù)，這些是實(shí)驗(yàn)室的照片，從第一代的測(cè)試系統(tǒng)到2.0版，到60千瓦的測(cè)試系統(tǒng)。（圖）這是我們?cè)谡麄€(gè)液流電池生產(chǎn)這塊，今年1月份，我們致力于在山東濰坊建立了首條全自動(dòng)化電池堆的生產(chǎn)線，1月份已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了量產(chǎn)，離子交換膜中試線也已經(jīng)在研究院建成，下一步進(jìn)入到產(chǎn)業(yè)化推廣的階段。這個(gè)膜現(xiàn)在用的是全部自有技術(shù)，還是非氟的膜，解決了國(guó)外的“卡脖子”技術(shù)，成本也會(huì)有大幅度降低。后續(xù)我們還在做復(fù)合電極批量化的制備與產(chǎn)業(yè)的推廣。（圖）這是我們從系統(tǒng)領(lǐng)域所做的模塊化設(shè)計(jì)，我們國(guó)家電投研究院這塊前期都是做核級(jí)的研發(fā)，我們就把核電極模塊化的設(shè)計(jì)理念，還有安全性這塊考慮到整個(gè)鐵-鉻液流電池系統(tǒng)集成產(chǎn)品的研發(fā)設(shè)計(jì)當(dāng)中?，F(xiàn)在有10千瓦的小型儲(chǔ)能模塊，到60千瓦級(jí)的儲(chǔ)能模塊，到兆瓦級(jí)的儲(chǔ)能模塊。我如果做到10兆瓦的產(chǎn)品，相當(dāng)于是10個(gè)1兆瓦的模塊，整個(gè)來(lái)疊加就行了。
（圖）這是我們的幾個(gè)項(xiàng)目，2020年底的時(shí)候，在張家口250千瓦，1.5兆瓦時(shí)的鐵-鉻液流電池，這是我們首個(gè)示范項(xiàng)目，已經(jīng)正式投運(yùn)。今年年初，在冬奧會(huì)上也是做了大量的報(bào)道。（圖）右邊是我們所做的技術(shù)參數(shù)，整體的效率是大于76，充放電切換的時(shí)間是80毫秒，這樣鐵-鉻液流電池既可以作為調(diào)峰，也可以作為調(diào)頻的應(yīng)用。（圖）這個(gè)項(xiàng)目是我們目前正在調(diào)試的，在內(nèi)蒙古所建的源、網(wǎng)、荷、儲(chǔ)、用的兆瓦級(jí)示范，今年年底就會(huì)正式投運(yùn)。（圖）這個(gè)項(xiàng)目是我們今年剛獲批的10兆瓦、60兆瓦時(shí)的項(xiàng)目，已經(jīng)進(jìn)入了浙江省的儲(chǔ)能示范電站項(xiàng)目，預(yù)計(jì)明年年底就可以建成投運(yùn)。從儲(chǔ)能電站服務(wù)，我們可以提供儲(chǔ)能電站的智慧運(yùn)維服務(wù)以及狀態(tài)檢修。
下面就是鐵-鉻液流電池的幾個(gè)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。
一是鐵-鉻的原材料儲(chǔ)量是十分豐富的，不會(huì)受市場(chǎng)價(jià)格原材料有大幅度的波動(dòng)，對(duì)于鐵-鉻就是下面的這條紅線，相對(duì)于全釩和碳酸鋰來(lái)說(shuō)，鐵-鉻原材料的體量是完全可以支撐中國(guó)新型電力系統(tǒng)的建設(shè)。
二是和其他技術(shù)的對(duì)比圖，剛才劉教授，還有楊總經(jīng)理的圖上也都說(shuō)了，大家可以看到整個(gè)對(duì)比里，液流電池的性能都是比較好的，只有第二列能量密度比磷酸鐵鋰低一些，但這只是單體的能量密度，如果做到百兆瓦級(jí)的量級(jí)，其實(shí)和磷酸鐵鋰的占地差不了多少，甚至比磷酸鐵鋰的占地還要小。原因就是液流電池整體布局不用考慮安全間距的設(shè)置，可以挨著放，或者疊著放，所以在規(guī)?；退钥梢詮浹a(bǔ)單體能量密度低的問(wèn)題。
三是我們做的和鋰電池平準(zhǔn)化度電成本的對(duì)比，雖然初投資現(xiàn)在比磷酸鐵鋰要高一些，但是按25年平準(zhǔn)化度電成本來(lái)算，目前液流電池的成本就已經(jīng)比磷酸鐵鋰要低了。
四是關(guān)鍵核心技術(shù)，我們電堆、電解液還有系統(tǒng)集成的核心技術(shù)，現(xiàn)在鐵-鉻液流電池已經(jīng)具備了大規(guī)模商業(yè)化的階段。
五是未來(lái)對(duì)鐵-鉻液流電池系統(tǒng)成本的預(yù)測(cè)，預(yù)計(jì)明年就可以做到二代堆的量產(chǎn)，二代堆量產(chǎn)后系統(tǒng)的價(jià)格千瓦時(shí)造價(jià)就會(huì)到2800。到“十四五”末時(shí)，整個(gè)的價(jià)格就會(huì)到1.5塊每瓦時(shí)。
六是供應(yīng)鏈這塊，現(xiàn)在自主研發(fā)的交換膜、雙極板、電極以及電解液都已經(jīng)和上下游的供應(yīng)商達(dá)成了深度的合作，交換膜是我們自產(chǎn)，后邊的電堆組裝這塊也在全國(guó)其他的地方正在布局產(chǎn)線。
七是通過(guò)模塊化設(shè)計(jì)，比原來(lái)的工期大幅度縮短，目前只需要75天就可以把整個(gè)電站建成投運(yùn)，也會(huì)為投資方贏得時(shí)間，項(xiàng)目盡早的投運(yùn)就可以盡早的獲利。
八是我們參與國(guó)家或者行業(yè)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)的情況。
九是我們所獲得的一些獎(jiǎng)項(xiàng)情況，最主要的是我們“容和一號(hào)”電池堆已經(jīng)獲得了第三方的認(rèn)證，包括我們合作研發(fā)的PCS也已經(jīng)獲得了第三方的認(rèn)證。
十是液流電池一直是業(yè)界的關(guān)注點(diǎn)，獲得了大量媒體的報(bào)道。
這是我們公司的愿景，打造一流的電力系統(tǒng)的儲(chǔ)能企業(yè)。我的分享就到這里，謝謝大家！
