中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：今年，在稍顯冷清的儲(chǔ)能一級(jí)市場(chǎng)中，液流電池成為少有的熱點(diǎn)賽道。
9月12日，上海電氣儲(chǔ)能科技有限公司宣布完成總規(guī)模為4億元的A輪融資，領(lǐng)投方包括華強(qiáng)資本、國君創(chuàng)投以及基石資本，鞍鋼資本、海越資管以及高科新浚跟投。本輪融資完成后，上海電氣儲(chǔ)能估值超22億元。
9月27日，水系有機(jī)液流電池研發(fā)商宿遷時(shí)代儲(chǔ)能完成A+輪億元融資，由高瓴創(chuàng)投領(lǐng)投，邦盛資本、蘇創(chuàng)投、產(chǎn)發(fā)創(chuàng)投等跟投。目前已投資10億元建設(shè)5吉瓦時(shí)水系有機(jī)液流電池項(xiàng)目，其中一期建設(shè)2吉瓦時(shí)。
據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，從2022年開始，液流電池開始備受一級(jí)市場(chǎng)關(guān)注，2022年1月至2023年11月，液流電池的項(xiàng)目融資數(shù)量已經(jīng)近20筆，融資金額近50億元，其中大部分交易發(fā)生在2023年。
液流電池又名氧化還原電池，是把能量儲(chǔ)存在電解液里的新型電化學(xué)儲(chǔ)能裝置。與一般鋰電池、鉛蓄電池的固體正負(fù)極不同，液流電池的正、負(fù)極都是釩鹽溶液。液流電池具有容量高、循環(huán)使用壽命長等特點(diǎn)，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。
彭博新能源財(cái)經(jīng)數(shù)據(jù)顯示，截至2023年8月，我國液流電池裝機(jī)容量已經(jīng)達(dá)到220兆瓦/865兆瓦時(shí)，儲(chǔ)備項(xiàng)目規(guī)模已經(jīng)達(dá)到5吉瓦/18吉瓦時(shí)；到2025年，我國將部署4吉瓦的液流電池，其中大部分項(xiàng)目為全釩液流電池項(xiàng)目。
根據(jù)國信證券的研究，2023年是全球液流電池進(jìn)入規(guī)?；l(fā)展元年，全球新增裝機(jī)容量有望達(dá)到1.7吉瓦時(shí)，2026年總裝機(jī)達(dá)到19.6吉瓦時(shí)，2023～2026年年均復(fù)合增速將達(dá)到125%。如果按照3元/瓦時(shí)的初始投資成本計(jì)算，2026年全球液流電池市場(chǎng)空間將達(dá)到588億元。
液流電池為何崛起？
中國科學(xué)院院士趙天壽在第十三屆中國國際儲(chǔ)能大會(huì)上表示：“長時(shí)儲(chǔ)能在新型電力系統(tǒng)中非常重要，是目前儲(chǔ)能領(lǐng)域中最大的缺口，2023年是液流電池產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)折的關(guān)鍵一年。”
隨著新型電力系統(tǒng)的建設(shè)，長時(shí)儲(chǔ)能需求不斷擴(kuò)大，這是液流電池崛起的底層邏輯。
根據(jù)國家規(guī)劃，預(yù)計(jì)可再生能源在全社會(huì)用電量增量中的比重將達(dá)到三分之二左右，在一次能源消費(fèi)增量中的比重將超過50%，可再生能源將從原來能源電力消費(fèi)的增量補(bǔ)充，變?yōu)槟茉措娏οM(fèi)增量的主體。
由于可再生能源具有間歇性、波動(dòng)性等特點(diǎn)，儲(chǔ)能設(shè)施越來越重要?？蓾M足不同時(shí)長，尤其是滿足吉瓦級(jí)別的可再生能源并網(wǎng)、長時(shí)間削峰填谷的儲(chǔ)能設(shè)施越來越受到關(guān)注。
所謂長時(shí)儲(chǔ)能一般指不低于4小時(shí)的儲(chǔ)能技術(shù)。長時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)跨天、跨月乃至跨季節(jié)充放電，以滿足電力系統(tǒng)的長期穩(wěn)定。未來，可再生能源發(fā)電滲透率越高，所需儲(chǔ)能時(shí)長越長。
為此，國家發(fā)展改革委、國家能源局在2022年3月印發(fā)的《“十四五”新型儲(chǔ)能發(fā)展實(shí)施方案》中提出，要推動(dòng)多時(shí)間尺度新型儲(chǔ)能技術(shù)試點(diǎn)示范，重點(diǎn)試點(diǎn)示范壓縮空氣、液流電池、高效儲(chǔ)熱等長時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)。百兆瓦級(jí)液流電池技術(shù)被納入“十四五”新型儲(chǔ)能核心技術(shù)裝備攻關(guān)重點(diǎn)方向之一。
目前，鋰電池是最常用的電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)之一，具有能量密度高、功率密度高、低自放電、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，適用于短時(shí)儲(chǔ)能（一般為2小時(shí)以內(nèi)）和移動(dòng)式儲(chǔ)能等場(chǎng)景。鋰電池的儲(chǔ)能時(shí)長可以通過增加電池容量或降低電池功率來延長，但這樣會(huì)增加電池的成本和重量，降低電池的效率和安全性，因此鋰電池不適用于長時(shí)儲(chǔ)能場(chǎng)景。
相比之下，液流電池的技術(shù)特點(diǎn)是儲(chǔ)能容量和儲(chǔ)能功率可以分別設(shè)計(jì)、調(diào)節(jié)，儲(chǔ)能成本隨儲(chǔ)能時(shí)長的增加而降低，使用壽命較長，能很好地滿足長時(shí)儲(chǔ)能需求。
全釩液流電池最為成熟
液流電池并非全新技術(shù)，而是一種具有近50年歷史的儲(chǔ)能技術(shù)。
1974年，美國科學(xué)家正式提出液流電池概念，隨后美國、日本等多國科學(xué)家開始對(duì)液流電池進(jìn)行研究，發(fā)展出多種液流電池體系，并在20世紀(jì)末逐步開展示范應(yīng)用。其應(yīng)用范圍從航空領(lǐng)域拓展到新能源領(lǐng)域，例如儲(chǔ)存風(fēng)能和太陽能。
和作為長時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)的壓縮空氣、抽水蓄能技術(shù)相比，液流電池不存在受限于地理位置和環(huán)境、建設(shè)周期長的約束，靈活性更強(qiáng)、適應(yīng)面更廣。
第一，液流電池非常安全。液流電池的正、負(fù)極電解液用來儲(chǔ)存能量，由于電解液里面是水，沒有有機(jī)溶劑，所以不會(huì)起火爆炸。同時(shí)，液流電池的熱量可以隨著電解液從電池內(nèi)部轉(zhuǎn)移到外部，因此，其熱管理相對(duì)簡單，不像鋰電容易發(fā)生由于熱失控引發(fā)爆炸。
第二，液流電池的循環(huán)壽命非常長。由于液流電池中的電極不參與反應(yīng)，屬于惰性電極，因此電極和雙極板等材料的穩(wěn)定性較好，不涉及更換問題。同時(shí)，由于反應(yīng)過程中不涉及相變，因此循環(huán)壽命可高達(dá)1.5萬～2萬次。其中，全釩液流電池的循環(huán)壽命甚至可以達(dá)到2萬次以上，可與風(fēng)電、光伏電站的壽命相匹配。
第三，很強(qiáng)的靈活性。由于液流電池的功率單元電堆與能量單元電解液相互獨(dú)立，這意味著可以根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)景，靈活設(shè)計(jì)系統(tǒng)功率與儲(chǔ)能時(shí)長。當(dāng)需要增大儲(chǔ)電容量時(shí)，只需要增大電解液儲(chǔ)罐容積，或提高電解液濃度即可；如果想增大功率，只需要增加電堆功率或是增加電堆數(shù)量即可。
根據(jù)電化學(xué)反應(yīng)中活性物質(zhì)的不同，液流電池可分為全釩液流電池、鋅基液流電池、鐵基液流電池等，其中全釩液流電池的技術(shù)成熟度最高，具體體現(xiàn)在如下三個(gè)方面。
首先，經(jīng)過多年的示范推廣，全釩液流電池大規(guī)模儲(chǔ)能工程的效果已得到充分驗(yàn)證，而其他技術(shù)路線由于示范時(shí)間短，仍需要經(jīng)歷較長的驗(yàn)證周期；其次，相比鐵鉻等技術(shù)路線，全釩液流電池的電解液、隔膜、膜電極等原材料的供應(yīng)鏈已經(jīng)初步成型，國產(chǎn)化進(jìn)程不斷加快，已經(jīng)能夠支撐開展百兆瓦級(jí)的項(xiàng)目設(shè)計(jì)與開發(fā)；最后，最先進(jìn)的全釩液流電池系統(tǒng)（10兆瓦-4小時(shí)儲(chǔ)能配置）的成本已經(jīng)能夠控制在2～3元/瓦時(shí)的水平，已經(jīng)具備初步商業(yè)化應(yīng)用條件。
在國內(nèi)液流電池的創(chuàng)業(yè)公司圖譜中，上述三種技術(shù)路線都有公司在推進(jìn)。其中，大連融科、北京普能、上海電氣儲(chǔ)能、國潤儲(chǔ)能、星辰新能、武漢南瑞、新新釩鈦、艾博特瑞等公司選擇的是全釩路線；大鋅能源、緯景儲(chǔ)能、朗雄能源、鋅時(shí)代等公司選擇的是鋅基路線；中海儲(chǔ)能、巨安儲(chǔ)能、中和儲(chǔ)能等選擇的是鐵基路線。
降本仍是關(guān)鍵
盡管全釩液流電池具備眾多優(yōu)點(diǎn)，但其行業(yè)發(fā)展仍存在不小的挑戰(zhàn)。
首先，產(chǎn)品體積過大，能量密度較低。受制于電解液中離子溶解度上限，全釩電池比能量密度低，且技術(shù)難以突破。同樣能量的全釩電池體積可達(dá)鋰電池的3～5倍，質(zhì)量達(dá)2～3倍。
其次，全釩電池工作時(shí)對(duì)環(huán)境溫度要求較高。一般情況下，全釩電池的工作環(huán)境溫度需保持在0～45攝氏度，溫度過低會(huì)導(dǎo)致電解液凝固，而溫度過高則會(huì)導(dǎo)致溶液中化合價(jià)為+5的釩形成五氧化二釩析出，從而堵塞電解液通道，導(dǎo)致電池報(bào)廢。
再次，初始投資成本過高。目前全釩液流電池的成本高達(dá)3～3.2元/瓦時(shí)，而儲(chǔ)能鋰離子電池成本約1.2元/瓦時(shí)。對(duì)此，大連融科總經(jīng)理王曉麗公開表示：“目前全釩液流電池的初投成本偏高，大連融科計(jì)劃將在‘十四五’末，將投資成本控制在1.7～2元/瓦時(shí)。降本主要通過提升電堆性能、電解液利用率，以及擴(kuò)大產(chǎn)業(yè)規(guī)模等措施。屆時(shí)，綜合考慮全釩液流電池超長壽命以及電解液循環(huán)利用的特性，其競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)將凸顯出來。”
最后，全釩液流電池中釩的成本占比達(dá)50%以上，因此釩價(jià)的波動(dòng)對(duì)全釩電池行業(yè)的影響較大。根據(jù)測(cè)算，1千瓦時(shí)電解液需要5.6千克五氧化二釩，按照70%的電解液利用率計(jì)算，實(shí)際需要的五氧化二釩大約為8千克。1兆瓦時(shí)則需要約8噸五氧化二釩，1吉瓦時(shí)就需要8000噸五氧化二釩。目前按照10萬～11萬元/噸的成本計(jì)算，1千瓦時(shí)的電解液成本約為1500元。這也是造成全釩液流電池價(jià)格較高的重要原因之一。
中科院大連化學(xué)物理研究所研究員張華民公開表示：“五氧化二釩價(jià)格最終需穩(wěn)定在10萬～12萬元/噸；如果超過15萬元/噸，全釩液流電池產(chǎn)業(yè)很有可能會(huì)夭折?！?
為此，不少全釩液流電池企業(yè)已經(jīng)開始關(guān)注釩礦資源。2022年，釩電池龍頭企業(yè)大連融科就先后與釩鈦股份、玉龍股份達(dá)成合作，搶占上游釩礦資源；2023年10月17日，北京普能宣布與承德釩鈦新材料合資成立河北大河儲(chǔ)能科技，為其全釩液流電池提供長期穩(wěn)定和有競(jìng)爭(zhēng)力的電解液供應(yīng)。此外，全釩電池行業(yè)中的新入局者如星辰新能、液流儲(chǔ)能科技等公司，也已在爭(zhēng)相布局釩礦資源。
