中國儲能網(wǎng)訊：8月24-26日，由深圳市發(fā)展和改革委員會指導，中國化學與物理電源行業(yè)協(xié)會與南方科技大學碳中和能源研究院聯(lián)合主辦，100余家機構共同支持的碳中和能源高峰論壇暨第三屆中國國際新型儲能技術及工程應用大會與新型儲能技術青年科學家論壇在深圳召開。此次大會主題是“開拓新質生產(chǎn)力，推動儲能產(chǎn)業(yè)高質量發(fā)展”。
大會主辦方邀請6位院士及100位行業(yè)專家分別從新型儲能系統(tǒng)集成解決方案、長時儲能技術及應用、虛擬電廠、工商業(yè)儲能專場、新型儲能電池、新型儲能與電力市場、智能微電網(wǎng)、儲能標準宣貫、新型儲能技術青年科學家論壇等12個專場進行充分討論交流。
來自行業(yè)主管機構、國內(nèi)外駐華機構、科研單位、電網(wǎng)企業(yè)、發(fā)電企業(yè)、系統(tǒng)集成商、金融機構等不同領域的500余家產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)，1012位嘉賓參加了本屆大會，其中21家企業(yè)展示了儲能產(chǎn)品解決方案，在線觀眾超過4萬余人觀看了開幕盛況。
本次大會由中國化學與物理電源行業(yè)協(xié)會儲能應用分會和中國儲能網(wǎng)、中國儲能網(wǎng)聯(lián)合承辦，中國化學與物理電源行業(yè)協(xié)會儲能應用分會專家委員會提供學術支持！
8月25日上午，中國科學院金屬研究所研究員 / 遼寧科京新材料有限公司首席科學家嚴川偉受邀在“新型儲能電池專場”分享主題報告，報告題目《長時儲能與全釩液流電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展》。
嚴川偉：謝謝組委會的邀請，今天跟大家分享長時儲能以及全釩液流電池的發(fā)展。
三個方面：首先是儲能需求與賽道，國家能源戰(zhàn)略的最底層的邏輯在于能源安全，當前我們國家能源對外的依存達到70%，對狹窄的馬六甲水道的依賴達到70%。對我們這樣一個巨大體量及能源需求的國家來說，這是絕對不可接受的。至于氣侯變化因素，是合理的規(guī)則要求與義務，最本質的東西就是能源安全。
“3060”國家戰(zhàn)略，本質就是構建基于可再生能源的新型電力系統(tǒng)，在于從根本上解決能源安全問題，不是能不能做的事情，而是必須做?；诳稍偕茉矗捎谒牟环€(wěn)定性、不連續(xù)性必須儲能，而所謂長時儲能至少應該能夠平衡日內(nèi)需求的儲能，至少應該在10小時左右。我覺得美國能源部的定義是比較合乎邏輯的，一般三四個小時就算長時儲能，那僅僅是在目前，我們在推動的起始階段做一些探索性、嘗試性的工作可以，但未來真正的需求，真正能夠支撐國家的能源安全邏輯方面，必須是更長時間的長時儲能。
儲能發(fā)展的現(xiàn)實情況是滯后于國家戰(zhàn)略，在新型電力系統(tǒng)構建的第一階段（當前到2030年），我們的儲能技術是無法支撐的，真正現(xiàn)實可用的成熟技術就是抽水蓄能，在數(shù)和量上都滿足不了，而且還有建設進度或周期問題。因此，這也是新型儲能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個機遇期、窗口期，十分緊迫，需要快速的立起來，并做強做大。
電化學儲能作為新型儲能的一類，這幾年獲得了比較大的發(fā)展，但是給社會的印象或者事實上的“配而不用”現(xiàn)象嚴重。當然原因有很多：一個是需求剛性還沒有達到，新能源占比現(xiàn)在剛剛達到20%，剛需不夠；二是市場機制，成本傳遞不明確，不能賺錢；三是可靠問題，技術不夠成熟可靠；四是壽命問題；五是安全問題，對使用者制造者來講都有這樣的焦慮。后兩者問題更主要的是路線問題，就是所選用的技術路線（不適當）。這里我們不是說誰對誰錯，因為之前是沒有什么選擇的，但是之后我們應該認識到這個問題，把工作做得更具體、更細致。
不同的儲能技術適合不同的應用，因為它有不同的壽命、時長、適合規(guī)模，對于規(guī)模比較大的，尤其是長時儲能，要足夠安全，安全是第一位的，是前提。截止到目前，全球5000多座上規(guī)模的電化學儲能電站，它的發(fā)生問題的概率，就是起火爆炸的概率是1.5%（如果加上國內(nèi)的“配而不用”因素，恐怕這個數(shù)會更大），這個顯然對于大型儲能應用是不可接受的。我們的觀點是：對于大型儲能，本征安全是必要的，是系統(tǒng)安全的前提。因為如果技術本身就安全（本征安全），那對于構建系統(tǒng)的安全就是一個保證。
大規(guī)模長時儲能的市場特點是什么？要求又是什么樣呢？基于前面的一些討論：一個是市場規(guī)模比較大，這根本不用解釋；二是成本比較低，儲能原來在電力系統(tǒng)中是不存在的，是一個新事物，原來是發(fā)、輸、配，現(xiàn)在把儲加上，對于終端用戶來講，電價不應該有明顯的提升，這樣就決定了這個儲不可能貴。所以，大規(guī)模的長時儲能要求就顯而易見：一個是安全；二是技術要適合；三是經(jīng)濟性，即完全可以市場化運行（當然經(jīng)濟性包含資源、環(huán)保等等影響因素在內(nèi)）。
適合長時儲能賽道的技術包括抽水蓄能、壓縮空氣、全釩液流電池為代表的液流電池等（這里大致列了主要的幾種，當然不是也不可能是全部）。全釩液流電池至少在建設周期、容量與功率的解耦（相互獨立）、選址靈活性等方面具有獨特的特點或者優(yōu)勢，也因此構成了它的所謂不可替代性。
從經(jīng)濟性角度，全釩液流電池事實上具有很好的經(jīng)濟性潛力，滿足大規(guī)模長時儲能必須便宜低成本的要求。當然，它現(xiàn)在沒有走到成熟的產(chǎn)業(yè)化階段，尚未很好釋放其潛力，未來它一定會很便宜，因為基于功率、容量、儲能時長各維度的發(fā)展，它的建設成本優(yōu)勢是驚人的，當然從全生命角度來講肯定也會非常低，優(yōu)勢毋庸置疑。
現(xiàn)在我們再看釩電池技術的產(chǎn)業(yè)鏈，準確定義應為：趨于成熟，用這四個字可以準確地描述當前的發(fā)展狀態(tài)。從影響產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面角度理解，首先是可以實現(xiàn)穩(wěn)定工作，出問題的概率比較低了；其次，成本已經(jīng)到能夠進行商業(yè)化操作了，可以實現(xiàn)良性的、可持續(xù)的產(chǎn)業(yè)工作推進。
從技術發(fā)展演進來講，至少從這十多年來看，可以分為這么幾個階段：從2012年到2023年，叫蜇伏探索階段，產(chǎn)業(yè)相關操作或活動的規(guī)模很小，每年用到的核心材料釩非常少，甚至不足100噸。最近幾年在逐漸上升，但是規(guī)模也在千噸級。在當前叫產(chǎn)業(yè)初期或者示范驗證期，這個期間應該是一個謹慎發(fā)展、顯著增長的階段，用釩每年都會超過一兩萬噸、兩三萬噸的規(guī)模，每年是可見的增長，大致是倍增這樣的速度，今年裝機會在五六百MW，明年可能會過GW。之后，如果沒有不可抗力的顛覆或行業(yè)太不爭氣的話，就會走上真正產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的階段了，進入快速發(fā)展期。
產(chǎn)業(yè)鏈基本形成，或者說形成了一個基本的產(chǎn)業(yè)鏈，上游和中游是容量（電解液相關）和功率（電堆相關），下游是應用，共這么三個板塊。
第一個板塊是電解液，電解液需要釩的原料，最后變成釩的產(chǎn)品，再做成電解液，這是傳統(tǒng)的做法，多年以來一直這么做，工藝很成熟、很可靠。最近這兩年發(fā)展了短流程，就是由浸出液短接過來，不經(jīng)過釩產(chǎn)品，直接到電解液。
就供給情況而言，在一到兩年內(nèi)，電解液供應還是比較緊張的，因為真正能夠提供大批量產(chǎn)品（可供貨千立方米/年噸的廠家只有兩三家）。聽說有些投資電解液或釩資源的投資者或者有些想?yún)⑴c的人多數(shù)在觀望，我想這是不應該的，因為電解液的生產(chǎn)能力建設還是需要比較長時間，如果你沒有基礎的話，目標產(chǎn)能規(guī)模規(guī)模又比較大的話，僅僅電解液的建設周期會達到一年左右的時間。如果建得比較小那是另當別論，我說的是真正對產(chǎn)業(yè)起非常大作用的萬立方米/年級的生產(chǎn)條件的建設。
電堆是反映釩電池技術能力最核心的部件，當前要求是產(chǎn)品可靠，真正能用。面向未來則需要大幅度提高功率密度，這樣可以大幅度降低成本。至少在當前，有一些企業(yè)的產(chǎn)品可以滿足當前產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需要；另外，需要指出的是電堆技術處于發(fā)展的轉折階段（或是快速技術迭代階段）。
功率單元有三種關鍵材料，第一種是膜，對于全釩液流電池來講，膜材料有兩類：一類是篩分膜，一類是離子膜。真正能夠在可見的未來支撐產(chǎn)業(yè)發(fā)展的，是離子交換膜，而且就是全氟磺酸質子交換膜。
作為膜的原料--樹脂的制造難度更高，以至于杜邦公司壟斷了幾十年，長期享有超額利潤。膜產(chǎn)品現(xiàn)在生產(chǎn)廠家比較多，可以滿足產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需要。從供給情況看，原材料比較充分，并且也實現(xiàn)了國產(chǎn)化，膜產(chǎn)品供應比較平穩(wěn)。
關鍵材料中第二個是雙極板，其可分多種類型，例如，天然石墨的，導電性比較好，但是加工效率比較差（導致成本相對較高）；再如復合雙極板，其導電性偏弱，但生產(chǎn)效率加工效率比較高。有些生產(chǎn)商是近期由原來氫能領域轉換過來的，有很好的技術基礎和生產(chǎn)制造經(jīng)驗。總體而言，當前雙極板產(chǎn)品級產(chǎn)能基本上可以滿足市場需要，
關鍵材料之三就是電極，通俗來說，主要就是聚丙烯腈石墨氈，當然還有其他多孔碳材料類型。若果說有瓶頸的話，則是前端的預氧化絲的制造，目前國內(nèi)正在解決生產(chǎn)制造能力問題，并已經(jīng)實現(xiàn)了突破，在最近這一兩年內(nèi)，整個全產(chǎn)業(yè)鏈將能全部打通，不會影響整個產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，但是我們需要密切關注相關國產(chǎn)化的進程。
應用板塊，是非常核心和非常關鍵的部分，整個產(chǎn)業(yè)化的歸宿所在及核心所在。如果從另外一個角度來講，我們電池儲能實際上是做兩件事：一件是把電池做好，一個是把電池用好，整個應用是把電池用好，好的電池怎么用好非常重要，非常關鍵。所以這是當前的核心，也是可能會被很多人忽視或者把這個事看得簡單的方面，以為這個事很好做，實際上遠遠不是這樣。做比較小的系統(tǒng)沒有問題，真正滿足大的支撐新能源發(fā)展，大規(guī)模電站絕對是一個問題，面臨重大的考驗。
第三部分是產(chǎn)業(yè)挑戰(zhàn)與策略。首先我們需要對基于技術的發(fā)展有認知，全釩液流電池是電化學電池系統(tǒng)，它由單電池堆再構成模塊，再構成系統(tǒng)，影響因素非常多，它跟其他的大型物理儲能，像壓縮空氣，一個單機可以做到幾百兆瓦不同，我們是一個個單電池疊起來的，再把堆構成系統(tǒng)，影響因素比較多。當然其他電池也是這樣，但他們大多已經(jīng)走過了很長的路，而這個電池才剛剛起步。另外液流電池是液相傳質為基礎的電化學系統(tǒng)，又疊加了流場、電場等因素，影響變量就更多更復雜。還有缺乏專業(yè)的制造基礎及經(jīng)驗，所以需要充分的工程化、產(chǎn)業(yè)化的驗證，也就是剛才說到的那個，我們現(xiàn)在整個產(chǎn)業(yè)處于這樣一個產(chǎn)業(yè)化驗證的階段，或者產(chǎn)業(yè)化的初期，需要更多的實際應用的大型系統(tǒng)落地，來暴露問題，解決問題，不可能一下子非常大規(guī)模的全部鋪開，沒到那個階段。
釩資源的市場特點，截至目前這個市場與儲能產(chǎn)業(yè)不兼容，因為釩是作為鋼鐵冶金副產(chǎn)物為主來生產(chǎn)的，而且釩的產(chǎn)品，絕大多數(shù)（不低于90%）的釩又用到鋼鐵冶金上面去。這兩種用途非常不一樣，釩在鋼鐵的應用是作為核心元素添加的，加入0.2%、0.3%足夠了，一般不超過0.5%，用了這么小比例的釩，釩的價格波動，對這個行業(yè)沒有太大影響，即價格不敏感。對于全釩液流電池，釩在儲能系統(tǒng)當中占的價值比例非常高（超過了50%），所以價格的波動對它影響非常大，甚至是致命性的，即對釩價格敏感。
另外由于它是作為鋼鐵冶金的副產(chǎn)物，就受到鋼鐵產(chǎn)能的綁定影響，能不能供應足夠的釩，取決于鋼鐵產(chǎn)能情況。所以它是一個價格波動影響比較大，還有供應量受鋼鐵產(chǎn)能綁定的問題。
針對這些問題，最近這幾年行業(yè)做了相應的努力，一方面是基于傳統(tǒng)市場的特點，釋放了釩的產(chǎn)能和生產(chǎn)能力，還有是一種自然釋放，因為鋼鐵需求的下降，導致了釩資源的下降，這樣就有更多的釩用于儲能產(chǎn)業(yè)，每年大約3000噸左右釋放出來。另外是主觀的，之前有些釩鈦磁鐵礦資源是作為普遍鐵礦使用的，現(xiàn)在已經(jīng)多數(shù)實現(xiàn)了“應提盡提”的條件改造，每年釩的產(chǎn)能提高了約3萬噸左右。
多釩源直接提釩，一個是石煤資源，每年產(chǎn)量1.1-1.4萬噸，但面臨成本的問題；還有磁鐵礦直接提釩，無論利用國內(nèi)還是國外資源，每年都有很大的潛力。再有就是二次釩，就是含釩固體廢棄物，國內(nèi)有萬噸級的潛力有待于開發(fā)和釋放。
全釩液流電池的釩用在儲能上還有一個特點，就是它的金融屬性，即釩不消耗、不消散，可以保值增值，如果采用融資租賃的方式，可以降低建設成本。無論怎么說，這個行業(yè)面臨的任務，一個是提高可靠性，提高系統(tǒng)可靠性；第二方面是降低成本，降低成本一個是功率方面，還有容量堆和電解液。
電堆的發(fā)展及其創(chuàng)新支撐，從功率密度來講，電堆一開始都是在幾十個毫安每平方厘米的電流密度，發(fā)展很快?，F(xiàn)在到了第二個階段，我們要注意到里面的控制因素，最開始的控制因素主要是電阻，現(xiàn)在是電阻+傳質，再往下走這些因素還會再增加，電阻+傳質+活化，所以在材料方面要有相應的支撐。
頁巖釩資源的利用對于我們這個行業(yè)的發(fā)展至關重要，一些關鍵問題的解決對它的影響還是非常重大的。加工及其產(chǎn)品的成本之所以高，是因為它的含釩量很少，而且現(xiàn)在沒有很有效手段進行富集，這樣就直接用原礦進行冶煉，這樣勢必消耗過于大量的原材料、輔料、能源，導致成本高，如果能找到相應的有效富集辦法，將對整個行業(yè)是巨大的利好，希望有志之士在這方面能多做工作。
總結與展望：作為長時儲能技術，全釩液流電池具有優(yōu)勢和不可替代；現(xiàn)在處于產(chǎn)業(yè)化前期，當前裝機規(guī)模是GW級；行業(yè)自身主要任務在于：提高產(chǎn)品可靠性、降低成本。
謝謝！
