中國儲能網(wǎng)訊：隨著全球能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型和可再生能源快速發(fā)展，儲能技術(shù)不僅承擔(dān)著提高風(fēng)光發(fā)電品質(zhì)和提升并網(wǎng)安全性的重任，而且成為推動新能源高效利用和促進(jìn)綠色低碳發(fā)展的支撐力量。
《“十四五”新型儲能發(fā)展實施方案》提出，加快重大技術(shù)創(chuàng)新示范。其中包括全釩液流電池等長時儲能技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。作為長時儲能領(lǐng)域的“后起之秀”，全釩液流電池技術(shù)目前處于怎樣的發(fā)展水平？大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用的難點(diǎn)是什么？對能源行業(yè)發(fā)展又將起到何種作用？敬請關(guān)注。
綠色“充電寶”引領(lǐng)長時儲能的創(chuàng)新力量
工程材料研究院新能源材料研究中心高級工程師 計東東
儲能技術(shù)是提高光伏和風(fēng)能發(fā)電品質(zhì)、輸出穩(wěn)定性與并網(wǎng)安全性的必要手段，對新能源的大規(guī)模持續(xù)穩(wěn)定利用和構(gòu)建新型清潔電力系統(tǒng)至關(guān)重要。在經(jīng)歷了鉛酸電池、鋰電池的更新迭代后，全釩液流電池正逐步成為儲能領(lǐng)域的創(chuàng)新力量。
10月24日，由工程材料研究院自主研制的中國石油首套全釩液流電池，在青海油田首次完成極端環(huán)境和嚴(yán)苛條件下“光—儲—抽”離網(wǎng)應(yīng)用，實現(xiàn)了邊遠(yuǎn)井場的“綠電”供應(yīng)和零碳采油，為油氣田綠色轉(zhuǎn)型和增產(chǎn)提效探索出全新的供電模式。
蓄勢而發(fā) 藏電于釩
配備儲能是目前解決可再生能源發(fā)電不穩(wěn)定問題最有效的手段。
我國已初步形成全釩液流電池全產(chǎn)業(yè)鏈自主知識產(chǎn)權(quán)體系。
在我國能源結(jié)構(gòu)綠色轉(zhuǎn)型進(jìn)程中，構(gòu)建以新能源為主體的新型清潔電力系統(tǒng)，是保障能源安全和實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要一環(huán)。
電能是一種即發(fā)即用的能量，發(fā)電側(cè)與用電側(cè)的功率相匹配才能保障電網(wǎng)的穩(wěn)定。與傳統(tǒng)火電可調(diào)節(jié)性強(qiáng)不同，以風(fēng)能、太陽能為代表的清潔能源發(fā)電具有間歇性和不穩(wěn)定性，這種波動對傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的沖擊較大。因此，可再生能源發(fā)電雖然綠色環(huán)保，但電網(wǎng)常常消納不了，棄光、棄風(fēng)的現(xiàn)象普遍存在。
配備儲能是目前解決可再生能源發(fā)電不穩(wěn)定問題最有效的手段。儲能系統(tǒng)可以將多余的電能存儲起來，在實際需要時再釋放，從而實現(xiàn)電力供需平衡，提高電網(wǎng)的安全可靠性，促進(jìn)可再生能源的應(yīng)用。
隨著“雙碳”戰(zhàn)略的全面推進(jìn)，安全性高、存儲時間長、適配靈活和全生命周期度電成本低的全釩液流電池，作為大容量高效電化學(xué)儲能技術(shù)的“后起之秀”，迎來了一系列政策紅利和前所未有的發(fā)展機(jī)遇。
我國對全釩液流電池的研究始于20世紀(jì)80年代末。雖然目前尚未實現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用，但我國釩礦儲量居世界第一，釩電解液全球市場占有率高達(dá)90%以上，優(yōu)越的資源稟賦為發(fā)展全釩液流電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)造了得天獨(dú)厚的條件。
“十四五”以來，國家將液流電池作為發(fā)展新型儲能的重要技術(shù)路線之一，從頂層設(shè)計、技術(shù)創(chuàng)新和標(biāo)準(zhǔn)體系等多個角度，陸續(xù)推出了一系列扶持措施。今年年初，國家能源局公布的56個新型儲能試點(diǎn)示范項目中，有9個涉及全釩、鐵基等液流電池，總規(guī)模超過900兆瓦/4300兆瓦時。這些項目將通過納入國家重大項目庫、能源領(lǐng)域首臺（套）重大技術(shù)裝備清單等方式獲得支持。
目前，我國已初步形成了包括液流電池批量生產(chǎn)、模塊設(shè)計制造、系統(tǒng)集成控制在內(nèi)的全釩液流電池全產(chǎn)業(yè)鏈自主知識產(chǎn)權(quán)體系，產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于可再生能源發(fā)電系統(tǒng)、電網(wǎng)調(diào)峰填谷、分布式儲能系統(tǒng)、微電網(wǎng)系統(tǒng)、應(yīng)急供電系統(tǒng)和工商業(yè)儲能等諸多領(lǐng)域，為解決能源供應(yīng)的穩(wěn)定性和可再生能源的有效利用提供了新思路、新途徑。
技術(shù)攻關(guān) 落地發(fā)展
攻克了電極活性低、電解液穩(wěn)定性差、界面阻抗高等行業(yè)難題。
推動全釩液流電池從“可用、能用”到“好用、實用”。
全釩液流電池的獨(dú)特優(yōu)勢同樣適用于為油氣行業(yè)中的大型集中式風(fēng)光新能源電站配儲、分布式光儲一體化，以及勘探、鉆井、集輸、煉化等全產(chǎn)業(yè)鏈裝備供能。
近年來，中國石油積極布局光伏、風(fēng)能等新能源產(chǎn)業(yè)，并組織實施重大科技創(chuàng)新項目，支持所屬企業(yè)聯(lián)合行業(yè)優(yōu)勢力量，攻關(guān)壓縮空氣儲能、液流電池、固態(tài)電池等新型儲能關(guān)鍵技術(shù)。
今年5月，中油電能公司與寶石機(jī)械公司合作建設(shè)的中國石油首個全釩液流儲能示范項目，在大慶油田臥龍一次變電所并網(wǎng)發(fā)電。該項目采用智能調(diào)控技術(shù)，通過油田用電峰谷時段差異靈活充電放電，實現(xiàn)能源最佳配置，不僅填補(bǔ)了中國石油在儲能領(lǐng)域的空白，提升了油田電網(wǎng)調(diào)節(jié)能力，而且破解了龍一聯(lián)地區(qū)因負(fù)荷不足導(dǎo)致的棄風(fēng)問題，提升了“綠電”消納能力，為高寒地區(qū)儲能技術(shù)應(yīng)用提供了技術(shù)儲備。
中國石油礦權(quán)區(qū)位于可再生能源豐富的沙漠、戈壁和荒漠。為滿足油氣行業(yè)特殊場景下對儲能的巨大需求，工程材料研究院儲能團(tuán)隊經(jīng)過3年多的基礎(chǔ)研究，攻克了全釩液流電池電極活性低、電解液穩(wěn)定性差、界面阻抗高等行業(yè)難題，自主設(shè)計、集成出不同功率的全釩液流電池樣機(jī)，并在企業(yè)內(nèi)部和青海油田分別建成了光儲一體化并網(wǎng)和離網(wǎng)示范電站，搭建起大功率全釩液流儲能系統(tǒng)多場景測試平臺。
10月中旬，在青海油田油氣工藝研究院、勘探事業(yè)部和采油一廠的支持配合下，工程材料研究院打破電解液適用溫區(qū)窄、電池效率穩(wěn)定性差、離網(wǎng)光儲融合可靠性低等多項技術(shù)壁壘，在高海拔、極寒、純離網(wǎng)、信號弱、需24小時不間斷供電等極端工況下，首次采用自主研制的全釩液流電池和創(chuàng)新設(shè)計的柔性直流母線微電網(wǎng)拓?fù)浼軜?gòu)，通過實時遠(yuǎn)程監(jiān)控，實現(xiàn)了無人值守邊遠(yuǎn)井場的全天候“綠電”供應(yīng)。
這個研究院將繼續(xù)在電堆結(jié)構(gòu)密封可靠性、電堆集成工藝穩(wěn)定性、電池管理策略靈活性、系統(tǒng)集成應(yīng)用匹配性等方面開展攻關(guān)，推動全釩液流電池從“可用、能用”到“好用、實用”。
助力儲能 未來可期
全釩液流電池雖面臨部分技術(shù)挑戰(zhàn)和發(fā)展困境，但有潛力實現(xiàn)與鋰離子電池同等的初裝成本。
市場需求持續(xù)增加，眾多能源行業(yè)和化工行業(yè)的企業(yè)紛紛入局。
中關(guān)村儲能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟（CNESA）的報告顯示，預(yù)計到2030年，液流電池等長時儲能技術(shù)有望成熟，有潛力實現(xiàn)與鋰離子電池同等的初裝成本。
憑借高安全性、長壽命和易于擴(kuò)容等優(yōu)勢，全釩液流電池在電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻、電力輔助服務(wù)，用戶分布式儲能、微電網(wǎng)建設(shè)，以及偏遠(yuǎn)地區(qū)和應(yīng)急供電場景中將發(fā)揮著重要作用，應(yīng)用前景十分廣闊。
然而，全釩液流電池并不完美，仍面臨部分技術(shù)挑戰(zhàn)和發(fā)展困境。首先，初裝成本過高，全釩液流電池技術(shù)復(fù)雜，系統(tǒng)配套設(shè)備需求較多，釩電解液和質(zhì)子交換膜等關(guān)鍵材料價格較高，導(dǎo)致目前兆瓦級時長4小時的儲能系統(tǒng)初次建設(shè)成本達(dá)到2000至2800元/千瓦時，在一定程度上限制了全釩液流電池大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用的步伐。其次，技術(shù)瓶頸有待突破，全釩液流電池在大規(guī)模應(yīng)用中仍存在系統(tǒng)效率長期穩(wěn)定性、電堆結(jié)構(gòu)和循環(huán)管路密封性、電池管理策略和靈活調(diào)度等一系列難題。此外，產(chǎn)業(yè)鏈不夠完善，標(biāo)準(zhǔn)體系滯后，電池體積大、轉(zhuǎn)換效率低、運(yùn)行過程中對環(huán)境溫度要求較高等問題，也影響了全釩液流電池產(chǎn)業(yè)的良性發(fā)展和市場推廣。
近年來，國家高度重視可再生能源與儲能技術(shù)的融合發(fā)展，相繼出臺了《關(guān)于加快推動新型儲能發(fā)展的指導(dǎo)意見》《“十四五”新型儲能發(fā)展實施方案》等一系列旨在節(jié)能減排、促進(jìn)液流電池行業(yè)發(fā)展的政策措施。
隨著可再生能源裝機(jī)量的增長和電網(wǎng)對清潔能源接納能力的提升，全釩液流電池的市場需求持續(xù)增加。在政策的扶持下，眾多能源行業(yè)和化工行業(yè)的企業(yè)紛紛入局。
為進(jìn)一步提高全釩液流電池在儲能市場中的占比，未來要深化隔膜、電極和雙極板材料、核心部件電堆等方面的技術(shù)研發(fā)，提高電解液利用率。同時，要大力推進(jìn)上下游產(chǎn)業(yè)鏈的深度合作，確保原料供給和價格穩(wěn)定，降低系統(tǒng)造價，提升市場競爭力。
