中國儲能網(wǎng)訊：9月10-11日，由中國化學與物理電源行業(yè)協(xié)會、南方科技大學碳中和能源研究院、南方電網(wǎng)能源發(fā)展研究院聯(lián)合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在深圳召開。此次大會主題是“綠色、經(jīng)濟、安全、發(fā)展”。
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600余家產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)，1317位嘉賓參加了本屆大會。
10日下午，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“長時儲能技術及應用專場”分享了主題報告，主題為《全釩液流電池的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展》。
嚴川偉：大家下午好！今天與大家分享一下全釩液流電池的產(chǎn)業(yè)化的觀點。
關于儲能的背景、大的邏輯我就不再贅述，但是需要強調(diào)一下，大規(guī)模、長時儲能在支撐國家戰(zhàn)略發(fā)展方面是最大的儲能需求，是最值得關注的技術挑戰(zhàn)和商業(yè)機會。大規(guī)模、長時儲能的首要要求就是：足夠的安全。要做到足夠安全是不容易的，到目前為止就電化學儲能來講，安全問題還是突出的，出問題的概率太高，與大規(guī)模長時儲能的要求（足夠安全）差距巨大。
中電聯(lián)在2022年所做的一個官方調(diào)查顯示，現(xiàn)在已經(jīng)建成針對新能源消納的電化學儲能電站（絕大多數(shù)是鋰離子電池）的利用系數(shù)只有6.1%。這意味著除了調(diào)試，一些必要的演示/展示，這些電化學儲能電站大部分時間處于閑置狀態(tài)，或者說基本上沒有實際用，是一個擺設。造成這種情況的原因有多種，比如說，可以不用（沒有要求用）、缺乏合適商業(yè)模式很難盈利、應用技術不夠成熟和可靠等等，但有一個大家不愿提及但確實是不容回避的問題，那就是安全，電池本身的安全（本征安全）。由于潛在的電池技術體系本身的安全風險，使得有關方對全功率、全負荷地運行儲能系統(tǒng)不放心，這至少是導致“建而不用”的一個比較核心的因素。
關于大規(guī)模儲能的要求，首先是安全，沒有安全就沒有一切，沒有安全就沒有市場和商業(yè)意義；第二是適合，技術適合于長時大規(guī)模儲能應用；再者就是具有經(jīng)濟性，即能夠賺錢，這樣才能廣泛和可持續(xù)操作下去；還有就是環(huán)保，全產(chǎn)業(yè)鏈符合環(huán)保要求，尤其最終的使用不對社會造成額外的環(huán)保及壓力（例如不會由于繁復的環(huán)保處理導致高昂的附加成本）。
符合上述要求可用于大規(guī)模長時儲能的技術，包括抽水蓄能、壓縮空氣、儲熱和液流電池等。各種大規(guī)模儲能技術各有其特點，并不是說你有一種就可以不要其他的，它們之間會有一些在功能上的重疊，但是他們各自有各自的優(yōu)勢和特點。
不同的液流電池，其特點和功能也是有差異的，有的適合于大規(guī)模長時儲能，而有的液流電池可能適合于功率型的或者是其它的應用。但對于全釩液流電池的定位，主要是大規(guī)模長時儲能。
儲能需求實際是多方面、多層次的，除大規(guī)模、長時的能量型儲能外，還有極為豐富的其它儲能需求。不過，有些我們所熟知的電池就不應屬于我們所提的長時、大規(guī)模儲能應用領域，典型的就包括鋰離子電池，它的性能優(yōu)良、產(chǎn)業(yè)鏈成熟，但是由于它本征安全性限制，更適合于更小的規(guī)模、更短儲能時長的應用，因為這樣可以有效管控和規(guī)避安全局限性，發(fā)揮其自身優(yōu)勢。
全釩液流電池產(chǎn)業(yè)技術趨于成熟，在產(chǎn)業(yè)發(fā)展維度主要表現(xiàn)為：首先，產(chǎn)品可靠性已經(jīng)達到了比較高的水平；其次，成本已大幅降低，達到了進行商業(yè)化操作的基本要求；再者，較充分的驗證與示范，已經(jīng)進行了多年的各種規(guī)模、各種應用場景的驗證，技術經(jīng)濟性都獲得了驗證，并取得了比較充分的第一手數(shù)據(jù)。
釩電池儲能已經(jīng)形成了一個基本產(chǎn)業(yè)鏈，從上游到中游直至下游都有相應的企業(yè)參與。
從容量這個角度，電解液現(xiàn)在有兩類，一類是硫酸作支持電解質(zhì)，一類是混酸（硫酸+鹽酸）作支持電解質(zhì)，它們各有優(yōu)勢和局限性，不是可以互相代替的，就看你怎么選擇、怎么用。經(jīng)典的電解液制備工藝（由高價態(tài)釩產(chǎn)品制備）都是成熟的，可以批量化生產(chǎn)；短流程工藝是由浸出液直接制備（不經(jīng)過五氧化二釩這種釩產(chǎn)品）的工藝，成本大幅度降低，已經(jīng)開發(fā)成功，當前有若干企業(yè)可以生產(chǎn)。
電堆是反映釩電池儲能技術含量的最核心的部件，有可靠的產(chǎn)品，成本也是可接受的，面向未來核心在于降低它的成本，還要進一步提高它的功率密度、提高它的指標。當前的電堆產(chǎn)品可以滿足產(chǎn)業(yè)化的需求，目前至少有若干家產(chǎn)品的可靠性可以滿足應用要求。
今天很多人講到膜的問題，膜確實是一個核心材料，在功率單元是很核心的部件。當前有兩類膜，一類是篩分膜，一類是離子交換膜。離子交換膜里面對于全釩液流電池唯一可用的就是全氟磺酸膜，其它的化學穩(wěn)定性或者其它的性能根本滿足不了產(chǎn)業(yè)應用（做點科學研究是可以的，但產(chǎn)業(yè)應用不行)。
這兩種膜都是可以在市場上應用，在可預見的未來，如果說你想獲得比較高的電堆技術指標，全氟磺酸這個膜是不可或缺的。
雙極板在過去大家都不太重視它，因為過去電堆的功率密度較低，雙極板對電堆功能影響比例很?。ㄖ挥?%或0.5%左右），但是現(xiàn)在功率密度提高了，它的影響在變大，尤其隨著電堆技術的快速迭代，雙極板的性能就顯得非常重要了。至少在目前有這么幾類材料是可選可用的，也有針對全釩液流電池的產(chǎn)品。另外我們的產(chǎn)業(yè)發(fā)展還要關注跟全釩液流電池或者跟液流電池相關的氫能領域，有很多雙極板方面的技術探索和工作積累，雖然不完全一樣，但是技術上很大程度上是共性的。
電極方面，現(xiàn)在主要是聚丙烯腈氈，但伴隨電堆結(jié)構技術的迭代發(fā)展，非氈形式的電極將逐漸增加。當前聚丙烯腈氈的后端工藝步驟都在國內(nèi)生產(chǎn)，但前端在國外，不利于產(chǎn)業(yè)發(fā)展。需要將前端工藝過程在國內(nèi)發(fā)展起來，國內(nèi)正在做相應的努力，這對于降低電極產(chǎn)品成本，滿足市場的規(guī)?；l(fā)展，都是至關重要的。
系統(tǒng)集成與應用這一塊，就是體現(xiàn)在要把電池用好（做化學儲能，實質(zhì)工作在于一個是把電池做好，一個是把電池用好），系統(tǒng)集成在于把電池用好，面向產(chǎn)業(yè)化應用，這部分工作是重中之重，而之前在這方面所做的工作與實際需要相比還有待進一步加強。
至于行業(yè)發(fā)展當前的認知，主要問題在于：第一，把釩電池儲能看得太簡單。實際上，釩電池儲能技術門檻很高，絕不像一些人想象的那樣容易，比如象搞房地產(chǎn)那樣，靠砸一些錢，有些關系就可以搞定，它需要很深厚的技術積累。第二，指望或幻想儲能“建而不用”，即存在機會主義思想。前面講到官方調(diào)查的情況就是這樣，因為過去建新能源要配建儲能電站，并不要求你用，可以用最廉價的，往后是不可以的，儲能是現(xiàn)實而緊迫的需求，因為很快新能源的占比就會達到較高水平（直接入網(wǎng)將對電網(wǎng)安全構成威脅），過去可以不儲，將來就不是這種情況。另外，政府也注意到這個漏洞，再想渾水摸魚，那是比較難的事情。
關于行業(yè)發(fā)展的任務與挑戰(zhàn)。首先是技術的完善，這是自然而然的事情，我們從事企業(yè)、商業(yè)或者是技術的工作者都繼續(xù)做自己的事。另外一個是政策與模式，儲能是一個新的事物，甚至它是能源供給系統(tǒng)的調(diào)整再造，需要政府主導政策操作，需要一些時間，當然現(xiàn)在速度越來越快，有越來越多的政策落地。再有就是現(xiàn)實的、技術性的、商業(yè)性的，主要是釩資源的市場，怎么以合理的價格供應充分的釩。一直以來，釩價格的波動對全釩液流電池儲能的發(fā)展過大，盡管這個波動對于已有的傳統(tǒng)市場（應用于鋼鐵）來說不是問題。
我們的雙碳戰(zhàn)略需要多少釩呢？我們可以做一些估計，比如說在2030年和2050年，到2030年需要新增將近100萬噸，每年10萬噸以上，到2050年，平均每年要增20萬噸，一共要增500-600萬噸。這個增量對于現(xiàn)有的釩產(chǎn)業(yè)規(guī)模是很大的。
釩夠不夠用呢？釩是足夠用的，無論哪種釩，釩鈦磁鐵礦和石煤都有很多，資源是足夠的。
問題的本質(zhì)是釩的市場與釩電池儲能產(chǎn)業(yè)不兼容，它作為鋼鐵冶金行業(yè)的副產(chǎn)物，生產(chǎn)釩占85%，鋼鐵消費現(xiàn)在已經(jīng)消費了95%以上的釩，在鋼鐵江湖里形成了一個閉環(huán)。這樣就在兩個方面有影響，一個方面是價格的敏感度，另外一個是產(chǎn)能，為什么價格敏感度是一個因素呢？因為鋼鐵是作為合金元素來用釩的，添加的量很少，一般來講添加0.2%（最多不超過0.5%）。釩的價值在最終產(chǎn)品（鋼鐵）當中所占的比例是極小的，價格的波動對這個產(chǎn)品最終商業(yè)的影響很微弱。但是釩電池儲能完全不一樣，釩的價值至少要占到50%以上，所以價格波動對它的影響是很大的。另外一個是產(chǎn)能限制，如前所述，釩的生產(chǎn)是鋼鐵冶金副產(chǎn)物，產(chǎn)量受鋼鐵產(chǎn)能的限制，能拿出來做儲能的比例有限。
現(xiàn)在的產(chǎn)業(yè)構架是有潛力的，可以擴大釩的總量。因為基建規(guī)模趨于飽和（鋼鐵消費萎縮，釩用量減?。?，可以使得釩的量每年能釋放出數(shù)萬噸，當前階段1-2萬噸/年用于儲能是沒有問題的。另外還可以把可用的釩鈦磁鐵礦更多的用于提釩，把釩都提煉出來，每年也可以增加一定的量。這是在現(xiàn)有的釩的市場構架下，可以釋放相當?shù)臐摿?，所以這部分不用太擔心。
從擺脫鋼鐵產(chǎn)能綁定這一塊可以開發(fā)更多的釩，比如石煤釩，當前我們只有1萬多噸/年，在兩年內(nèi)可以再增加4—5萬噸/年。還有釩鈦磁鐵礦以及其它的資源直接提釩都有一定的可行性，以及其它的二次資源的利用，都是很好的解決途徑。
總結(jié)一下，大規(guī)模長時儲能技術必須是安全、適合、經(jīng)濟和環(huán)境友好，釩電池屬于現(xiàn)實、靠譜的大規(guī)模長時儲能技術之一，也是距離產(chǎn)業(yè)化最近的技術之一。
釩電池從技術和經(jīng)濟性上都已經(jīng)達到了商業(yè)發(fā)展的基本要求，并且形成了產(chǎn)業(yè)鏈，挑戰(zhàn)在于當前釩的市場與釩電池儲能不相容。這個問題正在緩解，最終能夠被徹底解決，對整個產(chǎn)業(yè)的制約不會產(chǎn)生一個本質(zhì)性的限制作用。
釩電池儲能系統(tǒng)及其應用，將是產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的重要技術工作內(nèi)容，需要在技術上、在實施儲能系統(tǒng)集成與應用上下真工夫。
產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要風險之一，是一些人把釩電池儲能看得太簡單，這樣容易把事做砸，使行業(yè)深受其害。
規(guī)模儲能終將回歸理性，必須摒棄建而不用的幻想，基于安全、經(jīng)濟、環(huán)保的理念，扎實推進產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
【責任編輯：周曉晴】
