中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：5月24日，由中國(guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)主辦，200余家機(jī)構(gòu)共同支持的第十一屆中國(guó)國(guó)際儲(chǔ)能大會(huì)在杭州洲際酒店召開(kāi)。此次大會(huì)主題是“堅(jiān)守儲(chǔ)能安全底線，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展”。來(lái)自行業(yè)主管機(jī)構(gòu)、國(guó)內(nèi)外駐華機(jī)構(gòu)、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(jī)構(gòu)等不同領(lǐng)域的718家產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)，1952位嘉賓參加了本屆大會(huì)，其中88家企業(yè)展示了儲(chǔ)能產(chǎn)品。
在5月25日下午的“ 儲(chǔ)能電站規(guī)劃與設(shè)計(jì)”專場(chǎng)，中國(guó)電力工程顧問(wèn)集團(tuán)東北電力設(shè)計(jì)院有限公司項(xiàng)目經(jīng)理錢(qián)序分享了主題報(bào)告《大容量液流電池在電網(wǎng)儲(chǔ)能中應(yīng)用與實(shí)踐》。經(jīng)演講人本人授權(quán)同意，小編整理了演講速記，并將速記內(nèi)容分享如下：
錢(qián)序：尊敬各位來(lái)賓，大家好！我是東北電力設(shè)計(jì)院的錢(qián)序，今天我給大家分享的題目是《大容量釩液流電池在電網(wǎng)儲(chǔ)能中應(yīng)用與實(shí)踐》。我的分享主要包括：電網(wǎng)對(duì)大容量?jī)?chǔ)能電站的需求，儲(chǔ)能電站常用的電池，釩液流電池簡(jiǎn)介，設(shè)計(jì)的關(guān)注點(diǎn)和案例實(shí)踐。
關(guān)于電網(wǎng)對(duì)儲(chǔ)能的需求，各位專家匯報(bào)的非常詳細(xì)了，我就不多說(shuō)了。一個(gè)原因就是新能源在電網(wǎng)的占比逐步提高，它的高效利用需要儲(chǔ)能，對(duì)儲(chǔ)能容量的要求也越來(lái)越大，它可以幫助新能源做平滑出力、跟蹤計(jì)劃和減少棄電。同時(shí)大電網(wǎng)的安全運(yùn)行也需要儲(chǔ)能，儲(chǔ)能可以調(diào)頻調(diào)峰、電壓支撐、黑啟動(dòng)服務(wù)和虛擬發(fā)電廠。隨著這幾年的發(fā)展，儲(chǔ)能技術(shù)的和設(shè)備日益成熟，發(fā)展大容量?jī)?chǔ)能電站的條件日趨成熟。
在這兒，我簡(jiǎn)單介紹一下儲(chǔ)能電站常用的電池。儲(chǔ)能的方式有機(jī)械儲(chǔ)能、電磁儲(chǔ)能、電化學(xué)儲(chǔ)能、熱儲(chǔ)能、氫儲(chǔ)能，現(xiàn)在電化學(xué)儲(chǔ)能是市場(chǎng)最活躍的儲(chǔ)能方式，鋰電池是當(dāng)之無(wú)愧的主流的電池選擇。
我今天是介紹釩液流電池，重點(diǎn)說(shuō)一下釩液流電池的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。先說(shuō)優(yōu)點(diǎn)，釩液流電池一個(gè)最大的優(yōu)點(diǎn)是壽命很長(zhǎng)，根據(jù)我們的了解，它的壽命可以比較輕松地達(dá)到16000次以上的壽命，到25000次都是可以的，這意味著這種釩液流電池的服役期可以長(zhǎng)達(dá)15-25年。另外，它一個(gè)比較好的優(yōu)勢(shì)，就是它的容量在整個(gè)服役期內(nèi)，基本上是穩(wěn)定的，因?yàn)殡娊庖嚎梢杂帽容^低的成本再生，這就意味著從投運(yùn)開(kāi)始一直到退役，容量可以保持在100%的容量?jī)?nèi)，而且可以全范圍在0-100%的SOC使用，深度充放電對(duì)壽命沒(méi)有影響。
另外，釩液流電池天生具有很好的安全性，沒(méi)有爆炸的風(fēng)險(xiǎn)，火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)也非常低。只是它的效率要比鋰電池低不少，根據(jù)我們現(xiàn)在的了解，已經(jīng)試運(yùn)的電站，效率可以75%，這相比鋰電池的90%左右的效率，還是低了不少。最重要的原因是它的價(jià)格是比較貴的，鋰電池可以做到1500元每千瓦時(shí)，但是釩液流電池按4到5小時(shí)儲(chǔ)能配置電解液的話，價(jià)格應(yīng)該是在3000元以上。
那么，有了這些優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，我覺(jué)得目前最適合釩液流電池的應(yīng)用場(chǎng)景就是城市中心的大容量電站。因?yàn)樗烊痪哂邪踩裕瑢?duì)環(huán)境友好，而且它退役時(shí)的回收與處理也比較容易，不會(huì)造成太大的污染。
我簡(jiǎn)單介紹釩液流電池的工作原理。這張圖左邊是正極罐，右邊是負(fù)極罐，正極負(fù)極的釩離子通過(guò)化學(xué)反應(yīng)，通過(guò)中間的交換膜進(jìn)行離子交換，就在電極上形成電壓，形成了電池的基本原理。這張照片可以看出來(lái)釩液流電池的基本結(jié)構(gòu)，它是由幾個(gè)系統(tǒng)組成的，液罐是電解液的存儲(chǔ)系統(tǒng)，正極和負(fù)極電解液是獨(dú)立存儲(chǔ)的，還有電解液輸送系統(tǒng)。電解液泵在BMS的控制下，按照要求向電池和電堆按需要建立電解液循環(huán)。電池電堆是釩液流電池的核心，是一個(gè)功率元件，來(lái)自正極和負(fù)極的電解液在電池電堆中通過(guò)離子交換膜進(jìn)行離子交換，在電極中產(chǎn)生電壓，最后啟動(dòng)電池。在這個(gè)轉(zhuǎn)換過(guò)程中，它的熱量是比較多的，損耗比較大，需要配一套冷卻系統(tǒng)，把電解液的溫度控制在合適的范圍內(nèi)。
這張圖片是把電堆拆開(kāi)以后的示意圖，由小的電池模塊組成一個(gè)大的電池電堆。
關(guān)于釩液流電池儲(chǔ)能電站的設(shè)計(jì)，拋開(kāi)它的工藝設(shè)計(jì)和技術(shù)設(shè)計(jì)，從這個(gè)項(xiàng)目整體上來(lái)說(shuō)，我更關(guān)注它的布置與占地、運(yùn)行效率、安全防護(hù)，以及與環(huán)境的協(xié)調(diào)性。布置與占地，因?yàn)殁C液流電池的設(shè)備比較重，體積也比較大，雖然也有集裝箱的布置，但是我們還是以站房布置的比較多，可以選擇單層布置和多層布置，當(dāng)項(xiàng)目用地比較寬裕的時(shí)候，建議采用單層布置，這樣對(duì)電池來(lái)說(shuō)，它的效率會(huì)更高一些。單層布置也比較適合小容量的模塊化布置。當(dāng)用地受限的時(shí)候，我就建議采用多層布置，如果電站一次容量規(guī)劃比較大，我們建議當(dāng)采用多層布置的時(shí)候，所有的裝備要一期上完，因?yàn)樵O(shè)備很重，一旦封閉場(chǎng)地以后，再想搬運(yùn)就很困難了。
電池的效率直接影響到電站今后運(yùn)行的收入，主要有兩點(diǎn)影響它：第一點(diǎn)，電解液的工作溫度區(qū)間。根據(jù)我們的調(diào)研，雖然說(shuō)電池的工作溫度可以在0-40多度運(yùn)行，但是在35-40度的時(shí)候，它的交流側(cè)效率能夠達(dá)到比較好的75%以上。第二點(diǎn)，減少電源轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)。因?yàn)殁C液流電池的電池電壓比較低，往往需要多個(gè)環(huán)節(jié)才能將電壓提升到需要的電壓水平，減少轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)可以提升整體的運(yùn)行效率。
關(guān)于安全防護(hù)主要有兩點(diǎn)：一是防火，二是防爆。釩液流電池的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)于其他電池來(lái)說(shuō)比較小，它只有變壓器火災(zāi)、電線電纜火災(zāi)、DC模塊和PCS等功率元件火災(zāi)，電池本身火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)極低。但是釩液流電池在充電的過(guò)程中，正極反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生氫離子，當(dāng)BMS控制的不是特別完美的時(shí)候，會(huì)在充電過(guò)程中產(chǎn)生少量的氫氣，這些氫氣會(huì)在電解液罐中做聚集，然后排放到車間里。我們知道氫氣是比空氣輕的易燃易爆的氣體，它的出現(xiàn)必然會(huì)引起防爆的考量。首先，我們要對(duì)氫氣進(jìn)行組織排放，不能放任氫氣在廠房?jī)?nèi)自然游蕩。另外，對(duì)于有可能產(chǎn)生氫氣的聚集場(chǎng)所要實(shí)時(shí)設(shè)計(jì)氫氣測(cè)試器監(jiān)測(cè)濃度，根據(jù)可能的釋放源做爆炸風(fēng)險(xiǎn)區(qū)的劃分，在爆炸風(fēng)險(xiǎn)區(qū)內(nèi)選擇防爆設(shè)施。雖然聽(tīng)起來(lái)有點(diǎn)危險(xiǎn)，但是實(shí)際上風(fēng)險(xiǎn)是很低的。
儲(chǔ)能電站尤其是布置在城市中心區(qū)的儲(chǔ)能電站，它對(duì)環(huán)境的影響也是不容忽視的。釩液流電池的電解液用的是硫酸調(diào)配，以一種弱酸性溶液，我們要考慮它萬(wàn)一發(fā)生泄露對(duì)人體和環(huán)境的影響。我們采用防護(hù)的措施是分級(jí)防護(hù)，比如說(shuō)我們要設(shè)置電解液的廢液收集、電解液溢出的多級(jí)防護(hù)、電解液池的防滲、地下水監(jiān)測(cè)，以提前發(fā)現(xiàn)電解液的泄露情況。對(duì)于噪聲污染的有效防護(hù)，它的噪聲源主要來(lái)自電解液泵、變壓器噪聲、斷路器噪聲，所以我們要根據(jù)這個(gè)情況做噪聲分析，同時(shí)根據(jù)分析結(jié)果來(lái)對(duì)車間做隔音處理。
我以大連液流電池儲(chǔ)能調(diào)峰電站為例，來(lái)介紹一下我剛才說(shuō)的那些設(shè)計(jì)點(diǎn)是怎么實(shí)現(xiàn)的。我是這個(gè)項(xiàng)目的項(xiàng)目經(jīng)理，電站位于大連市沙河口區(qū)，屬于典型的城市中心區(qū)域的大容量?jī)?chǔ)能電站，周邊有工廠、學(xué)校、住宅小區(qū)，對(duì)于電站的安全性、環(huán)境影響以及城市形象要求比較高。
這張圖是這個(gè)電站的效果圖，實(shí)際建設(shè)的情況和它也相差不多，受到用地限制，因?yàn)槭浅鞘兄行碾娬?，用地是征地?lái)的。所以我們采用了多層布置，一層布置電解液的液罐，二層布置液堆，在頂層設(shè)計(jì)了一個(gè)高的高鐵臺(tái)，用來(lái)布置PCS的集裝箱預(yù)制艙。220KV配電裝置和變壓器布置在一層廠房?jī)?nèi)，實(shí)現(xiàn)了和周邊環(huán)境的一致性。
在這個(gè)電站里配備了兩種規(guī)格的電池，一種是250KW電池電堆，一種是400KW電池電堆，形成了三個(gè)分區(qū)，3個(gè)24WM的分區(qū)和1個(gè)28MW的分區(qū)，加在一起正好是100MW/400MWh。時(shí)至今日，這個(gè)電站的容量規(guī)模算的上是一個(gè)最大的電化學(xué)儲(chǔ)能電站。
左邊的照片是電解液罐的照片，直徑是3m，高度5.5m，看起來(lái)比較大。這些電解液罐布置在一個(gè)巨大的電解液池子內(nèi)，整個(gè)池子的下面都做了防震和防滲處理。上面是平臺(tái)和PCS的預(yù)制艙照片。
這是關(guān)于電站的噪聲分析，經(jīng)過(guò)分析之后，最大的噪音點(diǎn)只有52分貝，也滿足了環(huán)境的要求。
這張圖是可以看到三個(gè)分區(qū)，這三個(gè)分區(qū)是24MW的分區(qū)，這個(gè)分區(qū)是28MW?？梢钥吹疆?dāng)采用了大功率的電堆之后，雖然說(shuō)功率變大了，但是占地反而變小了，也是體現(xiàn)了釩液流電池在技術(shù)上的進(jìn)步，今后電堆的容量變大，我們的占地也會(huì)縮小。
（這張圖主要是用來(lái)表達(dá)關(guān)于防爆的防護(hù)，在屋頂專門(mén)有一套是排風(fēng)機(jī)，在屋頂下面設(shè)置了很多氫氣探測(cè)器，當(dāng)它探測(cè)到有濃度超標(biāo)的時(shí)候，就會(huì)啟動(dòng)上面的排泄風(fēng)機(jī)。整個(gè)建筑物的設(shè)計(jì)都考慮了氫氣可以自由地通過(guò)，可以順暢到屋頂，在事故情況下，排氣量也是可以滿足的。
大連的項(xiàng)目可以為大連電網(wǎng)提供黑啟動(dòng)服務(wù)，啟動(dòng)方式是通過(guò)向相鄰的北海電廠提供啟動(dòng)電源。
（圖示）這些是我們做的專題研究，因?yàn)榇蟛糠值拟C液流電池儲(chǔ)能電站之前做的研究不是很多，我們?yōu)榱俗鲆粋€(gè)更好更安全的電站，做了很多的研究。
雖然釩液流電池有安全性高，循環(huán)壽命長(zhǎng)，環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，但是仍然有一些問(wèn)題需要解決，我覺(jué)得最大的問(wèn)題還是錢(qián)的問(wèn)題，它比鋰電池要貴一倍以上，但是它的價(jià)格里有一半是電解液的價(jià)錢(qián)。釩液流電池的功率和容量是解耦的，電堆只要布置完以后，容量就是固定的，如果我需要更多的儲(chǔ)能時(shí)間，就需要更多的電解液。廠商可以控制設(shè)備價(jià)格，但是對(duì)于資源的價(jià)格，廠商是控制不了的，所以說(shuō)他對(duì)釩液流電池價(jià)格的下降有一些阻力。但是現(xiàn)在有很多有識(shí)之士正在想辦法解決這樣的問(wèn)題，比如說(shuō)采取電解液租賃的方式，如果這個(gè)方式能夠得到推廣，這對(duì)釩液流電池儲(chǔ)能裝備的推動(dòng)產(chǎn)生非常好的助力。
在過(guò)去幾年里，我深深地感受到，不管是鋰電池還是釩液流電池，在電網(wǎng)豐富的需求中都能找到適合它的應(yīng)用場(chǎng)景?，F(xiàn)在應(yīng)該是儲(chǔ)能行業(yè)最好的時(shí)間，我們東北電力設(shè)計(jì)院期待與各位一道，建設(shè)出更多、更好、更安全的儲(chǔ)能電站。雖然我介紹的是釩液流電池，但是我們不僅僅只做釩液流電池，所有的儲(chǔ)能方式都可以做。
在此，我也留下我的電話和郵箱，希望能夠在會(huì)后和各位一起就儲(chǔ)能問(wèn)題進(jìn)行進(jìn)一步的交流和溝通。
感謝各位的聆聽(tīng)，謝謝！
