技術優(yōu)勢或是源動力
釩液流電池的強勁發(fā)展勢頭還要歸功于其獨特的技術特點。據(jù)了解，液流電池一般被稱為氧化還原液流電池，其中，正負極全是用釩鹽溶液的稱為全釩液流電池。這一概念是美國NASA Lewis Research Center, Thaller,L.H.于1974年提出的。發(fā)展至今，技術逐漸成熟。
據(jù)介紹，釩液流電池由電堆模塊、儲能液罐和雙向逆變器三部分組成。電化學反應發(fā)生在電堆模塊中，產(chǎn)生充電和放電的效果，能量儲存在液罐中的電解液里。
與其他儲能技術不同，釩電池儲能系統(tǒng)采用單一化學物質(zhì)“釩”，不會產(chǎn)生不可逆的化學變化，不會形成化學交叉污染，而且充電過程主要通過離子交換膜完成，電解液僅承受電流籌集功能，不參與充放電的電化學反應，因此不存在電池老化問題，而且安全可靠，環(huán)境友好。
這種特殊的電池構造意味著釩液流電池能夠頻繁地進行充放電，也就是說，理論上講，釩電池是沒有使用壽命限制的。“普能公司所提供的釩液流電池，電堆模塊的設計壽命是15~20年。”北京普能世紀科技公司（以下簡稱“普能公司”）CEO江宗憲表示，“根據(jù)我們實驗室內(nèi)部測試監(jiān)測和實際項目運行經(jīng)驗，電池的運行時間已經(jīng)超過了80萬h，這一數(shù)字還在增加。”
釩液流技術還有一個顯著的優(yōu)點就是避免了令人頭疼的電池一致性問題，不會因為單體電池性能不一致而引起組合后電池組壽命提前終結等問題。
“實際上，在目前世界上的實際應用中，釩液流電池技術的運行時間還未經(jīng)歷10年，”江宗憲補充說，“即使電堆模塊的使用壽命不能達到我們的系統(tǒng)設計壽命，我們也只需更換該電堆部分而不需要更換整個電池系統(tǒng)，從而延長液流電池的壽命。”
盡管釩液流電池有著其他大型電化學儲能裝置無法比擬的諸多長處，但不可否認的是，電池領域沒有完美產(chǎn)品，釩電池也有劣勢，即能量密度低，這導致釩液流電池產(chǎn)品體積大，重量重。
“顯然，釩電池并不適用于電動汽車及電子產(chǎn)品的儲能應用，我們有針對性地選擇了兩個應用領域，一是配套可再生能源發(fā)電接入電網(wǎng)，穩(wěn)定電力輸出，提高可調(diào)度性；另一個是取代邊遠地區(qū)柴油發(fā)電的電力供應，降低柴油發(fā)電成本及污染。”江宗憲進一步解釋說，“風電場和大型太陽能電站對釩電池的占地面積并不敏感。”
商業(yè)化前景樂觀
有了明確的發(fā)展方向，釩電池推廣應用可謂是有的放矢。收購釩液流電池老大——VRB Power System之后，普能公司躍升為全球釩液流電池領域領袖企業(yè)，其技術應用一定程度上代表了未來釩液流電池的發(fā)展方向。
目前普能公司在全世界已有超過50個應用項目投入運行或正在交付中。在中國，比較具有代表性的項目是中標國家風光儲輸示范工程一期項目，為其提供2?MW/8?MWh的液流電池；而在中國電科院在張北的風電檢測中心實驗平臺上，普能公司500?kW/1?MWh釩液流電池已經(jīng)順利運行了1年多，目前在做一些風電應用測試。
在國外，普能公司與丹麥國家實驗室合作將儲能系統(tǒng)應用于智能電網(wǎng)建設，為該示范工程提供20?kW/120?kWh釩液流電池，截至目前該電池系統(tǒng)已安全可靠運行近5年，廣受矚目；在西班牙國家新能源研究中心，普能公司提供65?kW/200 MWh的釩液流電池用于該中心微電網(wǎng)建設；在美國能源部與Sunpower合作建立的光伏儲能示范項目中，也采用了普能公司的釩液流電池系統(tǒng)，用以延長太陽能供電的時間。
而過去一年，普能公司業(yè)績也是節(jié)節(jié)開花，不得不提的是其在美國正在交付的一個商業(yè)化儲能應用項目。
據(jù)江宗憲介紹，該項目的業(yè)主是美國知名的農(nóng)產(chǎn)品加工廠，項目采用普能公司600?kW/3.6?MWh的釩液流儲能系統(tǒng)配套沼氣發(fā)電，將減少因發(fā)電和用電不穩(wěn)定而產(chǎn)生的巨額電價。目前該項目正在交付中，預計不久后將投入運行。事實上，在美國，還有許許多多的農(nóng)產(chǎn)品加工廠等用電大戶需要配備儲能應用系統(tǒng)，降低他們的用電峰值，預計市場機會高達上百億美元。
面對如此巨大的商業(yè)化推廣前景，江宗憲表示，“目前，就企業(yè)自身而言，時間和經(jīng)驗是推進儲能技術產(chǎn)業(yè)化的最大的障礙。”他建議液流電池提供商要更加努力地做好已有的項目，相信隨著時間的推移及客戶的經(jīng)驗積累，儲能技術將得到更加普遍的應用。
國內(nèi)研發(fā)勢頭強勁
“為什么這個技術市場需要，也已經(jīng)經(jīng)過了很多示范項目的驗證，但應用推廣速度卻非常之慢。”大連融科儲能技術公司（以下簡稱“融科儲能”）副總經(jīng)理兼總工程師、時任中國科學院大連化學物理研究所（以下簡稱“大連化物所”）研究員的張華民在進入這個領域之初曾發(fā)出過這樣的疑問。
“我們從2000年就開始布局釩液流電池的研發(fā)工作，為此，我專門走訪了當時這一領域技術最成熟、示范項目參與最多的兩家公司——日本的住友電工和加拿大VRB公司。”張華民說。
通過考察、調(diào)研，他發(fā)現(xiàn)這兩家公司主要做釩液流電池的系統(tǒng)集成，所有材料都是從市場上購買，為了滿足液流電池的特殊需求，其采購的材料價格相對比較貴，導致電池成本居高不下，性價比大打折扣。“當時僅電解液的價格就高達3000元/kWh，整個釩液流電池系統(tǒng)比鉛釩電池的價格足高出兩倍有余。”張華民決定，走材料研發(fā)、電池模塊及系統(tǒng)的設計集成技術開發(fā)齊頭并進的路線，只有這樣才能走到國際的前列。
基于大連化物所在質(zhì)子交換膜電池領域30多年的研發(fā)經(jīng)驗，以及此前在液流電池材料方面的開發(fā)基礎，張華民帶領他的團隊開始了一段新的征程。
如今，依靠大連化物所的研發(fā)支撐，融科儲能已經(jīng)可以批量生產(chǎn)電解質(zhì)溶液、雙極板。“膜材料技術正在攻關中，目前已經(jīng)實現(xiàn)小批量生產(chǎn)，性能不比在國外市場上買到的差，但是價格卻便宜得多，僅是美國膜材料的20%。”張華民估計，1~2年就可以實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。
在電堆模塊和電池系統(tǒng)設計上，融科儲能也克服了種種困難，設計出目前國內(nèi)外最大規(guī)模的22?kW電模塊，膜材料的大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化后，將實現(xiàn)液流儲能電池所有材料的國產(chǎn)化。“這將有助于推進液流電池的商業(yè)化，進而推進其在風能、太陽能領域的普及應用。”張華民頗有信心。
可以看到，融科儲能已經(jīng)全面掌握了液流電池關鍵材料制備技術和電池模塊及系統(tǒng)的設計、集成技術，形成了完整的液流電池自主知識產(chǎn)權體系，這也大大促進了其釩液流電池價格的下降。“我們的報價比其他公司便宜30%~40%。”張華民告訴記者，目前在遼寧、吉林等地已經(jīng)有風電廠表示要加裝儲能設備，穩(wěn)定電力輸出，釩液流技術將是首選。
得益于在釩液流技術領域的全面突破，大連化物所目前正在牽頭制定國家和國際液流電池標準。國際電工委員會（IEC）在標準委員會TC105設立了液流電池標準戰(zhàn)略專家組，由來自中國、美國、德國的3名專家組成，由于融科儲能的液流儲能電池在國際上具有領軍地位，張華民應邀進入該專家組，并應歐洲標準委員會的邀請，全面參與歐洲液流儲能電池標準的制定。而作為國家電工行業(yè)液流電池標委會（籌）主任，張華民告訴記者，大連化物所已經(jīng)向國家能源局提交了4項電工行業(yè)液流電池標準草案。
張華民相信，通過液流電池標準的起草制定，定能推動我國液流電池行業(yè)規(guī)范化，加快釩液流電池產(chǎn)業(yè)化進程。
