中國儲能網(wǎng)訊：“從技術(shù)到產(chǎn)品到市場，它還有一段距?離”
在遼寧省沈陽市以北90余公里處，法庫縣臥牛石鄉(xiāng)一座分布在約16平方公里的風(fēng)電場里，33臺風(fēng)機(jī)的葉輪隨風(fēng)旋轉(zhuǎn)。這里看上去與東北地區(qū)大多數(shù)風(fēng)電場沒有區(qū)別。但細(xì)看之下，才發(fā)現(xiàn)多出來一些東西：循環(huán)泵和管路連接著數(shù)只方形電堆模塊和一人多高的塑料罐。每當(dāng)風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的電力多于電網(wǎng)所需時(shí)，將被儲存到這?里。
臥牛石儲能電站正在嘗試使用這套裝備解決“窩電”難題—— 一直以來，電網(wǎng)都如同一臺必須時(shí)刻保持收支平衡的神奇機(jī)器，從各個發(fā)電廠(站)接收的電力，須與千里之外萬家燈火的耗費(fèi)相匹配。近年來，可再生能源裝機(jī)容量不斷攀生，其發(fā)電波動性大的特點(diǎn)，加劇了電力供給難以與電網(wǎng)需求同步的問題。若是富余的電量沒能送到實(shí)際用戶那里，特定區(qū)域內(nèi)的電力供大于求，電網(wǎng)即將遭遇“消化不良”的挑戰(zhàn)。今年6月21日，國家能源局在《關(guān)于推動?xùn)|北地區(qū)電力協(xié)調(diào)發(fā)展的實(shí)施意見》中以直白措辭指出，這一問題在東北地區(qū)“較嚴(yán)重”。其數(shù)據(jù)顯示，截至2015年上半年，該地區(qū)風(fēng)電裝機(jī)容量已達(dá)2346.52萬千瓦，其中22.26%的電量因電網(wǎng)無法及時(shí)消納而不得不丟?棄。
如此一來，電網(wǎng)就需要一些能夠按需調(diào)整發(fā)電機(jī)電力的設(shè)備，將用電低谷時(shí)儲存的能量在用電高峰時(shí)釋放?！拔覀円呀?jīng)從過去追求容量，進(jìn)入到優(yōu)化使用率的階段。”國家電網(wǎng)公司遼寧省電力有限公司副總經(jīng)理王芝茗說。近5年，棄風(fēng)已讓王芝茗所在公司的年均損失達(dá)到6.58億元。他將希望押注在推廣臥牛石儲能電站所使用的那些電堆模塊和儲能罐——它們的學(xué)名叫作“全釩液流電池儲能設(shè)備”——之上。在《關(guān)于推動?xùn)|北地區(qū)電力協(xié)調(diào)發(fā)展的實(shí)施意見》中，國家能源局認(rèn)可了這套設(shè)備的作用：“為提高電網(wǎng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力，可以開展全釩液流電池等儲能技術(shù)示范工程，促進(jìn)可再生能源消?納?！?
與壓縮空氣蓄能、抽水蓄能等技術(shù)相比，釩液流電池的優(yōu)勢在于不需要特殊的地形環(huán)境,方便規(guī)模化、使用壽命長——它能夠存儲的電量多少僅與儲能罐里裝載的電解液體積相關(guān)，需要增減電量時(shí)，只需調(diào)整塑料罐大小即可;而利用釩電子價(jià)態(tài)變化實(shí)現(xiàn)充放電的工作機(jī)理，又使得充放電過程完全可逆，可深度充放電，電池壽命大大延長?！氨热缣厮估褂玫某夒姵?，如果按照單次充放電量100%計(jì)算，只能循環(huán)400次，如果充放電量控制在20%-80%，循環(huán)次數(shù)就會多一點(diǎn)，”美國能源部電網(wǎng)儲能項(xiàng)目顧問楊振國在評論該項(xiàng)技術(shù)時(shí)說道，“大部分電池的壽命是充放次數(shù)的函數(shù)，但釩電池沒有這點(diǎn)顧慮，生命周期內(nèi)，容量不會減?少。”
一些公司看到了釩液流電池性能優(yōu)勢帶來的商業(yè)前景。早在上世紀(jì)80年代，日本住友電工、加拿大VRB Power兩家公司就已著手研發(fā)釩電池技術(shù)，但由于關(guān)鍵材料依賴外購，成本偏高。“我去參觀交流時(shí)，發(fā)現(xiàn)電解液的成本一直降不下來。”大連融科儲能技術(shù)發(fā)展有限公司副總經(jīng)理張華民說，這家公司由中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所和博融控股集團(tuán)在2008年共同成立，臥牛石儲能電站的設(shè)備即來自這家公司。“當(dāng)時(shí)，我就有一個想法——釩液流電池想產(chǎn)業(yè)化的話，必須得從降低關(guān)鍵材料成本入手。”他說。
張華民曾在日本工作十余年，2000年時(shí)回到國內(nèi)，他受命領(lǐng)銜燃點(diǎn)電池電動汽車用燃料電池發(fā)動機(jī)的研究開發(fā)項(xiàng)目。同時(shí)，預(yù)估到風(fēng)能、太陽能等可再生能源將會逐漸得到普及應(yīng)用，而這些可再生能源發(fā)電具有不連續(xù)、不穩(wěn)定性，需要大規(guī)模儲能技術(shù)與其配套才能有效利用。
因此，他開始布局新的儲能電池——全釩液流電池的研究開發(fā)，出于產(chǎn)業(yè)化考慮，開始與博融控股合作，后者以生產(chǎn)釩化學(xué)產(chǎn)品為主業(yè)。2006年時(shí)，中科院大連化學(xué)物理研究所與博融控股集團(tuán)以知識產(chǎn)權(quán)共享的形式設(shè)立聯(lián)合研發(fā)中心。兩年后，大連化物所技術(shù)入股，與博融產(chǎn)業(yè)投資公司共同成立融科儲能?，F(xiàn)在，大連博融生產(chǎn)的電解液的世界市場占有率達(dá)90%左右。
“從產(chǎn)業(yè)鏈完整度上看，融科儲能是世界上最全的?！睏钫駠u論稱。張華民的團(tuán)隊(duì)是全球四五十家釩電池技術(shù)公司中，唯一涉及從原材料研發(fā)到系統(tǒng)解決方案全產(chǎn)業(yè)鏈的公司，且通過研發(fā)電堆的核心部件——高性能離子傳導(dǎo)膜——降低了生產(chǎn)成本，目前其產(chǎn)品3500元/千瓦時(shí)(約合550美元/千瓦時(shí))，到2018年，將下降到2500元/千瓦時(shí)。不過，楊振國并不建議張華民將成本作為持續(xù)競爭力?！叭澜绲慕?jīng)驗(yàn)都是這樣，這項(xiàng)技術(shù)還要多開發(fā)應(yīng)用場景。” 楊振國說。
亞洲開發(fā)銀行能源技術(shù)總顧問翟永平認(rèn)可這樣的提議。翟永平曾投資多個能源項(xiàng)目，稱如果儲能公司尋求貸款，那么考察它能“滿足什么樣的需求，比看技術(shù)解決方案是否先進(jìn)更關(guān)鍵”?！艾F(xiàn)在的市場需求是不是一定要用儲能技術(shù)來解決?這個答案現(xiàn)在看來是肯定的，但是不是一定要用釩液流電池的方案呢?” 翟永平說。考慮到壓縮空氣蓄能、水利蓄能和各類電池等并行技術(shù)的發(fā)展，釩液流電池或許無法長久維持在壽命與成本方面的競爭力。例如鋰電池，國家現(xiàn)已為這項(xiàng)電池續(xù)能技術(shù)設(shè)立了到2020年時(shí)，壽命達(dá)到1萬次充放循環(huán)，成本控制在1500元/千瓦時(shí)的研發(fā)標(biāo)準(zhǔn)，已有多家公司在此方向上發(fā)力。在張華民看來，現(xiàn)在的釩液流電池已經(jīng)能達(dá)到16000次充放循環(huán)了。
張華民并不否認(rèn)釩電解液能量密度低的缺點(diǎn)。雖然已有創(chuàng)業(yè)公司著手研究如何提高電解液密度，使之應(yīng)用于汽車甚至手機(jī)，但還遠(yuǎn)未到可以清晰規(guī)劃產(chǎn)品上線日程的地步。這種電池“不適合用于動力電池和便攜式電子產(chǎn)品，而是更適用于兆瓦到百兆瓦級的固定儲能電站”，張華民?說。
他希望能夠?yàn)殁C電池在微電網(wǎng)(由計(jì)算機(jī)控制的小型發(fā)配電系統(tǒng))中尋找到更多的應(yīng)用場景——消費(fèi)者和企業(yè)用戶可以通過它在不干擾電力供應(yīng)的前提下，無縫管理不同電力來源。就像比亞迪插電式混合動力汽車，可將動力源從蓄電池組改換到汽油發(fā)動機(jī)一樣。這些儲能罐能夠形成一個緊急的備用電力系統(tǒng)。目前，已有8個試點(diǎn)項(xiàng)目投運(yùn)，“如果風(fēng)電場能夠大規(guī)模采納這套設(shè)備的話”，這些儲能罐能夠保證“電網(wǎng)出事情時(shí)，起碼重要部門能夠有電來維持運(yùn)行”，張華民說。他還計(jì)劃將這套裝備也可與光伏板結(jié)合，搭建一個無須電網(wǎng)供電的電動汽車充電站。但這些還需要建立在國家能源部門幫助推動項(xiàng)目應(yīng)用的基礎(chǔ)上。
現(xiàn)在，融科儲能的產(chǎn)品已出現(xiàn)在德國BOSCH集團(tuán)Braderup風(fēng)電場等30余個項(xiàng)目中。不過，在更大規(guī)模地推廣前，張華民還需要提高釩液流電池的可靠性?！翱煽啃浴币彩切袠I(yè)難題。2009年，北京普能世紀(jì)科技有限公司以215萬美元收購加拿大VRB Power。中國電力科學(xué)研究院電工與新材料研究所成為這套設(shè)備的試用用戶。2010年時(shí)，研究所在位于張北的基地里建了1兆瓦的試驗(yàn)設(shè)備。5年后，研究所所長來小康說，“釩電池擅長慢跑型的馬拉松，但現(xiàn)在跑會兒停會兒的能力還不太好，我們現(xiàn)在是用空轉(zhuǎn)來解決問題”，這項(xiàng)技術(shù)還要“在受控能力上下功夫”。北京國際能源專家俱樂部在為張華民的項(xiàng)目撰寫的評估報(bào)告中提到，“融科儲能在技術(shù)上也存在一些可以改進(jìn)的空間，比如電池效率的繼續(xù)提高，系統(tǒng)的可靠性，能量控制系統(tǒng)等優(yōu)化”等等。
此外，既然儲能罐和電堆模塊組成的儲能系統(tǒng)需要和風(fēng)電場原始的能量管理系統(tǒng)對接，就總得有人為這些過程費(fèi)心。“如何去協(xié)調(diào)對接好，我們在這方面目前還沒有達(dá)到非常理想的程度”，國家電網(wǎng)公司總工程師張啟平評價(jià)道，盡管從技術(shù)本身出發(fā)，市場將迎來階梯性增長，但現(xiàn)在企業(yè)仍在等待國家出臺儲能產(chǎn)業(yè)相關(guān)政策，“從技術(shù)到產(chǎn)品再到大規(guī)模市場應(yīng)用，它還有一段距離?！弊?文億 編輯/馮艷彬
總之 新型儲能技術(shù)有望減緩風(fēng)電裝機(jī)容量飆升導(dǎo)致的電網(wǎng)消納困難，但在產(chǎn)業(yè)化之前，它還需解決一些問題。
原標(biāo)題:釩電池解決電網(wǎng)消納難題，優(yōu)化電力使用率
