全钒液流电池迎来长时储能元年!站在生态中央等待春天 液流电池在储能领域能堪大任?
全钒液流电池迎来长时储能元年!站在生态中央等待春天 液流电池在储能领域能堪大任?
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以下文章来源于巅峰储能 ,作者巅峰经济带
光储狂飙迎来巅峰时代 合筑光储+虚拟电厂成企业标配避免拉闸限电!构建零碳园区“碳中和”综合解决方案,储能“黑马”打造全钒液流储能系统大规模落地!巅峰储能一定要把中国光储产业做好!
今年上半年,国内前六个月投运的新型储能装机量是过去10年的总和,宣告了储能在新能源大赛道的地位。但在同一屋檐下,锂离子电池储能的光环效应过于突出,拥有94%以上的市占率,让液流电池、压缩空气储能、重力储能等沦为了打酱油的命。
钒液流电池储能产业链梳理:截止2022年末全球新型储能项目中94%为锂离子电池储能0.6%为液流电池储能。 不过, 这一格局在接下来的较量中将被扭转,液流电池有望率先“转正”。
今年上半年,液流电池的关注度明显提升,其中既有液流电池储能项目签约的消息,也有相关项目融资的落地,GWh以上的液流电池产线、储能项目纷纷涌现。 2023年1-5月,仅是液流电池细分赛道的融资总额就超过20亿元 ,比去年整个长时储能阵营拿到的融资都要多。
2023年,液流电池将迎来元年,背后的商业逻辑来自于两点, 一是磷酸铁锂等锂电储能的安全性问题解决不了,各地政府首鼠两端,但液流电池不存在这个“风险”;二是液流电池吃的是“长时储能”的红利。 随着风光新能源并网装机占比达到31.7%,对调峰能力更强的3-10小时以上长时储能的需求变得更为强烈,2小时时长的锂电储能已经“力竭”,难以满足4小时以上高峰时段的削峰填谷。
于是,商业化程度最高的全钒液流电池恰恰能堪大任,在支撑电网稳定运行中发挥关键作用。
安全、寿命长,液流电池瑕不掩瑜
当下,在增速极快的电动汽车充电站、大功率充电桩等基础设施建设领域,特别是住宅区的私人充电桩建设,都面临着“电力增容难“的天花板,归根结底还是担心负荷功率峰值急剧上升容易造成电力系统崩溃。这种现象已经开始拖交通电气化的后腿。
以磷酸铁锂储能电池为代表的新型储能,虽然能量密度足够高,转换效率高于液流电池、压缩空气,经济性方面也最领先,但始终存在的消防安全隐患“如鲠在喉”,尤其是在人口聚集区,这种担忧会成倍放大。而且一般锂电储能时长只有2小时,面对各省市长达4小时的高峰电价时段,自然有点儿捉襟见肘。
此时, 液流电池就有了用武之地,因为不仅安全,还能提供长达3-10小时的调峰容量。
其实,同为电化学储能的一种,液流电池诞生快50年了,只不过在与锂电池的竞赛中暂时“掉队“。因为体积过大,能量密度只有锂电池的1/10,且没规模化应用,导致经济性上也不足。但瑕不掩瑜,液流电池有自己的“生存之道”。
无论是从电池产能还是从项目装机规划来看,液流电池都已经进入了GW时代。 作为液流电池的核心功率单元,电堆正在快速走向大功率和高效率,以迎合市场的降本和规模化发展趋势。
液流电池的心脏- 电堆可以称作是液流电池的心脏。
一套完整的液流电池储能系统,主要是由功率单元(电堆)、能量单元(电解液和电解液储罐)、电解液输送单元(管路、泵阀、传感器等)、电池管理系统等部分组成,其中功率单元决定系统功率的大小,而能量单元决定系统储能容量的大小,两者相互独立。
液流电池的功率只取决于电堆大小,容量只取决于电解液储量和浓度,这意味着可以灵活设计 。当需要增大储电容量时,只需要增大电解液储罐容积,或提高电解液浓度即可;如果想增大功率,只需要增加电堆功率或是增加电堆数量即可,适应性很强。
以钒电池为例,电堆是钒电池的主体部分,也是发生电化学反应的场所,主要结构包括 质子交换膜、电极、双极板、铜集流板、液流框、端板及连接件等。
据目前的公开信息,国内钒电池的电堆最大功率已经在向着128kW级别迈进。单体电堆功率的提升,可有效降低系统成本和系统体积。
在能量效率方面,液流储能科技有限公司总经理郑晓昊表示,目前,液流储能科技的全钒液流电池电堆能量效率在78%上下;而铁基液流电池代表企业巨安科技的CEO孟锦涛表示,该公司的全铁液流电池电堆效率和系统效率均在80%以上。
锌铁液流电池的代表企业是纬景储能,但该公司并未透露任何与能量效率、能量密度有关的数据。美国ZBB公司的最新数据显示,锌溴液流电池电堆能量效率能达到82%。
大连融科作为行业龙头,2013年时,其承建的5MW级全钒液流电池系统能量效率便已达到80%,2022年12月底,该公司并网的全国规模最大的液流电池储能电站,百兆瓦级的“大连液流电池储能调峰电站国家示范项目”,系统效率可达76%。
中南大学教授、北京星辰新能科技有限公司首席科学家刘素琴表示,通过在电极材料、隔膜材料、电堆结构三个方面做出优化,其研制出的全钒液流电池电堆“星辰一号”,能量效率已达到85%。
液流储能降成本的主战场
据国际可再生能源组织(IRENA)数据,钒液流电池成本主要分为电堆、电解液与周边设备成本三大块。电堆和电解液是主要成本,合计占比达到75%左右,其他构件成本占比25%左右;其中,钒电解液成本约占40%,电堆成本约占35%;电堆中,隔膜又是核心,成本约占电堆的40%。
由此可见,要降低钒电池的成本,必须从电堆和电解液这两个“大头”入手。
其中,降低电堆成本的有效途径便是提升电堆的功率和能量效率。
这与液流电池本身的技术原理有直接关系。
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