中國儲能網訊：5月24日，由中國化學與物理電源行業(yè)協(xié)會主辦，200余家機構共同支持的第十一屆中國國際儲能大會在杭州洲際酒店召開。此次大會主題是“堅守儲能安全底線，推動產業(yè)創(chuàng)新發(fā)展”。來自行業(yè)主管機構、國內外駐華機構、科研單位、電網企業(yè)、發(fā)電企業(yè)、系統(tǒng)集成商、金融機構等不同領域的718家產業(yè)鏈企業(yè)，1952位嘉賓參加了本屆大會，其中88家企業(yè)展示了儲能產品。
在5月25日下午的“ 儲能電站規(guī)劃與設計”專場，中國電力工程顧問集團東北電力設計院有限公司項目經理錢序分享了主題報告《大容量液流電池在電網儲能中應用與實踐》。經演講人本人授權同意，小編整理了演講速記，并將速記內容分享如下：
錢序：尊敬各位來賓，大家好！我是東北電力設計院的錢序，今天我給大家分享的題目是《大容量釩液流電池在電網儲能中應用與實踐》。我的分享主要包括：電網對大容量儲能電站的需求，儲能電站常用的電池，釩液流電池簡介，設計的關注點和案例實踐。
關于電網對儲能的需求，各位專家匯報的非常詳細了，我就不多說了。一個原因就是新能源在電網的占比逐步提高，它的高效利用需要儲能，對儲能容量的要求也越來越大，它可以幫助新能源做平滑出力、跟蹤計劃和減少棄電。同時大電網的安全運行也需要儲能，儲能可以調頻調峰、電壓支撐、黑啟動服務和虛擬發(fā)電廠。隨著這幾年的發(fā)展，儲能技術的和設備日益成熟，發(fā)展大容量儲能電站的條件日趨成熟。
在這兒，我簡單介紹一下儲能電站常用的電池。儲能的方式有機械儲能、電磁儲能、電化學儲能、熱儲能、氫儲能，現(xiàn)在電化學儲能是市場最活躍的儲能方式，鋰電池是當之無愧的主流的電池選擇。
我今天是介紹釩液流電池，重點說一下釩液流電池的優(yōu)點和缺點。先說優(yōu)點，釩液流電池一個最大的優(yōu)點是壽命很長，根據我們的了解，它的壽命可以比較輕松地達到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達15-25年。另外，它一個比較好的優(yōu)勢，就是它的容量在整個服役期內，基本上是穩(wěn)定的，因為電解液可以用比較低的成本再生，這就意味著從投運開始一直到退役，容量可以保持在100%的容量內，而且可以全范圍在0-100%的SOC使用，深度充放電對壽命沒有影響。
另外，釩液流電池天生具有很好的安全性，沒有爆炸的風險，火災風險也非常低。只是它的效率要比鋰電池低不少，根據我們現(xiàn)在的了解，已經試運的電站，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格是比較貴的，鋰電池可以做到1500元每千瓦時，但是釩液流電池按4到5小時儲能配置電解液的話，價格應該是在3000元以上。
那么，有了這些優(yōu)點和缺點，我覺得目前最適合釩液流電池的應用場景就是城市中心的大容量電站。因為它天然具有安全性，對環(huán)境友好，而且它退役時的回收與處理也比較容易，不會造成太大的污染。
我簡單介紹釩液流電池的工作原理。這張圖左邊是正極罐，右邊是負極罐，正極負極的釩離子通過化學反應，通過中間的交換膜進行離子交換，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釩液流電池的基本結構，它是由幾個系統(tǒng)組成的，液罐是電解液的存儲系統(tǒng)，正極和負極電解液是獨立存儲的，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，是一個功率元件，來自正極和負極的電解液在電池電堆中通過離子交換膜進行離子交換，在電極中產生電壓，最后啟動電池。在這個轉換過程中，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。
這張圖片是把電堆拆開以后的示意圖，由小的電池模塊組成一個大的電池電堆。
關于釩液流電池儲能電站的設計，拋開它的工藝設計和技術設計，從這個項目整體上來說，我更關注它的布置與占地、運行效率、安全防護，以及與環(huán)境的協(xié)調性。布置與占地，因為釩液流電池的設備比較重，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，當項目用地比較寬裕的時候，建議采用單層布置，這樣對電池來說，它的效率會更高一些。單層布置也比較適合小容量的模塊化布置。當用地受限的時候，我就建議采用多層布置，如果電站一次容量規(guī)劃比較大，我們建議當采用多層布置的時候，所有的裝備要一期上完，因為設備很重，一旦封閉場地以后，再想搬運就很困難了。
電池的效率直接影響到電站今后運行的收入，主要有兩點影響它：第一點，電解液的工作溫度區(qū)間。根據我們的調研，雖然說電池的工作溫度可以在0-40多度運行，但是在35-40度的時候，它的交流側效率能夠達到比較好的75%以上。第二點，減少電源轉換環(huán)節(jié)。因為釩液流電池的電池電壓比較低，往往需要多個環(huán)節(jié)才能將電壓提升到需要的電壓水平，減少轉換環(huán)節(jié)可以提升整體的運行效率。
關于安全防護主要有兩點：一是防火，二是防爆。釩液流電池的火災風險相對于其他電池來說比較小，它只有變壓器火災、電線電纜火災、DC模塊和PCS等功率元件火災，電池本身火災風險極低。但是釩液流電池在充電的過程中，正極反應會產生氫離子，當BMS控制的不是特別完美的時候，會在充電過程中產生少量的氫氣，這些氫氣會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)必然會引起防爆的考量。首先，我們要對氫氣進行組織排放，不能放任氫氣在廠房內自然游蕩。另外，對于有可能產生氫氣的聚集場所要實時設計氫氣測試器監(jiān)測濃度，根據可能的釋放源做爆炸風險區(qū)的劃分，在爆炸風險區(qū)內選擇防爆設施。雖然聽起來有點危險，但是實際上風險是很低的。
儲能電站尤其是布置在城市中心區(qū)的儲能電站，它對環(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配，以一種弱酸性溶液，我們要考慮它萬一發(fā)生泄露對人體和環(huán)境的影響。我們采用防護的措施是分級防護，比如說我們要設置電解液的廢液收集、電解液溢出的多級防護、電解液池的防滲、地下水監(jiān)測，以提前發(fā)現(xiàn)電解液的泄露情況。對于噪聲污染的有效防護，它的噪聲源主要來自電解液泵、變壓器噪聲、斷路器噪聲，所以我們要根據這個情況做噪聲分析，同時根據分析結果來對車間做隔音處理。
我以大連液流電池儲能調峰電站為例，來介紹一下我剛才說的那些設計點是怎么實現(xiàn)的。我是這個項目的項目經理，電站位于大連市沙河口區(qū)，屬于典型的城市中心區(qū)域的大容量儲能電站，周邊有工廠、學校、住宅小區(qū)，對于電站的安全性、環(huán)境影響以及城市形象要求比較高。
這張圖是這個電站的效果圖，實際建設的情況和它也相差不多，受到用地限制，因為是城市中心電站，用地是征地來的。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，在頂層設計了一個高的高鐵臺，用來布置PCS的集裝箱預制艙。220KV配電裝置和變壓器布置在一層廠房內，實現(xiàn)了和周邊環(huán)境的一致性。
在這個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，形成了三個分區(qū)，3個24WM的分區(qū)和1個28MW的分區(qū)，加在一起正好是100MW/400MWh。時至今日，這個電站的容量規(guī)模算的上是一個最大的電化學儲能電站。
左邊的照片是電解液罐的照片，直徑是3m，高度5.5m，看起來比較大。這些電解液罐布置在一個巨大的電解液池子內，整個池子的下面都做了防震和防滲處理。上面是平臺和PCS的預制艙照片。
這是關于電站的噪聲分析，經過分析之后，最大的噪音點只有52分貝，也滿足了環(huán)境的要求。
這張圖是可以看到三個分區(qū)，這三個分區(qū)是24MW的分區(qū)，這個分區(qū)是28MW?？梢钥吹疆敳捎昧舜蠊β实碾姸阎?，雖然說功率變大了，但是占地反而變小了，也是體現(xiàn)了釩液流電池在技術上的進步，今后電堆的容量變大，我們的占地也會縮小。
（這張圖主要是用來表達關于防爆的防護，在屋頂專門有一套是排風機，在屋頂下面設置了很多氫氣探測器，當它探測到有濃度超標的時候，就會啟動上面的排泄風機。整個建筑物的設計都考慮了氫氣可以自由地通過，可以順暢到屋頂，在事故情況下，排氣量也是可以滿足的。
大連的項目可以為大連電網提供黑啟動服務，啟動方式是通過向相鄰的北海電廠提供啟動電源。
（圖示）這些是我們做的專題研究，因為大部分的釩液流電池儲能電站之前做的研究不是很多，我們?yōu)榱俗鲆粋€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，環(huán)境友好等優(yōu)點，但是仍然有一些問題需要解決，我覺得最大的問題還是錢的問題，它比鋰電池要貴一倍以上，但是它的價格里有一半是電解液的價錢。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能時間，就需要更多的電解液。廠商可以控制設備價格，但是對于資源的價格，廠商是控制不了的，所以說他對釩液流電池價格的下降有一些阻力。但是現(xiàn)在有很多有識之士正在想辦法解決這樣的問題，比如說采取電解液租賃的方式，如果這個方式能夠得到推廣，這對釩液流電池儲能裝備的推動產生非常好的助力。
在過去幾年里，我深深地感受到，不管是鋰電池還是釩液流電池，在電網豐富的需求中都能找到適合它的應用場景?，F(xiàn)在應該是儲能行業(yè)最好的時間，我們東北電力設計院期待與各位一道，建設出更多、更好、更安全的儲能電站。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，希望能夠在會后和各位一起就儲能問題進行進一步的交流和溝通。
感謝各位的聆聽，謝謝！
