技術(shù)優(yōu)勢(shì)或是源動(dòng)力
釩液流電池的強(qiáng)勁發(fā)展勢(shì)頭還要?dú)w功于其獨(dú)特的技術(shù)特點(diǎn)。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(fù)極全是用釩鹽溶液的稱為全釩液流電池。這一概念是美國(guó)NASA Lewis Research Center, Thaller,L.H.于1974年提出的。發(fā)展至今，技術(shù)逐漸成熟。
據(jù)介紹，釩液流電池由電堆模塊、儲(chǔ)能液罐和雙向逆變器三部分組成。電化學(xué)反應(yīng)發(fā)生在電堆模塊中，產(chǎn)生充電和放電的效果，能量?jī)?chǔ)存在液罐中的電解液里。
與其他儲(chǔ)能技術(shù)不同，釩電池儲(chǔ)能系統(tǒng)采用單一化學(xué)物質(zhì)“釩”，不會(huì)產(chǎn)生不可逆的化學(xué)變化，不會(huì)形成化學(xué)交叉污染，而且充電過(guò)程主要通過(guò)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(xué)反應(yīng)，因此不存在電池老化問(wèn)題，而且安全可靠，環(huán)境友好。
這種特殊的電池構(gòu)造意味著釩液流電池能夠頻繁地進(jìn)行充放電，也就是說(shuō)，理論上講，釩電池是沒(méi)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(shè)計(jì)壽命是15~20年。”北京普能世紀(jì)科技公司（以下簡(jiǎn)稱“普能公司”）CEO江宗憲表示，“根據(jù)我們實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部測(cè)試監(jiān)測(cè)和實(shí)際項(xiàng)目運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，電池的運(yùn)行時(shí)間已經(jīng)超過(guò)了80萬(wàn)h，這一數(shù)字還在增加。”
釩液流技術(shù)還有一個(gè)顯著的優(yōu)點(diǎn)就是避免了令人頭疼的電池一致性問(wèn)題，不會(huì)因?yàn)閱误w電池性能不一致而引起組合后電池組壽命提前終結(jié)等問(wèn)題。
“實(shí)際上，在目前世界上的實(shí)際應(yīng)用中，釩液流電池技術(shù)的運(yùn)行時(shí)間還未經(jīng)歷10年，”江宗憲補(bǔ)充說(shuō)，“即使電堆模塊的使用壽命不能達(dá)到我們的系統(tǒng)設(shè)計(jì)壽命，我們也只需更換該電堆部分而不需要更換整個(gè)電池系統(tǒng)，從而延長(zhǎng)液流電池的壽命。”
盡管釩液流電池有著其他大型電化學(xué)儲(chǔ)能裝置無(wú)法比擬的諸多長(zhǎng)處，但不可否認(rèn)的是，電池領(lǐng)域沒(méi)有完美產(chǎn)品，釩電池也有劣勢(shì)，即能量密度低，這導(dǎo)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(dòng)汽車(chē)及電子產(chǎn)品的儲(chǔ)能應(yīng)用，我們有針對(duì)性地選擇了兩個(gè)應(yīng)用領(lǐng)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(gè)是取代邊遠(yuǎn)地區(qū)柴油發(fā)電的電力供應(yīng)，降低柴油發(fā)電成本及污染。”江宗憲進(jìn)一步解釋說(shuō)，“風(fēng)電場(chǎng)和大型太陽(yáng)能電站對(duì)釩電池的占地面積并不敏感。”
商業(yè)化前景樂(lè)觀
有了明確的發(fā)展方向，釩電池推廣應(yīng)用可謂是有的放矢。收購(gòu)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(lǐng)域領(lǐng)袖企業(yè)，其技術(shù)應(yīng)用一定程度上代表了未來(lái)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(guò)50個(gè)應(yīng)用項(xiàng)目投入運(yùn)行或正在交付中。在中國(guó)，比較具有代表性的項(xiàng)目是中標(biāo)國(guó)家風(fēng)光儲(chǔ)輸示范工程一期項(xiàng)目，為其提供2?MW/8?MWh的液流電池；而在中國(guó)電科院在張北的風(fēng)電檢測(cè)中心實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上，普能公司500?kW/1?MWh釩液流電池已經(jīng)順利運(yùn)行了1年多，目前在做一些風(fēng)電應(yīng)用測(cè)試。
在國(guó)外，普能公司與丹麥國(guó)家實(shí)驗(yàn)室合作將儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)用于智能電網(wǎng)建設(shè)，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(yùn)行近5年，廣受矚目；在西班牙國(guó)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(shè)；在美國(guó)能源部與Sunpower合作建立的光伏儲(chǔ)能示范項(xiàng)目中，也采用了普能公司的釩液流電池系統(tǒng)，用以延長(zhǎng)太陽(yáng)能供電的時(shí)間。
而過(guò)去一年，普能公司業(yè)績(jī)也是節(jié)節(jié)開(kāi)花，不得不提的是其在美國(guó)正在交付的一個(gè)商業(yè)化儲(chǔ)能應(yīng)用項(xiàng)目。
據(jù)江宗憲介紹，該項(xiàng)目的業(yè)主是美國(guó)知名的農(nóng)產(chǎn)品加工廠，項(xiàng)目采用普能公司600?kW/3.6?MWh的釩液流儲(chǔ)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(jià)。目前該項(xiàng)目正在交付中，預(yù)計(jì)不久后將投入運(yùn)行。事實(shí)上，在美國(guó)，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(chǔ)能應(yīng)用系統(tǒng)，降低他們的用電峰值，預(yù)計(jì)市場(chǎng)機(jī)會(huì)高達(dá)上百億美元。
面對(duì)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(shí)間和經(jīng)驗(yàn)是推進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)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(xiàng)目，相信隨著時(shí)間的推移及客戶的經(jīng)驗(yàn)積累，儲(chǔ)能技術(shù)將得到更加普遍的應(yīng)用。
國(guó)內(nèi)研發(fā)勢(shì)頭強(qiáng)勁
“為什么這個(gè)技術(shù)市場(chǎng)需要，也已經(jīng)經(jīng)過(guò)了很多示范項(xiàng)目的驗(yàn)證，但應(yīng)用推廣速度卻非常之慢。”大連融科儲(chǔ)能技術(shù)公司（以下簡(jiǎn)稱“融科儲(chǔ)能”）副總經(jīng)理兼總工程師、時(shí)任中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所（以下簡(jiǎn)稱“大連化物所”）研究員的張華民在進(jìn)入這個(gè)領(lǐng)域之初曾發(fā)出過(guò)這樣的疑問(wèn)。
“我們從2000年就開(kāi)始布局釩液流電池的研發(fā)工作，為此，我專門(mén)走訪了當(dāng)時(shí)這一領(lǐng)域技術(shù)最成熟、示范項(xiàng)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(shuō)。
通過(guò)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(chǎng)上購(gòu)買(mǎi)，為了滿足液流電池的特殊需求，其采購(gòu)的材料價(jià)格相對(duì)比較貴，導(dǎo)致電池成本居高不下，性價(jià)比大打折扣。“當(dāng)時(shí)僅電解液的價(jià)格就高達(dá)3000元/kWh，整個(gè)釩液流電池系統(tǒng)比鉛釩電池的價(jià)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(shè)計(jì)集成技術(shù)開(kāi)發(fā)齊頭并進(jìn)的路線，只有這樣才能走到國(guó)際的前列。
基于大連化物所在質(zhì)子交換膜電池領(lǐng)域30多年的研發(fā)經(jīng)驗(yàn)，以及此前在液流電池材料方面的開(kāi)發(fā)基礎(chǔ)，張華民帶領(lǐng)他的團(tuán)隊(duì)開(kāi)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(chǔ)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(shù)正在攻關(guān)中，目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)小批量生產(chǎn)，性能不比在國(guó)外市場(chǎng)上買(mǎi)到的差，但是價(jià)格卻便宜得多，僅是美國(guó)膜材料的20%。”張華民估計(jì)，1~2年就可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。
在電堆模塊和電池系統(tǒng)設(shè)計(jì)上，融科儲(chǔ)能也克服了種種困難，設(shè)計(jì)出目前國(guó)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(shí)現(xiàn)液流儲(chǔ)能電池所有材料的國(guó)產(chǎn)化。“這將有助于推進(jìn)液流電池的商業(yè)化，進(jìn)而推進(jìn)其在風(fēng)能、太陽(yáng)能領(lǐng)域的普及應(yīng)用。”張華民頗有信心。
可以看到，融科儲(chǔ)能已經(jīng)全面掌握了液流電池關(guān)鍵材料制備技術(shù)和電池模塊及系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、集成技術(shù)，形成了完整的液流電池自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)體系，這也大大促進(jìn)了其釩液流電池價(jià)格的下降。“我們的報(bào)價(jià)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(fēng)電廠表示要加裝儲(chǔ)能設(shè)備，穩(wěn)定電力輸出，釩液流技術(shù)將是首選。
得益于在釩液流技術(shù)領(lǐng)域的全面突破，大連化物所目前正在牽頭制定國(guó)家和國(guó)際液流電池標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）在標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)TC105設(shè)立了液流電池標(biāo)準(zhǔn)戰(zhàn)略專家組，由來(lái)自中國(guó)、美國(guó)、德國(guó)的3名專家組成，由于融科儲(chǔ)能的液流儲(chǔ)能電池在國(guó)際上具有領(lǐng)軍地位，張華民應(yīng)邀進(jìn)入該專家組，并應(yīng)歐洲標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)的邀請(qǐng)，全面參與歐洲液流儲(chǔ)能電池標(biāo)準(zhǔn)的制定。而作為國(guó)家電工行業(yè)液流電池標(biāo)委會(huì)（籌）主任，張華民告訴記者，大連化物所已經(jīng)向國(guó)家能源局提交了4項(xiàng)電工行業(yè)液流電池標(biāo)準(zhǔn)草案。
張華民相信，通過(guò)液流電池標(biāo)準(zhǔn)的起草制定，定能推動(dòng)我國(guó)液流電池行業(yè)規(guī)范化，加快釩液流電池產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。
