钒液流 跨步迈向大储能
备受资本市场青睐的液流电池最近的呼声更高了。这其中，又以钒液流电池发展技术最为成熟，应用最广泛。
技术优势或是源动力
钒液流电池的强劲发展势头还要归功于其独特的技术特点。据了解，液流电池一般被称为氧化还原液流电池，其中，正负极全是用钒盐溶液的称为全钒液流电池。这一概念是美国NASA Lewis Research Center, Thaller,L.H.于1974年提出的。发展至今，技术逐渐成熟。
据介绍，钒液流电池由电堆模块、储能液罐和双向逆变器三部分组成。电化学反应发生在电堆模块中，产生充电和放电的效果，能量储存在液罐中的电解液里。
与其他储能技术不同，钒电池储能系统采用单一化学物质“钒”，不会产生不可逆的化学变化，不会形成化学交叉污染，而且充电过程主要通过离子交换膜完成，电解液仅承受电流筹集功能，不参与充放电的电化学反应，因此不存在电池老化问题，而且安全可靠，环境友好。
这种特殊的电池构造意味着钒液流电池能够频繁地进行充放电，也就是说，理论上讲，钒电池是没有使用寿命限制的。“普能公司所提供的钒液流电池，电堆模块的设计寿命是15~20年。”北京普能世纪科技公司（以下简称“普能公司”）CEO江宗宪表示，“根据我们实验室内部测试监测和实际项目运行经验，电池的运行时间已经超过了80万h，这一数字还在增加。”
钒液流技术还有一个显著的优点就是避免了令人头疼的电池一致性问题，不会因为单体电池性能不一致而引起组合后电池组寿命提前终结等问题。
“实际上，在目前世界上的实际应用中，钒液流电池技术的运行时间还未经历10年，”江宗宪补充说，“即使电堆模块的使用寿命不能达到我们的系统设计寿命，我们也只需更换该电堆部分而不需要更换整个电池系统，从而延长液流电池的寿命。”
尽管钒液流电池有着其他大型电化学储能装置无法比拟的诸多长处，但不可否认的是，电池领域没有完美产品，钒电池也有劣势，即能量密度低，这导致钒液流电池产品体积大，重量重。
“显然，钒电池并不适用于电动汽车及电子产品的储能应用，我们有针对性地选择了两个应用领域，一是配套可再生能源发电接入电网，稳定电力输出，提高可调度性；另一个是取代边远地区柴油发电的电力供应，降低柴油发电成本及污染。”江宗宪进一步解释说，“风电场和大型太阳能电站对钒电池的占地面积并不敏感。”
商业化前景乐观
有了明确的发展方向，钒电池推广应用可谓是有的放矢。收购钒液流电池老大——VRB Power System之后，普能公司跃升为全球钒液流电池领域领袖企业，其技术应用一定程度上代表了未来钒液流电池的发展方向。
目前普能公司在全世界已有超过50个应用项目投入运行或正在交付中。在中国，比较具有代表性的项目是中标国家风光储输示范工程一期项目，为其提供2 MW/8 MWh的液流电池；而在中国电科院在张北的风电检测中心实验平台上，普能公司500 kW/1 MWh钒液流电池已经顺利运行了1年多，目前在做一些风电应用测试。
在国外，普能公司与丹麦国家实验室合作将储能系统应用于智能电网建设，为该示范工程提供20 kW/120 kWh钒液流电池，截至目前该电池系统已安全可靠运行近5年，广受瞩目；在西班牙国家新能源研究中心，普能公司提供65 kW/200 MWh的钒液流电池用于该中心微电网建设；在美国能源部与Sunpower合作建立的光伏储能示范项目中，也采用了普能公司的钒液流电池系统，用以延长太阳能供电的时间。
而过去一年，普能公司业绩也是节节开花，不得不提的是其在美国正在交付的一个商业化储能应用项目。
据江宗宪介绍，该项目的业主是美国知名的农产品加工厂，项目采用普能公司600 kW/3.6 MWh的钒液流储能系统配套沼气发电，将减少因发电和用电不稳定而产生的巨额电价。目前该项目正在交付中，预计不久后将投入运行。事实上，在美国，还有许许多多的农产品加工厂等用电大户需要配备储能应用系统，降低他们的用电峰值，预计市场机会高达上百亿美元。
面对如此巨大的商业化推广前景，江宗宪表示，“目前，就企业自身而言，时间和经验是推进储能技术产业化的最大的障碍。”他建议液流电池提供商要更加努力地做好已有的项目，相信随着时间的推移及客户的经验积累，储能技术将得到更加普遍的应用。
国内研发势头强劲
“为什么这个技术市场需要，也已经经过了很多示范项目的验证，但应用推广速度却非常之慢。”大连融科储能技术公司（以下简称“融科储能”）副总经理兼总工程师、时任中国科学院大连化学物理研究所（以下简称“大连化物所”）研究员的张华民在进入这个领域之初曾发出过这样的疑问。
“我们从2000年就开始布局钒液流电池的研发工作，为此，我专门走访了当时这一领域技术最成熟、示范项目参与最多的两家公司——日本的住友电工和加拿大VRB公司。”张华民说。
通过考察、调研，他发现这两家公司主要做钒液流电池的系统集成，所有材料都是从市场上购买，为了满足液流电池的特殊需求，其采购的材料价格相对比较贵，导致电池成本居高不下，性价比大打折扣。“当时仅电解液的价格就高达3000元/kWh，整个钒液流电池系统比铅钒电池的价格足高出两倍有余。”张华民决定，走材料研发、电池模块及系统的设计集成技术开发齐头并进的路线，只有这样才能走到国际的前列。
基于大连化物所在质子交换膜电池领域30多年的研发经验，以及此前在液流电池材料方面的开发基础，张华民带领他的团队开始了一段新的征程。
如今，依靠大连化物所的研发支撑，融科储能已经可以批量生产电解质溶液、双极板。“膜材料技术正在攻关中，目前已经实现小批量生产，性能不比在国外市场上买到的差，但是价格却便宜得多，仅是美国膜材料的20%。”张华民估计，1~2年就可以实现大规模生产。
在电堆模块和电池系统设计上，融科储能也克服了种种困难，设计出目前国内外最大规模的22 kW电模块，膜材料的大规模产业化后，将实现液流储能电池所有材料的国产化。“这将有助于推进液流电池的商业化，进而推进其在风能、太阳能领域的普及应用。”张华民颇有信心。
可以看到，融科储能已经全面掌握了液流电池关键材料制备技术和电池模块及系统的设计、集成技术，形成了完整的液流电池自主知识产权体系，这也大大促进了其钒液流电池价格的下降。“我们的报价比其他公司便宜30%~40%。”张华民告诉记者，目前在辽宁、吉林等地已经有风电厂表示要加装储能设备，稳定电力输出，钒液流技术将是首选。
得益于在钒液流技术领域的全面突破，大连化物所目前正在牵头制定国家和国际液流电池标准。国际电工委员会（IEC）在标准委员会TC105设立了液流电池标准战略专家组，由来自中国、美国、德国的3名专家组成，由于融科储能的液流储能电池在国际上具有领军地位，张华民应邀进入该专家组，并应欧洲标准委员会的邀请，全面参与欧洲液流储能电池标准的制定。而作为国家电工行业液流电池标委会（筹）主任，张华民告诉记者，大连化物所已经向国家能源局提交了4项电工行业液流电池标准草案。
张华民相信，通过液流电池标准的起草制定，定能推动我国液流电池行业规范化，加快钒液流电池产业化进程。
