鉅大LARGE | 點擊量：790次 | 2021年10月19日
低碳院劉慶華：液流電池儲能低成本化關(guān)鍵路徑探索
我國儲能網(wǎng)訊：九月24—二十六日，由我國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會聯(lián)合200余家機構(gòu)共同支持的第十屆我國國際儲能大會在深圳鵬瑞萊佛士酒店召開。此次大會主題是“共建儲能生態(tài)鏈，開啟應(yīng)用新時代”。來自行業(yè)主管機構(gòu)、國內(nèi)外駐華機構(gòu)、科研單位、電網(wǎng)公司、發(fā)電公司、系統(tǒng)集成商、金融機構(gòu)等不同領(lǐng)域的1621人參加了本屆大會。本次大會由我國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會儲能應(yīng)用分會、我國科學(xué)院電工研究所儲能技術(shù)組和我國儲能網(wǎng)聯(lián)合承辦。
在二十五日下午的“新型儲能技術(shù)及應(yīng)用”專場，國家能源集團北京低碳清潔能源研究院儲能技術(shù)部經(jīng)理劉慶華分享了主題報告《液流電池儲能低成本化關(guān)鍵路徑探索》。會務(wù)組對發(fā)言人的演講速記做了梳理，方便大家會后交流、學(xué)習(xí)，以下是速記全文：
劉慶華：感謝主持人，我來自國家能源集團北京低碳清潔能源研究院，很高興有機會跟大家探討液流電池技術(shù)。今天重點探討液流電池如何實現(xiàn)低成本化，這里包括前期的探索和思考。
重要包括以下兩部分內(nèi)容：液流電池發(fā)展現(xiàn)狀和液流電池低成本化路徑探索。
最近兩天的會議上，大家一直在討論儲能的價值和定位。價值不僅僅體現(xiàn)在價格上，大家形成的共識，首先是從頂層設(shè)計角度來講，儲能技術(shù)推動整個世界能源的清潔化、電氣化、高效化、智能化，破解能源、資源和環(huán)境約束，是實現(xiàn)全球能源轉(zhuǎn)型升級的核心技術(shù)之一。它不僅僅是有利可圖的市場成員，它已經(jīng)上升到能源轉(zhuǎn)型，成為關(guān)鍵的角色之一。
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目前可再生能源、新能源在快速發(fā)展，這一過程中出現(xiàn)很多要解決的問題和挑戰(zhàn)。電網(wǎng)在升級，用戶側(cè)用能方式在不斷發(fā)生變化。前期大家提出的概念是社會在經(jīng)歷再電氣化的過程，交通領(lǐng)域也出現(xiàn)了再電氣化的形態(tài)，儲能不會缺席。從能源利用效率和破解棄風(fēng)、棄光、棄水和低谷電消納方面，實現(xiàn)能源供給的“安全、自主、可控”。儲能是未來能源技術(shù)創(chuàng)新的重要引擎之一。“十四五”期間把儲能行業(yè)打造成新經(jīng)濟上升點。這肯定是要再次爆發(fā)的。
相關(guān)政策，前面幾位嘉賓做了很好的闡述。有關(guān)產(chǎn)業(yè)政策來講，大家印象深刻的是2017年1號文，為儲能發(fā)展供應(yīng)了非常好的指引方向。重點看一下今年八月份國家發(fā)改委公布“風(fēng)光水火儲一體化”和“源網(wǎng)荷儲一體化”，可以看出發(fā)電側(cè)、用戶側(cè)和電網(wǎng)側(cè)是聯(lián)動的。儲能銜接關(guān)鍵要素。文件為整個產(chǎn)業(yè)的發(fā)展確定了方向。儲能創(chuàng)新相關(guān)規(guī)劃，《我國制造2025》也是把它作為重要領(lǐng)域。
截至九月中旬已有16個省份公布了支持儲能的相關(guān)政策，重要亮點是“新能源+儲能”。我們集團重要業(yè)務(wù)之一是新能源發(fā)電，目前是全球裝機規(guī)模最大。新的新能源項目是被各個省市要求一定要配置儲能。我們作為儲能技術(shù)開發(fā)單位在緊密合作，推動項目的落地。
可以看出電化學(xué)儲能共性特點包括三點：
一是現(xiàn)代儲能系統(tǒng)具有精準控制、快速響應(yīng)、靈活配置和靈活調(diào)節(jié)功率的特點；
二是儲能單元容量達兆瓦級、全功率響應(yīng)時間小于100毫秒。有關(guān)電池本身響應(yīng)速度更快；
三是形式：大容量集中式儲能電站和分散聚合式。
選擇儲能路線時，客戶有自己的需求，我們重點關(guān)注幾點：
第一，安全性。對人的安全性，一旦發(fā)生失控局面，經(jīng)濟損失非常大。
第二，低成本。目前大家比較關(guān)注一次性投資成本，我們要根據(jù)其效率和壽命進行折算，包括運維。全生命周期成本，假如考察全生命周期，不同的路線差別是很大的。
第三，資源可持續(xù)利用性。這一點常常被大家忽視，儲能規(guī)模大，載體是化學(xué)物質(zhì)，電池儲能更是涉及多種元素。
第四，環(huán)境友好。
第五，綜合性能指標、容量功率等。
有關(guān)以上五點，我們用KANO模型分析，想法比較前期。針對前面提出的五個評價指標，分別用不同顏色的線標明。紅線是基本具備的特性，綠線是理想狀態(tài)。
有關(guān)安全性來講，人們始終追求絕對安全，很難達到。本體安全是一些儲能技術(shù)路線的優(yōu)勢，這一塊跟不同技術(shù)路線的關(guān)系是很大的。紅線在工作狀態(tài)一定是安全的，也就是表觀安全。
低成本。大家都在談?wù)摰统杀?，深刻感受到成本、價格大部分是同業(yè)者的競爭造成的，其指標在哪里？前期對標抽水蓄能的成本。目前有些技術(shù)路線或者非常優(yōu)秀的廠商可以做到這個水平。下一步低成本在哪里？有人說接近火力發(fā)電的水平，那再下一步低成本在哪里？這是很多從業(yè)者在思考的問題。
資源可持續(xù)性：可獲得、可接受、資源上限。可接受相對中性一點，實際上是可忍受。特殊應(yīng)用場景價格高一點我也可以用，但最終有資源上線。
環(huán)境友好性，紅線是合法依規(guī)的。黃線是全生命周期環(huán)境友好，現(xiàn)在國標、政策不要求全生命周期的友好。最理想的狀態(tài)是儲能有沒有可能對環(huán)境進行正的影響，這可以達成。
最后是儲能系統(tǒng)綜合性能，有關(guān)客戶來講，對儲能產(chǎn)品要求必備達到的性能，看其他的產(chǎn)品，手機或者汽車設(shè)備，客戶把車開走可以跑起來，它會有其他的要求。比如汽車的設(shè)計很漂亮，滿足客戶心理上的需求。再高的指標是魅力需求，這要大家進一步深入思考。
總結(jié)，有關(guān)安全性來講絕對安全幾乎無法達到；成本無下規(guī)格線；資源存在上限；環(huán)境友好存在下規(guī)格限；系統(tǒng)綜合性能無上規(guī)格限。
抽水蓄能與電池儲能技術(shù)路線比較。從規(guī)模、效率、場景以及其他方面進行比較?？梢钥吹綇恼淄呒?，液流電池可以做到GW級，在規(guī)模上可以和抽水蓄能進行媲美。實測效率，一般儲能整個電站的效率可以達到80%左右。應(yīng)用場景來講，電化學(xué)儲能和抽水蓄能完全可以覆蓋。
建設(shè)周期，各種電池成本技術(shù)非常短，整個項目的周期以月計算，抽水蓄能從前期勘察、建設(shè)、運行大概8-10年時間。
全釩液流電池。這個電池是中間一個電池，外面是儲塊，放著電解液。二者解耦，可以按任意比例對其進行搭配。應(yīng)用領(lǐng)域來講，液流電池更適用于高安全，目前重要的液流電池都是水相的，不存在燃燒等危險。高可靠性、大規(guī)模、快速換電，電解液可以快速替換，可以不采用充電的形式對它進行再生。發(fā)電側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、儲能電站都應(yīng)用場景都有。
據(jù)不完全統(tǒng)計，截止2019年底已建和在建液流電池示范項目超過300個。重點強調(diào)倒數(shù)第二列，液流電池項目最早投運時間是在2000年以前，液流電池本身是為儲能而生，不是作為動力鋰離子電池使用的。時間上和其他電池儲能技術(shù)路徑比較，應(yīng)該是相比較較早的。配置規(guī)模，目前在建的項目有接近GWh的，包括國內(nèi)外的。功能角度，可以看出用不同顏色標注的，藍色是新能源和火電應(yīng)用，紅色是用戶側(cè)，黑色是其他的應(yīng)用。包括數(shù)據(jù)基站調(diào)頻、電能質(zhì)量管理等。從功能角度，前期的項目基本覆蓋全了。這個技術(shù)路線最早、最大、最全，問題在于目前沒有更好的市場占有率，關(guān)鍵是成本。重點是發(fā)電側(cè)的應(yīng)用，這個技術(shù)路線更適合新能源搶占大規(guī)模的應(yīng)用，第三個項目是我們集團前期做的項目，這個項目目前運轉(zhuǎn)非常好。
第二部分重點探討液流電池集成路徑。我們從產(chǎn)業(yè)鏈上進行分析。今天重點討論電解液、電極材料、雙極板、隔膜和液流電池電堆。生產(chǎn)制造成本較其他路線是很低的，投資路線是比較經(jīng)濟的。
電解液，電解液的核心是各種價態(tài)的釩元素。99%以上集中在我國、俄羅斯、南非、澳大利亞，我國釩儲量位居前列，約950萬噸，占全球總儲量近50%。釩在全球的消費量為10萬噸左右，當前消費量不大，市場相對較小。2019年產(chǎn)量僅10萬余噸，產(chǎn)量沒有拉上來，重要原因是后面的市場太小了。全釩液流電池的需求量很大，1GWh要2150噸釩，和其他的應(yīng)用領(lǐng)域相比較，這是非常大的規(guī)模。我們提出全釩液流電池儲能產(chǎn)業(yè)發(fā)展和釩生產(chǎn)量力密不可分，二者共同促進，協(xié)同發(fā)展。
隔膜材料。目前是為數(shù)不多的國內(nèi)、國外的公司可以供應(yīng)高水平的產(chǎn)品。價格相比較較高，成本并不高。原材料成本低，占總成本的15%多一點。未來幾年隨著新技術(shù)的涌現(xiàn)，規(guī)模化生產(chǎn)后，成本保守估計可以降低70%左右。雙極板的占比不高，其性能對電池性能發(fā)揮起到重要用途。重點是提升產(chǎn)量，未來提升產(chǎn)量有望降低50%以上的成本。
電極材料重要是多孔碳纖維材料?，F(xiàn)在出現(xiàn)替代技術(shù)，我們也在研究新型的碳纖維的技術(shù)。
有了所有低成本的材料并不意味著產(chǎn)品成本一定會低，這涉及產(chǎn)品材料用量，最重要的是高功率密度電堆技術(shù)。當你提高功率密度時，成本相應(yīng)下降。NICE高功率液流電池和常規(guī)液流電池的比較，僅供參考。成本下降30%左右，電堆性能提升的同時，電解液的效率也在提升，成本和裝量也會降低。這是我們已經(jīng)開發(fā)出各種規(guī)模的樣機，高功率密度、高效率、低成本。
總結(jié)，我們可以看出低成本化重要靠技術(shù)驅(qū)動，第一階段成本下降至2100元/kWh，第二階段重要靠生產(chǎn)工具和規(guī)模驅(qū)動，有望下降到1500元，預(yù)期是2026年左右，跟很多從業(yè)者溝通后給出的曲線。其他機構(gòu)也有公布這條曲線。第三階段成本趨穩(wěn)，可以降到1000元人民幣/kWh。新一代液流電池技術(shù)的出現(xiàn)，將使得降本之路提前3年左右。
以上是我的匯報，謝謝各位。
