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向清潔能源的過(guò)渡是當(dāng)今的一個(gè)重要話題。美國(guó)已經(jīng)制定了到2035 年實(shí)現(xiàn) 100% 無(wú)碳污染電力的目標(biāo)，而加利福尼亞等許多州則制定了更加雄心勃勃的儲(chǔ)能目標(biāo)。市政當(dāng)局、公用事業(yè)和公司也承諾實(shí)現(xiàn)凈零碳排放。預(yù)計(jì)到 2050 年，近 50%的總發(fā)電量將來(lái)自可再生能源。雖然風(fēng)能和太陽(yáng)能是增長(zhǎng)最快的可再生能源，但它們對(duì)2020 年美國(guó)總能源使用量的 貢獻(xiàn)不到 5% 。

雖然可再生能源對(duì)于幫助降低世界碳足跡和實(shí)現(xiàn)溫室氣體零排放至關(guān)重要，但僅收獲這種間歇性的綠色能源是不夠的。向清潔能源的成功過(guò)渡需要安全、具有成本效益和可靠的儲(chǔ)能系統(tǒng)。通過(guò)減少電涌和隨著時(shí)間的推移平衡負(fù)載，這樣的存儲(chǔ)系統(tǒng)對(duì)于提高配電網(wǎng)的效率也是必要的。

最初為太空需求設(shè)計(jì)，應(yīng)用于地球

液流電池最早由美國(guó)國(guó)家航空航天局 (NASA) 在 1970 年代開(kāi)發(fā)。該技術(shù)最初被設(shè)想用于為衛(wèi)星提供動(dòng)力的太空計(jì)劃，而不是作為向清潔能源過(guò)渡的一部分?，F(xiàn)代氧化還原液流電池 (RFB) 由 Lawrence Thaller 于 1976 年發(fā)明。氧化還原存儲(chǔ)系統(tǒng)技術(shù)項(xiàng)目于 1979 年由美國(guó)能源部和 NASA 聯(lián)合支持。該項(xiàng)目的目標(biāo)是開(kāi)發(fā)氧化還原液流電池概念，并探索其在公用事業(yè)和獨(dú)立應(yīng)用中的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)可行性。

這份 1984 年發(fā)表的報(bào)告得出的結(jié)論是，這個(gè)概念是可行的。然而，當(dāng)時(shí)化石燃料很豐富。隨著我們向清潔能源過(guò)渡并關(guān)注可持續(xù)發(fā)展，有機(jī)會(huì)在地面而不是太空中進(jìn)行主流使用。

考慮可持續(xù)性和安全性

釩氧化還原液流電池(VRFB)的主要優(yōu)點(diǎn)之一是循環(huán)壽命比其他電池技術(shù)長(zhǎng)得多。鉛酸塊電池的典型循環(huán)壽命可以低至 150 次循環(huán)到 80% 的放電深度，壽命為三到五年。充滿電的電池可以進(jìn)行 300 到 500 次循環(huán)，達(dá)到 80% 的放電深度，并且可以具有 15 到 25 年的典型壽命。對(duì)于鋰電池，預(yù)計(jì)至少 2,000 – 3,000 次循環(huán)，或大約五年。

釩氧化還原電池具有近乎無(wú)限的循環(huán)壽命。通過(guò)適當(dāng)?shù)木S護(hù)，VRFB 系統(tǒng)可以運(yùn)行 30-40 年，而電解質(zhì)不會(huì)失去儲(chǔ)能能力。憑借如此長(zhǎng)的使用壽命，這些電池系統(tǒng)是滿足按需電力需求的更可持續(xù)的儲(chǔ)能技術(shù)。

可持續(xù)性的另一個(gè)方面是釩幾乎可以無(wú)限重復(fù)使用。構(gòu)成 VRFB 系統(tǒng)主體的電解質(zhì)可以根據(jù)需要進(jìn)行干燥、純化，然后用于另一個(gè)電池系統(tǒng)。釩還用于高強(qiáng)度鋼和特種合金。

與其他電池技術(shù)相比，VRFB 系統(tǒng)在許多方面也更安全。如果鋰電池管理不當(dāng)，或電池?fù)p壞，可能會(huì)導(dǎo)致電池故障的風(fēng)險(xiǎn)，增加熱失控的風(fēng)險(xiǎn)。單個(gè)電池單元中發(fā)生的熱失控可能會(huì)級(jí)聯(lián)到相鄰的電池單元，最終可能導(dǎo)致高熱量釋放火災(zāi)事件。由于 VRFB 系統(tǒng)中超過(guò) 50% 的電解質(zhì)溶液由水組成，因此電池在短路、高溫或高壓的情況下不太可能著火。

滿足長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能需求

預(yù)計(jì)到 2025 年將部署超過(guò) 35 吉瓦的新能源存儲(chǔ)解決方案。將需要各種類(lèi)型的電池技術(shù)來(lái)滿足不斷增長(zhǎng)的需求。然而，人們普遍認(rèn)為液流電池特別適用于長(zhǎng)時(shí)間的能量存儲(chǔ)，即運(yùn)行時(shí)間大于 6 小時(shí)，這主要是因?yàn)檫@些電池獨(dú)特地提供了對(duì)功率和能量的獨(dú)立控制。

在傳統(tǒng)電池中，功率和能量受到材料設(shè)計(jì)性質(zhì)的限制，因?yàn)閮烧叨寂c電極面積和厚度密切相關(guān)。鋰電池額定值通常指定為滿功率放電一到兩個(gè)小時(shí)。它們可以在更長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)放電，但它們的額定功率要低得多。因此，雖然可以將更多電池添加到系統(tǒng)中以增加它們以所需功率運(yùn)行的時(shí)間長(zhǎng)度，但為了實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間的能量，必須過(guò)度購(gòu)買(mǎi)功率容量。

相比之下，VRFB 系統(tǒng)在功率和容量方面可獨(dú)立擴(kuò)展。這種靈活性源于其獨(dú)特的設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)基于獨(dú)立的功率轉(zhuǎn)換堆，可與燃料電池相媲美，設(shè)置系統(tǒng)電源和電解質(zhì)罐以存儲(chǔ)能量。僅通過(guò)使用容納更多電解液的更大罐而不對(duì)電池堆進(jìn)行任何更改，就可以增加運(yùn)行時(shí)間。

VRFB 系統(tǒng)中功率和能量的獨(dú)立性也意味著當(dāng)放電時(shí)間增加時(shí)，有可能大幅降低成本。因此，液流電池將成為大規(guī)模儲(chǔ)能的首選。

結(jié)論

隨著越來(lái)越多的可再生能源上線，電網(wǎng)需要變得更加靈活，以發(fā)展維持供需能力的能力。這是長(zhǎng)期能量存儲(chǔ)的關(guān)鍵所在。為 VRFB 建立美國(guó)制造廠為可再生能源的長(zhǎng)期儲(chǔ)能需求提供了可靠的國(guó)內(nèi)來(lái)源，這對(duì)于實(shí)現(xiàn)向清潔能源過(guò)渡的凈零目標(biāo)至關(guān)重要。

預(yù)測(cè)表明，到 2040 年，長(zhǎng)期儲(chǔ)能有可能部署85 至 140 太瓦時(shí)的能源容量。實(shí)現(xiàn)這一潛力需要多種電池技術(shù)，但收益將是巨大的——可能每年減少 1.5 至 2.3 吉噸二氧化碳當(dāng)量。釩氧化還原液流電池由于其長(zhǎng)壽命和無(wú)限容量，可以在電池壽命期間提供更低的每千瓦時(shí)成本。

原標(biāo)題：Stryten能源：利用全釩液流電池技術(shù)向清潔能源過(guò)渡