一、電池結(jié)構(gòu)決定液流電池獨特特點
液流電池是二次蓄電池的一種，與傳統(tǒng)蓄電池相比，液流電池具有以下特點：
01輸出功率和儲能容量相互獨立
液流電池的活性物質(zhì)是儲存在外部儲罐中的液體電解質(zhì)，與電極材料分離，通過循環(huán)泵在電堆內(nèi)外流動，充、放電過程中無相變，電池輸出功率取決于電極的面積，儲能容量取決于溶液的體積。因此需要在提高輸出功率時增加電堆數(shù)目即可，通過增加電解質(zhì)的量或提高電解質(zhì)濃度即可達到增加儲能容量的目的。
而傳統(tǒng)的二次電池活性物質(zhì)與其電極材料一般是一體的，封存在電池殼體內(nèi)部，正、負電極間的隔膜采用多孔膜，且充、放電過程中一般有相變化或形貌改變，電池輸出功率固定后，其儲能容量也相應固定。
02充放電過程不涉及物相變化
雙液流電池儲能活性物質(zhì)均為液態(tài)，充放電過程中只有價態(tài)變化，不涉及無相變化，避免了傳統(tǒng)電池因相變化及枝晶的生成而發(fā)生電池短路、活性物質(zhì)性能下降問題。
03儲存壽命長
液流電池的活性物質(zhì)溶解于電解液中，當電池不使用時密封存放于不同的電解液儲罐中，沒有普通電池的自放電問題。
04本征安全
傳統(tǒng)液流電池的電解液為水溶液，不存在著火爆炸的風險，安全性較好。作為液流電池的一種，當前商業(yè)化進度最為靠前的全釩液流電池也具有安全性高、儲能規(guī)模大、充放電循環(huán)壽命長、電解液可循環(huán)利用、生命周期中性價比高、環(huán)境友好等優(yōu)點。缺點主要是系統(tǒng)組成復雜、能量密度較低。
二、液流電池與鋰電適用場景具有重大差異
01能量密度顯著低于鋰電
全釩液流電池的能量密度為12-40W/kg，而鋰電中能量密度較低的鈦酸鋰電池能量密度達到60-100W/kg，如果將全釩液流電池能源密度以30W/kg計算，鈦酸鋰能量密度是全釩液流電池的2~3倍。
這決定了全釩液流電池在對能量密度有要求的3C電子和電動車領(lǐng)域并不適用，該領(lǐng)域需求更適宜由鋰電池等高能量密度的電池來滿足。
02循環(huán)壽命遠高于鋰電
在儲能領(lǐng)域，尤其是儲能需求量較大較長的長時儲能領(lǐng)域，能量密度并不是考慮的首要因素，而是要考慮循環(huán)壽命、安全性、可靠性等。從循環(huán)次數(shù)來看，全釩液流電池循環(huán)次數(shù)大于1萬次，而鋰電池中的磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池循環(huán)次數(shù)中值分別為6000次和3000次，遠低于全釩液流電池。
03本征安全，不會熱失控和燃燒爆炸
安全性上來講，鋰電池等搖椅電池由正極材料、負極材料、電解液和隔膜組成，主要依靠金屬離子在兩個電極之間的充放電往返嵌入和脫嵌工作。
電池一般采用含有鋰、鈉、鉀元素的材料作為正極材料，但有些材料化學穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性較差，在過充、撞擊、短路過程中很容易引發(fā)火災及爆炸事故。
而釩電池的電解液為水基環(huán)境，本身不可燃，不會像鋰電那樣發(fā)生熱失控或燃燒爆炸，電解液循環(huán)流動，散熱速率快，能夠有效降低電池內(nèi)部溫度，避免過熱損傷?；钚晕镔|(zhì)是不同價態(tài)的釩離子，反應溫和，即使正負極電解液直接互混，也不會產(chǎn)生劇烈的化學反應或溫度升高。
三、全釩液流電池產(chǎn)業(yè)鏈初步形成
目前釩電池產(chǎn)業(yè)鏈可以劃分為上游原材料、中游電池制造、下游應用。上游原材料主要包括五氧化二釩、硫酸、電極、雙極板、離子傳導膜以及其他零部件。中游電池制造環(huán)節(jié)首先將原材料加工成電解液、電堆等核心零部件，并進一步集成為電池系統(tǒng)；釩全液流電池的下游應用是儲能，包括在發(fā)電側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、用電側(cè)。
01上游：釩資源存在廣泛，中國產(chǎn)量占全球七成
根據(jù)美國國家地質(zhì)局（USGS），2022年全球釩元素資源儲量達到2556萬噸，其中中國儲量占比最高，為37%。產(chǎn)量上，2022年全球五氧化二釩產(chǎn)量約10萬噸，中國占7萬噸，是最主要的產(chǎn)釩國。
釩資源主要利用酸浸堿溶、鈉化焙燒、直接焙燒和鈣化焙燒等提釩技術(shù)提取，五氧化二釩及其他氧化物（如三氧化二釩）是冶煉階段的主要產(chǎn)物，之后再通過物理法、化學法或電解法制得電解液。目前1kWh電解液大約使用8-9公斤五氧化二釩，1Gwh全釩液流電池約使用0.8~0.9萬噸，約當前年度全球產(chǎn)量的10%。因此，如果全釩液流電池未來有所放量，上游釩資源需求將會持續(xù)擴大。
02中游：電解液制造與電堆集成是核心環(huán)節(jié)
釩電池產(chǎn)業(yè)鏈的中游制造環(huán)節(jié)主要涉及電解液生產(chǎn)、電堆裝配和控制系統(tǒng)集成。中游制造集成廠商通過采購上游原材料，制備電解液，同時對電堆進行集成，最后再對系統(tǒng)進行集成。其中電解液的純度和配方、電堆集成的技術(shù)水平?jīng)Q定了各家廠商的競爭力。
電解液中的雜質(zhì)離子及含量主要取決于原材料及生產(chǎn)工藝，包括穩(wěn)定劑在內(nèi)的電解液配方對電解液產(chǎn)品的性能也有很大影響。電堆集成技術(shù)壁壘的關(guān)鍵在于定位和裝配壓力均勻性。
03下游：發(fā)電側(cè)/電網(wǎng)側(cè)應用是主流方向
全釩液流電池儲能時間超過4小時，按照通常理解，屬于長時間儲能。長時儲能在發(fā)電側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、用戶側(cè)均能夠有所應用，典型應用場景包括高風光發(fā)電比例下的能量管理、約束管理、孤島運行、備用與黑啟動、工商業(yè)應用電表后儲能。
1.發(fā)電側(cè)長時儲能需求正在醞釀
國家發(fā)改委、能源局于2021年8月發(fā)布了《關(guān)于鼓勵可再生能源發(fā)電企業(yè)自建或購買調(diào)峰能力增加并網(wǎng)規(guī)模的通知》，提出超過電網(wǎng)企業(yè)保障性并網(wǎng)以外的規(guī)模初期按照功率15%的掛鉤比例（時長4h以上）配建調(diào)峰能力，按照20%以上掛鉤比例進行配建的優(yōu)先并。
2.電網(wǎng)側(cè)長時儲能需求因電網(wǎng)穩(wěn)定而較少
電網(wǎng)側(cè)，液流電源主要部署場景在于區(qū)域性電網(wǎng)、微網(wǎng)穩(wěn)定性、覆蓋范圍，抽蓄、壓縮空氣電站建設(shè)資源等方面，通過部署4小時以上儲能電站提高整個電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
3.用戶側(cè)長時儲能需求主要來自峰谷套利
用戶側(cè)，峰谷套利是能夠獲得盈利的儲能應用方向，其商業(yè)模式也比較明晰。長期來看，隨著新能源發(fā)電占比越來越高，該方向或?qū)⒊蔀橐毫麟姵氐闹匾獞煤桶l(fā)展方向。
四、全釩液流電池技術(shù)已在多種場景下實現(xiàn)驗證
01發(fā)電側(cè)
以大聯(lián)融科參與的國電龍源臥牛石5MW/10MWh全釩液流電池儲能應用示范電站為例，該項目于2012年12月并網(wǎng)運行，并于2013年5月通過驗收，所有指標都達到了設(shè)計要求，系統(tǒng)已無故障運行超十年，系全球范圍內(nèi)迄今運行時間最長的兆瓦級全釩液流電池系統(tǒng)
該項目實現(xiàn)了包括平滑輸出、提高風電場跟蹤計劃發(fā)電能力、暫態(tài)有功出力緊急響應和暫態(tài)電壓緊急支撐、調(diào)峰調(diào)頻等功能，充分驗證了全釩液流電池對于風電波動控制、計劃發(fā)電能力和響應電網(wǎng)服務的功能。
02電網(wǎng)側(cè)
遼寧大連液流電池儲能調(diào)峰電站一期工程于2022年10月正式并網(wǎng)。該項目規(guī)模為200MW/800MWh，一期工程100MW/400MWh。
該項目定位參與電網(wǎng)調(diào)峰、可再生能源接入、緊急電源及黑啟動。除削峰填谷之外，調(diào)峰電站也可以在發(fā)生極端情況，電網(wǎng)與外部電源全部中斷的情況下，為政府、醫(yī)院、電視臺等重要部門和單位提供超過4小時以上電能，也可以為附近的北海熱電廠提供黑啟動電源。
03用戶側(cè)
用戶側(cè)儲能兩個比較典型的商業(yè)模式，一個是在去年投運的浙江湖州精工機械工廠內(nèi)建設(shè)的儲能項目，基于浙江峰谷電價差，該項目每天已經(jīng)可以實現(xiàn)兩充兩放，因此每個月的峰谷套利已經(jīng)達到了50萬元左右。
另外還有寧德時代投建的光儲充檢一體化充電站項目，2022年10月，寧德鋰電小鎮(zhèn)光儲充檢智能超充站建成投入運營，場站總占地面積約2100㎡，充電站搭載1套630kw/618kwh液冷儲能系統(tǒng)和1套400kW-412kWh液冷儲能系統(tǒng)，配備20臺160-180kW高功率充電樁，是全國首座采用標準化設(shè)計的光儲充檢智能超充站。
原標題：液流電池行業(yè)研究之(二)液流電池: 長時儲能的有力競爭者
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