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高能量密度全钒液流电池系统的研发

发布时间:2018-01-02 08:47:10

一、 项目介绍
        电力行业作为一次能源的最大使用者,推进智能电网建设,使电网具备安全、灵活、清洁、经济等性能具有重大的意义。随着社会经济的发展,人们对电能的需求将不断增大。随着电力需求的增长以及大规模间歇性可再生新能源的接入,现有电网的问题日渐突出:负荷的不断增长导致负荷的峰谷差日渐增大,导致系统的供需不平衡,现有电网在输电能力落后于用户的需求,系统的装机容量难以满足峰值负荷,电能不能得到充分的利用;可再生新能源输出功率的间歇性和不连续性将影响其接入系统的可靠运行及电能质量等。因此,在推进智能电网的建设中,储能技术的应用和推广将拥有广阔的空间。引入储能技术,提高电网的调峰能力,有效实现需求侧管理;也可以通过及时的能量存储与释放,保证供电的连续性和可靠性,提高可再生能源并网的兼容能力以及系统运行的稳定性。因此,开发使用大规模高效储能技术是实现未来能源体系变革的基础,是构建智能电网的重要环节。
       全钒液流电池(钒电池)是一种基于金属钒元素的氧化还原电池储能系统,具备深度充放电,快速充放电转换,电池额定容量与功率相互独立,高能量密度,使用寿命长,维护费用低,安全可靠等优点,非常适用于大规模储能。基于其自身特性与电网储能解决方案需求的匹配,钒电池未来将被广泛应用于太阳能、风能发电储能设备、电站储能调峰、微(离)电网系统、应急电源和家庭储能等领域;钒电池在未来储能行业具备无可估量的发展潜力,甚至有可能将改变未来的能源格局,对我国城市能源结构的调整以及大气污染治理等方面都具有极为重要的意义。
       随着可再生能源等新能源形式的利用和智慧电网的建设,储能技术作为电网调峰,保证电网连续可靠运行和吸纳风能、太阳能等可再生能源的重要手段,得到了广泛关注和长足发展,储能市场蓬勃兴起。根据J. P. Morgan公司关于储能市场历史规模及预期数据分析,2020年国际储能市场的规模达到231亿美元,其中液流电池市场约占17%。根据中国化学与物理电源行业协会预期,到2020年底,国内电力辅助市场、基站备用电源、风光发电领域、分布式发电及微电网、新能源汽车充换电站和家庭储能等六大领域配套储能系统累计装机容量达到53GW,未来五年年复合增长率9.5%,将会带动数千亿元的市场规模,其中液流电池市场份额不足10%,与国际储能技术的分布上存在巨大差距,钒电池技术将是中国储能市场的重要增长极。
       作为目前技术上最为成熟的液流电池体系,美国能源部早在2012年制定的储能技术发展规划中就已经将全钒液流电池列为首要的规模储能技术。在日本,用于电站调峰和风力储能的固定型(相对于电动车用而言)钒电池发展迅速,大功率的钒电池储能系统已投入使用,并全力推进其商业化进程。目前,我国钒电池储能市场已进入大规模商业示范运行和市场开拓阶段,国内建成的最大钒电池示范工程由大连融科储能技术发展有限公司设计集成,整体规模为5MW/10 MWh,位于辽宁省沈阳市法库县卧牛石风电场(50MW),项目运行后有效地提升风能接入电网后功率的平滑输出,提高风机发电总容量。目前,大连融科储能技术发展有限公司又与大连热电合作,计划建设200MW/800MWh的钒电池储能系统,项目总投资30亿元人民币,已获国家能源局批复,该项目建成后将成为全球最大的液流电池应用工程。
       随着可再生能源技术日益发展和智慧电网逐步建设,钒电池技术得到全社会的广泛关注。2016年2月,国家发改委、工信部、能源局发布《关于推进互联网+智慧能源发展的指导意见》中提出推动集中式能源发电基地配置适当规模的储能电站、实现储能系统与新能源、电网的协调优化运行。2016年4月国家能源局发布《2016年能源工作指导意见》中六次提及储能,特别强调要加快全钒液流储能电池技术的定型。未来大规模储能政策的出台,将逐步向钒电池技术倾斜。
二、 核心技术:
1、高性能钒电池电解液制备技术
       研究团队突破高性能钒电池电解液制备技术,形成具有自主知识产权的低成本、高效、清洁制备高性能钒电池电解液制备技术,该技术大幅度降低生产成本,生产成本约4万元/吨,目前其它技术生产成本约12万元/吨,通过初步测算,电解液的成本降低就能够使1MW/4MWh全钒液流电池系统的成本降低30%。
 
2、钒电池电堆制备技术
       钒电池系统主要由电堆、电解液和电路控制系统组成。其中,电堆是钒电池的核心部分。钒电池储能系统的成本、功率、效率等性能都与钒电池的电堆有密不可分的关系。电堆主要由电极、离子交换膜、集流板及导流板组成。研究团队从电堆各组成部分的结构设计出发,实现了电解液的流畅设计及电堆的密封等问题,提高了钒电池的运行效率和稳定性;并且通过内嵌式的结构设计实现了电堆组装过程中的自主对齐定位,解决了各单电池之间的密封装配问题,提高了钒电池的生产效率和可靠性。目前已经完成了电堆各部件的设计,以及2kW和5kW的电堆设计。
 
三、 市场定位
       本项目核心技术和产品定位于大规模储能市场的需求,主要是为大规模储能市场提供全钒液流电池系统和电解液。
四、 市场及经济效益分析
       本项目高能量密度全钒液流电池与国内市场中同类型产品对比中具有明显的成本优势,以现有的工程报价,约4000元/千瓦时为例,本项目的产品净利润为1000元/kWh时以上。伴随着全球储能市场的兴起和发展,特别是大规模储能需求的逐步增大,钒电池的需求将日益增大,并将逐步取代锂离子电池成为大规模电化学储能的主要解决方案。据中关村储能产业技术联盟的统计分析,预计到2024年,全球储能市场将达1万亿美元,钒电池将占据主导地位,该技术将带来上万亿元的经济效益。
 


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