全钒液流电池缘何出口德国无压力

在储能领域,中国不仅是全球最大的动力电池——锂电池生产国,也是电网级先进大型储能技术——全钒液流电池最大生产国。目前中国已100%拥有全钒液流电池自主知识产权,且技术与应用规模均领先世界,其中依托该技术生产的电解液市场规模占全球市场90%以上份额。
全钒液流电池成规模储能新秀 中国成为全球最大生产国
伴随着可再生能源、分布式微网和智慧能源的加速发展,
在提升可再生能源并网率、平衡电网稳定性方面发挥重要作用的储能技术越来越受关注。根据咨询机构麦肯锡的预测,到2025年,储能技术对全球经济价值的贡献将超过1万亿美元。
在储能领域,中国不仅是全球最大的动力电池——锂电池生产国,也是电网级先进大型储能技术——全钒液流电池最大生产国。目前中国已100%拥有全钒液流电池自主知识产权,且技术与应用规模均领先世界,其中依托该技术生产的电解液市场规模占全球市场90%以上份额。
4月23日,北京国际能源专家俱乐部推出清洁能源技术评估与推广平台,中科院大连化物所与大连融科储能公司合作团队的全钒液流电池核心技术成为该平台首场活动对接项目。
自主产权国际领先
业内专家普遍认为,大规模储能技术是可再生能源普及应用的核心技术,而在众多大容量储能技术路线中,全钒液流电池已脱颖而出。大连化物所首席科学家张华民挂帅的全钒液流电池研发团队,目前已成功实施了近30项应用示范工程,其中包括2012年实施的当时全球最大规模的5MW/10MWh辽宁卧牛石风电场全钒液流储能系统,在国内外率先实现了该技术的产业化。当前正在实施的、由大连市政府支持的200MW/800MWh全钒液流电池储能项目,也已被国家能源局确定为国家储能示范项目。
“2018年,我们将建成300MW/年规模的全钒液流电池产业化基地,届时电池的系统成本将下降到2500元/kWh,电堆工作电流密度可以达到180mA/cm2,中期成本目标将达到1800元/kWh。”张华民说。
作为科技部973液流电池重大基础研究项目首席科学家和国家能源液流储能电池技术重点实验室主任,张华民带领团队经过15年的研发,已形成包括液流电池批量生产、模块设计制造、系统集成控制在内的全产业链全钒液流电池自主知识产权体系。迄今已申请国家发明专利286件,国际专利12件,授权111件。
据介绍,近年来,该技术体系斩获了国内外多个重大奖项,其中包括2014中科院杰出科技成就奖、2015国家技术发明二等奖,以及中科院“十二五”20项标志性重大进展成果之一等。作为国家能源液流电池标准委员会主任委员单位,大连化物所和大连融科储能公司成为全钒液流电池多项国际标准的制订者。
示范工程初见成效
目前,液流电池技术已在国际市场得到认可。据记者了解,美国在其2011年储能发展规划中已将液流电池作为首要支持发展的电池技术。美国2012年资助的22个储能项目中液流电池占到12个,且规模最大的也是液流电池。加拿大安大略省2015年招标的5个储能项目中,液流电池技术中标了4个。
“纽约消防局稍早前已批准钒液流电池可以用于商业、学校和医院,这是继铅酸电池之后,纽约批准第二个的电池类别。钒液流电池的电化学可逆性能要超过我在实验室层面研究过的所有代表先进技术的电池。充放电循环次数已经不是该电池寿命的决定因素。”美国能源部电网储能项目顾问、西北太平洋国家实验室电网储能原首席执行官杨振国博士说。
在张华民看来,安全性、全生命周期的性价比和环保性是大规模储能需要强调的重要指标,而这正是全钒液流电池的强项——性能卓越、环保优势明显,且能源效率与抽水储能相当。这使得全钒液流电池成为液流电池的首选技术路线,同时也成为钒资源综合利用的重要方向。
记者从会上了解到,国网辽宁电力公司运行管理的辽宁卧牛石风电场全钒液流电池储能系统自2013年3月投运以来,在削峰填谷和减少弃风上发挥了重要作用,截至2015年底,该系统共减少弃风近760万千瓦时,获得直接经济效益逾460万元。
此后,国网辽宁电力公司又陆续投运了两座储能电站,分别为和风杨家店储能电站(锂电池和全钒液流电池)和黑山龙湾储能电站。“从2015年的运行数据看,这三个风电厂的利用小时数都在2100小时以上,远高于全网平均利用小时数1780小时。”国网辽宁电力有限公司副总经理王芝茗指出。
据介绍,目前该公司正在进一步探索储能技术在微网领域应用,欲通过示范工程进一步验证百兆瓦级大规模储能系统在调峰、电网应急及事故情况下的作用。
产业发展前景广阔
“储能技术在新能源系统中,特别是在分布式能源系统中的作用会越来越重要。但它现在还处在技术创新发展的起步阶段,尚未形成规模产业。如何解决好当前存在的问题,更好向产业化推进非常重要。”原国务院参事、北京国际能源专家俱乐部名誉理事会副主席石定寰说。
“储能的最高境界就是有储能而尽量少用储能,储能的效率体现和电网的运行方式有一定关系。”王芝茗指出。
在与会专家看来,全钒液流储能系统与整个电力系统的匹配性、可靠性、温度窗口进一步放开等方面还有待提升,还需要在“好用”上更加“看得见、摸得着”。
以风电场储能示范项目经验为例,“目前整个风电场的协调控制系统,如何与储能系统匹配,实现有机协调,仍然不够理想,且现行风电技术国际上的一些条款已不能适应未来发展需要。未来风电场整体的优化协调配置,以及技术国标如何纳入储能技术,将是下一步的工作方向。”国家电网总工程张启平说。
杨振国认为,参照美国、日本、欧洲现有技术水平,如果仅靠削峰填谷,全钒液流电池目前尚无法收回成本,所以储能还要拓展更多应用渠道“提升价值空间”。
在亚洲开发银行能源技术总工翟永平看来,符合政策导向、技术全生命周期具备环保性的储能技术,仍需要量化考量。他认为,从投资角度讲,需求满足要比技术解决方案更关键。“亚行注重技术的环境效益、社会效益评价,即便财务评价不高,我们也会支持。如果全钒液流电池技术找到合适的应用渠道,我们非常愿意提供资助。”
当前储能行业补贴一直争议不断,不少专家认为“与其给储能补贴,不如多给储能产业发展政策”。
“电力体制改革要求未来发电公司谋求成本领先战略,只有大幅降低成本才能更具竞争力。全钒液流电池产业发展要经过充分的市场竞争、开放局部技术、构建良好竞争氛围、加速成本降低、增强产业技术竞争力。”华电科学技术研究院原院长、南京自动化公司总经理应光伟说。
国家发改委气候战略与国际合作中心主任李俊峰则认为,通过电网优化调度削峰填谷,包括将燃煤电厂改为调峰电厂,将是未来几年政策上的首选。“‘十三五’期间,储能还只能维持在技术研发、示范工程和产业链建设阶段,国家应鼓励在适宜的地方优先选择液流电池技术,不再鼓励铅酸电池。”

■本报记者 陈欢欢

可再生能源发展一路高歌猛进的德国突然踩了一脚“刹车”。

6月8日,德国通过《可再生能源法》改革草案,对新能源发电提出种种限制措施,如规定可再生能源发电上限以减少产能过剩、停止对新建电厂补贴等。分析指出,“刹车”说明德国过分关注可再生能源发电,而电网改造和储能发展相对滞后。

该草案发布时,中科院大连化学物理研究所首席研究员、大连融科储能技术发展公司副总经理、总工程师张华民正在德国参加国际液流电池论坛。他告诉《中国科学报》记者:“德国电池储能技术确实滞后,但对我们来说也是巨大的商机。”

据悉,融科储能的产品目前应用于德国两个项目,还有两个项目即将实施。

德国能源转型一直是各国的标杆,目前,可再生能源已经为德国提供了近1/3的电力。但在储能技术路线上,德国并未锁定储能电池,而是提出电转气——用多余电量电解水制氢气,添加到天然气管网中燃烧,或者制成甲烷发电。张华民认为,后一种方法经济性较差。

国际液流电池论坛已举行七届,张华民参加了其中六届,参加人数从最早的五六十人上升到今年的300多人,最近几届都在德国召开。6月13日,德国总理默克尔访华期间,张华民又应邀参加了在北京举行的第八届中德经济技术合作论坛。他认为,业界对储能装置是推进可再生能源普及应用的核心技术已形成共识,在具体技术路线上,全钒液流电池正在得到更多人的认可。

德国也已经开展了电池储能的应用示范。除了已参与的两个微网项目,融科储能即将参与一个约10兆瓦/40兆瓦时的项目,用于电网调峰和可再生能源微网供电。

全钒液流电池是一种利用钒离子价态变化实现电能存储与释放的电池,具有安全性好、储能规模大、寿命长、生命周期性价比高、电解液可循环使用、环境友好等优点,适用于兆瓦以上大规模储能。

为了证明液流电池的安全性,张华民在大连的家里建了一套风光储一体化系统:屋顶是太阳能板,院子里有风机,车库里是全钒液流电池。从2009年开始,这个家就不再使用化石能源。如今,这里已经成为国内外业界人士的参观“景点”。

“国内总有一部分人认为外国的月亮比中国圆,外来和尚念经好。我们在申报项目时,曾有领导问我,液流电池外国人做得怎么样,我说外国人不如我。领导说可能吗?”张华民回忆道。
事实证明,中国产品的质量不容置疑。

大连化学物理研究所同融科储能已经合作了10多年,团队的共同目标是掌握液流电池全产业链核心技术,摆脱任一环节受制于人的局面。通过在关键材料、核心部件、系统集成及系统解决方案等方面平行开发,融科储能在产业链的关键环节——高性能全钒液流电池电解液、高导电性双极板、高性能低成本离子传导膜、高功率密度电堆等方面都掌握了国际领先的技术,形成完整的自主知识产权体系。

全钒液流电池作为一种产业化初期的产品,在国际上并无几家企业能提供成熟的商业化产品。融科储能也成为目前全球唯一一家掌握全产业链技术的企业,不仅储能系统出口德国和美国,电解液也已经出口美、日、德、英等国,市场占有率接近90%,电堆出口美国。

向德国这样一个严谨的现代工业国家输出高技术产品,压力大不大?

“我们对产品质量有信心,没有感到压力。”张华民表示,向德国输出高技术产品必须保证可靠度。

国务院参事石定寰日前评价称,融科储能全钒液流电池的性能指标处在国际前列。“我国可再生能源发展多方面落后于国际,但储能领域基本同步,有些甚至超前。”石定寰说。

2016年或是储能元年

由于全钒液流电池的国际标准尚未颁布,融科储能的第一套装置在向德方客户交付前,还专门安排了德方的评价专家组进行检测。

2013年,张华民向国际电工委员会提出做“液流电池通用技术条件和检测方法”国际标准的提案,得到几乎所有成员国的赞同,唯独日本以“为时尚早”为由投了反对票。结果,提案通过后,日本也提出做国际标准。最后经IEC协调,达成了中国做通用技术标准和测试方法标准、日本做安全标准、欧洲做术语标准“三分天下”的方案。

“在标准上我们还是走在了前面。”张华民说。

买球网站,有了标准之后,成本成为最大问题。目前,融科储能已经将成本从每千瓦时一万元降到三千多元。“我们的目标是两千元出头。”张华民透露,融科储能年产300兆瓦的全钒液流电池储能装备基地下半年将部分启用,成本将进一步降低。

除了国际市场,在国内,融科储能同国电龙源合作的卧牛石5兆瓦/10兆瓦时全钒液流电池储能电站是当时全球最大规模的商业化项目,如今已成功并网运行3年多。

“融科储能实施了近30项商业化应用示范工程,不仅具有成本优势,更具有技术优势。”张华民说。

目前,国际技术咨询公司普遍预计,到2020年将形成千亿美元规模的储能市场。对此,张华民表示:“时间节点我不敢说,但这个市场规模早晚会到。在国内,只要国家出台像电动车、太阳能发电发展初期的产业政策,市场将会快速发展。”

他判断:“2016年将会是储能元年。”

《中国科学报》 (2016-06-29 第4版 综合)

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