液流電池作為一種比較成熟的新型儲能技術受到了廣泛的關注，擁有安全性高、循環(huán)壽命長等特點，并且可以與間歇性可再生能源相配合。目前，主流的液流電池可以根據(jù)電解液體系的不同劃分為全釩液流電池、鋅溴液流電池、鐵鉻液流電池、鋅鐵液流電池等技術路線。就目前國內(nèi)的液流電池發(fā)展而言，全釩液流電池發(fā)展得最為突出，商業(yè)化程度最高，裝機規(guī)模也最大，國內(nèi)從事全釩液流電池的企業(yè)和產(chǎn)業(yè)配套都趨于成熟，逐漸進入了商業(yè)化初期的進程，并且發(fā)展迅猛。相較于鋰資源，我國釩礦資源較為充足，不會出現(xiàn)短缺現(xiàn)象。鐵鉻液流電池則主要受限于其陰極嚴重的析氫反應，并且鉻離子活性較差，須配合催化劑使用。雖然其原材料廉價易得，但其電池效率和整體功率密度難以穩(wěn)定，因此主要還在工程化示范階段，其發(fā)展也遠落后于全釩液流電池。另外鉻的供應海外依存度接近100%，這是一個潛在的風險。鋅溴、鋅鐵液流電池在國內(nèi)發(fā)展進度稍遜于國外，它們具有較高的能量密度以及較低的材料成本等特性，但鋅基液流電池在長循環(huán)過程中，電解液中的鋅離子容易擴散至電極表面的凸起處，形成鋅枝晶，鋅枝晶的不斷生長會刺破隔膜，最終導致電池短路失效。因此，鋅基液流電池必須解決鋅枝晶形成和生長的問題，才能實現(xiàn)真正的應用。其后續(xù)商業(yè)化前景廣闊，但目前國內(nèi)的技術路線和產(chǎn)業(yè)鏈尚不成熟，處于初期階段，還需要不斷創(chuàng)新發(fā)展才能實現(xiàn)大規(guī)模應用。
截至2020年底，全球正在運行的儲能項目累計裝機容量達到191.1吉瓦，其中抽水蓄能累計裝機容量最大，占比90.3%。同時，電化學儲能的裝機容量緊隨其后，占比7.5%，包括鋰離子電池、鉛酸電池、鈉硫電池和液流電池等。不久前，國家發(fā)改委、國家能源局印發(fā)的《'十四五'新型儲能發(fā)展實施方案》也明確提出要大力開展鈉離子電池、新型鋰離子電池、鉛炭電池、液流電池等關鍵核心技術、裝備和集成優(yōu)化設計研究。國家能源局還在《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項重點要求（2022年版）（征求意見稿）》中，明確了對新興電化學儲能技術的安全性提出了具體要求，明確將三元鋰離子電池、鈉硫電池從中大型電化學儲能可選方案中剔除。液流電池在工程化和商業(yè)化上還存在一定挑戰(zhàn)，目前液流電池的示范項目數(shù)量偏少，基本以MW級別為主，混合型示范居多，結合鐵鋰、三元等鋰離子電池混合應用與考察，全液流電池獨立示范項目偏少。截至2021年底，中國液流電池累計裝機量規(guī)模約合200MW，占儲能累計裝機量比例約為0.4%，但其裝機量正在飛速提升。據(jù)有關機構測算，以2025年電化學儲能累計30GW計算，隨著釩電池商業(yè)化推廣的加速，預計2025年全釩液流電池新增裝機可達1.7GW，新增滲透率達20%；同時到2025年釩電池累計裝機可達4.3GW，累計滲透率達14%。全釩液流電池累計裝機2020-2025年CAGR達112%，釩液流電池市場前景廣闊。
目前，對于釩液流電池儲能來說高成本是阻礙其商業(yè)化的最大因素。我國全釩液流電池初裝成本雖低于國際水平，但與鉛蓄、鋰離子電池相比依然處于較高水平，鉛蓄和鋰離子電池受快速發(fā)展帶來的規(guī)模效應影響，近年成本下降較快，導致其增量遠多于液流電池。目前，全釩液流電池儲能系統(tǒng)的EPC成本約在3-4元/Wh，為鋰電池系統(tǒng)的兩倍左右。雖然根據(jù)相關測算，預計在2030年可以將成本下降一半，但仍會高于市面上其它較有競爭力的電池體系。
全釩液流電池系統(tǒng)成本受關鍵材料、電堆結構、操作條件等多因素的影響。釩電池儲能系統(tǒng)中，成本占比最大的為釩電解液，占總成本的40%左右，電堆成本達到35%以上，其它占25%左右。我們在之前的文章中對全釩液流電池的降本路徑做了一定分析，主要集中在一方面提高材料的化學循環(huán)穩(wěn)定性，使得材料在液流電池中能夠擁有更長的使用壽命，從而降低系統(tǒng)整體成本；另一方面降低使用材料的成本，將液流電池中成本占比最高的電解液以及電堆的生產(chǎn)成本降低，從而降低釩電池整體成本；此外，也包括提高系統(tǒng)整體性能，實現(xiàn)在輸出功率不變的情況下，降低電堆尺寸，從而降低材料用量。而對于液流電池儲能系統(tǒng)來說，還有一些實際應用上的問題需要繼續(xù)優(yōu)化。比如說，電解質(zhì)溶解度低會導致能量密度低，電極的孔隙率會影響電池的極化和能量效率。此外，流場結構的設計會增加傳質(zhì)阻力，膜選擇性可能會導致離子交叉滲透和電解質(zhì)失衡。然后，建模精度問題導致對性能參數(shù)的估計不準確，從而導致電池性能下降；堆疊布局導致傳輸延遲和濃度極化。上述問題都可能制約全釩液流系統(tǒng)的快速推廣。在工程上可能會影響電池性能的問題包括組件的電化學退化、電解液泄漏和關鍵組件的機械故障等。在全釩液流電池運行過程中存在電解液分布不均、流動死區(qū)、釩離子擴散、析氫氧副反應、電解液失衡、容量衰減、自放電、傳質(zhì)阻塞、局部極化等現(xiàn)象，從而導致電池效率下降，影響電池的整體性能。這些問題需要通過流場設計、流量優(yōu)化、堆棧優(yōu)化、降低能耗等運行優(yōu)化策略來解決，使全釩液流電池系統(tǒng)運行在最優(yōu)狀態(tài)。因此，通過優(yōu)化電池運行以提高整體電池性能并降低關鍵部件的成本，可以進一步推動釩電池的廣泛商業(yè)化。在此背景下，全釩液流電池系統(tǒng)的結構設計和運行優(yōu)化是提高電池性能的一種重要方法，通常不需要巨大的改進成本，因此運行參數(shù)的優(yōu)化在電池系統(tǒng)的工業(yè)應用中具有重要意義。雖然全釩液流電池具有能量密度低、操作復雜等問題，但優(yōu)點也非常突出：不易燃安全風險低，使用壽命長且電解質(zhì)可回收，電池容量可靈活擴展適宜于將來增加放電時長的需求，可在不損壞電池的情況下實現(xiàn) 100% 放電等。因此，全釩液流電池非常適用于中大規(guī)模儲能應用，特別是在光伏、風能等新能源領域。其成敗就在于是否能集全行業(yè)之力通過以下幾個途徑來降低初裝成本：- 研發(fā)生產(chǎn)成本更低的替代性材料；
- 分工細作，通過標準化和規(guī)?；a(chǎn)來降低各部件的加工成本；
- 優(yōu)化部件設計、工程建設、及系統(tǒng)運行參數(shù)，實現(xiàn)更高的系統(tǒng)效率。
往期更多內(nèi)容：
全釩液流電池的成本結構分析以及提效降本路線
液流電池用雙極板的類型與改進方向
全釩液流電池材料行業(yè)深度報告
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國家能源局：三元鋰電池、鈉硫電池不得用于中大型儲能
