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100MW/400MWh全钒液流储能电站落地湖北武汉!全钒液流电池到底怎么样?

文章来源:北极星储能网 点击量:84 时间:2018-12-22

北极星储能网获悉,12月19日,湖北首个百兆瓦级全钒液流储能电站落户武汉临空港经济技术开发区(东西湖区)。此次签约的项目是武汉市首个百兆瓦级全钒液流储能电站,将作为备用电源协助电网进行谷电峰用(削峰填谷)、智能电网、高精企业应急等供电服务。

据了解,该项目总投资60亿元,项目投资方是湖北平凡瑞丰新能源公司。一期将建设100MW全钒液流储能电站项目,二期将建设100MW储能设备集成项目和储能研究院。项目全面建成投产后,预计年销售额达30亿元人民币。百兆瓦级全钒液流储能电站每次充电4小时,即储蓄40万度的电能容量,一年可储蓄/释放1460万电能,可以为电网安全提供坚强保障。

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全钒液流电池特点与应用前景

为满足不同应用领域的需要,行业内已经研究开发出多种储能技术,摸索出了各种储能技术及其适用范围,这些储能技术具有各自的特点和适用领域。一般说来,风能、太阳能等可再生能源发电系统对储能技术的功率和可逆存储容量有较高的要求。抽水储能技术、液流电池技术、锂离子电池技术、超级铅酸电池技术等在大规模储能技术领域具有较好的应用前景。

液流电池的概念是由L.H.Thaller(NASA Lewis Research Center, Cleveland, United States )于1974年提出的,该类电池通过正、负极电解质溶液中的活性物质在电极上发生可逆氧化还原反应(即价态的可逆变化)实现电能和化学能的相互转化。充电时,正极发生氧化反应、活性物质价态升高;负极发生还原反应、活性物质价态降低;放电过程与之相反。液流电池的正极和负极电解质溶液储存于外部的储罐中,通过泵和管路输送到电池内部进行反应。从理论上讲,不同氧化还原电堆可以组成多种液流电池。全钒液流电池则是以不同价态的钒离子作为活性物质,通过钒离子价态变化实现化学能和电能相互转变。

与其他大规模储能技术相比,全钒液流电池技术具有众多优势。

主要优势特点

第一,全钒液流电池储能系统运行安全可靠,可循环利用,生命周期内环境负荷小、环境友好。全钒液流电池储能系统的储能介质为电解质水溶液,安全性高。

第二,全钒液流电池储能系统的输出功率和储能容量相互独立,设计和安置灵活。输出功率的大小由电堆的大小和数量决定,而储能容量的大小由电解质溶液中钒离子的浓度和体积决定。全钒液流电池系统的输出功率在数百千瓦至数百兆瓦范围,储能容量在数百千瓦时至数百兆瓦时范围。

第三,全钒液流电池的工作原理是通过电解液中钒离子价态的变化,实现电能的存储和释放。反应的可逆性好无相变化,电解液在电池内部的电极内连续流动,充放电状态切换响应迅速。充放电循环次数在15000次以上,使用年数在15年到20年,生命周期的性价比高。

第四,全钒液流电池中正负极电解质溶液均为同种元素,电解质溶液可以通过在线再生反复循环使用。电堆及电池储能系统主要是由碳材料、塑料和金属材料组合而成的,当全钒液流电池系统废弃时,金属材料可以持续使用,碳材料、塑料可以作为燃料来加以利用。因此,全钒液流电池系统全生命周期内环境负荷较小、环境非常友好。

第五,价格便宜。近年来,随着全钒液流电池材料技术和电池结构设计制造技术的不断进步,电池性能不断提高,电堆的能量效率可保持在80%以上,工作电流密度由原来的60-80mA/c提高到150mA/c。电池的功率密度提高了1倍,而且在此条件下,成本大幅度降低。尽管研究开发周期很短,国家的投入很低,对于1MW/5MW规模的全钒液流电池储能系统已由2013年的7000元/kWh下降到2016年3500元/kWh。而且,充放电循环次数在16000次以上,所以,其生命周期的成本是非常低的。

第六,全钒液流电池储能系统采用模块化设计,便于系统集成和规模放大。全钒液流电池电堆是由多个单电池按压滤机方式叠合而成。全钒液流电池单个电堆的额定输出功率一般20千瓦到40千瓦之间;全钒液流电池储能系统通常是由多个单元储能系统模块组成,单元储能系统模块额定输出功率一般在100千瓦到300千瓦之间。与其它类型的电池相比,全钒液流电池电堆和电池单元储能系统模块额定输出功率大,便于全钒液流电池储能系统的集成和规模放大。

第七,具有较强的过载能力和深放电能力。全钒液流电池储能系统运行时,电解质溶液通过循环泵在电堆内循环,电解质溶液活性物质扩散的影响较小;而且,电极反应活性高,活化极化较小。所以,全钒液流电池储能系统具有很好的过载能力。而且,全钒液流电池放电没有记忆效应,具有很好的深放电能力。

第八,液流电池的能量密度偏低,全钒液流电池更适于固定式的大规模储能电站。

产业化应用看好

大规模电池储能技术需要满足一些基本的要求,即安全性高;生命周期的性价比高;经济性好;生命周期的环境负荷低,环境友好等。相比之下,在众多的储能技术中,液流电池储能技术具有能量转换效率高、蓄电容量大、选址自由、可深度放电、安全环保等优点,成为大规模高效储能的首选技术之一。而在众多液流电池中,全钒液流电池储能技术是产业化应用最多的液流电池储能技术。普能世纪预测到2023年液流电池整个市场的话将会达到一个千亿的规模。

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全钒液流电池储能代表项目

辽宁

辽宁电网首座电池储能示范项目——卧牛石风电场5MW/10MWh全钒液流电池储能示范电站,于2012年5月动工,建设在风电场升压站内,按10%比例配备储能系统,由5组1000千瓦全钒液流储能子系统组成,包括储能装置、电网接入系统、中央控制系统、风功率预测系统、能量管理系统、电网自动调度接口、环境控制单元等。该系统采用350千瓦模块化设计,单个电堆额定输出功率为22千瓦,提高了项目建设效率,确保了储能设备的利用率。全钒液流电池储能系统能够减少风力发电波动给电网稳定运行带来的冲击。在此基础上,能够通过智能控制,配合风场的运行策略,存储和释放电能,与电网友好互动,提升电网接纳可再生能源的能力、整体运行质量和可靠性。

大连液流电池储能调峰电站项目,建设规模为200MW/800MWh,一期建设100兆瓦/400兆瓦时,待建成稳定运行后,再建设二期工程。大连液流电池储能调峰电站是国家能源局批准的我国首个大型化学储能国家示范项目,主要用于推广电力系统储能新技术,提高辽宁电网的调峰能力。该项目得到国家、省上级有关部门的高度重视。该电站电站项目于2016年4月启动,采用的是国内自主研发、具有自主知识产权的全钒液流电池储能技术,建成后将成为全球规模最大的全钒液流电池储能电站。辽宁电网位于东北电网的南端,以往电源结构以燃煤发电机组为主,调峰能力不足。液流电池储能调峰电站的建设,将提高辽宁尤其是大连电网的调峰能力,改善电源结构,提高电网经济性,促进节能减排。同时,调峰电站也避免了“弃风弃光”,为风电等新能源的大规模开发提供支持。

湖北

湖北枣阳10MW/40MWh光储用一体化示范项目一期3MW/12MWh,普能公司提供了3MW/12MWh全钒液流电池储能系统,其中首个模块已经成功交付、实现并网运行,整体储能系统建成后将帮助湖北平凡集团园区高效利用屋顶太阳能发电,依靠该储能系统、利用电力峰谷差价套利而迅速获益,为企业减少电费开支并适时为电网提供辅助服务等。

继该项目后,湖北省襄阳市已经规划了更大的100MW/500MWh储能项目,积极推动、实现2017年中国政府宣布的要实施多个100MW级全钒液流电池储能电站的目标。

四川

乐山市第二污水处理厂自去年9月开始启用乐山创新储能技术研究院有限公司生产的四川省最大全钒液流储能示范工程,项目规模80 kW/480 kWh。设备开启后,管理人员可以通过全钒液流氧化还原电池储能监控系统对电池的运转情况进行实时监控,及时掌握相关数据。第二污水处理厂技术员罗科介绍说,新型储能电池在污水厂的投用,不仅有效降低了使用传统储能设备带来的环保压力,也帮助缩减了污水处理厂的电费成本。

湖南

湖南长沙电池储能电站项目将分为两期建设,一期建设规模60MW / 120MWh,采用磷酸铁锂电池储能技术,二期投资4.1亿元,建设规模60MW / 120MWh,以磷酸铁锂电池储能技术为主,并考虑适当加入全钒液流电池储能技术以辅助,预计2019年迎峰度夏前建设完成。

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全钒液流电池代表企业

北京普能世纪科技有限公司

北京普能世纪科技有限公司创立于2007年1月,2009年1月实现对加拿大VRB Power Systems公司的资产收购,为普能公司带来超过十年的钒电池领域研发经验。从事全钒液流电池储能系统的研发、制造,并提供与新能源配套的大规模储能技术解决方案的全球领先公司,拥有全球钒液流电池储能领域内的众多核心专利。总裁黄绵延博士是十二五国家863计划全钒液流电池储能技术开发项目首席专家,是国内最早从事储能技术商业化推广的领军人物之一。普能世纪第一次引入电池液租赁的模式,引入金融资本将占整个系统投资的40%-50%的电池液资本化, 20年使用之后完全回收,让客户只需支付电池液租赁的费用,有效控制项目成本推进项目落地实施。

张北国家风光储输示范工程20MW储能项目中,普能公司提供并建设了其中的2MW×8MWh全钒液流电池储能系统。普能公司参与建设湖北枣阳光储用一体化示范项目一期3MW/12MWh全钒液流电池储能项目,首个250kW/1MWh储能模块已经成功交付、实现并网运行,整个项目将在2018年底建成,届时将会是国内规模最大的液流电池储能项目。

大连融科储能技术发展有限公司

大连融科储能技术发展有限公司(简称融科储能)是2008年由中国科学院大连化学物理研究所和大连博融控股集团有限公司共同出资组建,是全球唯一具备全钒液流电池全产业链技术开发和生产能力的企业,是国内领先、国际知名的储能解决方案及液流储能电池技术服务商。主要从事于储能解决方案及液流储能电池工程化、产业化的高技术企业。建有液流储能电池研发中心和中试生产车间等一些列高科技市场化的主力部门。主营业务涵盖了液流储能电池的基础材料、规模化生产、电池系统集成、应用示范与市场推广等多个方面。融科储能已申报国内外发明专利百余项,并先后被国家发改委和能源局批准为“国家地方联合工程技术中心”、“国家能源液流电池储能技术重点实验室”。公司承担了多项国家973、863重大技术攻关项目,是国际电池标准制定牵头单位。

河北钢铁集团承钢公司

河北钢铁集团承钢公司成立于2010年,是中国钒钛磁铁矿高炉冶炼技术的发祥地,钒钛资源综合开发利用产业化技术处于世界领先水平,被誉为中国北方钒都,是世界500强企业河钢集团一级骨干子公司。公司设有钒钛事业部,目前河钢承钢已开发出多项工艺成熟、具有自主知识产权的适用于全钒液流电池的高纯钒氧化物制备技术及商用电解液制备技术。采用新工艺制备的钒电池用高纯五氧化二钒克服了以往高成本、稳定性差、回收率低等常见问题。围绕提高化工级高纯五氧化二钒清洁生产进行研究,以一步还原制备电解液为特色的高效提纯技术路线,制备出杂质含量低、产品稳定性高、生产成本低的高纯高性能钒电池电解液。成功研发出的商用钒电解液系列检测技术,为商用钒电解液及钒电池开发研究与规模化生产提供了完备、准确的数据支撑,检测方法达到同领域国际先进水平,填补了国内钒电池理化检测技术空白。

11月27日下午,河钢承钢与住友电气工业株式会社就全钒液流电池储能系统产业化技术合作签署备忘录,双方将在钒电池技术开发、市场开拓等领域进一步深化合作,发挥互补优势,构筑和促进中国钒电池市场开拓及项目建设,拓展钒资源产业链条延伸,推进全钒液流电池储能产业发展。

承德新新钒钛储能科技有限公司

承德新新钒钛储能科技有限公司于2015年注册,经营范围包含生产加工储能设备;全钒液流储能电池及其零部件、钒电池专用质子膜、一体化双极板、硫酸氧钒生产、销售及进出口业务;电解液生产、销售、租赁及进出口业务;储能电池系统设计、开发与应用;储能技术咨询与技术服务、技术进出口。2017年其15kW钒电池电堆模块”项目通过科技成果评价。2018年有申请液流电池的密封结构及其电堆发明专利。日前,公司以3781.7万元中标河北东梁风电场丰宁森吉图全钒液流电池风储示范项目一期工程,提供全钒液流电池储能系统设备。

乐山创新储能技术研究院有限公司

乐山创新储能技术研究院由乐山晟嘉电气股份有限公司设立,与中科院大连化物所有签署合作协议,国际著名燃料电池和液流电池专家张华民任“名誉院长”。研究院根据储能行业发展的战略需求主要从事前沿及共性储能技术、储能装备及关键材料的研究、生产和销售,全面接轨市场化机制,力争成为国内、国际知名的新型研发机构。已经成功开发了20千瓦时的电池单堆,并应用在四川省最大的全钒液流电池储能示范工程。该产品采用了全球首创的“电堆焊接密封技术”,从根本上解决了传统的胶圈密封技术的漏液问题,大大提高电池使用寿命、安全性和环境友好,并同时实现电池高效率循环。

北京金能世纪科技有限公司

北京金能世纪科技有限公司GEC (Golden Energy Century Ltd) 于2011年4月6日创立,前身是世界著名的全氟离子膜、燃料电池、钒电池(全钒液流电池)专家郑重德教授的私人实验室——郑重发明室。郑重德教授世界首创全氟离子膜,先后研制成功中国第一个5kW氢/空气燃料电池、中国第一辆燃料电池电动汽车、中国第一辆燃料电池电动自行车、世界第一个燃料电池手机、世界最宽温高比能钒电解液、新型低流阻低自放电钒电池电堆及全模块化高能效钒电池。拥有世界领先的全球最高性价比储能钒电池专利技术,在钒电池用全氟离子膜、电极、电堆、电解液以及钒电池全系统模块化方面有着巨大的技术优势、产品优势和成本优势,已在山西、湖南等地建设了钒电池生产基地,完成了60MW/360MWh钒电池生产线建设,并成功推出了光伏发电、风力发电、智能电网、谷电峰用、分布电站、通讯基站、UPS/EPS、交通军事等领域的储能钒电池产品。8月31日,山西金能世纪与荷兰Enova公司签署20MW全钒液流电池战略合作协议,未来5年将会至少有接近3亿元的订单,双方将共同开发钒电池在欧洲的储能市场。

大力电工襄阳股份有限公司

大力电工襄阳股份有限公司成立于2002年,经营范围包括电机软起动、电气成套设备、电力电子设备、环保设备、电池储能系统的研发、设计、生产、销售及服务;合同能源管理服务等,在中高端市场竞争于ABB、西门子等国际知名品牌,与清华大学、武汉大学、华中科技大学等科研机构建立了紧密的合作关系。湖北省能源局发布能源科技装备企业和产品名录包含其产品“全钒液流电池及储能电站系统”。7月31日,华中最大的互联网数据中心——中国移动襄阳云计算中心有关人员应邀到襄阳大力电工生产制造基地参观新型储能电源——全钒液流电池,双方进行了深入交流和技术研讨,双方表示,将投入更多的资源,加紧完成相关的科学论证,尽快实现全钒液流电池在数据中心节能减排领域应用。