大連融科儲能全釩液流電池技術(shù)評估報告

北京國際能源專家俱樂部[1]

2016年4月23日下午，北京國際能源專家俱樂部推出清潔能源技術(shù)評估與推廣平臺(Technology Assessment and Dissemination, 簡稱TAD)，首選大連融科儲能技術(shù)發(fā)展有限公司(以下簡稱“融科儲能”)的全釩液流電池儲能技術(shù)作為評估與推廣的對象，進(jìn)行了深度討論與評估。

融科儲能成立于2008年，現(xiàn)有員工168人，是全球領(lǐng)先的全釩液流電池儲能方案服務(wù)商，也是全球具備全釩液流電池全產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)服務(wù)能力的企業(yè)之一。該公司以中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所為核心研發(fā)團(tuán)隊，自2000年開始液流電池技術(shù)的研究，于2010年建立了產(chǎn)業(yè)化技術(shù)平臺，成功實施了多項商業(yè)化應(yīng)用示范項目，在關(guān)鍵材料、電堆、成套裝備系統(tǒng)以及儲能解決方案等核心技術(shù)方面形成了完整的自主知識產(chǎn)權(quán)。

當(dāng)天參與評估活動的專家有：美國能源部電網(wǎng)儲能項目顧問、西北太平洋國家實驗室電網(wǎng)儲能原首席科學(xué)家楊振國、中國電力科學(xué)研究院電工與新材料研究所所長來小康、南京自動化公司總經(jīng)理、華電科學(xué)研究院原院長應(yīng)光偉、國家電網(wǎng)公司總工程師張啟平、國家氣候戰(zhàn)略與國際合作中心主任李俊峰和亞洲開發(fā)銀行能源技術(shù)總顧問翟永平6位專家。原科技部秘書長、國務(wù)院參事、北京國際能源專家俱樂部名譽(yù)理事會副主席石定寰先生也全程出席了活動，并給出了自己的意見。

會議聽取了大連融科儲能技術(shù)發(fā)展有限公司副總經(jīng)理兼總工程師張華民先生對該公司自主開發(fā)的全釩液流電池儲能技術(shù)介紹和國網(wǎng)遼寧電力有限公司副總經(jīng)理王芝茗先生對該技術(shù)在遼寧電網(wǎng)應(yīng)用的情況介紹，并在此基礎(chǔ)上開展了熱烈的討論。

一、綜合評估

在評估活動中，6位專家基于俱樂部開發(fā)的清潔能源技術(shù)評估體系，針對融科儲能的全釩液流電池儲能技術(shù)從四個維度進(jìn)行了評估。

根據(jù)專家們的打分，該技術(shù)在這四個維度的得分分別為：技術(shù)吸引力4.26分、市場潛力3.53分、政策環(huán)境3.30分、健康安全環(huán)境4.71分，見下圖。

二、技術(shù)吸引力

對于融科儲能的全釩液流電池儲能技術(shù)是否具備足夠的吸引力，專家們主要從技術(shù)的成熟程度、技術(shù)創(chuàng)新性(知識產(chǎn)權(quán)與專利情況)、技術(shù)復(fù)雜性，與同類技術(shù)或可替代技術(shù)相比的先進(jìn)性和優(yōu)劣勢等方面進(jìn)行了評估。對這一個維度，專家們的平均綜合打分為19.6分(滿分為23分，以5分制折算即為4.26分)。

技術(shù)成熟度

目前融科儲能已經(jīng)實現(xiàn)了商業(yè)化生產(chǎn)，進(jìn)行了30多個項目。融科儲能現(xiàn)有年生產(chǎn)能力50MW，2016年底儲能裝備產(chǎn)業(yè)化基地投產(chǎn)后，年生產(chǎn)能力將擴(kuò)大到300MW。截至2015年底，融科全釩液流電池儲能系統(tǒng)裝機(jī)量達(dá)到12.5MW，在建項目1.2MW。融科儲能的產(chǎn)品已經(jīng)出口美國、歐洲和日本等發(fā)達(dá)國家和地區(qū)，其中包括建成時全球最大規(guī)模釩電池儲能電站----沈陽法庫臥牛石風(fēng)電場(5MW/10MWh)、北美最大兆瓦級釩電池儲能電站—美國華盛頓州(1MW/3.2MWh)、歐洲最大兆瓦級釩電池儲能電站—德國漢堡北部(250kW/1MWh)。公司具備全產(chǎn)業(yè)鏈生產(chǎn)能力，電解液國際市場占有率達(dá)90%。在可再生能源并網(wǎng)、電網(wǎng)削峰填谷、微電網(wǎng)等不同應(yīng)用市場已獲得市場高度認(rèn)可。

技術(shù)專利水平

截至2016年3月，融科儲能共申請國家專利140余項，其中包括國際專利13項，已經(jīng)授權(quán)70余項，形成了覆蓋電池材料、電堆結(jié)構(gòu)、電池系統(tǒng)集成與控制，以及工程應(yīng)用等全產(chǎn)業(yè)鏈的自主知識產(chǎn)權(quán)體系。

融科儲能的釩電池技術(shù)獲得了多項獎勵，2014年獲得中科院杰出成就獎，2015年獲得國家技術(shù)發(fā)明獎二等獎，中國科學(xué)院十二五20項標(biāo)志性重大進(jìn)展成果之一， 2015中國原創(chuàng)技術(shù)獎。另外，融科儲能領(lǐng)軍國內(nèi)液流電池標(biāo)準(zhǔn)的制定，其中已有兩項國家標(biāo)準(zhǔn)和三項行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)頒布實施，并全面參與歐洲標(biāo)準(zhǔn)制定并成為國際電工委員會(IEC)聯(lián)合工作組牽頭人。

綜合先進(jìn)性

與其他儲能技術(shù)相比，全釩液流電池適用于電力系統(tǒng)的固定式大容量儲能系統(tǒng)，是可以提供長時間大馬力的“馬拉松”儲能手段。其主要優(yōu)勢包括：

1、安全性高，電池的儲能活性物質(zhì)為釩離子的稀硫酸的水溶液，釩電池系統(tǒng)在常溫常壓下工作，熱管理簡單，不存在爆炸、起火等安全問題;

2、循環(huán)壽命長，電池均一性好，可深度放電。由于電能儲存在電解液里面而非電極上，理論上可以無限次充放電。一定時間運(yùn)行后的容量衰退可以在線或離線恢復(fù);

3、生命周期的性價比高，約占整個成本30%~50%(根據(jù)儲能時長不同)的電解液可循環(huán)使用;

4、充放電特性良好，響應(yīng)速度快，可深度充放電，適合大電流快速充放電，充放電切換只需0.02秒;

5、功率和容量可獨(dú)立設(shè)計，功率和容量分別由電堆和電解液的屬性決定，儲能容量為數(shù)百千瓦時至數(shù)百兆瓦時，輸出功率為數(shù)百千瓦至數(shù)百兆瓦，尤其適合大規(guī)模儲能;

6、生命周期中環(huán)境友好，電解液可循環(huán)使用和再生利用，釩資源以及其他材料來源豐富，加工技術(shù)成熟，易于回收利用。同時該技術(shù)是釩資源綜合利用的重要方向。另外電池廢棄后，其他電池材料的回收與處理簡單，不會對環(huán)境造成破壞。

基于以上釩電池的特點，融科儲能經(jīng)過15年的深耕細(xì)作，已經(jīng)在以下核心技術(shù)取得突破：

1、高性能電解液規(guī)?；a(chǎn)技術(shù)：發(fā)明了高穩(wěn)定性、高反應(yīng)活性的多價態(tài)釩離子電解液穩(wěn)定化技術(shù)，開發(fā)出電解液在線容量恢復(fù)技術(shù)，解決了儲能系統(tǒng)長期運(yùn)行時的容量衰減問題，實現(xiàn)了150MWh/年電解液產(chǎn)能。近兩年已對外銷售100多兆瓦時的釩電解液，全球市場占有率達(dá)90%以上。

2、高性能碳塑復(fù)合雙極板材料的制造技術(shù)：發(fā)明了韌性好、高導(dǎo)電性、適用于組裝大功率電堆的碳塑復(fù)合雙極板的制備方法，價格是石墨雙極板的1/40，報廢后燒掉除了二氧化碳之外，沒有其他污染物。

3、高性能非氟離子傳導(dǎo)膜設(shè)計與制造技術(shù)：突破“離子交換傳導(dǎo)”機(jī)理的束縛，原創(chuàng)性提出“離子篩分傳導(dǎo)”機(jī)理，開發(fā)出高選擇性、高導(dǎo)電性、低成本的非氟離子傳導(dǎo)膜，環(huán)境友好，提高了釩電池的電池效率，申請國家發(fā)明專利50余件，國際專利6件，受到國際認(rèn)可。

4、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化電池模塊技術(shù)：研制出250kW、125kW、60kW、30kW系列的“ALL-IN-ONE”全集裝箱式和半集裝箱式電池模塊產(chǎn)品，可單獨(dú)使用，也可通過串并聯(lián)滿足客戶對各種功率和容量儲能系統(tǒng)的需求，安裝方便并可在線遠(yuǎn)程監(jiān)控。

5、優(yōu)異的耐久性：2007年做了加速壽命試驗證實液流電池具有優(yōu)異的耐久性，正常、連續(xù)運(yùn)行超1678天，超過四萬多小時，有效充放電循環(huán)是12420次。該試驗因其他原因被拆除而終止，檢測能量效率衰減只有5%，容量可通過技術(shù)手段恢復(fù)。

由于受釩離子溶解度的限制，和其他電池相比，全釩液流電池儲能密度偏低、體積較大。不適合于動力電池，適合用于大型固定儲能電站。另外，電池系統(tǒng)增加的管道、泵、閥、換熱器等輔助部件，使得全釩液流電池儲能系統(tǒng)較為復(fù)雜。

與會專家認(rèn)為，融科儲能的全釩液流電池技術(shù)在化學(xué)儲能這個技術(shù)領(lǐng)域，不僅是國內(nèi)領(lǐng)先，也是全球領(lǐng)先，其完整的自主知識產(chǎn)權(quán)體系和全產(chǎn)業(yè)鏈布局使得公司在相當(dāng)長一段時間內(nèi)很難被替代或超越。

三、市場潛力

對于融科儲能全釩液流電池技術(shù)的市場潛力，專家們主要從目標(biāo)市場規(guī)模、市場發(fā)展速度，以及經(jīng)濟(jì)性三個方面進(jìn)行了評估。各位專家的平均綜合打分為10.6分(滿分為15分，以5分制折算即為3.53分)。值得說明的是，專家們著重考慮的是國內(nèi)市場，而因支持電力系統(tǒng)儲能應(yīng)用的政策措施還沒到位，市場潛力評估受到了影響。

目標(biāo)市場

全釩液流電池技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)在介紹報告里作了詳細(xì)介紹。本報告按照評估專家的討論結(jié)果，試圖給出目標(biāo)市場的潛在規(guī)模。

全釩液流電池儲能技術(shù)在電力系統(tǒng)具有廣闊的應(yīng)用前景：

一是在風(fēng)電場、光伏電站配置其裝機(jī)容量的8%~10%的儲能系統(tǒng)就可以實現(xiàn)跟隨發(fā)電計劃，大幅度減少棄風(fēng)、棄光。按6%的調(diào)頻功率配置儲能，達(dá)到國標(biāo)對常規(guī)汽輪發(fā)電機(jī)組的調(diào)頻要求，可以有效緩解制約可再生能源替代化石能源大規(guī)模發(fā)展遇到的技術(shù)瓶頸問題;

二是在配電站配置其變電容量(即受電端日平均負(fù)荷)8%~10%儲能系統(tǒng)，同樣可以為電力系統(tǒng)提供6%的調(diào)頻功率和10%的尖峰電力，從而提高電力系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性和發(fā)、輸、變電設(shè)備的利用效率。

按照《十三五》規(guī)劃目標(biāo)，2020年我國風(fēng)電裝機(jī)容量將達(dá)到2.5億千瓦，光伏裝機(jī)總量1.5億千瓦，風(fēng)、光合并將達(dá)到4億千瓦。8-10%就是3200萬-4000萬千瓦，再按照每千瓦10000元的造價，市場規(guī)模就是3200-4000億元。受電端日平均負(fù)荷8%~10%的容量更加巨大，因為參照的不只是可再生能源電力，而是各大城市的用電量負(fù)荷(如北京是全年日均負(fù)荷為1100萬千瓦)。當(dāng)然，這樣的大規(guī)模儲能是否具備經(jīng)濟(jì)性需要另行研究，而液流電池也不可能100%占有這些市場。

此外，全釩液流電池在微電網(wǎng)、智能電網(wǎng)、分布式風(fēng)光儲一體化項目、用戶端需求響應(yīng)、代替柴油機(jī)作為備用電源，偏遠(yuǎn)地區(qū)供電、電動車充電站、通訊設(shè)備備用電源等領(lǐng)域也具有很大的市場潛力。

按照中關(guān)村儲能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟的統(tǒng)計，截止2015年底，中國累計運(yùn)行儲能項目(不含抽水蓄能、儲熱、和壓縮空氣儲能)118個，累計裝機(jī)規(guī)模105.5MW，占全球儲能項目總裝機(jī)的11%。該聯(lián)盟預(yù)測，到2020年，中國儲能裝機(jī)規(guī)模(不包括抽水蓄能和儲熱)可達(dá)14.5GW(按照歷史增長率、企業(yè)項目規(guī)劃和十三五可再生能源發(fā)展目標(biāo)所得出的常規(guī)預(yù)測)，甚至24.2GW(基于儲能產(chǎn)業(yè)配套政策出臺、能源互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展和電力體制改革落地實施所得出的理想預(yù)測)。

眾多國際專業(yè)研究機(jī)構(gòu)都對儲能技術(shù)的市場前景進(jìn)行過預(yù)測。麥肯錫預(yù)測2025年儲能技術(shù)對全球經(jīng)濟(jì)價值貢獻(xiàn)將超過1萬億美元。國際咨詢機(jī)構(gòu)PiperJaffrey 和 Boston Consulting 預(yù)測2020年全球儲能技術(shù)的市場容量在4000-6000億美元左右。PikeResearch 預(yù)測液流電池在2021年電力儲能的市場份額中會占到三分之一。

會議當(dāng)天各位專家雖然無法對融科儲能所面對的目標(biāo)市場進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測，但是大家一致認(rèn)為未來的市場前景極為可觀。

市場發(fā)展速度

對于未來國內(nèi)市場的發(fā)展速度，專家們認(rèn)為很難準(zhǔn)確估計，因為現(xiàn)在市場和企業(yè)都在等待著國家能夠盡快出臺儲能產(chǎn)業(yè)政策。政策何時出臺、具體法規(guī)會是怎樣的，這對市場的發(fā)展會有著至關(guān)重要的影響。即使基于這種不確定性，諸位專家也都選擇了“快”或者“非?？?rdquo;做為答案，一位專家還比較樂觀地指出，市場的增長應(yīng)該是階梯性增長。另外，專家們沒有太多關(guān)注國際市場，而歐洲、美國、澳大利亞和印度儲能市場的發(fā)展非常迅速。

技術(shù)經(jīng)濟(jì)性

專家們一致認(rèn)為融科儲能的全釩電池技術(shù)雖然是新興技術(shù)，價格較高，但成本已經(jīng)在逐漸降低，與國際競爭對手相比具有比較強(qiáng)的競爭力。

專家們一致認(rèn)為融科儲能的全釩電池技術(shù)雖然是新興技術(shù)，價格偏高，但隨著釩電池技術(shù)的進(jìn)步，融科儲能的釩電池成本已呈現(xiàn)出大幅下降趨勢，與國際競爭對手相比具有比較強(qiáng)的競爭力。隨著釩電池大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)以及自主研發(fā)的離子傳導(dǎo)膜的應(yīng)用，預(yù)計到2020年，電池系統(tǒng)成本將下降到2500元/kWh。另外，由于占釩電池30~50%成本的釩電解液是可以再生、循環(huán)利用的，未來可通過合同能源管理、融資租賃等金融手段進(jìn)行交易管理，這樣可以進(jìn)一步降低客戶的投資成本。

作為大規(guī)模儲能技術(shù)，抽水蓄能還是最經(jīng)濟(jì)的手段。在現(xiàn)今的化學(xué)儲能技術(shù)中，只有在中國制造的鉛酸蓄電池可與抽水儲能相比，但鉛酸蓄電池的壽命太短，生命周期的每千瓦時價格還是太高。所有新興技術(shù)，包括液流電池每千瓦造價與抽水儲能相比還有距離。不過隨著技術(shù)進(jìn)步和規(guī)模化生產(chǎn)應(yīng)用，成本還會不斷下降。

四、政策環(huán)境

對于全釩電池技術(shù)所面臨的國內(nèi)政策環(huán)境，專家們主要從產(chǎn)業(yè)政策支持度和市場開發(fā)程度兩個方面進(jìn)行了評估。各位專家的平均綜合打分為6.6分(滿分為10分，以5分制折算即為3.30分)。

目前儲能重要性已被上升到國家戰(zhàn)略層面，但尚無具體的激勵政策。在2015年3月的《關(guān)于進(jìn)一步深化電力體制改革的若干意見》中提出，要求積極發(fā)展融合先進(jìn)儲能技術(shù)、信息技術(shù)的微電網(wǎng)和智能電網(wǎng)技術(shù)，提高系統(tǒng)消納能力和能源利用效率。但是目前儲能充放電沒有價格，輔助服務(wù)沒有定價，調(diào)頻也沒有定價。從這個角度來講，雖然市場是相對比較開放的，相關(guān)政策還沒有到位。

2016年3月18日，“國家能源局關(guān)于推動電儲能參與”三北“地區(qū)調(diào)峰輔助工作”的通知為儲能技術(shù)開放了一個特定的電力市場 – 調(diào)峰輔助服務(wù)。該通知對發(fā)電側(cè)的儲能設(shè)施設(shè)立了最低10MW/4小時的功率和能量要求，在用電側(cè)沒有設(shè)立任何要求。

在儲能技術(shù)的應(yīng)用上，消納可再生能源、提高可再生能源比例，這些已經(jīng)沒有任何爭議?？墒侨绾未龠M(jìn)儲能技術(shù)的大規(guī)模發(fā)展，仍是核心問題。專家們認(rèn)為，盡管國家在多個文件里強(qiáng)調(diào)儲能技術(shù)的重要性，“十三五”期間，儲能仍然是一個技術(shù)儲備，進(jìn)行示范工作，還沒能看到大規(guī)模工業(yè)化和商業(yè)化推廣的前景。

五、HSE(健康、安全、環(huán)境)影響

HSE評價是對該技術(shù)在生產(chǎn)和應(yīng)用場景中對健康、安全與環(huán)境可能產(chǎn)生風(fēng)險的識別和評估。各位專家對這一維度的平均綜合打分為13.2分(滿分為14分，以5分制折算即為4.71分)。

各位專家一致認(rèn)為，融科的全釩液流電池技術(shù)對于人體健康和人身安全不存在隱患，是資源節(jié)約、環(huán)境友好、安全可靠的環(huán)保電池。從環(huán)境安全和影響角度來說，全釩液流電池本身非常安全，其儲能介質(zhì)為全釩離子的稀硫酸水溶液，不會發(fā)生火災(zāi)，不會發(fā)生爆炸，也不會出現(xiàn)不可控的化學(xué)反應(yīng)。而釩本身作為金屬可以回收，并且具有較好的剩余價值。溶解介質(zhì)雖然是稀硫酸水溶液，但電池本身的防漏措施目前已經(jīng)非常成熟，基本不存在泄露風(fēng)險。電解液可通過在線或離線再生技術(shù)恢復(fù)進(jìn)行循環(huán)利用;電極材料為碳塑復(fù)合材料(碳?xì)只蚴珰?，電池報廢后可以作為燃料燒掉,除CO2外無其他環(huán)境污染物。

雖然如此，全釩液流電池的電解液目前被列為危險化學(xué)品，而按照國家規(guī)定，危險化學(xué)品的存放和運(yùn)作需要有人值守。另外，全釩液流電池在工作過程中會產(chǎn)生少量的氫氣，需要一個通風(fēng)的工作環(huán)境，并配備氫氣的濃度監(jiān)測裝置。在寒冷地區(qū)還需要把電解液加溫，以保持電池性能。

六、技術(shù)發(fā)展前景與風(fēng)險分析

全釩液流電池儲能技術(shù)的發(fā)展方向包括提高電解液濃度等手段來提高能量密度和傳導(dǎo)膜技術(shù)的突破來繼續(xù)降低成本。

討論中，各位專家在共同認(rèn)可融科儲能全釩液流電池技術(shù)的國際領(lǐng)先性的同時也指出，融科儲能在技術(shù)上也還存在一些可以改進(jìn)的空間，比如說電池效率的繼續(xù)提高，系統(tǒng)的可靠性，適應(yīng)的工作溫度窗口是否可以繼續(xù)拓寬，能量控制系統(tǒng)的優(yōu)化，配套系統(tǒng)的穩(wěn)定性等。

有專家指出，目前國外制造商的電池成本約比融科儲能的價格要貴200美金/kWh。專家們認(rèn)為，未來成本的降低將主要來自于原材料和電力電子器件成本的進(jìn)一步降低，和規(guī)?；妥詣踊a(chǎn)帶來的整體成本下降，以及能源管理系統(tǒng)成本的下降。

另外，專家們還建議進(jìn)一步培育電網(wǎng)級儲能技術(shù)產(chǎn)業(yè)鏈。只有更多的企業(yè)進(jìn)入這個市場、打造更好、更完善的產(chǎn)業(yè)鏈、才能構(gòu)建更好的競爭氛圍，才能有商業(yè)模式的創(chuàng)新，從而促進(jìn)產(chǎn)品整個行業(yè)健康發(fā)展。

專家們認(rèn)為，全釩液流電池儲能技術(shù)在使用過程主要面臨兩大風(fēng)險：

首先是技術(shù)故障。液流電池的配套設(shè)備需要高可靠性的循環(huán)泵，高效的變流器，和優(yōu)秀的能量管理系統(tǒng)，來有效地融入電網(wǎng)運(yùn)行環(huán)境。

其次是商業(yè)風(fēng)險。專家們認(rèn)為，液流電池運(yùn)營最大的風(fēng)險在于具體政策的不到位所造成的商務(wù)模式的缺失。液流電池可以平緩可再生能源的輸出，減少棄風(fēng)棄光現(xiàn)象，但不能作為調(diào)峰手段來和其他電源競爭。它的優(yōu)勢還在于所提供的輔助功能和用戶的需求響應(yīng)，而這些功能在沒有具體的政策和監(jiān)管條例下很難形成可持續(xù)的商務(wù)模式。

[1]免責(zé)申明：本報告是北京國際能源專家俱樂部秘書處根據(jù)自己掌握的信息和大連融科儲能技術(shù)有限公司提供的材料，再結(jié)合2016年4月23日清潔能源技術(shù)評估與推廣會議討論的結(jié)果而撰寫。對于任何商業(yè)機(jī)構(gòu)或個人依據(jù)本報告的結(jié)論性意見所作出的投資或其他商業(yè)決定可能導(dǎo)致的任何風(fēng)險、損失、損害、成本支出、索賠或其他權(quán)利主張，北京國際能源專家俱樂部及其所聘的專家均不承擔(dān)任何法律責(zé)任。