在雙碳經濟“2030/2060”的大背景下，儲能已經成為我國能源變革及能源安全保障的核心技術支撐，高度契合國家戰(zhàn)略。電化學儲能作為儲能領域的掌上明珠承載著超萬億級的市場規(guī)模。能源俯拾皆是，能源供應卻依然告急。廣袤的西北地區(qū)蘊含大量“風”“光”等可再生能源，然而這些能源與處于用能中心的城市往往距離過遠。長久以來，輸電線路和電站充當著能源“搬運工”，但總有難以跨越的為了實現(xiàn)更靈活的電力供給，科研人員希望在能源收集和利用之間架起一座橋梁，創(chuàng)新儲能方式。溝溝坎坎。當前，實現(xiàn)能源的遠距離輸送似乎是解決矛盾的最佳選擇。近日，全球釩電池領軍企業(yè)——大連博融新材料有限公司領銜的“新一代液流電池儲能技術及產業(yè)化團隊”獲得2021年中國科學院科技促進發(fā)展獎。“與傳統(tǒng)電池不同，液流電池將液體電解質存儲在外部，儲能介質為水溶液，無著火爆炸風險，安全性高、壽命長，還可按需組合，實現(xiàn)功率與容量的自主調控，在電力系統(tǒng)儲能領域具有廣闊的應用前景?！崩钕蠕h告訴《中國科學報》。
中國作為釩資源儲備第一大國，在鋰資源供需極度不平衡、國內鋰資源供給端嚴重欠缺的背景下，大力發(fā)展綠色環(huán)保的釩液流儲能技術是未來的必然趨勢。
大連博融作為國內乃至全球釩液流電池領域的領軍企業(yè)，它的業(yè)務模式及產品布局對了解釩液流電池有著很深的借鑒意義。公司致力于全釩液流儲能電池系統(tǒng)及其零部件的生產、集成；儲能電池軟件技術開發(fā)；儲能系統(tǒng)整體解決方案設計、規(guī)劃及實施；同時肩負儲能電池的應用示范與市場推廣等重大責任。現(xiàn)主營產品有Vpower、Tpower、ReFLex ，主要服務于可再生能源發(fā)電側、電網(wǎng)側、用戶側，并且積極拓展新領域。
全釩液流電池是通過釩離子的價態(tài)變化，實現(xiàn)化學能到電能的往復轉換，從而實現(xiàn)電能存儲與釋放的一種儲能技術。全釩液流電池儲能技術是被唯一被列為國家能源局《能源技術創(chuàng)新“十三五”規(guī)劃》中應用推廣類的儲能技術。
全釩液流電池是將不同價態(tài)釩離子溶解在電解液中，通過外接泵使其在不同的儲液罐和半電池的閉合回路中循環(huán)流動，采用質子交換膜作為電池組的隔膜，電解質溶液平行流過電極表面并發(fā)生電化學反應，通過釩離子的價態(tài)變化，經過雙電極板收集和傳導電流，完成電能和化學能的相互轉化，實現(xiàn)電能的儲存和釋放。全釩液流儲能電池正極電對為VO2+/VO2+，負極電對為V2+/V3+，電極發(fā)生如下電化學反應：
【釩電池的特點】
安全性好：常溫、常壓運行，儲能介質為水溶液，單電池一致性強、熱量可以有效排出，熱管理簡單壽命長：循環(huán)>15000次，日歷壽命20年環(huán)境友好：環(huán)保電池，電解液循環(huán)利用
缺點：初始投資價格相比鋰電更高，能量密度偏低，適用于靜態(tài)大規(guī)模儲能電站，不適用于動力電池綜合來看，和其他電池相比，全釩液流電池儲能密度偏低、體積較大，初始投資偏高。總體看，液流電池在輸出功率為數(shù)千瓦至數(shù)百兆瓦，儲能容量數(shù)小時以上級的規(guī)?；潭▋δ軋龊希哂忻黠@的優(yōu)勢，是大規(guī)模高效儲能技術的首選技術之一。
1、新能源占比逐漸提升，政策推動電化學儲能發(fā)展（1）發(fā)展可再生能源成為全球能源轉型的主流方向儲能是清潔能源發(fā)展的必然，也是實現(xiàn)“雙碳”經濟的調節(jié)器，中美歐增量引領全球新能源產業(yè)的巨大增量和高速發(fā)展。根據(jù)國際可再生能源機構（IRENA）發(fā)布的《全球能源轉型2050》的預測數(shù)據(jù)，2050年全球光伏裝機量達到8519GW，風電裝機量達到6044GW。（2）政策端引領國內新能源高比例并網(wǎng)，促進電化學儲能高速發(fā)展根據(jù)“十四五”國家對風電裝機量的規(guī)劃，我國第二批風光大基地規(guī)劃落地，總規(guī)模在400GW左右，明確到2025年，煤炭占比將從2020年的63.4%降低到48.8%。最新《大型風電光伏基地規(guī)劃布局具體方案措施》中明確十四五末裝機具體任務，形成明確指導。此次新的風光大基地規(guī)劃主要是上調了十五五期間的建設規(guī)模，上調了55GW，相當于每年上調了11GW左右的裝機規(guī)模，對風電光伏產業(yè)鏈構進一步構成利好。
（3）電化學儲能裝機規(guī)模增速為儲能領域第一，應用領域廣闊（全場景應用）儲能技術路線主要包括電化學儲能、機械儲能和電磁儲能。各類儲能技術性能不同，適用的應用場景和領域存在差異。電化學儲能是支撐能源轉型的關鍵技術。截至2020年底，全球與中國累計電化學儲能達14.2GW（占比7.5%）和3.3GW，同比增長49.6%和91.2%，當年新增4.7GW和1.6GW，同比增長63.8%和130.7%。電化學儲能電化學儲能主要以鋰電池、鉛酸電池、鈉硫電池和全釩液流電池為主。電化學儲能中鋰離子電池裝機中占比90%，主要原因是其能量密度、初裝成本、技術成熟度等方面優(yōu)勢明顯，更被大眾熟悉。釩液流電池近幾年發(fā)展較快，比鋰離子電池儲能時間更長、度電成本更低。
當前儲能行業(yè)處于各項技術共同發(fā)展的階段，還沒有能夠形成絕對優(yōu)勢儲能技術。目前，抽水蓄能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能、超級電容等物理儲能技術，以及鋰離子電池、鉛碳電池、液流電池、鈉硫電池等電化學儲能技術，都各具優(yōu)缺點，不同儲能技術特性差別顯著，適用范圍也不盡相同。其中，飛輪與超級電容器儲能更多應用于工業(yè)生產中對電壓波動較為敏感的精密制造與電力調頻領域；抽水蓄能以及壓縮空氣儲能技術等主要應用于大電網(wǎng)的輸配電環(huán)節(jié)（電化學儲能中僅釩液流電池適用于大型并網(wǎng)輸配電調峰、調頻），而電化學儲能則主要運用于光、風發(fā)電等波動較大的可再生能源發(fā)電側、中小型智能變電站和用電側。
2、電化學儲能產業(yè)鏈
（1）發(fā)電側：未來在光伏風電發(fā)電量占比持續(xù)提升下，為防止棄風棄光情況惡化和波動性電源對電網(wǎng)的沖擊，配儲滲透率有望提升，拉動儲能需求。另一方面，光伏近10年來LCOE降幅81%，目前全球LCOE約為0.35 元/kWh， 已經在發(fā)電側實現(xiàn)平價，預計2025年可繼續(xù)下降至0.2元/kWh，還有50%空間。新能源發(fā)電成本下降將強化裝機動力，持續(xù)打開儲能配置空間。（2）電網(wǎng)側：此前火電機組是調峰主力，在風電光伏并網(wǎng)比例不高時尚能滿足調峰調頻需求。隨風電光伏并網(wǎng)量增加，電力系統(tǒng)調峰能力不足問題凸顯，對火電深度調峰、快速爬坡、快速啟停能力要求提升。由于火電機組頻繁進入深度調峰工作狀態(tài)，大幅調節(jié)會降低其使用壽命，增加煤耗，拉低效益。因此需要進行靈活性改造，火電機組自身的出力特性和較長的響應時間，限制了其在調峰時增大輸出功率的速度，火電+儲能則成為一種有效的解決方案。以廣東某實際電廠為例，火儲調頻效果指標 K 值提升了3倍，帶來更高收益。存量和增量火電均有望拉動配儲需求。（3）用戶側：與日本、德國、澳大利亞等側重居民側不同，國內市場與美、韓類似，以工商側儲能為主。國內居民側儲能挑戰(zhàn)較大，主要因為：相比于發(fā)電側和電網(wǎng)側，2018 年以來國內用戶側儲能收速。國家發(fā)改委于 2018/2020 年發(fā)布的《關于創(chuàng)新和完善促進綠色發(fā)展價格機制的意見》《關于做好 2020 年能源安全保障工作的指導意見》明確指出要加大峰谷電價實施力度，運用價格信號引導電力削峰填谷。預計未來部分地區(qū)工商業(yè)峰谷價差有望進一步擴大，市場交易機制被 逐步激活，用戶側儲能市場增長潛力大。2月18日，國家發(fā)改委等多部門聯(lián)合發(fā)布《關于印發(fā)促進工業(yè)經濟平穩(wěn)增長的若干政策的通知》提出，加快實施大數(shù)據(jù)中心建設專項行動，實施“東數(shù)西算”工程。
在數(shù)據(jù)中心產業(yè)從誕生到發(fā)展的十多年時間里，我國數(shù)據(jù)中心行業(yè)的總耗電量以每年超過10%的速度遞增。統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2020年我國數(shù)據(jù)中心總耗電量達到了2000億千瓦，占比2.71%。2021年，數(shù)據(jù)再次提升，單以中國電信一家公司為例，2021年數(shù)據(jù)中心耗電達到56億千瓦，占總耗電量的20%。預計到2025年，占比將增加一倍（40%），屬于標準的“能耗大戶”。（2）對數(shù)據(jù)中心本來說，儲能最直接的功用是：① 作為數(shù)據(jù)中心后備電源。傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心需要使用大量的鉛蓄電池作為備用電源，但電池狀態(tài)不可知。而儲能型數(shù)據(jù)中心，電池每天都會放電，放電后電壓一目了然，很容易判斷電池好壞，有助于及時剔除不良電池，同時也省去了每年做假負載測試的費用。② 可再生能源+儲能系統(tǒng)。作為耗能大戶的數(shù)據(jù)中心一方面竭盡全力壓縮PUE，控制能耗攝取，符合地方的落地要求；截流的同時，另一面也力求通過多種方式進行開源，比如引入光伏等新能源發(fā)電，從絕對依賴市電供電變?yōu)榭梢宰约航鉀Q部分能耗供給。儲能系統(tǒng)在可再生能源發(fā)電系統(tǒng)中的應用可解決供電不平衡問題，能夠起到負荷調節(jié)、存儲電量、配合新能源接入等作用。（3）我國的數(shù)據(jù)中心儲能配置現(xiàn)狀目前各種儲能電池都在數(shù)據(jù)源中心中有運用：鉛酸電池：目前在大多數(shù)數(shù)據(jù)中心設施中，鉛酸電池、鉛炭電池仍然是UPS電源常用的儲能設備。鉛酸電池的優(yōu)勢在于成熟、成本低、安全性高，但其容量小、重量大、體積大、壽命短等缺點，決定了鉛酸電池在大規(guī)模應用上的周期成本劣勢。鋰離子電池：從目前儲能技術來看，鋰離子電池無疑是鉛酸電池的最佳替代品。隨著鋰離子電池在電子消費領域、電動汽車、儲能領域的應用普及，鋰離子電池的成本不斷下降，目前新建的如百度數(shù)據(jù)中心等已經采用鋰離子電池作為備用電源，而阿里巴巴等已經開始購置儲能設備，在作為備用電源之外，還可發(fā)揮削峰填谷、電力需求響應等進行電費管理、增加收益。不過，在安全性方面，鋰離子電池一直具備一定的隱患。全釩液流電池：全釩液流電池是新型儲能電源，具有能量效率高、充放電性能好、循環(huán)壽命長、清潔環(huán)保等優(yōu)點。中國移動襄陽云計算中心與襄陽大力電工已在共同探討全釩液流電池在數(shù)據(jù)中心應用，以推動數(shù)據(jù)中心的節(jié)能減排。
無錫長三角數(shù)據(jù)中心綜合能源站
深圳數(shù)據(jù)中心綜合能源站
后續(xù)隨著“東數(shù)西算”推進，這種儲能型數(shù)據(jù)中心將越來越多，儲能系統(tǒng)不僅給數(shù)據(jù)中心供電，還可與可再生能源發(fā)電系統(tǒng)耦合，作為城市的新型融合基礎設施，向一定區(qū)域范圍內（比如園區(qū)、小區(qū)）提供能源、數(shù)據(jù)、云等服務。
綜上，與其他儲能技術相比，全釩液流電池優(yōu)勢明顯：1、安全性能好。全釩液流電池活性物質為金屬釩的水溶液，常溫常壓運行，不會發(fā)生燃耗和爆炸。所以全釩液流電池的安全是一種本質安全。據(jù)不完全統(tǒng)計，近10年間，全球共發(fā)生32起儲能電站起火爆炸事故。其中，日本1起、美國2起、比利時1起、中國3起、韓國24起。32起儲能電站起火爆炸事故中25起事故采用三元鋰離子電池；上述32起儲能電站事故中造成人員傷亡的主要有兩起：一起是美國亞利桑那州的公共服務公用事業(yè)公司（APS）發(fā)生大規(guī)模電池儲能項目（三元鋰電池）爆炸，造成8名消防隊員受傷。另外一起為4月16日北京國軒福威斯光儲充技術有限公司儲能電站（磷酸鐵鋰電池）發(fā)生事故，事故造成2名消防員犧牲，1名消防員受傷，電站內1名員工失聯(lián)。2、循環(huán)壽命長。全釩液流儲能電池的充放電循環(huán)壽命可達20,000次以上，日歷壽命超過20年（一般可達20-30年），是目前各類二次電池里壽命最長的。相比鋰電池日歷壽命為5年，通常使用年限為3年，循環(huán)次數(shù)小于5千次，能量密度在3千次以上會出現(xiàn)明顯衰減。3、資源友好型：全釩液流儲能電池使用的金屬釩為電解液原料。中國是釩資源大國，儲量居世界首位，具有得天獨厚的資源優(yōu)勢。4、可循環(huán)使用：電解質溶液可循環(huán)使用和再生利用，節(jié)約資源。電池部件多為廉價的碳材料、工程塑料，使用壽命長，材料來源豐富，加工技術成熟，易于回收。鋰電池目前回收利用率低且難度大，成本較高。5、充放電性好：全釩液流電池儲能系統(tǒng)適合大電流快速充放電，具有快速、深度充放電而不會影響電池的使用壽命的特點，且各單節(jié)電池均一性良好。6、獨立設計佳：全釩液流電池的功率功率和容量相互獨立，使得設計更加靈活。輸出功率范圍：kW～數(shù)百MW，儲電容量范圍：10kWh～數(shù)百MWh。另外，在電化學儲能技術路徑中，與鋰電池相比，根據(jù)公司的測算，以10MW/40MWh（4小時系統(tǒng)）為例，客觀考慮兩種技術路徑的參數(shù)設定（比如釩液流電池目前的綜合效率為70%，鋰電池目前的綜合效率為85%；每天僅充放電一次等），在生命周期內，釩液流儲能電池的度電成本大幅低于鋰電池。
