全钒液流电池在储能领域的开发进展与实际应用来源:钒电池 作者:中国储能网新闻中心 2016/5/9 16:41:13北极星智能电网在线讯:作为解决可再生能源大规模接入、传统电力系统削峰填谷、分布式区域能源系统负荷平衡的关键支撑技术，大容量储能技术已成为世界未来能源技术创新的制高点。由于产业链长、产业规模大，储能产业已成为战略性新兴产业，得到了工业发达国家产业界的重点关注。2016年4月1日国家能源局颁布的《2016年能源工作指导意见》中明确提出“加快全钒液流电池”等领域技术定型。这些无疑为全钒液流电池储能技术的研究开发和商业化应用的提供了重大机遇。技术特点对于大规模储能技术而言，由于系统功率和容量大，有其自身的技术要求，主要包括以下三个方面：安全性好;生命周期的性价比高(生命周期的经济性好);生命周期的环境负荷小(生命周期的环境友好)。全钒液流电池储能技术能很好地满足上述要求。对规模储能技术而言，由于系统功率和容量大，发生安全事故造成的危害和损失大，因此规模储能技术的首要要求是安全可靠性。全钒液流电池是通过钒离子的价态变化，实现化学能到电能的往复转换，从而实现电能存储与释放的一种储能技术。与其他储能技术相比，全钒液流电池储能技术具有以下优点：安全性好：全钒液流电池的储能活性物质为钒离子的水溶液，常温常压运行，不会发生燃烧。经过长时间运行，即使离子传导膜发生破裂，正负极活性物质发生互混，也不会发生爆炸和燃烧。系统运行过程中，电解液在电堆和电解液储罐之间循环流动，电堆产生的热量可以有效排出，热管理简单。全钒液流电池体系的技术特性使得单体电池间一致性好，消除了像锂离子电池那样因为一致性差而导致的系统安全性问题。循环寿命长：全钒液流储能电池的充放电循环寿命可达13000次以上，日历寿命超过15年。由于全钒液流储能电池的活性物质——钒离子存在于液态的电解液中，在电池反应过程中，钒离子仅发生价态变化，而无相变，且电极材料本身不参与反应，因此电池寿命较长。日本住友电工制造的25kW的全钒液流电池模块在实验室中运行，充放电循环次数超过16000次。与风电场配合使用的4MW/6MWh电池系统，在3年的应用中实现充放电循环27万次。在1MW/5MWh全钒液流电池储能系统中，电解液的成本约占整个成本的45%，由于电解液可循环使用，所以生命周期的性价比高。充放电特性良好：全钒液流电池储能系统具有快速、深度充放电而不会影响电池的使用寿命的特点，且各单节电池均一性良好。另外，钒离子的电化学可逆性高，电化学极化也小，因而非常适合大电流快速充放电。与传统电池相比，全钒液流电池更加适应在过充、欠充、局部SOC区间等电网实际工况条件下运行的要求。功率和容量独立设计：全钒液流电池储能系统的显著优势之一是功率和容量相互独立。全钒液流电池的功率由电堆的规格和数量决定，容量由电解液的浓度和体积决定。因此，功率的扩容可通过增大电堆功率和增加电堆数量实现，容量的提高可以通过增加电解液体积实现。功率和容量相互独立，使得设计更加灵活。输出功率范围：kW～数百MW，储电容量范围：10kWh~数百MWh。环境友好：全钒液流电池电解质溶液可循环使用和再生利用。电堆的关键材料中，电极材料为碳毡，双极板为碳板，集流板为紫铜板，端板为铝合金板或铸铁版，电解液传输管道为工程塑料管，材料来源丰富，加工技术成熟，易于回收利用，生命周期中环境友好。可实时、准确监控电池系统荷电状态(SOC)：全钒液流电池开路电压(OCV)高低表征储能电池系统容量状况。通过电化学滴定方法测定正负极电解液浓度可以准确计算储能系统的容量状况(SOC)，并与OCV进行对应，获取储能电池系统SOC与OCV的函数关系曲线。将函数关系曲线耦合到电池管理系统中，可以通过测量系统开路电压对储能系统容量状况进行精确测算。该特性有利于电网进行管理和调度。由于受钒离子溶解度的限制，和其他电池相比，全钒液流电池储能密度偏低、体积较大，不适合于动力电池，适合用于大型固定储能电站。另外，电池系统增加的管道、泵、阀、换热器等辅助部件，使得全钒液流电池储能系统较为复杂。总体看，在输出功率为数百千瓦至数百兆瓦，储能容量在3小时以上级的大规模化固定储能场合，全液流电池储能技术具有明显的优势，是大规模高效储能技术的首选技术之一。

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