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全釩液流電池技術助力儲能產業(yè)

字體: 放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2018-01-26  瀏覽次數(shù):2525

作為人類生存和發(fā)展的重要物質基礎,能源是事關國計民生的戰(zhàn)略性資源。隨著我國社會、經濟的快速發(fā)展,對能源的需求日益增加?;茉吹拇罅肯脑斐闪藝乐氐沫h(huán)境污染,重度霧霾天氣頻發(fā),嚴重影響人們的身體健康和生存環(huán)境。

最近,國家提出了推動能源消費革命、推動能源供給革命、推動能源技術革命、推動能源體制革命的戰(zhàn)略思想。大力推進能源結構戰(zhàn)略調整,提高化石能源利用效率,普及應用可再生能源,是實現(xiàn)我國社會和經濟可持續(xù)發(fā)展的必然選擇,也是解決我國能源安全和環(huán)境污染,落實節(jié)能減排、提高全社會綠色低碳化水平國策的戰(zhàn)略需求。

但是,風能、太陽能等可再生能源發(fā)電具有不連續(xù)、不穩(wěn)定、不可控等特性,大規(guī)模并入電網會給電網的安全、穩(wěn)定運行帶來嚴重沖擊,造成大量棄風、棄光。

然而大規(guī)模儲能技術可以有效解決可再生能源發(fā)電的隨機性、間歇性和波動性等問題,實現(xiàn)平滑功率輸出、跟蹤計劃發(fā)電,從而提高電網對可再生能源發(fā)電的消納能力,解決棄風、棄光問題。同時,對電網調平、調峰也會發(fā)揮重要作用。

為滿足不同應用領域的需要,行業(yè)內已經研究開發(fā)出多種儲能技術,摸索出了各種儲能技術及其適用范圍,這些儲能技術具有各自的特點和適用領域。一般說來,風能、太陽能等可再生能源發(fā)電系統(tǒng)對儲能技術的功率和可逆存儲容量有較高的要求。抽水儲能技術、液流電池技術、鋰離子電池技術、超級鉛酸電池技術等在大規(guī)模儲能技術領域具有較好的應用前景。

八大技術優(yōu)勢

與其他大規(guī)模儲能技術相比,全釩液流電池技術具有眾多優(yōu)勢。

第一,全釩液流電池儲能系統(tǒng)運行安全可靠,可循環(huán)利用,生命周期內環(huán)境負荷小、環(huán)境友好。全釩液流電池儲能系統(tǒng)的儲能介質為電解質水溶液,安全性高。

第二,全釩液流電池儲能系統(tǒng)的輸出功率和儲能容量相互獨立,設計和安置靈活。輸出功率的大小由電堆的大小和數(shù)量決定,而儲能容量的大小由電解質溶液中釩離子的濃度和體積決定。全釩液流電池系統(tǒng)的輸出功率在數(shù)百千瓦至數(shù)百兆瓦范圍,儲能容量在數(shù)百千瓦時至數(shù)百兆瓦時范圍。

第三,全釩液流電池的工作原理是通過電解液中釩離子價態(tài)的變化,實現(xiàn)電能的存儲和釋放。反應的可逆性好,無相變化,電解液在電池內部的電極內連續(xù)流動,充放電狀態(tài)切換響應迅速。充放電循環(huán)次數(shù)在15000次以上,使用年數(shù)在15年到20年,生命周期的性價比高。

第四,全釩液流電池中正負極電解質溶液均為同種元素,電解質溶液可以通過在線再生反復循環(huán)使用。電堆及電池儲能系統(tǒng)主要是由碳材料、塑料和金屬材料組合而成的,當全釩液流電池系統(tǒng)廢棄時,金屬材料可以持續(xù)使用,碳材料、塑料可以作為燃料來加以利用。因此,全釩液流電池系統(tǒng)全生命周期內環(huán)境負荷較小、環(huán)境非常友好。

第五,價格便宜。近年來,隨著全釩液流電池材料技術和電池結構設計制造技術的不斷進步,電池性能不斷提高,電堆的能量效率可保持在80%以上,工作電流密度由原來的60-80mA/c提高到150mA/c。電池的功率密度提高了1倍,而且在此條件下,成本大幅度降低。盡管研究開發(fā)周期很短,國家的投入很低,對于1MW/5MW規(guī)模的全釩液流電池儲能系統(tǒng)已由2013年的7000元/kWh下降到2016年3500元/kWh。而且,充放電循環(huán)次數(shù)在16000次以上,所以,其生命周期的成本是非常低的。

第六,全釩液流電池儲能系統(tǒng)采用模塊化設計,便于系統(tǒng)集成和規(guī)模放大。全釩液流電池電堆是由多個單電池按壓濾機方式疊合而成。全釩液流電池單個電堆的額定輸出功率一般20千瓦到40千瓦之間;全釩液流電池儲能系統(tǒng)通常是由多個單元儲能系統(tǒng)模塊組成,單元儲能系統(tǒng)模塊額定輸出功率一般在100千瓦到300千瓦之間。與其它類型的電池相比,全釩液流電池電堆和電池單元儲能系統(tǒng)模塊額定輸出功率大,便于全釩液流電池儲能系統(tǒng)的集成和規(guī)模放大。

第七,具有較強的過載能力和深放電能力。全釩液流電池儲能系統(tǒng)運行時,電解質溶液通過循環(huán)泵在電堆內循環(huán),電解質溶液活性物質擴散的影響較小;而且,電極反應活性高,活化極化較小。所以,全釩液流電池儲能系統(tǒng)具有很好的過載能力。而且,全釩液流電池放電沒有記憶效應,具有很好的深放電能力。

第八,液流電池的能量密度偏低,全釩液流電池更適于固定式的大規(guī)模儲能電站。

產業(yè)化應用看好

液流電池的概念是由L.H.Thaller(NASA Lewis Research Center, Cleveland, United States )于1974年提出的,該類電池通過正、負極電解質溶液中的活性物質在電極上發(fā)生可逆氧化還原反應(即價態(tài)的可逆變化)實現(xiàn)電能和化學能的相互轉化。

充電時,正極發(fā)生氧化反應、活性物質價態(tài)升高;負極發(fā)生還原反應、活性物質價態(tài)降低;放電過程與之相反。

液流電池的正極和負極電解質溶液儲存于外部的儲罐中,通過泵和管路輸送到電池內部進行反應。從理論上講,不同氧化還原電堆可以組成多種液流電池。

全釩液流電池則是以不同價態(tài)的釩離子作為活性物質,通過釩離子價態(tài)變化實現(xiàn)化學能和電能相互轉變。

大規(guī)模電池儲能技術需要滿足一些基本的要求,即安全性高;生命周期的性價比高;經濟性好;生命周期的環(huán)境負荷低,環(huán)境友好等。

相比之下,在眾多的儲能技術中,液流電池儲能技術具有能量轉換效率高、蓄電容量大、選址自由、可深度放電、安全環(huán)保等優(yōu)點,成為大規(guī)模高效儲能的首選技術之一。而在眾多液流電池中,全釩液流電池儲能技術是產業(yè)化應用最多的液流電池儲能技術。

 
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