儲(chǔ)能技術(shù)多元發(fā)展，各有不同的應(yīng)用場(chǎng)景。我國(guó)新型儲(chǔ)能技術(shù)基本上與國(guó)際先進(jìn)水平并跑，壓縮空氣儲(chǔ)能、儲(chǔ)熱儲(chǔ)冷、鋰離子電池、液流電池和鈉離子電池技術(shù)已達(dá)到或接近世界先進(jìn)水平。
01 新型儲(chǔ)能類型與應(yīng)用概述
新型儲(chǔ)能是指抽水蓄能以外的儲(chǔ)能技術(shù)。儲(chǔ)能形式根據(jù)技術(shù)路徑不同主要分為熱儲(chǔ)能、電儲(chǔ)能和氫儲(chǔ)能三大類，其中電儲(chǔ)能又可按能量?jī)?chǔ)存形式分為物理儲(chǔ)能、電磁儲(chǔ)能和電化學(xué)儲(chǔ)能。物理儲(chǔ)能除了抽水蓄能外，還包括壓縮空氣儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能、重力儲(chǔ)能等;電磁儲(chǔ)能包括超導(dǎo)儲(chǔ)能、超級(jí)電容器儲(chǔ)能等;電化學(xué)儲(chǔ)能包括鋰離子電池、鈉電池、鉛蓄電池、液流電池、鈉硫電池、燃料電池等儲(chǔ)能形式;熱儲(chǔ)能主要包括熔融鹽儲(chǔ)能、熱(冷)儲(chǔ)能等。
儲(chǔ)能技術(shù)呈現(xiàn)多元化發(fā)展格局，各有不同的應(yīng)用場(chǎng)景。每種儲(chǔ)能技術(shù)均具有一定的獨(dú)特性，在實(shí)際應(yīng)用中，需要用戶綜合考慮各種儲(chǔ)能技術(shù)的特點(diǎn)以及優(yōu)缺點(diǎn)，選擇最適宜的技術(shù)方案。比如，飛輪儲(chǔ)能、超級(jí)電容、超導(dǎo)儲(chǔ)能可以解決秒級(jí)或分鐘級(jí)以下的調(diào)頻需求;抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能、燃料電池和電化學(xué)儲(chǔ)能等則更適用于進(jìn)行小時(shí)級(jí)調(diào)峰;氫儲(chǔ)能適合執(zhí)行季節(jié)性調(diào)峰。不同儲(chǔ)能技術(shù)的特點(diǎn)如下表所示。
表1 主要儲(chǔ)能技術(shù)比較
資料來(lái)源：深企投產(chǎn)業(yè)研究院整理。功率按照現(xiàn)實(shí)項(xiàng)目(包括規(guī)劃項(xiàng)目)的最大功率，非理論值。
按照時(shí)長(zhǎng)要求的不同，儲(chǔ)能的應(yīng)用場(chǎng)景可分為容量型(≥4小時(shí))、能量型(約1～2小時(shí))、功率型(≤30分鐘)和備用型(≥15分鐘)四類，對(duì)應(yīng)的應(yīng)用場(chǎng)景如下表所示。
表2 儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用場(chǎng)景
資料來(lái)源：中國(guó)能建《關(guān)于“熔鹽儲(chǔ)熱”技術(shù)》，天風(fēng)證券等，深企投產(chǎn)業(yè)研究院整理。
從各類儲(chǔ)能技術(shù)的研發(fā)推廣進(jìn)程看，目前我國(guó)儲(chǔ)能技術(shù)基本上與國(guó)際先進(jìn)水平并跑，壓縮空氣儲(chǔ)能、儲(chǔ)熱儲(chǔ)冷、鉛蓄電池、鋰離子電池、液流電池和鈉離子電池技術(shù)已達(dá)到或接近世界先進(jìn)水平;抽水蓄能、飛輪儲(chǔ)能、超級(jí)電容和儲(chǔ)能新技術(shù)與世界先進(jìn)水平還有一定的差距，如下圖所示。
圖1 2022年中國(guó)儲(chǔ)能技術(shù)和世界先進(jìn)水平的比較成熟度
資料來(lái)源：陳海生等《2022年中國(guó)儲(chǔ)能技術(shù)研究進(jìn)展》。
綜合分析我國(guó)各儲(chǔ)能技2022年的基礎(chǔ)研究、關(guān)鍵技術(shù)和集成示范的情況，各種儲(chǔ)能技術(shù)可以大致分為四個(gè)梯隊(duì)。其中，第一梯隊(duì)為抽水蓄能，單機(jī)規(guī)模100MW以上，占2022年全國(guó)儲(chǔ)能裝機(jī)的77.1%左右;第二梯隊(duì)為鋰離子電池、壓縮空氣儲(chǔ)能、液流電池、鉛蓄電池和儲(chǔ)熱儲(chǔ)冷技術(shù)，單機(jī)規(guī)?？蛇_(dá)10-100MW，其中鋰離子電池裝機(jī)最多，有可能未來(lái)形成單獨(dú)的一個(gè)梯隊(duì);第三梯隊(duì)為鈉離子電池、飛輪儲(chǔ)能和超級(jí)電容器，目前單機(jī)規(guī)模可以達(dá)到MW級(jí)，其中鈉離子發(fā)展受關(guān)注最多，有可能未來(lái)進(jìn)入第二梯隊(duì);第四梯隊(duì)為重力儲(chǔ)能、熱泵儲(chǔ)電、壓縮二氧化碳和液態(tài)金屬技術(shù)等新型儲(chǔ)能技術(shù)，需要進(jìn)一步的研發(fā)，以便實(shí)現(xiàn)集成示范和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。
圖2 2022年中國(guó)儲(chǔ)能集成示范和產(chǎn)業(yè)化梯隊(duì)
資料來(lái)源：陳海生等《2022年中國(guó)儲(chǔ)能技術(shù)研究進(jìn)展》。
02 壓縮空氣儲(chǔ)能
——應(yīng)用現(xiàn)狀。壓縮空氣儲(chǔ)能(CAES)目前處于小規(guī)模應(yīng)用階段。據(jù)CNESA(中國(guó)能源研究會(huì)儲(chǔ)能專委會(huì)/中關(guān)村儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟)統(tǒng)計(jì)，截至2021年底，壓縮空氣儲(chǔ)能在全球新型儲(chǔ)能裝機(jī)規(guī)模中的占比為2.3%。根據(jù)國(guó)家能源局?jǐn)?shù)據(jù)，截止2022年底，壓縮空氣儲(chǔ)能占全國(guó)新型儲(chǔ)能裝機(jī)規(guī)模的2%(如按照CNESA全球儲(chǔ)能數(shù)據(jù)庫(kù)的不完全統(tǒng)計(jì)，占比為1.5%)。當(dāng)前壓縮空氣儲(chǔ)能整體產(chǎn)業(yè)規(guī)模仍較小。
——工作原理。傳統(tǒng)的壓縮空氣儲(chǔ)能是基于燃?xì)廨啓C(jī)開(kāi)發(fā)的儲(chǔ)能技術(shù)，其工作原理是，在用電低谷，用過(guò)剩的電能來(lái)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)，將空氣壓縮至高壓并儲(chǔ)存在儲(chǔ)氣裝置(如地面儲(chǔ)氣罐、地下鹽穴、地下人工硐室等)中，使電能轉(zhuǎn)化為空氣的內(nèi)能存儲(chǔ)起來(lái);在用電高峰，由儲(chǔ)氣裝置釋放儲(chǔ)存的高壓空氣，通過(guò)(進(jìn)入燃燒室)燃燒或者換熱的方式，加熱壓縮氣體，將其輸送至膨脹機(jī)內(nèi)膨脹做功，推動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。其工作原理如下圖所示。
圖3 傳統(tǒng)壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)原理
資料來(lái)源：中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所《淺談“壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)”》。
——優(yōu)缺點(diǎn)。壓縮空氣儲(chǔ)能具有啟動(dòng)快速、能量密度和功率密度較高、運(yùn)營(yíng)成本低、設(shè)備使用壽命長(zhǎng)、損耗低等優(yōu)點(diǎn)，一般可儲(chǔ)釋能上萬(wàn)次，壽命達(dá)40-50年。缺點(diǎn)是，能量轉(zhuǎn)換效率低下(僅能到50%)，需要大洞穴或者大容量?jī)?chǔ)氣裝置存儲(chǔ)壓縮空氣、存在地域(地質(zhì))條件限制，投資回報(bào)期較長(zhǎng)。壓縮空氣儲(chǔ)能中，儲(chǔ)氣方式不同，成本差異較大，單位成本約7000-9000元/kW，總體上當(dāng)前壓縮空氣儲(chǔ)能的單位成本高于抽水蓄能和電化學(xué)儲(chǔ)能，單位kWh成本則與電化學(xué)儲(chǔ)能相當(dāng)。目前壓縮空氣儲(chǔ)能度電成本0.24-0.25元，隨著規(guī)模提升，新型壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的度電成本可達(dá)到0.2元，如果未來(lái)能降到0.15元以下，則經(jīng)濟(jì)效益更加顯著。
壓縮空氣儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)鏈
上游為裝備制造、儲(chǔ)氣庫(kù)。壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)主要由壓縮機(jī)、空氣透平膨脹機(jī)(空汽輪機(jī))、發(fā)電機(jī)、換熱器、儲(chǔ)熱介質(zhì)等構(gòu)成，儲(chǔ)能電站設(shè)備投資約占65%-70%，其余為土建安裝及其他輔助工作。其中核心設(shè)備為壓縮機(jī)(離心式空氣壓縮機(jī))，可占到儲(chǔ)能電站投資的15%以上;換熱器、透平機(jī)、輔助系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等，和傳統(tǒng)火電站配置類似，約占儲(chǔ)能電站投資的15%，基本無(wú)技術(shù)瓶頸。
圖4 壓縮空氣儲(chǔ)能核心設(shè)備
資料來(lái)源：樂(lè)晴智庫(kù)。
• 核心設(shè)備廠商：國(guó)外壓縮機(jī)主要有阿特拉斯·科普柯、西門子、日本神鋼等，國(guó)內(nèi)能達(dá)到相應(yīng)技術(shù)要求的主要有陜鼓動(dòng)力、沈鼓集團(tuán)、金通靈三家企業(yè)。目前100MW級(jí)壓縮機(jī)基本可以實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，但實(shí)現(xiàn)單機(jī)300MW級(jí)仍存在很大難度和技術(shù)瓶頸。設(shè)備主要企業(yè)包括：陜鼓動(dòng)力(空壓龍頭，壓縮機(jī)、膨脹機(jī))、沈鼓集團(tuán)(離心壓縮機(jī))、金通靈(空氣膨脹機(jī))、杭氧股份(空氣壓縮機(jī)、透平膨脹機(jī))、川空集團(tuán)(空分設(shè)備、透平膨脹機(jī))、哈電汽輪機(jī)(空氣透平、油氣換熱器等)、東方汽輪機(jī)(空氣透平、油氣換熱器)、上海汽輪機(jī)(空氣透平、油氣換熱器)等。
• 儲(chǔ)氣庫(kù)資源供應(yīng)：壓縮空氣儲(chǔ)能儲(chǔ)氣庫(kù)包括高壓氣罐、低溫儲(chǔ)罐、廢舊礦洞改造、新建洞穴、鹽穴等多種形式，現(xiàn)階段在建、已投產(chǎn)項(xiàng)目多采用地下儲(chǔ)氣庫(kù)(廢舊礦洞改造、新建洞穴、鹽穴)，我國(guó)鹽業(yè)企業(yè)中，魯銀投資、蘇鹽井神、中鹽化工、雪天鹽業(yè)等均在鹽穴儲(chǔ)能領(lǐng)域有所布局。儲(chǔ)氣裝置占儲(chǔ)能電站投資的10%—20%，如采用地下鹽穴，成本約占10%;如采用人工硐室，成本約20%;如儲(chǔ)氣裝置使用壓力容器，其單位造價(jià)是鹽穴儲(chǔ)氣造價(jià)的10倍以上。
中游為儲(chǔ)能系統(tǒng)集成(主要提供技術(shù)支持)、儲(chǔ)能電站施工建設(shè)。主要的技術(shù)提供方是中儲(chǔ)國(guó)能(中科院熱物理研究所下屬，近期完成超10億元A輪融資)、中科儲(chǔ)能、科遠(yuǎn)智慧，以及中科院理化所、清華大學(xué)等高校院所;主要的系統(tǒng)集成商包括中儲(chǔ)國(guó)能、陜鼓集團(tuán)等;項(xiàng)目整體建設(shè)施工單位主要有中國(guó)能建、中國(guó)電建等，主要提供EPC(工程建設(shè)總承包)業(yè)務(wù)。從建設(shè)市場(chǎng)情況看，中國(guó)能建目前占據(jù)主要地位。
下游為投資運(yùn)營(yíng)商(業(yè)主單位)。當(dāng)前參與投資布局(包括規(guī)劃中)的企業(yè)包括中國(guó)能建、中國(guó)電建、國(guó)家能源集團(tuán)、國(guó)家電投、中國(guó)華能、福能股份、華電集團(tuán)、大唐集團(tuán)、三峽集團(tuán)(三峽能源)等，基本為國(guó)企(央企)。
03 飛輪儲(chǔ)能
——應(yīng)用現(xiàn)狀。飛輪儲(chǔ)能還處于商業(yè)化早期，在全球及中國(guó)儲(chǔ)能市場(chǎng)占有率較低。據(jù)CNESA數(shù)據(jù)，截止2022年底中國(guó)已投運(yùn)新型儲(chǔ)能累計(jì)裝機(jī)規(guī)模達(dá)到13.1GW，其中飛輪儲(chǔ)能其中僅占0.1%。目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上飛輪儲(chǔ)能應(yīng)用多數(shù)為試點(diǎn)項(xiàng)目，主要作為蓄電池系統(tǒng)的補(bǔ)充，成熟運(yùn)行產(chǎn)品較少，運(yùn)行功率較低，后備時(shí)間短，部分技術(shù)性能需要進(jìn)一步完善。
——工作原理。飛輪儲(chǔ)能的原理是利用過(guò)剩電力給真空外殼中的轉(zhuǎn)子(飛輪)加速，把電能以動(dòng)能的形式儲(chǔ)存。在儲(chǔ)能階段，通過(guò)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)飛輪，使飛輪本體加速到一定的轉(zhuǎn)速，將電能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能;在能量釋放階段，飛輪的旋轉(zhuǎn)速度會(huì)降低，電動(dòng)機(jī)作發(fā)電機(jī)運(yùn)行，將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能。一般來(lái)說(shuō)，飛輪系統(tǒng)使用電流來(lái)控制飛輪速度，其中高能的飛輪使用高強(qiáng)度碳纖維制成的轉(zhuǎn)子，并通過(guò)磁懸浮軸承實(shí)現(xiàn)懸浮。這些轉(zhuǎn)子在真空罩內(nèi)的轉(zhuǎn)速可達(dá)到20000-50000rpm，可以在幾分鐘內(nèi)達(dá)到所需的速度。
圖5 飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
資料來(lái)源：貝肯新能源。
圖6 飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)作示意圖
資料來(lái)源：智見(jiàn)能源，中銀證券。
——應(yīng)用領(lǐng)域。飛輪儲(chǔ)能是一種高頻次、大功率、長(zhǎng)壽命、高效率的功率型儲(chǔ)能技術(shù)，適用于數(shù)百千瓦至數(shù)十兆瓦、持續(xù)數(shù)秒至數(shù)分鐘、頻次10萬(wàn)次以上的電儲(chǔ)能應(yīng)用場(chǎng)景，是實(shí)現(xiàn)電壓穩(wěn)定、頻率調(diào)節(jié)的重要技術(shù)。飛輪儲(chǔ)能可用于新能源并網(wǎng)、微電網(wǎng)調(diào)頻，地鐵、港口制動(dòng)能量回收，數(shù)據(jù)庫(kù)、醫(yī)院不間斷電源，國(guó)防、科研脈沖電源等。
——優(yōu)缺點(diǎn)。飛輪儲(chǔ)能的優(yōu)點(diǎn)包括：1)高效率。能量轉(zhuǎn)換效率能夠達(dá)到90%及以上。2)長(zhǎng)壽命。飛輪儲(chǔ)能的使用壽命可達(dá)200萬(wàn)次以上，且使用壽命不受充放電深度的影響，主要取決于飛輪材料的疲勞壽命和系統(tǒng)中電子元器件的壽命。3)響應(yīng)速度快。啟動(dòng)時(shí)間在1秒以內(nèi)，充放電速度反應(yīng)極快，屬于分秒級(jí)的儲(chǔ)能技術(shù)。4)運(yùn)維較簡(jiǎn)單。運(yùn)行過(guò)程中幾乎不需要維護(hù)，工況環(huán)境適應(yīng)性好，-20-50°C下都能正常工作。缺點(diǎn)主要有：1)能量密度低。額定功率小，最多供電幾分鐘，而且由于空氣和軸承阻力，存儲(chǔ)過(guò)程中存在電能消耗的情況。2)成本較高。主要是由于其需要使用高強(qiáng)度材料(如使用碳纖維材料制造飛輪)和先進(jìn)的控制技術(shù)，單位投資成本較大。3)噪音大。旋轉(zhuǎn)飛輪轉(zhuǎn)速可高達(dá)15000rpm，噪音較大，且持續(xù)工作在高轉(zhuǎn)速、高溫等極端工況下，因此極其輕微結(jié)構(gòu)變動(dòng)將會(huì)導(dǎo)致劇烈震動(dòng)，不僅會(huì)產(chǎn)生極大地噪聲污染，也可能發(fā)生斷軸等安全風(fēng)險(xiǎn)。
飛輪儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)鏈
產(chǎn)業(yè)鏈上游。典型的飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)包括5個(gè)部件：1)飛輪本體，一般為高強(qiáng)度復(fù)合纖維材料(如碳纖維復(fù)合材料)制成;2)軸承，為轉(zhuǎn)子提供低耗損支撐，利用非接觸式的永磁軸承、電磁軸承或超導(dǎo)懸浮軸承等支承飛輪;3)電機(jī)，一般為電動(dòng)/發(fā)電互逆式雙向電機(jī)(電動(dòng)機(jī)+發(fā)電機(jī));4)電力轉(zhuǎn)換器，是輸入電能轉(zhuǎn)化為直流電供給電機(jī)，輸出電能進(jìn)行調(diào)頻、整流后供給負(fù)載的關(guān)鍵部件;5)真空器(真空室)，為減少空氣阻力，飛輪系統(tǒng)放置于高真空密封套筒內(nèi)。上游部件主要由華陽(yáng)股份、國(guó)機(jī)重裝、湘電股份、廣大特材等企業(yè)提供。產(chǎn)業(yè)鏈中游為飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)集成，主要設(shè)備廠商也同時(shí)參與。下游為發(fā)電側(cè)、電網(wǎng)測(cè)的業(yè)主單位。
表3 飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)和裝置開(kāi)發(fā)應(yīng)用重點(diǎn)機(jī)構(gòu)
資料來(lái)源：深企投產(chǎn)業(yè)研究院整理。
04 釩液流電池
——應(yīng)用現(xiàn)狀。我國(guó)液流電池儲(chǔ)能的研發(fā)推廣處于世界領(lǐng)先水平。根據(jù)CNESA數(shù)據(jù)，截止2022年底液流電池占我國(guó)已投運(yùn)新型儲(chǔ)能累計(jì)裝機(jī)規(guī)模的1.2%。液流電池根據(jù)活性材料分類，可分為全釩液流電池，鋅基液流電池(鋅溴、鋅鐵、鋅鎳、鋅空氣等)，鐵鉻液流電池、全鐵液流電池等等。其中全釩液流電池是目前最接近產(chǎn)業(yè)化和規(guī)?；瘧?yīng)用的一種電池，而其他液流電池技術(shù)成熟度稍低，仍然面臨活性物質(zhì)的沉積、電解液互竄、功率密度低、容量和能量無(wú)法完全解耦、析氫和析氧等問(wèn)題，基本上處于工程化示范階段。在應(yīng)用場(chǎng)合方面，液流電池有望與鋰離子電池形成差異化競(jìng)爭(zhēng)，主要在4小時(shí)及以上，百兆瓦時(shí)以上的容量?jī)?chǔ)能場(chǎng)合進(jìn)行推廣。
全釩液流電池隨著大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化加速，滲透率將不斷提升，裝機(jī)規(guī)模呈增長(zhǎng)趨勢(shì)。根據(jù)EV Tank發(fā)布的數(shù)據(jù)，2021年中國(guó)釩電池新增裝機(jī)量0.13GW，2022年國(guó)內(nèi)大量的釩電池儲(chǔ)能項(xiàng)目開(kāi)工建設(shè)，預(yù)計(jì)全年新增裝機(jī)量將達(dá)到0.6GW。據(jù)EV Tank預(yù)測(cè)，預(yù)計(jì)2025年釩電池新增規(guī)模將達(dá)到2.3GW，2030新增量將達(dá)到4.5GW，屆時(shí)釩電池儲(chǔ)能項(xiàng)目累計(jì)裝機(jī)量將達(dá)到24GW，當(dāng)年新增市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到405億元。GGII預(yù)測(cè)，2025年國(guó)內(nèi)液流電池出貨量有望超過(guò)10GWh(按4小時(shí)測(cè)算，含出口)，復(fù)合增速高達(dá)95.5%。
——工作原理。液流電池通過(guò)離子選擇膜的離子交換將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，離子選擇膜將兩種液體電解質(zhì)分開(kāi)存儲(chǔ)在不同的罐中,利用兩種化學(xué)溶液進(jìn)行離子交換來(lái)進(jìn)行充放電,其電壓一般在1.0-2.2V之間。與其它電池相似，液流電池的功率與隔膜面積成正比，而儲(chǔ)存能量的多寡和溶液儲(chǔ)存容量成正比。
液流電池正負(fù)極全使用釩鹽溶液的稱為全釩液流電池(全釩氧化還原液流電池)，簡(jiǎn)稱釩電池。釩電池電能以化學(xué)能的方式存儲(chǔ)在不同價(jià)態(tài)釩離子的硫酸電解液中，通過(guò)外接泵把電解液壓入電池堆體內(nèi)，在機(jī)械動(dòng)力作用下，使其在不同的儲(chǔ)液罐和半電池的閉合回路中循環(huán)流動(dòng)，采用質(zhì)子交換膜作為電池組的隔膜，電解質(zhì)溶液平行流過(guò)電極表面發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，通過(guò)雙電極板收集和傳導(dǎo)電流，從而使得儲(chǔ)存在溶液中的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能。這個(gè)可逆的反應(yīng)過(guò)程使釩電池順利完成充電、放電和再充電。
圖7 全釩液流電池的構(gòu)成
資料來(lái)源：北京低碳院，安信證券。
——優(yōu)缺點(diǎn)。全釩液流電池的優(yōu)點(diǎn)包括：1)相較于鋰離子電池，安全性更高。全釩液流電池的電解液為釩離子的酸性水溶液，在常溫常壓下運(yùn)行，不存在熱失控、著火爆炸的風(fēng)險(xiǎn)，具有本征安全性。在空間占用方面，鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)需要滿足更為嚴(yán)格的消防及安全標(biāo)準(zhǔn)，在集裝箱的排布上必須留出更大的安全距離，而全釩液流電池?zé)o此問(wèn)題，因此布局更為緊湊，占地更加集約。2)循環(huán)壽命長(zhǎng)。循環(huán)次數(shù)可達(dá)16000次以上，顯著優(yōu)于鋰離子電池，且生命周期內(nèi)容量可完全恢復(fù)，容量衰減問(wèn)題小(相比之下，鋰離子電池的可用容量會(huì)隨著循環(huán)次數(shù)的增加而明顯下降)。3)充、放電性能好?？缮疃确烹姸粨p壞電池。自放電低，在系統(tǒng)處于關(guān)閉模式時(shí)，儲(chǔ)罐中的電解液無(wú)自放電現(xiàn)象。4)啟動(dòng)速度快，無(wú)相變化，充放電狀態(tài)切換響應(yīng)迅速。5)輸出功率和儲(chǔ)能容量相互獨(dú)立，便于模塊化集成和規(guī)模放大。全釩液流電池實(shí)現(xiàn)了電芯功率和容量的分離，輸出功率和儲(chǔ)能容量可獨(dú)立設(shè)計(jì)。要增加輸出功率，僅需增加電堆的數(shù)量;要增加儲(chǔ)能容量，僅需增加電解液的體積(儲(chǔ)液罐的容量)。設(shè)計(jì)和安裝靈活，便于模塊化設(shè)計(jì)和規(guī)模放大，因此適用于大規(guī)模、大容量、長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能, 其儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)越長(zhǎng)，單度電分?jǐn)偝杀緦⒋蠓冉档?，價(jià)格越便宜。近期的項(xiàng)目設(shè)計(jì)規(guī)模已達(dá)到200MW，遠(yuǎn)超鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)規(guī)模。6)我國(guó)釩資源儲(chǔ)量豐富，供應(yīng)鏈安全性更強(qiáng)。我國(guó)已探明釩礦儲(chǔ)量占全球43%(美國(guó)地質(zhì)勘探局USGS數(shù)據(jù))，產(chǎn)量約占全球三分之二，相比于鋰電池在核心礦產(chǎn)方面對(duì)外依賴度高，發(fā)展釩電池可避免受制于人。
全釩液流電池的缺點(diǎn)包括：1)能量密度不高。全釩液流電池的能量密度為12-40Wh/kg，低于鋰電池的80-300Wh/kg。不過(guò)，固定式儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)能量密度要求不高，因此液流電池更適用于大規(guī)模蓄電儲(chǔ)能。2)初始投資成本較高。目前鋰電池儲(chǔ)能電站的初始投資成本最低可達(dá)到1.6元/Wh，而釩電池儲(chǔ)能項(xiàng)目初始投資成本普遍在3元/Wh以上。近期釩電池成本下降較快，2022年11月中核匯能1GWh液流電池儲(chǔ)能采購(gòu)中標(biāo)候選人公示中，最低中標(biāo)單價(jià)達(dá)到2.2元/Wh。雖然釩電池初裝成本較鋰電池偏高，但全壽命周期使用成本與鋰電相近，在長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能場(chǎng)景更具優(yōu)勢(shì)。不過(guò)仍要考慮如果釩資源開(kāi)發(fā)力度不如預(yù)期，釩電池大規(guī)模應(yīng)用拉動(dòng)釩價(jià)上漲、拉高電解液成本，則可能削弱全釩液電池的全壽命周期的性價(jià)比優(yōu)勢(shì)。
全釩液電池儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)鏈
全釩液流電池主要由電解液、交換膜、電極、雙極板等組成。電解液是釩離子的儲(chǔ)存介質(zhì)，占系統(tǒng)成本的35%-40%(其中五氧化二釩占電解液成本60%左右)，其性能將直接影響到電池系統(tǒng)的工作效率、運(yùn)行工況和使用壽命等;交換膜是電池內(nèi)用于釩離子交換的膜材料;電極是氧化還原反應(yīng)的主要發(fā)生場(chǎng)所，包括一個(gè)正極和一個(gè)負(fù)極;雙極板是用來(lái)電氣連接但液壓分離相鄰電芯的一種隔板，主要功能為隔離正負(fù)極電解液、匯集電流和支撐電極等。雙極板、離子交換膜、電極、電極框架等構(gòu)成電堆，電堆是釩電池系統(tǒng)的重要部件，是發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)的主要場(chǎng)所，可占總成本的35%，而電堆成本中55%來(lái)自于離子交換膜。其他裝置(如管路與控制系統(tǒng)、循環(huán)泵等)占總成本的30%。全釩液流電池產(chǎn)業(yè)鏈如下圖所示。
圖8 全釩液流電池產(chǎn)業(yè)鏈
資料來(lái)源：長(zhǎng)城證券。
當(dāng)前國(guó)內(nèi)全釩液流電池市場(chǎng)總體體量較小，龍頭格局未顯，產(chǎn)業(yè)仍處于發(fā)展初期。產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)的競(jìng)爭(zhēng)格局和代表企業(yè)如下表所示。
表4 全釩液流電池產(chǎn)業(yè)鏈代表企業(yè)
資料來(lái)源：深企投產(chǎn)業(yè)研究院整理。
評(píng)論