学术聚焦 | 刘宗浩:推进全钒液流电池储能的中国路径
前瞻科技
《前瞻科技》由中国科协主管、科技导报社主办,定位为科技智库型自然科学综合性高水平学术期刊,于2022年3月创刊。办刊宗旨为:围绕国家重大战略任务、科技前沿重要领域和关键核心技术,刊载相关研究成果的综述和述评,促进学术交流,推动科技进步,服务我国经济社会高质量发展。期刊主编为中国科学院院士、中国科协副主席包为民。
2025-02-08 17:15
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中国在全钒液流储能技术领域的关键指标已达到国际先进水平,且在商业示范与产业化进度方面,相较于国外整体进度处于领跑地位。

从全钒液流电池储能产品关键指标来看,储能单元能量效率不低于70%、储能介质能量密度为15~30 W·h/L、单体电堆功率达到40 kW级以上、电池模块额定功率达到500 kW以上,国内外指标水平基本一致。

在关键材料方面,国内实现了全氟磺酸质子膜的国产化,已应用于多个储能项目。新型可焊接非氟膜材料也表现出良好的电池性能指标和独特应用前景。电极材料方面,国产碳素类电极材料已能基本满足需求。全钒液流电池关键材料产业链方面已经基本完备,基本实现对于国外材料的替代。

国外从事全钒液流电池储能技术开发的机构主要包括日本住友电工(SEI)公司、英国Invinity、奥地利Enerox、澳大利亚VSUN、美国Largo、德国Fraunhofer研究所、美国西北太平洋国家实验室(PNNL)等。据不完全统计,国内从事全钒液流电池储能技术研发及产业化方面的研究机构及生产企业达到170余家,产业化程度及规模大幅超过国外。目前,中国在全钒液流电池关键材料基础研究、电池系统集成及应用示范工程方面均取得了突破,主导了国内外液流电池标准的制定,技术水平处于国际领先地位。

在全钒液流电池储能技术产业化及商业示范方面,中国于2016年实施了全球最大全钒液流电池储能调峰电站国家示范项目一期工程(100 MW/400 MW·h)的建设,项目已正式投运。单个项目规模达GW·h的全钒液流电池储能示范工程,计划于2025年实现并网。据公开报道,国外实施的单个全钒液流电池储能示范项目的最大规模为60 MW·h。在全钒液流电池储能系统产业化及应用领域,中国处于世界领先地位。

虽然中国全钒液流电池储能行业产业化及商业化取得了实质性进展,但是其发展过程中仍面临着基础性、原创性、突破性创新不足,电力系统市场机制不完善,资源、技术、市场全产业链不成熟等问题和挑战。

在技术方面,① 传导膜材料的构效关系及离子传递机理不清晰,难以满足进一步开发高功率密度电堆需求;② 以碳材料作为典型材质的传统电极材料需要进一步突破,以实现全钒液流电池工作电流密度的有效提升;③ 电解液工作温度区间相对较窄,高温、高充电状态(State of Charge, SoC)稳定性有待改善,需要提升全钒液流电池宽温域适应性;④ 储能单元模块集成度不高,漏电损耗、辅助功耗较大,导致电池模块交流能量转换偏低;⑤ 储能单元模块间SoC差异化规律及其影响、系统运行控制策略尚不明确,导致储能系统容量利用率和能效较低。

在市场推广及机制方面,电力系统市场机制不完善,储能项目收益机制难以确保稳定,储能项目投资风险相对较高,造成目前全钒液流电池储能项目决策周期长,全钒液流电池储能项目,尤其是规模较大的储能项目的推广受到不利影响。

为加快推动中国全钒液流电池储能规模化、产业化、市场化发展,提出如下发展建议。

在产业发展政策完善层面,进一步明确储能在独立市场中的主体地位,发挥电力市场建设导向作用,完善市场运行机制,完善新型储能盈利模式,建立合理的储能长效补偿和监管机制;在竞争性电力市场形成以前,新型储能按照“两部制”电价政策予以保障,阶段性保障新型储能项目的运行收益。随着电力系统发展改革的深入,电力市场运行机制的逐渐建立和成熟,探索建立“容量电价+市场”共同支撑的收益机制,完善储能收益疏导机制,形成依靠市场机制和技术性价比联动的良性发展。

在技术创新研发方面,加强对储能学科的建设,以及基础、工程研究领域的专业人才培养,为储能技术的研发和产业化发展提供人力支持;加强新一代储能技术的基础创新研究,加强储能领域核心技术的知识产权和标准布局,提升中国新型储能技术在国际上的竞争力;促进储能技术从资源、技术、产业、应用端全链条产业发展和融合,加大支持具备自主知识产权的储能技术的应用推广。

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关于本刊

《前瞻科技》是由中国科学技术协会主管,科技导报社主办、出版的科技智库型自然科学综合类学术期刊,于2022年创刊。

办刊宗旨:围绕国家重大战略任务、科技前沿重要领域和关键核心技术,刊载相关研究成果的综述和述评,促进学术交流,推动科技进步,服务我国经济社会高质量发展。

常设栏目有“前瞻”“综述与述评”“聚焦”“论坛”“文化”“书评”等,其中“前瞻”“综述与述评”为固定栏目,其他为非固定栏目。

期刊官网:www.qianzhankeji.cn

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