浅谈液流电池技术发展现状及企业产业实践

碳中和是党中央经过深思熟虑作出的重大战略决策，事关中华民族永续发展和构建人类命运共同体。如今，全球碳中和的共识已经非常统一，各国将实现碳中和目标基本认同在2050年前后。从整体来看，业内普遍认同，能源行业减碳是实现碳中和目标的关键路径。

根据全球能源互联网发展合作组织预测，2025年全球风电+光伏发电量占比20%，到2050年风电+光伏发电量占比达到67%。

中国正面临电力系统的绿色低碳转型与能源结构的转型。电力结构中，新能源电力的占比在逐渐攀升，储能作为新能源电力调峰调频的重要利器，是实现“碳中和”背景下能源转型的助推器。

目前中国新型储能发展迅速。2022年，以电化学储能为代表的新型储能在国内储能市场的占比已达到21.9%。在新型储能中，锂离子电池占比最大，中国锂离子电池占新型储能比重达到94.0%，液流电池占比1.2%，压缩空气占比1.5%。

数据显示，截至2023年1月，国内已经投运的电化学储能电站累计装机主要分布在电网侧，占比接近80%，其次是电源侧，占比15%，最后是用户侧，占比为3%。在电源侧中，风电+光伏配储占比约99%。

储能是构建新型电力系统灵活性的技术。

电力系统灵活运行能力主要指电力系统能够可靠且经济有效地应对全时间尺度的供需变化和不确定性，从而确保电力系统瞬时稳定性、并支持长期供电安全。电力系统灵活运行能力既来自电力供给侧，还可以通过电网基础设施需求侧响应和电力存储来提供系统运行调节能力；储能作为灵活的电力电量平衡技术，在高比例可再生能源电力系统中削峰填谷、一二次调频、电能质量提升和电网支撑中将发挥越来越大的作用。

在政策上，储能自2016年开始被纳入国家级政策规划，2017年首份行业指导政策出台，国家发改委、国家能源局等《关于促进储能技术与产业发展的指导意见》提出未来十年中国储能行业两步走战略。

国家能源局“十四五”规划发展科技规划对储能技术也多有提及，在该规划中，储能技术的研发部分涉及到钠离子电池与液态金属电池以及钠硫电池等；储能安全技术部分则涉及研发电化学储能系统安全预警、系统多级防护结构及材料关键技术；储能示范要求开展高功率液流电池储能电站系统设计。

据国家能源网发布，截至2023年6月底，全国已建成投运新型储能项目累计装机规模超过1733万千瓦/3580万千瓦时，其中全钒液流电池储能占1.1%。国内液流电池储能装机规模的增加受国家政策的影响，如2017年发布的《关于促进储能技术与产业发展指导意见》，2023年国家能源局公布的《2023年能源领域拟立项行业标准制修订计划及外文版翻译计划项目意见》等。

液流电池主要以五种不同的电解液组成了五个不同的液流电池技术，其中全钒液流电池较为成熟，其他液流电池尚在验证或示范阶段。这五种不同的液流电池技术具体参数如下图所示。

提起液流电池，就不得不提到液流电池与锂电池之间的比较。

在技术特性上，锂电池的优势在于功率性能好，劣势在于其容量衰减明显，液流电池则主要是容量规模大但能量效率低，寿命长、容量衰减小；安全性上，液流电池不存在热失控但存在电解液泄漏风险，而锂离子电池存在热失控引起的起火爆炸风险；在成本上，液流电池的市场规模化效益尚未显现，目前不同技术成本结构差异较大，而锂电池规模化效益带来成本明显下降，只是未来成本下降趋势缓慢。

通过储能时长和单位投资成本的比较可得，液流电池更适合长时储能，尤其在大于5小时的储能时长上更具优势。

目前液流电池的产业链公司分布较完善，随着国内长时储能政策的发布，液流电池相关企业发展迅速。但就目前的全钒液流电池技术来说，国内还是领先于国外。

全钒液流电池的特点是易于规模化，温度适应性强、寿命长、效率高、安全可靠，主要发展方向为高效率和高能量密度电堆以及电堆关键材料低成本，隔膜关键材料的突破。

解决方向主要是包括电解液、电极膜和双极板在内的液流电池关键材料的开发与优化，以及膜材料的国产化和离子高选择性的制备。例如可以通过采用添加剂的方法增加电解液的温度稳定性，采用支持电解质体系取代硫酸体系增加电解液的高浓度稳定性。

全钒液流电池在国内的产业链初步形成，关键膜材料尚未形成规模化生产，随着储能安全性的要求升级、储能时长的增加，基于钒电池的高安全性和储能时长增加边际成本较少的特点，钒电池在大规模长时储能中将会有出色的表现。

中钠储能目前的业务板块主要涉及3个部分：全钒液流电池储能系统的生产制造、储能智慧运维、储能研发。

在全钒液流电池储能系统的生产制造方面，中钠储能完成了全钒液流电池系统集成技术的突破，包括管路设计、BMS、电堆的设计、储能系统的优化与效率的提升；在储能智慧运维方面，中钠储能搭建微电网可视化数字平台，一方面监视场站设备的系统运行状态、电量与收益统计、二氧化碳减排指标；另一方面对场站的电力设备进行远程管理与调度，协同电网能量管理系统（EMS）参与电力辅助服务；在储能研发方面，中钠储能与西北大学等高校搭建产学研平台，进行了宽温区电解液的研究、钒电池的实验室测试、低成本多孔可焊接膜的研究，研发高安全、长寿命、低成本电池体系。

▍中钠储能兆瓦级储能电站工程示范——甘肃某光伏电站15MW配储项目

在甘肃张掖完成了15MW/60MWh的光伏发电配储项目。本项目采用直流1500V储能系统方案，储能电池系统采用集装箱布置，主要包括储能电池舱、储能变流升压一体机、能量管理系统等设备。电池集装箱系统拥有独立的配电系统、温度控制系统、火灾报警系统、消防系统等自动控制和安全保障系统，采用非步入式设计。

储能系统与新能源场站配合实现风储、能量搬移、一次调频等应用，同时储能系统可接受电网调度，参与电网辅助服务。

▍中钠储千瓦级工商侧工程示范——陕西西安风光储充一体化125kW/500kWh微电网项目

该项目落地于西安国际人工智能创新园园区。项目集成光伏发电、全钒液流电池储能、充电桩、风力发电等多项技术，项目运行后既能为电动汽车供给绿色电能，又能实现园区应急照明及电梯应急运行。后期还可实现电力削峰填谷、辅助服务等功能，这将显著提升园区电力系统运行效率。

长时储能是未来储能的重要发展方向。

专家指出，新能源电量占比超过20%以后，长时储能将成为刚需。我国提出到2025年新型储能装机规模达到3000万千瓦以上，2030年起全球可再生能源占比超过60%，长时储能容量将达到2~3亿千瓦，长时储能需求约占新能源发电量的10~20%，将会成为维持系统平衡的重要调节手段。

随着波动性电源并网比例扩大，电力系统对储能灵活调节要求也逐渐增多，配合新能源参与系统调峰的需求增加，调节时长也将变为更长时间尺度的需求。

长时储能可以在极端恶劣天气下为系统提供持续安全可靠的电力供应，发挥应急保供作用，能有效应对季节性保供需求，提升系统事故后快速回复和应急处置能力。因此，关于长时储能液流电池的发展，业内人士提出了如下几点建议：

1）发展高效率、低成本的液流电池发电技术，提高电堆容量功率和转化效率是液流电池的发展目标。研究高稳定性、高功率、宽温度适应性和隔膜关键材料是液流电池的主要发展方向。

2）开展大容量、长周期、多元化新型储能相关技术应用示范，从液流电池电堆本身关键材料的开发做第二个市场的示范。

3）大力支持电源侧储能发展。推动保障性并网新能源项目同步建设储能设施，引导市场化并网新能源配套建设储能设施。

4）健全技术标准体系，优化完善储能并网及安全方面的技术标准，促进储能健康发展。

5）为了促进液流电池技术的发展以及大规模示范应用，要发挥各大企业、高校研究院的专业技术优势，共同促进液流电池技术的发展和大规模示范应用。