大连融科储能全钒液流电池技术评估报告
北京国际能源专家俱乐部[1]
2016年4月23日下午，北京国际能源专家俱乐部推出清洁能源技术评估与推广平台(Technology Assessment and Dissemination, 简称TAD)，首选大连融科储能技术发展有限公司(以下简称“融科储能”)的全钒液流电池储能技术作为评估与推广的对象，进行了深度讨论与评估。
融科储能成立于2008年，现有员工168人，是全球领先的全钒液流电池储能方案服务商，也是全球具备全钒液流电池全产业链技术服务能力的企业之一。该公司以中国科学院大连化学物理研究所为核心研发团队，自2000年开始液流电池技术的研究，于2010年建立了产业化技术平台，成功实施了多项商业化应用示范项目，在关键材料、电堆、成套装备系统以及储能解决方案等核心技术方面形成了完整的自主知识产权。
当天参与评估活动的专家有：美国能源部电网储能项目顾问、西北太平洋国家实验室电网储能原首席科学家杨振国、中国电力科学研究院电工与新材料研究所所长来小康、南京自动化公司总经理、华电科学研究院原院长应光伟、国家电网公司总工程师张启平、国家气候战略与国际合作中心主任李俊峰和亚洲开发银行能源技术总顾问翟永平6位专家。原科技部秘书长、国务院参事、北京国际能源专家俱乐部名誉理事会副主席石定寰先生也全程出席了活动，并给出了自己的意见。
会议听取了大连融科储能技术发展有限公司副总经理兼总工程师张华民先生对该公司自主开发的全钒液流电池储能技术介绍和国网辽宁电力有限公司副总经理王芝茗先生对该技术在辽宁电网应用的情况介绍，并在此基础上开展了热烈的讨论。
一、综合评估
在评估活动中，6位专家基于俱乐部开发的清洁能源技术评估体系，针对融科储能的全钒液流电池储能技术从四个维度进行了评估。
根据专家们的打分，该技术在这四个维度的得分分别为：技术吸引力4.26分、市场潜力3.53分、政策环境3.30分、健康安全环境4.71分，见下图。
二、技术吸引力
对于融科储能的全钒液流电池储能技术是否具备足够的吸引力，专家们主要从技术的成熟程度、技术创新性(知识产权与专利情况)、技术复杂性，与同类技术或可替代技术相比的先进性和优劣势等方面进行了评估。对这一个维度，专家们的平均综合打分为19.6分(满分为23分，以5分制折算即为4.26分)。
技术成熟度
目前融科储能已经实现了商业化生产，进行了30多个项目。融科储能现有年生产能力50MW，2016年底储能装备产业化基地投产后，年生产能力将扩大到300MW。截至2015年底，融科全钒液流电池储能系统装机量达到12.5MW，在建项目1.2MW。融科储能的产品已经出口美国、欧洲和日本等发达国家和地区，其中包括建成时全球最大规模钒电池储能电站----沈阳法库卧牛石风电场(5MW/10MWh)、北美最大兆瓦级钒电池储能电站—美国华盛顿州(1MW/3.2MWh)、欧洲最大兆瓦级钒电池储能电站—德国汉堡北部(250kW/1MWh)。公司具备全产业链生产能力，电解液国际市场占有率达90%。在可再生能源并网、电网削峰填谷、微电网等不同应用市场已获得市场高度认可。
技术专利水平
截至2016年3月，融科储能共申请国家专利140余项，其中包括国际专利13项，已经授权70余项，形成了覆盖电池材料、电堆结构、电池系统集成与控制，以及工程应用等全产业链的自主知识产权体系。
融科储能的钒电池技术获得了多项奖励，2014年获得中科院杰出成就奖，2015年获得国家技术发明奖二等奖，中国科学院十二五20项标志性重大进展成果之一， 2015中国原创技术奖。另外，融科储能领军国内液流电池标准的制定，其中已有两项国家标准和三项行业标准颁布实施，并全面参与欧洲标准制定并成为国际电工委员会(IEC)联合工作组牵头人。
综合先进性
与其他储能技术相比，全钒液流电池适用于电力系统的固定式大容量储能系统，是可以提供长时间大马力的“马拉松”储能手段。其主要优势包括：
1、安全性高，电池的储能活性物质为钒离子的稀硫酸的水溶液，钒电池系统在常温常压下工作，热管理简单，不存在爆炸、起火等安全问题;
2、循环寿命长，电池均一性好，可深度放电。由于电能储存在电解液里面而非电极上，理论上可以无限次充放电。一定时间运行后的容量衰退可以在线或离线恢复;
3、生命周期的性价比高，约占整个成本30%~50%(根据储能时长不同)的电解液可循环使用;
4、充放电特性良好，响应速度快，可深度充放电，适合大电流快速充放电，充放电切换只需0.02秒;
5、功率和容量可独立设计，功率和容量分别由电堆和电解液的属性决定，储能容量为数百千瓦时至数百兆瓦时，输出功率为数百千瓦至数百兆瓦，尤其适合大规模储能;
6、生命周期中环境友好，电解液可循环使用和再生利用，钒资源以及其他材料来源丰富，加工技术成熟，易于回收利用。同时该技术是钒资源综合利用的重要方向。另外电池废弃后，其他电池材料的回收与处理简单，不会对环境造成破坏。
基于以上钒电池的特点，融科储能经过15年的深耕细作，已经在以下核心技术取得突破：
1、高性能电解液规模化生产技术：发明了高稳定性、高反应活性的多价态钒离子电解液稳定化技术，开发出电解液在线容量恢复技术，解决了储能系统长期运行时的容量衰减问题，实现了150MWh/年电解液产能。近两年已对外销售100多兆瓦时的钒电解液，全球市场占有率达90%以上。
2、高性能碳塑复合双极板材料的制造技术：发明了韧性好、高导电性、适用于组装大功率电堆的碳塑复合双极板的制备方法，价格是石墨双极板的1/40，报废后烧掉除了二氧化碳之外，没有其他污染物。
3、高性能非氟离子传导膜设计与制造技术：突破“离子交换传导”机理的束缚，原创性提出“离子筛分传导”机理，开发出高选择性、高导电性、低成本的非氟离子传导膜，环境友好，提高了钒电池的电池效率，申请国家发明专利50余件，国际专利6件，受到国际认可。
4、标准化、模块化电池模块技术：研制出250kW、125kW、60kW、30kW系列的“ALL-IN-ONE”全集装箱式和半集装箱式电池模块产品，可单独使用，也可通过串并联满足客户对各种功率和容量储能系统的需求，安装方便并可在线远程监控。
5、优异的耐久性：2007年做了加速寿命试验证实液流电池具有优异的耐久性，正常、连续运行超1678天，超过四万多小时，有效充放电循环是12420次。该试验因其他原因被拆除而终止，检测能量效率衰减只有5%，容量可通过技术手段恢复。
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。
与会专家认为，融科储能的全钒液流电池技术在化学储能这个技术领域，不仅是国内领先，也是全球领先，其完整的自主知识产权体系和全产业链布局使得公司在相当长一段时间内很难被替代或超越。
三、市场潜力
对于融科储能全钒液流电池技术的市场潜力，专家们主要从目标市场规模、市场发展速度，以及经济性三个方面进行了评估。各位专家的平均综合打分为10.6分(满分为15分，以5分制折算即为3.53分)。值得说明的是，专家们着重考虑的是国内市场，而因支持电力系统储能应用的政策措施还没到位，市场潜力评估受到了影响。
目标市场
全钒液流电池技术的应用领域已经在介绍报告里作了详细介绍。本报告按照评估专家的讨论结果，试图给出目标市场的潜在规模。
全钒液流电池储能技术在电力系统具有广阔的应用前景：
一是在风电场、光伏电站配置其装机容量的8%~10%的储能系统就可以实现跟随发电计划，大幅度减少弃风、弃光。按6%的调频功率配置储能，达到国标对常规汽轮发电机组的调频要求，可以有效缓解制约可再生能源替代化石能源大规模发展遇到的技术瓶颈问题;
二是在配电站配置其变电容量(即受电端日平均负荷)8%~10%储能系统，同样可以为电力系统提供6%的调频功率和10%的尖峰电力，从而提高电力系统运行经济性和发、输、变电设备的利用效率。
按照《十三五》规划目标，2020年我国风电装机容量将达到2.5亿千瓦，光伏装机总量1.5亿千瓦，风、光合并将达到4亿千瓦。8-10%就是3200万-4000万千瓦，再按照每千瓦10000元的造价，市场规模就是3200-4000亿元。受电端日平均负荷8%~10%的容量更加巨大，因为参照的不只是可再生能源电力，而是各大城市的用电量负荷(如北京是全年日均负荷为1100万千瓦)。当然，这样的大规模储能是否具备经济性需要另行研究，而液流电池也不可能100%占有这些市场。
此外，全钒液流电池在微电网、智能电网、分布式风光储一体化项目、用户端需求响应、代替柴油机作为备用电源，偏远地区供电、电动车充电站、通讯设备备用电源等领域也具有很大的市场潜力。
按照中关村储能产业技术联盟的统计，截止2015年底，中国累计运行储能项目(不含抽水蓄能、储热、和压缩空气储能)118个，累计装机规模105.5MW，占全球储能项目总装机的11%。该联盟预测，到2020年，中国储能装机规模(不包括抽水蓄能和储热)可达14.5GW(按照历史增长率、企业项目规划和十三五可再生能源发展目标所得出的常规预测)，甚至24.2GW(基于储能产业配套政策出台、能源互联网产业发展和电力体制改革落地实施所得出的理想预测)。
众多国际专业研究机构都对储能技术的市场前景进行过预测。麦肯锡预测2025年储能技术对全球经济价值贡献将超过1万亿美元。国际咨询机构PiperJaffrey 和 Boston Consulting 预测2020年全球储能技术的市场容量在4000-6000亿美元左右。PikeResearch 预测液流电池在2021年电力储能的市场份额中会占到三分之一。
会议当天各位专家虽然无法对融科储能所面对的目标市场进行准确预测，但是大家一致认为未来的市场前景极为可观。
市场发展速度
对于未来国内市场的发展速度，专家们认为很难准确估计，因为现在市场和企业都在等待着国家能够尽快出台储能产业政策。政策何时出台、具体法规会是怎样的，这对市场的发展会有着至关重要的影响。即使基于这种不确定性，诸位专家也都选择了“快”或者“非常快”做为答案，一位专家还比较乐观地指出，市场的增长应该是阶梯性增长。另外，专家们没有太多关注国际市场，而欧洲、美国、澳大利亚和印度储能市场的发展非常迅速。
技术经济性
专家们一致认为融科储能的全钒电池技术虽然是新兴技术，价格较高，但成本已经在逐渐降低，与国际竞争对手相比具有比较强的竞争力。
专家们一致认为融科储能的全钒电池技术虽然是新兴技术，价格偏高，但随着钒电池技术的进步，融科储能的钒电池成本已呈现出大幅下降趋势，与国际竞争对手相比具有比较强的竞争力。随着钒电池大规模产业化生产以及自主研发的离子传导膜的应用，预计到2020年，电池系统成本将下降到2500元/kWh。另外，由于占钒电池30~50%成本的钒电解液是可以再生、循环利用的，未来可通过合同能源管理、融资租赁等金融手段进行交易管理，这样可以进一步降低客户的投资成本。
作为大规模储能技术，抽水蓄能还是最经济的手段。在现今的化学储能技术中，只有在中国制造的铅酸蓄电池可与抽水储能相比，但铅酸蓄电池的寿命太短，生命周期的每千瓦时价格还是太高。所有新兴技术，包括液流电池每千瓦造价与抽水储能相比还有距离。不过随着技术进步和规模化生产应用，成本还会不断下降。
四、政策环境
对于全钒电池技术所面临的国内政策环境，专家们主要从产业政策支持度和市场开发程度两个方面进行了评估。各位专家的平均综合打分为6.6分(满分为10分，以5分制折算即为3.30分)。
目前储能重要性已被上升到国家战略层面，但尚无具体的激励政策。在2015年3月的《关于进一步深化电力体制改革的若干意见》中提出，要求积极发展融合先进储能技术、信息技术的微电网和智能电网技术，提高系统消纳能力和能源利用效率。但是目前储能充放电没有价格，辅助服务没有定价，调频也没有定价。从这个角度来讲，虽然市场是相对比较开放的，相关政策还没有到位。
2016年3月18日，“国家能源局关于推动电储能参与”三北“地区调峰辅助工作”的通知为储能技术开放了一个特定的电力市场 – 调峰辅助服务。该通知对发电侧的储能设施设立了最低10MW/4小时的功率和能量要求，在用电侧没有设立任何要求。
在储能技术的应用上，消纳可再生能源、提高可再生能源比例，这些已经没有任何争议。可是如何促进储能技术的大规模发展，仍是核心问题。专家们认为，尽管国家在多个文件里强调储能技术的重要性，“十三五”期间，储能仍然是一个技术储备，进行示范工作，还没能看到大规模工业化和商业化推广的前景。
五、HSE(健康、安全、环境)影响
HSE评价是对该技术在生产和应用场景中对健康、安全与环境可能产生风险的识别和评估。各位专家对这一维度的平均综合打分为13.2分(满分为14分，以5分制折算即为4.71分)。
各位专家一致认为，融科的全钒液流电池技术对于人体健康和人身安全不存在隐患，是资源节约、环境友好、安全可靠的环保电池。从环境安全和影响角度来说，全钒液流电池本身非常安全，其储能介质为全钒离子的稀硫酸水溶液，不会发生火灾，不会发生爆炸，也不会出现不可控的化学反应。而钒本身作为金属可以回收，并且具有较好的剩余价值。溶解介质虽然是稀硫酸水溶液，但电池本身的防漏措施目前已经非常成熟，基本不存在泄露风险。电解液可通过在线或离线再生技术恢复进行循环利用;电极材料为碳塑复合材料(碳毡或石墨毡)，电池报废后可以作为燃料烧掉,除CO2外无其他环境污染物。
虽然如此，全钒液流电池的电解液目前被列为危险化学品，而按照国家规定，危险化学品的存放和运作需要有人值守。另外，全钒液流电池在工作过程中会产生少量的氢气，需要一个通风的工作环境，并配备氢气的浓度监测装置。在寒冷地区还需要把电解液加温，以保持电池性能。
六、技术发展前景与风险分析
全钒液流电池储能技术的发展方向包括提高电解液浓度等手段来提高能量密度和传导膜技术的突破来继续降低成本。
讨论中，各位专家在共同认可融科储能全钒液流电池技术的国际领先性的同时也指出，融科储能在技术上也还存在一些可以改进的空间，比如说电池效率的继续提高，系统的可靠性，适应的工作温度窗口是否可以继续拓宽，能量控制系统的优化，配套系统的稳定性等。
有专家指出，目前国外制造商的电池成本约比融科储能的价格要贵200美金/kWh。专家们认为，未来成本的降低将主要来自于原材料和电力电子器件成本的进一步降低，和规模化和自动化生产带来的整体成本下降，以及能源管理系统成本的下降。
另外，专家们还建议进一步培育电网级储能技术产业链。只有更多的企业进入这个市场、打造更好、更完善的产业链、才能构建更好的竞争氛围，才能有商业模式的创新，从而促进产品整个行业健康发展。
专家们认为，全钒液流电池储能技术在使用过程主要面临两大风险：
首先是技术故障。液流电池的配套设备需要高可靠性的循环泵，高效的变流器，和优秀的能量管理系统，来有效地融入电网运行环境。
其次是商业风险。专家们认为，液流电池运营最大的风险在于具体政策的不到位所造成的商务模式的缺失。液流电池可以平缓可再生能源的输出，减少弃风弃光现象，但不能作为调峰手段来和其他电源竞争。它的优势还在于所提供的辅助功能和用户的需求响应，而这些功能在没有具体的政策和监管条例下很难形成可持续的商务模式。
[1]免责申明：本报告是北京国际能源专家俱乐部秘书处根据自己掌握的信息和大连融科储能技术有限公司提供的材料，再结合2016年4月23日清洁能源技术评估与推广会议讨论的结果而撰写。对于任何商业机构或个人依据本报告的结论性意见所作出的投资或其他商业决定可能导致的任何风险、损失、损害、成本支出、索赔或其他权利主张，北京国际能源专家俱乐部及其所聘的专家均不承担任何法律责任。
免责声明：本网转载自其它媒体的文章，目的在于弘扬科技创新精神，传递更多科技创新信息，宣传国家科技政策，展示国家科技形象，参与国际科技舆论竞争，并不代表本网赞同其观点和对其真实性负责，在此我们谨向原作者和原媒体致以崇高敬意。如果您认为本网文章及图片侵犯了您的版权，请与我们联系，我们将第一时间删除。
