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直击长沙|普能世纪黄绵延:高效大容量全钒液流电池储能技术助力碳中和及新型电力系统构建

作者:中国储能网新闻中心 来源:中国储能网 发布时间:2022-12-01 浏览:

中国储能网讯:11月24-26日,由湖南省工业和信息化厅、湖南省商务厅、长沙市人民政府、中国化学与物理电源行业协会储能应用分会联合主办,100余家机构共同支持的湖南(长沙)电池博览会暨第二届中国国际新型储能技术及工程应用大会在长沙圣爵菲斯大酒店召开。此次大会主题是“新能源、新机遇、新高度”。

会议期间,组委会邀请了北京普能世纪科技有限公司CEO黄绵延分享主题报告《高效大容量全钒液流电池储能技术助力碳中和及新型电力系统构建》。以下是发言主要内容:

黄绵延:各位专家、各位领导、各位同行,非常高兴能在这个特殊时期有机会跟大家分享一下全钒液流电池的一些发展情况。

首先是长时储能和全钒液流电池的简单介绍,在所有行业会议上都知道锂电池经过这么多年的发展已经得到了非常好的发展状态,现在提到储能或者新型储能第一个就想到锂电,但是锂电有一些固有的不足,导致新型储能或者储能应用由功率型向容量型转变的阶段,它可能有一些不是很完美的场合,在这种场合下,国家政策、产业界、资本界对于液流电池特别是全钒液流电池的关注度也越来越高。经过这么多年的发展,储能市场逐渐由短时功率型向长时容量型过渡,这是国外的一些分析报告,随着可再生能源比例越来越高,对储能时长的要求会越来越高,长时储能的市场份额也会越来越大,主要是说明这些。

提到主要的新型储能特别是适合做大容量长时储能的技术,我们觉得有四种,一是抽水蓄能,二是压缩空气,三是锂电池,锂电池也可以做长时的,但会有一些缺陷,四是钒电池。每一种技术都有自己的优点和适应性,我主要着重讲钒电池,其实钒电池的规模已经从1兆瓦几兆瓦的项目到了百兆瓦级,前几天的大连项目200兆瓦800兆瓦时的第一期100兆瓦400兆瓦时就成功并网了,这个项目应该是开了全世界百兆瓦级液流电池的先河,在这个项目的鼓励或者带动下,目前我所知道国内的全钒液流电池百兆瓦级的项目大概有十几个,甚至有更大的,一个项目就2个GWh的全钒液流电池项目已经很多了,这是项目规模,另外一个是安全性,之所以对液流电池这么关注,就是因为它克服了锂电池储能面临的一些不可回避的不足地方,大家需要一种安全的长寿命的技术,钒液流电池非常适合。

当然这里要说的一点是液流电池的效率问题,一般系统效率是可以做到75%,基本上是跟抽水蓄能很接近。另外很重要的特点就是液流电池长寿命三十年,锂电池都是十年或者十五年,其实真正的状况下用不到十年十五年,液流电池真的可以做到二十五年三十年,因为这是由它的工作原理决定的,我们在厂内跑了十三年的系统,从2019年开始跑,天天不断的充放电,所以寿命是有理论支撑、实际项目支撑、实际数据支撑。另外它的特点是建设周期非常短,像抽水蓄能一般需要8-10年的建设周期,这种项目一般一两年,因为大连的项目前期投的时间比较长,主要是因为前期的政策因素,并不是建设周期的因素,所以液流电池有高安全性、长寿命、效率可以跟抽水蓄能媲美,没有地域限制,绿色和循环利用。从我们的角度来讲,我们认为液流电池是未来长时储能领域里作为调峰电站,电网侧,新能源发电侧,作为抽水蓄能一个有益的补偿,我们不可能取代抽水蓄能,但我们可以在抽水蓄能做不到或者没有资源的地方,或者生态比较脆弱的地方用液流电池来做是非常适合的。

液流电池有各种不同的技术,全钒只是其中的一种,还有锌溴、铁铬、全铁等等,主要分为几大类,刚才我讲的全钒液流电池应该可以认为是目前为止全世界液流电池行业里技术最成熟,项目最多,最接近商业化或者走在商业化最前沿的液流电池技术。另一类是以锌为代表的,因为锌是很好的金属材料,也也比较好的化学活性。还有铁基的液流电池。钒液流电池太贵了,需要把成本降下来,都是跟钒液流电池对标,因为钒的成本太高,不用钒,用其他金属或者物质代替钒就能把成本降下来,这个出发点是好的,但储能系统是非常复杂的,电解液只是其中的一部分成本,还有电池、BMS、PCS、冷却系统,是不是需要更复杂的系统来支撑稳定?按了这一头松了那一头,可能解决了电解液的问题,但其他的问题还是没有尽如意。比如把钒解决了,但是功率密度比较小,也就是电堆的大小,因为液流电池主要分为功率部分跟容量部分,用一样的材料,功率部分是钒电池的两倍,也就是说我电池部分的成本是一到两倍,电解液是便宜了,但电池成本就上去了,最后的成本可能比全钒电池还要高,所以这是行业比较普遍的情况,并不是说其他的技术不好,还是需要时间把各个方面进行优化,做到各方面要素都优化,成本降下来,这样的系统在已经开始看成本的市场环境下占有一席之地,百花齐放,但都要找到适合自己发展,达到最优状态的路径。

全钒液流电池的优点,一是安全,二是长寿命,三是100%的DOD,四是电解液可以循环利用,70%的成本在电解液,它可以无寿命约束的完全循环利用,比如这25年的项目结束之后,电解液就可以直接从这个项目拉到那个项目,100%回收,如果我这个项目不做了,我想把这个电解液回收成钒,它的产值也在70%,因为你要把含钒的电解液变成钒的制品,需要的加工成本在20%-30%左右,最差的产值在70%-80%。总体来讲,它的优点还是非常突出的,当然也有一些缺点,技术的能量密度比较低,大概是锂电池的1/10甚至更低,这么低的能量密度怎么做系统?系统的占地面积得多大?我告诉大家这只是电芯的层面,真正做成一个项目之后,钒液流电池的占地面积可以比锂电池还低,大家可能觉得不可思议,我可以给大家一个数据,比如我们现在做的百兆瓦级的项目,包括大连刚宣布的一百兆瓦四百兆瓦时的项目,大概一百兆瓦四百兆瓦时或者五百兆瓦时的占地面积不到三十亩土地,一个建筑物里。锂电池大概十兆瓦二十兆瓦时需要三十亩土地,如果真正讲大项目,液流电池的占地面积比锂电池还低甚至是一半,这是非常重要的一个信息,因为这是实实在在的数据,不是我们预测的,国内最著名的设计院做的设计就是按照这个标准来做的。

这些我就大概过一下,刚才我讲了液流电池这么多优点,也有这么好的一个市场前景,为什么这么多年它的市场份额还在1%左右?我记得8年前大概在8%-10%,现在可能1%都不到了。核心问题主要还是几个,一是它的综合成本太高,过去这么多年它的成本还是太高了,相对锂电池、铅碳电池、铅酸电池成本太高。二是过去没有适应的场景。三是项目规模有限。

综合成本高主要是几个问题,一是产业链不完善,产业链包括一些核心的部件。二是上游资源主要就是指的钒,钒这块要讲的可能太多了,但是我只想简单的跟大家说一下,目前在中国买的钒都不是为钒电池准备的,都是为钢铁工业准备的,所以钒电池要自己的钒,在之前是没有人专门开发低成本的钒的,所以这也导致综合成本比较高。适用场景这个比较清楚了,因为大家过去讲储能都是讲短时功率性的应用,长时的容量型应用也就是在这一年,特别是从今年开始,像新疆、内蒙开始要招一些4个小时的储能系统,以前没有的,所以这些是导致全钒液流电池储能过去的市场份额非常小的,当然现在的情况完全不一样了,接下来这个情况就会得到彻底的改变。三是项目规模有限,其实我刚才也讲了,过去整个液流电池的市场规模都是1兆瓦、2兆瓦、10兆瓦,这是最大的,百兆瓦也就是刚刚出现,更多的百兆瓦现在只是在规划之中。相信这些规划中的百兆瓦落地建成之后,液流电池的市场份额大概会能到10%-20%,这不是我预测的,是各路专家预测的。

这些是液流电池,特别是这种全钒液流电池全世界的一些生产制造企业的情况。当然这里只是列了一部分,因为最近出现了一些新的情况,液流电池太热了,基本上每周都会看到这个行业出现一些大新闻,有些上市公司开始整合一些资源进入这个行业,所以这个行业的发展还是非常快的,但是不管怎么讲,总体来讲,液流电池储能技术这块目前我们还没有看到能超越这些玩家的,国内外都还是这些,有一些新的技术新的概念,但这些新的技术新的概念需要时间去验证它的可行性,需要时间去把工程化的产品做成熟,大家都是做系统集成的,应该说是很好理解。任何一个新的概念,新的技术,它非得是经历一个比较长的积累过程,才能做到比较成熟完善。

这是行业的概况。我就不多讲了,简单的给大家说一下。其实我刚才也讲了厂商的情况,这里头简单概括一下,基本上以中美欧日为主的国家,应该说非常自信的讲,目前应该说中国是引领了全钒液流电池的发展,不管是行业规模还是成本,还是企业的规模来讲,都是引领行业的发展。但是有一点要强调一下,所谓新技术,比如新的一些液流电池技术,新的钒电池的大家想象出来的一些东西,可能还是美国这边在做得更好一些,因为他们可能对于创新或者这种风投的氛围比较好。

目前的市场情况特征非常明显,我们认为市场化商业化的一个前期,已经进入市场商业化,但还是在一个前期的阶段,以销定产的特征明显,没有像锂电池一样每天非常稳定的生产,然后你来我就直接卖给你了,基本上以项目定制为主,因为它这个项目的量还是少。主要靠政府项目的推动,特别是近几年都是以新能源配储能,政府给你新能源的指标,你就需要配套一些储能的产业,这个时候液流电池储能就跟新能源厂商跟地方政府会达成一些协议,然后来推动液流电池项目的落地建设。项目规模已经从兆瓦级向百兆瓦级进军了。另外一个就是发展的预期,我们认为这个产业在过未来的1-2年是一个快速发展的阶段,项目规模不断扩大,产业链已经逐步在完善。刚才讲了一个上游资源的问题,现在上游资源的问题也在逐步得到的解决,现在有很多企业参与到上游的钒资源的开发里头。

接下来讲一下我们公司的情况,其实我们是国内最早开始做钒液流电池行业的,陆陆续续在这个行业做了15年,而且这么多年就做这一件事。2007年成立,2009年收购VRB Power,在这个行业里VRB Power是当时全世界最好的一家公司,2010年开始有兆瓦级的产品,2011年到2014年开始做规模化的储能项目,在中国、美国等国家做了非常有代表性的一些兆瓦级的储能项目,都是开了地方的一些先河。2014年我们也承担了国家863的项目,我当时是这个项目的首席专家。这是我们一代产品,因为产品一代一代迭代,2016年开始有了二代产品,到去年我们已经开始生产三代产品,目前来讲已经推向市场,我们也开始做这种百兆瓦级项目的一些开发工作,有些项目已经进入招标阶段。

普能在资本市场,我们从2007年到现在融了大概有2亿美金,很多笔投资都是破了这个行业的先例,非常不容易。特别在一几年之前,普能大概就融了1亿美元来开发液流电池,那会整个储能市场都没有起来,我们就融到了1亿美金来做这个事,所以大家可以想象一下,其实资本市场是看好这个行业,对普能的技术和专业化水平还是比较认可的。这是普能的一些管理团队,我就不多讲了,主要讲一下我们核心的技术团队,现在大概有30多个人,基本上大家都在这个行业里做了十几年了,也非常专业,有理论背景,又有工程实践,这样一群朝气蓬勃的人,正是这群人把我们的产品一代一代的往前推进。

这是我们做的一些项目情况,我们已经安装投运的一些项目,跟锂电池没法比。目前为止我们也就投运了大概100兆,建了100兆瓦时。在过去这么多年大概100兆瓦时,接近70个储能项目,在全球12个国家。当然有一点就是说如果我们现在在做的这几个项目能马上快速落地,我们马上就会从100兆瓦时升级到GWh这种级别了。因为现在在做的每一个项目都是500兆400兆瓦时这种规模,快速在发展。这是现在国内最近这一两年在规划的一些液流电池的项目,这个量是非常大的,可能还是前几个月之前更新的一些数据。目前应该远比这个多了,因为每一个星期都会有新的项目出现,而且项目的规模在不断扩大。刚才我讲的综合项目,一个GWh的项目也都出现了,百兆瓦时的项目,新疆GWh的项目就有几个,所以这些项目的规模、数量快速在增长。

目前钒液流电池的成本状况,如果以4小时计,我们都是说AC的净输出,大概每千瓦时的度电成本现在已经可以做到2块5-3块左右,每一家各不一样,这其中大概百分之六七十是电解液的成本,然后百分之四十左右是电堆的成本。我说的电堆就是包括电池、管路、储罐、泵冷却、PCS,整个系统除了电解液大概在40%左右,而且这个成本目前每年都在快速的下降。我们预期比如今年能到2块5、2块6,明年基本上就可以做到2块5、2块3这样的一个水平,基本上每年都会在快速下降。当然这里的核心下降因素,电池进步是一方面,最核心成本下降因素是电解液这一块,这一块大概占百分之六七十的成本,如何把电解液的成本降下来?其实是考验这个行业的真正的难点,因为钒很多,但是如何低成本的给它开发出来,这是我们要考虑的事。

现在我们的产品有千瓦级、兆瓦级,可以满足不同的市场需求,都已经做到集装箱式标准化,高度的工业化,这已经没有问题了,所以这个产业是基本成熟了。我刚才讲普能的一代二代三代产品核心的电堆,我们现在已经从第一代的一个电堆10千瓦做到一个电堆75千瓦,75千瓦就是我们三代的电堆,应该说是国内单体电堆最大的一个功率,而且我们电堆已经拿到了电科院的认证,一系列的认证都没有问题了。

这是我们做的一个系统产品,一兆瓦的产品,上面这个是我的模组,也就是我的电堆部分,下面几个集装箱放的是我的电解液储罐,电解液在下面,上面的集装箱是电堆,我可以很方便的改变底下的电堆,电解液储罐的大小、多少,来选择是4个小时6个小时8个小时,这里头有各个不同的占地面积,都非常清楚的标出来。

目前来讲成本是2块5到2块6上下,未来的1-2年是有可能做到两块钱左右。我个人判断在“十四五”末期是有可能4个小时做到2块钱以内,也就是1块8毛钱的水平,而且这是全系统成本,包括PCS了,我这个是交流输出,如果按照很多的直流输出,可能就到1块5毛钱以下了。再过几年,可以彻底的改变大家对液流电池的一个印象。第一个我们的规模上来了,第二个成本也下来了,第三个它的可用性、稳定性、可靠性、安全性在更大的项目上得到彻底的验证,液流电池才能在整个储能大市场中占有更高的一个市场份额。

大容量储能市场逐步在出现,而且它是未来支撑新能源系统的关键。这不是我说的,应该说是所有专家已经达成的一个共识。全钒液流电池的这种优点可以决定它是一个理想的长时储能技术。全钒液流电池这个产业已经基本上在成熟,当然它有一些瓶颈,唯一的瓶颈就是钒这一块。普能公司在电池技术这块不断前进,其实今天我还没讲的就是我们也在整合钒资源,我们也在开发钒资源,未来我们是希望通过先进的电池技术,再加上我们低成本的钒资源,为整个储能市场,为新能源的建设,新型电力系统的建设,提供这种低成本可资本化的这种长时储能解决方案,这是我们的一个愿景。

大概就讲这些,谢谢大家。

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关键字:全钒液流电池

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