楊林-鐵-鉻液流電池儲能技術最新研究進展及應用.pdf

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1、2023年5月鐵-鉻液流電池儲能技術最新研究進展及應用北京和瑞儲能科技有限公司 副總經理和瑞電投儲能科技有限公司董事長楊 林知識產權聲明本文件的知識產權屬國家電力投資集團有限公司及其相關產權人所有，并含有其保密信息。對本文件的使用及處置應嚴格遵循獲取本文件的合同及約定的條件和要求。未經國家電力投資集團有限公司事先書面同意，不得對外披露、復制。Intellectual Property Rights Statement This document is the property of and contains proprietary information owned by SPIC and/o

2、r its related proprietor.Youagree to treat this document in strict accordance with the terms and conditions of the agreement under which it wasprovided to you.No disclosure or copy of this document is permitted without the prior written permission of SPIC.目錄CONTENTS發電側儲能背景1鐵-鉻液流電池技術3長時儲能技術需求2發電側儲能背景

3、01SPIC 2022.All Rights Reserved.5發電側儲能技術的發展趨勢一、發電側儲能背景高安全高安全低成本低成本高可靠高可靠長壽命長壽命適用于大規模應用的電池本體具有本質安全屬性原材料價格、供應鏈完善程度全生命周期的度電成本涉及項目經濟性的循環壽命儲能系統的循環次數對項目經濟性評價影響起到重要作用。涉網性能優運行維護少環境友好度高SPIC 2022.All Rights Reserved.6發電側儲能應用的發展趨勢：儲能時長越來越長一、發電側儲能背景02長時儲能技術需求SPIC 2022.All Rights Reserved.8美國國家可再生能源實驗室NREL發布的儲能未

4、來研究：定義長時儲能的挑戰研究報告表明 儲能消除凈負荷的需求，為系統提供更多可靠性；根據凈負荷需求的不同，以及可再生能源規模的不同，所需要的儲能功率和時長不同；更大功率的儲能布置，能夠消除更多的凈負荷需求，同時所需儲能時長越長。凈負荷*=負荷曲線-可再生能源出力曲線大規?？稍偕茉葱枰L時儲能二、長時儲能技術需求SPIC 2020.All Rights Reserved.9關于推動全區風電光伏新能源產業高質量發展2022年3月7日內蒙古自治區電力源網荷儲一體化實施細則（2022年版）2022年7月22日內蒙古新疆甘肅河北服務推進自治區大型風電光伏基地建設操作指引2022年3月4日服務推進自治區

5、大型風電光伏基地建設操作指引2022年3月4日2022年度列入省級規劃電網側獨立儲能示范項目清單（第一批）2022年5月17日發電側：大型風電光伏基地需要長時儲能來實現就地消納和整體打包外送。新能源配套4小時以上儲能有關政策用戶側：在具備條件的工業企業、工業園區挖掘新能源就地消納的潛力。到“十五五”末，全國將建設4.55億千瓦大基地項目其中外送3.15億千瓦，本地自用1.4億千瓦國家發改委 國家能源局關于促進新時代新能源高質量發展的實施方案2022年5月14日我國：儲能邁入4小時以上時代二、長時儲能技術需求SPIC 2022.All Rights Reserved.10不間斷電源電能質量調節備

6、用電源負荷轉移大規模電能管理液流電池液流電池鈉硫電池鈉硫電池鋰離子電池鋰離子電池飛輪儲能飛輪儲能高功率電容高功率電容秒級分鐘級小時級1kW10kW100kW1MW1GW100MW10MW額定功率高能量電容高能量電容鉛酸電池鉛酸電池鎳氫電池鎳氫電池鎳鎘電池鎳鎘電池引自DOE EPRI Electricity Storage Handbook in Collaboration with NRECA壓縮空氣壓縮空氣抽水蓄能抽水蓄能 液流電池超長循環壽命、高安全穩定性、綠色環保，是最適合長時儲能的技術路線。二、長時儲能技術需求SPIC 2022.All Rights Reserved.11液流電池應用

7、場景新能源友好接入平滑功率輸出，響應AGC調度，提高場站并網友好性大型風電光伏基地儲能配套風光大基地一體化建設，增加大基地就地消納火儲聯調提高火電的調頻、調峰的能力孤島、偏遠地區供電光伏長時儲能系統提供恒定電能供應，減少外接電及柴油發電機的使用核電安全運行作為應急保障電源，減少調峰關鍵節點輔助服務調峰調頻、爬坡、電壓支撐、黑啟動特高壓送受電端調峰提高特高壓送受電端本地調峰能力城市應急備用為城市政府、醫院、工業等重要負荷提供應急保障冶金、鋼鐵、化工等高耗能行業自備電源的減碳降碳光儲充大容量能量時移零碳工業園區和物流園區可再生能源就近消納數據中心電源可靠性提升虛擬電廠大容量需求響應微電網電能質量和

8、快速并離網切換能力提升石油行業配電網的增容和柴油發電機替代發電側發電側電網側電網側用戶側用戶側二、長時儲能技術需求SPIC 2022.All Rights Reserved.12液流電池市場成長空間巨大項目中國市場全球市場2021年新能源裝機規模（GW）67016802030年預計新能源裝機規模（GW）16404956配套儲能規模（GW）（20%）194665電化學儲能規模（GW）（占儲能市場50%）97327液流電池儲能規模（GW）（占電化學儲能市場46%）44.6150裝機價格(元/Wh)（6小時）1.51.5發電側+電網側市場規模（億元）401613563用戶側項目數（個）8002400

9、單個項目規模（MWh）6060用戶側市場規模（億元）7202160合計（億元）473615723 根據IEA和國家能源局數據顯示的新能源裝機規模，以配套20%儲能，電化學儲能占50%，其中液流電池占46%測算，液流電池全球市場規模將超萬億，中國市場規模將近五千億。二、長時儲能技術需求SPIC 2022.All Rights Reserved.13液流電池：朝著規?；?、成本更低的方向發展通過一系列計劃推動液流電池商業化進步。目標：大規模部署時，液流電池成本降低到$300/kWh 鑒于美國釩礦依賴進口，釩電解液原材料成本占整個系統的50%，ARPA-E，GRIDS,IONICS,OPEN 項目都旨

10、在推動基于鐵、鋅等其他低成本原材料的液流電池商業化應用。通過一項長時儲能計劃DAYS，推動拓展至10小時液流電池儲能的應用，降低液流電池系統的初始投資。美國能源署DOE 認為液流電池主要技術提升方向是降低成本，提出液流電池面臨的主要挑戰：有效降低關鍵部件的生產成本。膜、雙極板和多孔碳電極等組件需要特殊的性能，目前生產成本很高。諸如泵等輔助部件的生產成本也較昂貴。亟需健全的、標準化的供應鏈（更多供應商）和系統集成。與其他電化學儲能類似，液流電池系統的潛力受到非標準化供應鏈的限制，缺少適合于更高功率的液流電池電堆的制造創新。需要規?；a制造。液流電池生產制造能力水平還不足以支撐規?；l展，尚未產

11、生規?；獛淼慕洕蕴嵘?。液流電池進一步開發和商業化，擴大核心部件（如膜和儲罐）和材料（如電解質溶液）的制造工藝將是極其重要的。二、長時儲能技術需求03鐵-鉻液流電池技術SPIC 2022.All Rights Reserved.15 鐵-鉻液流電池技術最初是由美國NASA在20世紀70年代研發的，1984年和1986年日本成功制造10kW和60kW的原型系統，此后鐵-鉻液流電池技術一度消失在大眾的視線中。鐵-鉻液流電池技術特點適合長時儲能 離子互串，電池正極、負極電解液交叉污染 析氫 離子交換膜價格高 Cr離子活性差 電流密度低 安全性高 長壽期 長時儲能 電解液低成本 環境友好 溫度適

12、應性強技術優勢技術瓶頸三、鐵-鉻液流電池技術SPIC 2022.All Rights Reserved.16050000100000150000200000250000300000350000400000450000500000550000201520162017201820192020202120222023單價（元/噸）鉻鐵釩鐵碳酸鋰三元正極材料鋅鉻、釩、鋰和鋅的價格走勢鉻、釩、鋰和鋅的儲量Fe/CrVRBLi-ionZn-Br關鍵原材料鉻鐵五氧化二釩V2O5碳酸鋰Li2CO3鋅關鍵元素全球探明儲量鉻儲量120億噸釩儲量6300萬噸鋰儲量8900萬噸鋅儲量2.5億噸關鍵原材料（2023.3

13、.1）9.0元/kg150.5元/kg408元/kg23.2元/kg當量價格1.06元/mol36.7元/mol31.0元/mol1.93元/mol鐵-鉻的儲量多，價格走勢最為穩定、廉價鐵-鉻液流電池資源稟賦強，成長潛力大三、鐵-鉻液流電池技術SPIC 2022.All Rights Reserved.17研發測試基地2kW儲能測試系統單電池測試系統60kW儲能測試系統10kW儲能測試系統短電池堆測試系統材料研發及測試實驗室1200三、鐵-鉻液流電池技術SPIC 2022.All Rights Reserved.18 國家電投攻克了Cr離子活性和可逆性差、析氫、離子遷移和電流密度低等關鍵技術難

14、題，實現鐵-鉻液流電池儲能技術大規模應用。電極材料雙極板材料離子交換膜材料配方優化電解液穩定技術高效催化劑技術結構設計流道設計鐵-鉻液流電池技術電堆關鍵技術儲能系統集成技術關鍵材料專有設計技術模塊化設計技術電解液再平衡系統電解液關鍵技術三、鐵-鉻液流電池技術SPIC 2022.All Rights Reserved.19液流電池儲能裝備制造基地山東 濰坊2022年1月，“容和一號”鐵-鉻液流電池堆全自動化量產線投產，每條產線每年可生產5000臺30kW“容和一號”電池堆。產業化基地（山東濰坊）三、鐵-鉻液流電池技術SPIC 2020.All Rights Reserved.20 現階段電流密度

15、達到140mA/cm，未來將達到210mA/cm、350mA/cm 電堆功率密度提高100%，整個系統占地面積大幅度縮小國際領先電堆關鍵技術三、鐵-鉻液流電池技術SPIC 2022.All Rights Reserved.21運用核電級工藝理念，打造模塊化系列產品，安全可靠，高度集成10kW/60kWh儲能模塊3060kW/240kWh儲能模塊1MW/48MWh儲能模塊三、鐵-鉻液流電池技術SPIC 2022.All Rights Reserved.22百千瓦級鐵-鉻液流電池儲能系統在運國內首套 國際最大系統功率 250kW儲能容量 1.5MWh單堆功率 30kW電池堆數量8個AC/AC系統轉

16、化效率70%系統充放電切換時間 200ms河北省張家口市戰石溝光伏電站（極寒地區）系統自2020年12月23日投入運行以來，月均穩定運行600小時以上，系統穩定運行時長超過500天，完成了200余次充放電循環，累計為冬奧地區存儲、提供清潔電能超過5萬千瓦時。產品應用場景發電側應用案例三、鐵-鉻液流電池技術SPIC 2022.All Rights Reserved.231MW/6MWh鐵-鉻液流電池儲能系統霍林河循環經濟“源網荷儲用”儲能項目配置鐵-鉻液流電池儲能系統，對于鐵-鉻液流電池兆瓦級示范以及大規模應用具有重要意義位于內蒙古自治區通遼市霍林郭勒（極寒地區）示范項目已于2022年底完成建設三、鐵-鉻液流電池技術SPIC 2022.All Rights Reserved.24技術研發成果、示范項目投入運行、量產線投產等關鍵節點均得到了中央電視臺、國資委、人民日報等各大媒體及單位的關注與報道獲得行業認可媒體關注三、鐵-鉻液流電池技術儲能，讓電力的不可能變為可能謝 謝！