3、雙碳目標下的液流電池儲能技術與實踐-國網武漢南瑞0905.pdf

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1、0張 杰11、背景介紹2、全釩液流電池儲能3、南瑞釩電池技術4、釩電池的成本與能耗5、運行優化與應用實踐6、商業模式與示范建議一、背景介紹 1、政策背景為實現“碳達峰、碳中和”目標，我國已明確將構建以新能源為主體的新型電力系統。2 2020年12月12日，習近平主席在氣候雄心峰會上提出，力爭2 20 03 30 0年年前前二二氧氧化化碳碳排排放放達達到到峰峰值值，努努力力爭爭取取2 20 06 60 0年年前前實實現現碳碳中中和和。為了實現這個目標到2030年，中國風電、太陽能發電總裝機容量將達到12億千瓦以上。2020年，我國風、光發電利用率進一步的提升的同時，棄棄風風電電量量卻卻同同比比上

2、上升升0 0.5 5%；棄棄光光電電量量5 52 2.6 6億億千千瓦瓦時時，與與上上年年基基本本持持平平，消消納納壓壓力力凸凸顯顯。截止2021年3月，全國已經有已有17省份發布文件明確提出新能源配儲能，配置比例5%-20%不等。2021年3月15日，習近平總書記部署未來能源領域重點工作：構構建建以以新新能能源源為為主主體體的的新新型型電電力力系系統統。預計，中國新型儲能在2030年之后會迎來快速增長，2060年裝機規模將達4.2億千瓦（420GW）。一、背景介紹 2、技術背景 從傳統電力系統邁向新型電力系統進程中，新能源裝機比例逐步攀升成為電力系統主體，然而會引起系統轉動慣量降低和發電出力

3、精準預測能力降低的問題。如何解決以上兩個問題是成功構建新型電力系統的關鍵，儲能也因此迎來了更大的機遇和挑戰。3 新型儲能技術能有效提升清潔能源消納和存儲能力，提高電力系統靈活調節能力，是支撐新型電力系統的重要技術和基礎裝備，在推動能源綠色轉型，建設清潔低碳、安全高效的能源體系中具有積極作用，對保障能源安全高效利用，實現“碳達峰碳中和”目標具有重要意義。根據加快推動新型儲能發展的指導意見（征求意見稿）（發改委、能源局），到 2025 年，實現新型儲能從商業化初期向規?；l展轉變，裝機規模達 3000 萬千瓦（30GW）以上。一、背景介紹 輸電線輸電線配電線發電側電網側用戶側1.提高新能源消納2.

4、AGC輔助調頻3.功率控制和無功補償4.黑啟動1.削峰填谷2.一次調頻3.補充缺口容量4.有序供電管理1.峰谷套利、節省電費2.改善電能質量3.需求側響應4.備用電源5.能效管理43、儲能應用 大規模電力儲能是我國戰略性新興產業，是能源互聯網建設的重要支撐環節，具有削峰填谷、平滑電網波動以及提高電能質量等重要作用?；痣姀S核電廠燃氣廠水電廠風電、光伏電動汽車儲能系統智能家電分布式電源智能樓宇能源網絡信息網絡能源生產側數據采集能源生產側系統控制能源輸配網絡數據采集能源輸配網絡系統控制能源用戶側數據采集能源用戶側系統控制計算中心交易中心控制中心能量流信息流 通過多能融合、多技術集成、多品類輸出的互聯

5、網整體能源解決方案，將能源網、物聯網、互聯網三網耦合，實現能源高效轉化、梯級利用、最優配比，滿足用戶端多品類能源需求，實現能源有效利用。5一、背景介紹 4、儲能國家政策未來，將重點圍繞儲能與分布式能源等技術方向開展相關研究，促進能 源科技進步；提升儲能等領域裝備的技術水平；推動儲能與新能源發電、電力系統協調優化運行，開展電化學儲能等調峰試點；支持能源各環節 各場景儲能應用，著力推進儲能與可再生能源互補發展；支持新能源微 電網建設，形成發儲用一體化局域清潔供能系統；積極培育配售電、儲 能、綜合能源服務等新興市場主體。（2020年年12月月21日日發發布布）2021年4月21日國家發展改革委、國家

6、能源局關于加快推動 新型儲能發展的指導意見（征求意見稿）儲能是支撐新型電力系統的重要技術和基礎裝 備，對推動能源綠色轉型、應對極端事件、保 障能源安全、促進能源高質量發展、實現碳達 峰碳中和具有重要意義。2021年4月25日國家能源局，關于報送“十四五”電力源 網荷儲一體化和多能互補工作方案的通知重點支持每年不低于20億千瓦時新能源電 量消納能力的多能互補項目以及每年不低 于2億千瓦時新能源電量消納能力的源網荷 儲項目。6一、背景介紹 4、儲能國家政策發發布布主主體體發發布布時時間間相相關關政政策策主主要要內內容容國國務務院院2014年年6月月7日日能能源源發發展展戰戰略略行行動動計計劃劃(2

7、0142020)第第一一次次把把儲儲能能列列入入國國家家重重點點創創新新領領域域，凸凸顯顯了了儲儲能能在在國國家家能能源源戰戰略略中中的的重重要要地地位位國國務務院院2015年年3月月15日日關關于于進進一一步步深深化化電電力力體體制制改改革革的的若若干干意意見見積積極極發發展展融融合合先先進進儲儲能能技技術術、信信息息技技術術的的微微電電網網和和智智能能電電網網技技術術，提提高高系系統統消消納納能能力力和和能能源源利利用用效效率率。國國家家發發改改委委、國國家家能能源源局局2016年年11月月7日日電電力力發發展展“十十三三五五”規規劃劃新新能能源源側側：推推動動可可再再生生能能源源與與儲儲

8、能能新新技技術術應應用用示示范范；負負荷荷側側：積積極極推推進進大大容容量量和和分分布布式式儲儲能能技技術術的的推推廣廣應應用用。國國家家發發改改委委、財財政政部部、科科技技部部、工工信信部部、能能源源局局2017年年9月月22日日關關于于促促進進儲儲能能技技術術與與產產業業發發展展的的指指導導意意見見明明確確了了儲儲能能在在我我國國深深入入推推進進能能源源革革命命、建建設設清清潔潔低低碳碳安安全全高高效效的的現現代代能能源源體體系系中中的的戰戰略略定定位位。國國家家能能源源局局2017年年11月月15日日完完善善電電力力輔輔助助服服務務補補償償（市市場場）機機制制工工作作方方案案鼓鼓勵勵儲儲

9、能能設設備備、需需求求側側資資源源參參與與提提供供電電力力輔輔助助服服務務，允允許許第第三三方方參參與與提提供供電電力力輔輔助助服服務務。7一、背景介紹 4、儲能國家政策發發布布主主體體發發布布時時間間相相關關政政策策主主要要內內容容國國家家發發展展改改革革委委、國國家家能能源源局局2020年年8月月關關于于開開展展“風風光光水水火火儲儲一一體體化化”“源源網網荷荷儲儲一一體體化化”的的指指導導意意見見(征征求求意意見見稿稿)提提出出積積極極探探索索“風風光光水水火火儲儲一一體體化化”、“源源網網荷荷儲儲一一體體化化”實實施施路路徑徑。國國家家發發改改委委、國國家家能能源源局局2021年年2月

10、月25日日關關于于推推進進電電力力源源網網荷荷儲儲一一體體化化和和多多能能互互補補發發展展的的指指導導意意見見(發發改改能能源源規規 2021280 號號)通通過過完完善善市市場場化化電電價價機機制制，引引導導儲儲能能主主動動作作為為、合合理理布布局局、優優化化運運行行國國家家發發改改委委、國國家家能能源源局局2021年年4月月21日日關關于于加加快快推推動動新新型型儲儲能能發發展展的的指指導導意意見見（征征求求意意見見稿稿）2025年年新新型型儲儲能能裝裝機機規規模模達達3000萬萬千千瓦瓦以以上上；2030年年，實實現現新新型型儲儲能能全全面面市市場場化化發發展展，新新型型儲儲能能裝裝機機

11、規規模?；颈緷M滿足足新新型型電電力力系系統統相相應應需需求求，成成為為能能源源領領域域碳碳達達峰峰碳碳中中和和的的關關鍵鍵支支撐撐之之一一。國國家家發發展展改改革革委委2021年年4月月30日日關關于于進進一一步步完完善善抽抽水水蓄蓄能能價價格格形形成成機機制制的的意意見見(發發改改價價格格2021633 號號)鼓鼓勵勵儲儲能能設設備備、需需求求側側資資源源參參與與提提供供電電力力輔輔提提出出了了明明確確的的抽抽水水蓄蓄能能價價格格原原則則方方法法，對對所所有有大大規規模模儲儲能能具具有有借借鑒鑒意意義義。國國家家發發改改委委、國國家家能能源源局局2021年年7月月29日日關關于于鼓鼓勵勵

12、可可再再生生能能源源發發電電企企業業自自建建或或購購買買調調峰峰能能力力增增加加并并網網規規模模的的通通知知(發發改改運運行行20211138 號號)鼓鼓勵勵可可再再生生能能源源發發電電企企業業參參與與調調峰峰資資源源建建設設。8一、背景介紹 4、儲能國家政策發發布布主主體體發發布布時時間間相相關關政政策策主主要要內內容容國國家家發發展展改改革革委委、國國家家能能源源局局2021 年年 7 月月 29 日日新新型型儲儲能能項項目目管管理理規規范范(暫暫行行)強強調調了了新新型型儲儲能能項項目目必必須須堅堅持持安安全全第第一一、規規范范管管理理、積積極極穩穩妥妥的的原原則則國國家家能能源源局局2

13、021 年年 9 月月 24 日日2030 年年前前碳碳達達峰峰行行動動方方案案明明確確發發展展“新新能能源源+儲儲能能”、源源網網荷荷儲儲一一體體化化和和多多能能互互補補的的指指導導原原則則國國務務院院2021 年年 10 月月 24 日日關關于于加加強強產產融融合合作作推推動動工工業業綠綠色色發發展展的的指指導導意意見見(工工信信部部聯聯財財 2021159 號號)支支持持新新能能源源、高高效效儲儲能能等等，推推動動新新型型儲儲能能電電池池產產業業突突破破工工業業和和信信息息化化部部、中中國國人人民民銀銀行行、中中國國銀銀行行保保險險監監督督管管理理委委員員會會、中中國國證證券券監監督督管

14、管理理委委員員會會2021 年年 9 月月 3 日日電電力力輔輔助助服服務務管管理理辦辦法法將將新新型型儲儲能能納納入入并并網網主主體體管管理理，鼓鼓勵勵參參與與電電力力輔輔助助服服務務國國家家能能源源局局2021 年年 12 月月 21 日日電電力力并并網網運運行行管管理理規規定定明明確確了了新新型型儲儲能能調調度度指指導導和和管管理理的的具具體體范范圍圍及及內內容容9一、背景介紹 5、液流電池儲能標準截止2020年5月，我國現行標準體系中儲能領域相關標準超過160項，其中國家標準51項，行業標準60項，地方標準48項。關于儲能標準體系建設，我國與全球主要國家都在積極探索，儲能標準體系從技術

15、來分，可以分為基礎標準，通用標準，材料、部件與設備標準，并網接入、安裝調試與運行維護標準，以及回收利用標準等。從技術路線上分，可以分為全釩液流電池、鐵鉻液流電池、鋅溴液流電池等。我國已經形成了涉及材料、電池、工程應用及安全等方面的完整的全釩液流電池國家、行業及團體標準體系；同時，在應用端的儲電站設計、運行指標評價、電網接入要求等也制定了系列標準。10一、背景介紹 5、液流電池儲能標準序號標準號標準名稱備 注1GB/T 298402013全釩液流電池 術語2NB/T 420072013全釩液流電池用雙極板 測試方法3NB/T 420062013全釩液流電池用電解液 測試方法4GB 5014820

16、14電化學儲能電站設計規范適于釩電池液流儲能5NB/T 330142014電化學儲能系統接入配電網運行控制規范適于釩電池液流儲能6NB/T 330152014電化學儲能系統接入配電網技術規定適于釩電池液流儲能7NB/T 330162014電化學儲能系統接入配電網測試規程適于釩電池液流儲能8NB/T 420822016全釩液流電池 電極測試方法9NB/T 100922018全釩液流電池用橡膠類密封件技術條件10NB/T 420812016全釩液流電池 單電池性能測試方法11NB/T 420802016全釩液流電池用離子傳導膜 測試方法12GB/T 325092016全釩液流電池通用技術條件13G

17、B/T 333392016全釩液流電池系統 測試方法14NB/T 421342017全釩液流電池管理系統技術條件15NB/T 421332017全釩液流電池用電解液 技術條件16NB/T 421322017全釩液流電池 電堆測試方法17GB/T 348662017全釩液流電池 安全要求18NB/T 421452018全釩液流電池 安裝技術規范19NB/T 421442018全釩液流電池 維護要求 全釩液流電池及儲能應用主要的國家標準和行業標準111、背景介紹2、全釩液流電池儲能3、南瑞釩電池技術4、釩電池的成本與能耗5、運行優化與應用實踐6、商業模式與示范建議121、大規模長時間儲能對電池的要

18、求二、全釩液流電池儲能 液流電池的特性決定其是未來大規模長時間儲能的首選技術之一00.51規?；绦恃h壽命成本安全性鋰離子電池液流電池鉛炭電池預期值電化學儲能技術對比鋰離子電池技術效率和規?；瘧米钔怀?，全釩液流電池技術均衡，本征安全。132、新型儲能技術對比二、全釩液流電池儲能 壽命長 無充放電周期數限制 電解液可多次使用 環?；厥諌毫π“踩?電解液為水溶液不會燃燒 不使用易燃易爆的危險物 不會發生火災或產生有毒有害氣體運轉自由 在短周期、長周期混合運轉的情況下，能夠準確把握充放電狀態，不會縮短產品壽命易于使用 在常溫使用時，運轉/停止切換容易 電堆不需要充電均衡及充電量計量值的復位設計

19、自由 功率與容量可以獨立設計 功率與容量容易擴展全釩液流電池技術原理全釩液流電池系統構成143、釩電池原理與技術特點二、全釩液流電池儲能 負負極極：總總反反應應：正正極極：China 56%-Pangxi V&T;stone coal minesl冶金副產(73%)：釩鈦磁鐵礦鋼鐵冶金副產品l原礦開采(17%)：石煤礦床中約1億1800萬噸V2O5l固廢回收(10%)：電廠灰、重油渣、煉化催化劑回收來源途徑石煤釩分布中國擁有最豐富的釩資源全釩液流儲能產業鏈短，釩電解液可通過現有工業體系獲得、回收簡單且可循環利用。15特種鋼必需添加元素4、釩資源概況二、全釩液流電池儲能 中中國國釩釩儲儲量量占占

20、全全世世界界球球4 46 6.5 5%，居居第第一一。165、釩電池產業鏈二、全釩液流電池儲能 電電池池關關鍵鍵材材料料液液流流電電池池研研究究電電池池控控制制管管理理液液流流電電池池產產品品成成功功實實現現批批量量化化生生產產和和銷銷售售高高功功率率密密度度電電堆堆高高性性能能液液流流電電池池系系統統液液流流電電池池產產品品應應用用釩電池儲能產業鏈供應企業產品企業 電池堆與系統集成 大連融科儲能裝備有限公司、北京普能世紀科技有限公司、上海電氣儲能科技有限公司、國國網網電電力力科科學學研研究究院院武武漢漢南南瑞瑞有有限限責責任任公公司司、樂山偉力得能源有限公司、大力電工襄陽股份有限公司、寰泰儲

21、能科技股份有限公司、承德新新釩鈦儲能科技有限公司(下文簡稱為“新新釩鈦”)、國家能源集團北京低碳清潔能源研究院、杭州德海艾科能源科技有限公司、開封時代新能源科技有限公司 雙極板威海南海碳材料有限公司、大連博融新材料有限公司(下文簡稱為“博融材料”)、遼寧科京新材料有限公司、青海百能匯通新能源科技有限公司、中科能源材料科技(大連)有限公司、佛山市瑞能達特種材料科技有限公司 隔膜江蘇科潤新材料股份有限公司、遼寧科京新材料有限公司、山西國潤儲能科技有限公司、遼寧格瑞帕洛孚新能源有限公司、山東東岳未來氫能材料有限公司、貴州聚能世紀科技有限責任公司、新新釩鈦*電極遼寧金谷炭材料股份有限公司、四川省江油潤

22、生石墨氈有限公司 電解液 四川省川威集團有限公司、攀鋼集團有限公司、博融材料、湖南匯鋒高新能源有限公司、湖南省銀峰新能源有限公司、湖北平凡礦業有限公司171、背景介紹2、全釩液流電池儲能3、南瑞釩電池技術4、釩電池的成本與能耗5、運行優化與應用實踐6、商業模式與示范建議三、南瑞釩電池技術1、發展歷程18成立風光儲技術團隊20102014201720182019研制出新一代高功率密度一體化釩電池電堆研制出31.5kW釩電池單堆；建成級釩電池電堆生產線建立20kW釩電池驗證系統；研發釩電池電堆研制出100kW儲能系統百千瓦釩電池儲能系統應用于微電網201120132020一體化釩電池電堆性能優化2

23、022MWh級南瑞釩電池應用32kW 釩電池電堆自主研制的32kW釩電池電堆和釩電池儲能系統，通過第三方檢測和中國電力企業聯合會產品鑒定，達到國際領先水平。三、南瑞釩電池技術2、釩電池產品19產品鑒定證書第三方檢測報告型型號號WHNR-VRB-25/32kW外外形形尺尺寸寸1030mm*850mm*660mm額額定定功功率率32kW電電堆堆質質量量600kg工工作作電電壓壓60V96V工工作作電電流流415A單單體體數數量量60電電堆堆有有效效面面積積3315cm2工工作作電電流流密密度度125mA/cm230-50kW 釩電池儲能系統三、南瑞釩電池技術2、釩電池產品2030kW/50kWh全

24、全釩釩液液流流電電池池儲儲能能系系統統型型號號WHNR-VESS-30占占地地面面積積16m2（含維修通道）功功率率30kW能能量量50kWh直直流流電電壓壓范范圍圍60V96V響響應應時時間間100ms數數據據通通訊訊協協議議Modbus TCP循循環環次次數數13000次工工作作溫溫度度545執執行行標標準準武漢南瑞企業標準、IEEE519，IEEE1547100-125kW 釩電池儲能系統三、南瑞釩電池技術2、釩電池產品21100kW/200kW全全釩釩液液流流電電池池儲儲能能系系統統型型號號WHNR-VESS-100集集裝裝箱箱數數量量1內內部部布布局局方方式式電解液內置、左右布局占占

25、地地面面積積35m2（40尺集裝箱）功功率率100kW能能量量200kWh儲儲能能系系統統體體積積12.192m2.438m2.591m直直流流電電壓壓范范圍圍240V384V響響應應時時間間100ms數數據據通通訊訊協協議議Modbus TCP循循環環次次數數13000次工工作作溫溫度度545執執行行標標準準武漢南瑞企業標準、IEEE519，IEEE1547(可遵循)漢漢口口火火車車站站充充電電塔塔項項目目100kW/200kWh集集裝裝箱箱式式全全釩釩液液流流電電池池儲儲能能系系統統100kW全全釩釩液液流流電電池池儲儲能能系系統統250kW 釩電池儲能系統250kW 釩電池電堆系統三、南

26、瑞釩電池技術2、釩電池產品22型型號號WHNR-VESS-250集集裝裝箱箱數數量量1內內部部布布局局方方式式電解液外置、電堆上下布局占占地地面面積積30m2（儲液罐下沉、含維修通道）、50m2（儲液罐外置、含維修通道）功功率率250kW能能量量用戶自定義，推薦25h儲儲能能系系統統體體積積9.092m2.438m2.591m（不含電解液）直直流流電電壓壓范范圍圍280V514V響響應應時時間間200ms數數據據通通訊訊協協議議Modbus TCP循循環環次次數數13000次工工作作溫溫度度545執執行行標標準準武漢南瑞企業標準、IEEE519，IEEE1547(可遵循)湖湖北北隨隨州州廣廣水

27、水釩釩電電池池項項目目250kW/1MWh集集裝裝箱箱式式全全釩釩液液流流電電池池儲儲能能系系統統250kW/500kWh全全釩釩液液流流電電池池儲儲能能模模塊塊三、南瑞釩電池技術23基基于于250kW或或500kW儲儲能能模模塊塊組組成成的的兆兆瓦瓦級級全全釩釩液液流流電電池池儲儲能能電電站站，功功率率和和容容量量可可根根據據客客戶戶需需求求獨獨立立設設計計；儲儲能能雙雙向向變變流流器器集集中中放放置置，組組成成交交直直流流變變換換室室；儲儲能能監監控控室室對對電電站站整整體體運運行行狀狀態態進進行行實實時時監監控控，確確保保電電站站的的安安全全可可靠靠穩穩定定運運行行。儲能電站液流電池單元

28、儲能電站電氣主接線圖2、釩電池產品241）密封技術、智能檢漏2）智能溫控3）容量自恢復4）梯級流量控制5）模塊化、預裝式實施6）智能運維1）快速的調度/控制響應2）多機直接并聯技術3）過載能力優秀4）有效避免諧振釩電池儲能變流器能量管理系統1）基于一體化平臺，主動 支撐大電網安全穩定運行2）模塊化編程 3、儲能電站南瑞特色方案在設計時考慮了項目實施條件，兼顧了電網側儲能的功能需求和技術特點，對設備布局、儲能單元劃分、管路設計 等進行了優化，確保儲能系統運行環 境的一致性和可靠性，具有運輸方便、施工周期短、維護容易的特點。三、南瑞釩電池技術三、南瑞釩電池技術4、釩電池儲能電站及應用25100kW

29、/200kWh，武漢未來城，201450kW/100kWh，武漢，2016100kW/100kWh，蒙東 省電力公司，201726三、南瑞釩電池技術4、釩電池儲能電站及應用30kW/50kWh，武漢 省計量中心，2021250kW/500kWh，武漢院區，2019100kW/200kWh，武漢漢口充電塔項目，202227 漢漢口口火火車車站站西西側側充充電電塔塔項項目目融合了立體車庫、交直流及V2G充電、移動接觸取電技術、光伏發電、儲能系統、直流微網及綜合能源管理技術，設計多能互補與有序充電相結合的智能立體充電車庫，其中釩電池儲能系統通過儲能雙向變流器連接到微電網母線，主要用于緩解充電樁用電對

30、電網的沖擊，平滑光伏發電波動，低谷充電并在高峰時期支撐快充負荷。漢口火車站充電塔100kW/200kWh全釩液流電池儲能系統三、南瑞釩電池技術4、釩電池儲能電站及應用漢漢口口火火車車站站西西側側充充電電塔塔項項目目綜綜合合能能源源系系統統管管理理28三、南瑞釩電池技術4、釩電池儲能電站及應用湖湖北北隨隨州州廣廣水水“源源網網荷荷儲儲”-2 25 50 0k kW W/1 1M MW Wh h釩釩電電池池儲儲能能項項目目 隨隨州州廣廣水水全全釩釩液液流流電電池池儲儲能能項項目目容容量量為為2 25 50 0k kW W/1 1M MW Wh h，系統由8個32kW電堆通過串并聯方式接入一臺250

31、kW儲能變流器，通過1回380V線路接入用戶配電室。電池主要包含電堆、電池管理系統，正負極儲液罐、循環泵及管道。該電池模塊具有集成度高、方便運輸、維護簡潔的特點，能夠適應戶外安裝和運行條件。系統主要用于用戶側谷電峰用，支撐峰值負荷。隨州廣水250kW/1MWh全釩液流電池儲能系統l專利授權專利40余項；其中發明專利10余項，范圍涵蓋關鍵材料選型測試、電堆設計制造工藝、系統集成方案。l項目成果參與制定國標、行標6項；科技項目獲獎5項項目名稱獎勵名稱獲獎年度電化學儲能系統集成及應用技術湖北省科技進步二等獎2017全釩液流電池儲能系統開發及應用湖北省科技進步三等獎2015全釩液流電池儲能系統模塊化集

32、成及應用國網公司科技進步三等獎2017全釩液流電池儲能系統開發及應用武漢市科技進步二等獎2015儲能系統提高新能源發電接納能力的技術研究及應用襄陽市科技進步一等獎20165、科技項目及成果三、南瑞釩電池技術29301、背景介紹2、全釩液流電池儲能3、南瑞釩電池技術4、釩電池的成本與能耗5、運行優化與應用實踐6、商業模式與示范建議31四、釩電池的成本與能耗1.釩電池的釩資源與電解液五五氧氧化化二二釩釩中中游游核核心心部部件件系系統統輔輔件件電電極極上上游游原原料料供供應應硫硫酸酸核核心心部部件件炭炭氈氈/石石墨墨氈氈離離子子交交換換膜膜雙雙極極板板PVC/PE外外框框架架石石墨墨板板/導導電電塑

33、塑料料電電解解液液電電堆堆儲儲液液罐罐循循環環模模塊塊控控制制系系統統釩釩鈦鈦磁磁礦礦/石石煤煤開發低成本制備（電解液短流程制備）工藝，使電解液制造成本相對于傳統的長流程(提釩+制電解液)降低超過 30%。同時提高電解液的利用率，循環利用和回收利用。電解液成本占釩電池儲能系統的50-60%。中國釩儲量占全球總儲量的46.5%，居第一位。釩的來源：1）礦渣提釩；2）礦物提釩，包括石煤；3）固廢利用。以250kW/1MWh釩電池儲能系統為列，分析各主要部件成本占比。電解液占總成本約48%，其次為電堆成本約占34%，管路系統約占6%，PCS、就地監控、儲液罐以及其他輔助系統分別約占23%。四、釩電池

34、的成本與能耗2.釩電池的成本1、釩電池的重點關注主要在于成本、能耗、技術性能與工程性能。2、液流電池儲能系統建設初始投資的成本主要有：容量成本(電解液的單位千瓦時成本)、功率成本(電池堆的平攤到每一小時的單位千瓦成本）和系統成本（接入與輔助系統平攤到儲能系統儲能容量的成本）。3、以全釩液流電池為代表的液流電池，具有功率和容量相互獨立的特點。在功率條件不變條件下，增加電解液即增加了容量，故長時儲能有利于攤薄度電建設成本（功率成本和系統成本），有利于系統的初始投資成本降低。大大規規模模儲儲能能對對液液流流電電池池系系統統技技術術要要求求：高集成度 低損耗 低成本4、當前，全釩液流電池儲能系統的建設

35、成本(直流側，儲能時間不低于 4 h)已71%253573.5%354075%（1）系統運行效率 全釩液流電池儲能系統除了電堆本體和電解液性能以外，還受到電解液流量和溫度、泄漏電流、系統集成方式以及輔助系統（如泵、溫控系統等）運行影響。全釩液流電池的電壓較低，液液流流電電池池專專用用PCS滿足電解液活化要求，可以盡可能減少轉換環節，有利于提升電池的轉換效率，從而提升整體的運行效率。全全釩釩液液流流電電池池的的性性能能與與電電堆堆及及系系統統的的電電解解液液流流量量和和溫溫度度等等運運行行參參數數緊緊密密相相關關。32kW全釩液流電池電堆的正常流量區間：5.57.5m3/h。電解液的運行流量與工

36、作溫度區間（2）輔助能耗與動力系統 釩電池的系統輔助能耗指溫度控制系統能耗和流量動力系統能耗，如冷水機和空調系統，泵系統。35四、釩電池的成本與能耗5.釩電池的動力系統輔助能耗對于全釩液流電池系統來說，往往流量動力系統的能耗。對于流量動力系統來說，無論從系統設計還是運維測試，需要從系統整體考慮運行效率和能耗。皮帶軸泵電機變頻器電機輸入功率=電壓*電流W=V*A電機輸出功率=電壓*電流W=V*A泵輸入功率=轉矩*轉速W=Nm*rpm泵輸出功率=流量*壓力W=m3/s*Pa軸/線的效率=電機效率=電機輸出/電機輸入流體/軸的效率=泵效率=泵輸出/泵輸入流體線流體-線之間的效率=流體/軸的效率*軸/

37、線的效率 =泵輸出/電機輸入 36四、釩電池的成本與能耗5.釩電池的動力系統輔助能耗泵的選擇110kW的單葉片泵效率在40-80%，不同型號、不同工藝的泵效率有較大差異。37四、釩電池的成本與能耗5.釩電池的動力系統輔助能耗通過使用VSD變頻調速，改變泵的轉速，略高于正常泵速，使得達到請求工作點的泵效率提升5-7%。非調速控制帶變頻調速控制涉及泵裝置性能特征時，需要考慮：最大荷載點（_max）最佳效率點（_BEP）平均功率點（_Ave）選擇標準1）：泵最佳效率點（BEP）的最低效率要求；選擇標準2）：泵在部分負載（PL）和過載（OL）下的最低效率要求。38四、釩電池的成本與能耗5.釩電池的動力

38、系統輔助能耗恒流量負荷組變流量負荷組系統的流量設計四、釩電池的成本與能耗5.釩電池的動力系統輔助能耗P2=P1*motor*VSD ,Phyd=P2*hyd=P1*motor*VSD*hyd 電機與變頻器損耗效率損耗線電流根據不同的轉速和轉矩要求選擇合適的電機與變頻器，不同類型電機的損耗和效率數據見IEC 60034。Efficiency map of the exemplary motor in connection Y or D 512312121212DDnnQQHHPP）（kW102H)(HQkPc恒定磁鏈區域（基本轉速）降磁鏈區域（弱磁調速）四、釩電池的成本與能耗5.釩電池的動力系統

39、輔助能耗全釩液流儲能電池是一個系統，其系統性能特別是能效性能的最大化，不僅僅取決于電堆和電解液的本體效率本身，很大程度還受系統輔助循環動力系統和溫控系統的影響，而且其輔助系統的能耗，特別是循環流量系統的能耗在釩電池整體功率中占510%。在保證系統流量前提下，優化動力系統性能匹配，降低循環系統能耗，對提升儲能系統整體效率意義重大。411、背景介紹2、全釩液流電池儲能3、南瑞釩電池技術4、釩電池的成本與能耗5、運行優化與應用實踐6、商業模式與示范建議五、運行優化與應用實踐1.釩電池的應用領域 有有效效解解決決局局部部電電網網黑黑啟啟動動電電源源不不足足，對對電電力力系系統統崩崩潰潰后后的的恢恢復復

40、具具有有重重要要意意義義，減減少少大大停停電電損損失失，啟啟動動速速度度更更快快、更更加加經經濟濟、可可靠靠 作作為為應應急急電電源源備備用用，為為企企業業重重要要用用電電設設備備供供電電，提提高高供供電電電電能能質質量量，減減少少企企業業經經濟濟損損失失，提提高高企企業業安安全全經經營營效效益益 通通過過與與電電力力電電子子器器件件的的聯聯動動，實實現現有有功功、無無功功的的快快速速靈靈活活調調控控 當當系系統統出出現現故故障障時時快快速速響響應應，在在較較短短時時間間內內平平抑抑系系統統的的振振蕩蕩，穩穩定定電電網網頻頻率率、電電壓壓，提提升升電電網網運運行行的的穩穩定定性性 儲儲能能系系

41、統統低低谷谷時時段段存存儲儲電電能能，用用電電高高峰峰時時段段參參與與電電網網需需求求側側響響應應，獲獲得得相相應應政政策策補補貼貼 利利用用儲儲能能系系統統高高峰峰時時段段放放電電，削削減減用用戶戶峰峰值值負負荷荷，從從而而降降低低容容量量電電費費 參參與與輔輔助助服服務務，提提升升電電網網整整體體調調頻頻效效率率與與新新能能源源消消納納能能力力，降降低低成成本本 參參與與調調頻頻，減減少少發發電電企企業業關關鍵鍵設設備備的的疲疲勞勞和和磨磨損損，保保證證機機組組的的穩穩定定運運行行削削峰峰填填谷谷 存存儲儲低低谷谷時時段段電電力力，在在用用電電高高峰峰時時釋釋放放，以以平平衡衡區區域域內內

42、負負荷荷 延延緩緩發發電電設設備備的的容容量量升升級級，提提高高設設備備利利用用率率，節節省省更更新新設設備備的的費費用用電電網網輔輔助助服服務務電電網網容容量量調調節節需需求求側側響響應應穩穩定定電電網網運運行行應應急急電電源源黑黑啟啟動動五、運行優化與應用實踐2.液液流流電電池池儲儲能能系系統統的的運運行行獨獨特特性性液流電池無論從電池特性還是系統控制方面，與鋰電池相比，存在比較不同的運行獨特性或不足。例如：就運行而言，鋰電池的0功率輸出為待機狀態，此時的主要能耗為控制管理系統和溫控系統能耗。與鋰電池儲能不同，釩液流電池的0功率輸出分為備用狀態和待機狀態。備用（熱備）狀態的輔助系統運行與充

43、放電近似或相同，主要能耗為控制管理系統、流量系統（泵）和溫控系統的能耗與泄漏電流自放電損耗。而待機（冷備）狀態的泵和冷水機均停止工作，此次電池的自放電也能控制到極低。但是備用狀態與待機狀態的轉換，特別是冷備轉為熱備的完整轉換時間一般在3-5分鐘。在熱備狀態下，釩電池具備與鋰電池儲能相類似的響應特性，但其能耗較高，而冷備的響應時間較長，但能耗低。釩電池獨特的運行特性決定了釩電池儲能系統在系統控制和應用場景上有著特殊的設計。除了液流電池本體特性外，液流電池的功率轉換系統（PCS）與傳統的鋰離子電池也有較大的差異，例如低壓大電流工況決定拓撲結構不同，零電壓啟動，充放電效率測試方法不同且要求更高等。（

44、牽頭制定液流電池用儲能變流器的能源行業標準）適用于不同應用場景下的釩液流電池的控制運行和調度方法也存在較大差異。五、運行優化與應用實踐3.儲儲能能系系統統參參與與多多應應用用場場景景的的協協同同運運行行策策略略0246810 12 14 16 18 20 22 24時間/hour-0.2-0.100.10.2充放電功率/p.u.充電功率放電功率閑置功率閑置時段儲能促進風電消納單一應 用下會在某些時間段內閑置，或存在功率、容量的閑置，難以充分利用儲能系統?？紤]儲能參與多種應用場景的可能性和可行性，例如：參與備用輔助服務市場；參與電力能量市場；-0.2-0.100.10.2充放電功率/p.u.消納

45、風電充電功率參與能量市場充電功率放電功率0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24時間/hour（a）充放電功率0255075100荷電狀態/%02 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24時間/hour（b）荷電狀態風電消納 參與市場0.40.20.100.10.20.3上下調備用/p.u.上調備用下調備用0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24時間/hour（c）備用 儲能多應用協同運行方法，儲能系統在調度周期 內全時段均有應用，有效提高了利用效率，顯著提升運行經濟性。在特定的閑置時段，盡可能采用冷備方式；在運行時段，即使

46、采用熱備方式，在滿足用戶需求條件下，盡量降低能耗。液流電池儲能主要還在示范階段，較為貼近用戶側需求的后備運行、并離網運行、以及黑啟動等模式的應用、控制方法和效果評估也要進一步優化和應用驗證。451、背景介紹2、全釩液流電池儲能3、南瑞釩電池技術4、釩電池的成本與能耗5、運行優化與應用實踐6、商業模式與示范建議461.電化學儲能是實現“雙碳”目標的必備條件，釩電池儲能相比主流的鋰電池技術在安全性能大幅提升。通過釩電池儲能多場景示范，獲取釩電池儲能應用數據資料，積累示范運行經驗，為新型電力系統建設提供電化學儲能部署依據。2.釩電池儲能技術獨特，不同場景應用對應的技術難點和解決方案較傳統存在差異，進

47、行釩電池儲能示范，能快速、有效攻關釩電池儲能應用技術難點，助力公司掌握適用于電網安全發展的電化學儲能技術路線；3.釩電池技術發展和成本迭代較曲折，目前仍未經歷規模效應帶來的成本快速降低階段。借助釩電池儲能項目多場景示范應用，能達到激發釩電池儲能產業活力，推動釩儲能商業模式創新，提高釩電池儲能應用經濟性和適應性的目的。示范目的預期成果1.不同場景釩電池儲能電站工程建設方案和設備技術規范；2.獲取釩電池儲能示范應用數據，釩電池儲能應用效果分析報告；3.提供不同場景釩電池儲能運行控制方法；4.提供釩電池儲能創新商業模式。六、商業模式與示范建議1、示范目的與預期成果47六、商業模式與示范建議2、儲能電

48、站盈利模式功能收益模式備注新能源發電側1.平滑新能源出力的功率波動性；2.削峰填谷，儲存電量減少棄光棄風；3.一次調頻、母線調壓；1.新能源站減少“棄風”、“棄光”帶來的收益；2.參與輔助服務收益；3.參與電力交易；投資回報率低，發電企業配儲能意愿不強發電側1.與火電機組聯合參與調頻；2.備用容量；1.AGC補償收益；收益額取決于AGC性能補償政策和市場機制中主體報價能力電網側1.電力負荷削峰填谷；2.頻率調節；1.輔助調峰收益；2.輔助調頻收益；3.跨區域電力交易收益電網側儲能身份不明確，商業模式不清晰，結算補貼未確定。用戶側1.重要負荷應急保障供電；2.低充高放，降低電價成本；3.需求響應

49、1.保障電源成本；2.峰谷電價套利；3.減小容量費用；4.需求響應收入收益額取決于當地分時電價差額目前電網側儲能沒有明確可參考收益模式，市場靜候電化學儲能容量電價機制。48 提高當地區域電網供電能力；增強電網有序供電管理能力，提供需求響應、調峰服務，提高供電保障率；增加電網轉動慣量，提高頻率穩定性，減少燃煤火電機組因調頻產生的燃煤損耗和碳排放量；儲能資源替代電網傳統輸配電資產投資部分。電網側儲能效益主要體現社會效益和電網安全方面：六、商業模式與示范建議3.釩儲能示范-效益分析微電網和工業園區等終端用戶是發展規?；脩魝葍δ艿闹匾黧w，而合理的體制機制有助于市場豐富商業模式，推進用戶儲能資源的精

50、細化調控，提升設備整體利用水平，實現優化資源配置，緩解電網調峰壓力，減少二氧化碳排量。峰谷價差，輔助服務以及需求響應政策，決定了用戶側儲能項目的收益。價值共享：積極迎接應對新型電網挑戰，發揮釩電池儲能資源性、安全性、穩定性優勢，貢獻價值，服務電網安全升級。49六、商業模式與示范建議支撐國網“一體四翼”戰略綜合能源服務公司儲能關鍵設備作支撐控成本戰略儲備基金第三方公司省電力公司投資/運營租賃/回購4.商業模式與建議50釩釩產產業業資資產產公公司司儲儲能能項項目目公公司司（SPV）共同組建，政府貼息英英大大基基金金地地方方政政府府用用能能單單位位全全釩釩液液流流儲儲能能產產業業基基金金PPP1.先期通過移峰填谷獲得收益2.后期獲得兩部制電價、現貨交易、需求側響應相關收益3.網側儲能列入輸配電成本（預期），電網公司或回購股份、資產股+債權投資股+債權投資電解液經營性租賃地地方方國國資資委委股權投資國國網網綜綜能能集集團團英英大大產產業業基基金金股權投資英英大大租租賃賃融資租賃特特鋼鋼企企業業電解液轉讓或循環利用1.發電企業2.服務電網安全企業3.工業園區、煉鋼企業六、商業模式與示范建議4.商業模式與建議51