【正文】 酸和釩混合而成的，酸性和傳統(tǒng)的鉛酸電池一樣。電解液地用于盛兩種不同的電解液。當帶電的電解液在一層層的電池單元中流動時，電子就流動到外部電路，這就是放電過程。電流密度由電池單元內(nèi)電流收集極的表面積決定，但是電流的供應(yīng)取決于電解液在電池單元間的流動，而不是電池層本身。從電力上來講，不同等級的能量可以為電池層中不同的電池單元或單元組中通過提供足夠的電解 液來得到。這些特性為在各種各樣的通信應(yīng)用中發(fā)展直流能源存儲系統(tǒng)提供了保障。 VESS 在通信中應(yīng)用的一個主要特征： VESS 可以對現(xiàn)有的通信動力基礎(chǔ)設(shè)施做出更有利的使用，而且可以考慮在新的無污染的通信應(yīng)用中引入能源存儲的基礎(chǔ)設(shè)施。 從系統(tǒng)運行的觀點看，這是因為： （ 1）每一個單元都具有相同的帶電狀態(tài)； （ 2）系統(tǒng)可以同時充電和放電； （ 3）充電速度比鉛酸電池快； 10 （ 4）運行時可以有一種或多種電輸入，而且可以輸出多種電壓值； （ 5）有自動功能，可以自動整流和自動保護。 VESS 電池的容量只需用油量表就可以知道，并且能量存儲的成本很低，所以它在通信應(yīng)用中的前景是很誘人的。當油機啟動和預(yù)熱時，通常需要一個電池來提供短時間的動力。在實際應(yīng)用中，油機的利用率很低，因此其單位時間的使用 成本是比較高的。太陽能供電系統(tǒng)的能量存儲零件通常是鉛酸電池，這需要的維護量很大。與制造復雜、價格昂貴的燃料電池相比，無論是在大規(guī)模儲能還是電動汽車動力 電源的應(yīng)用前景方面，釩電池都更具競爭實力，可作為太陽能等清潔發(fā)電系統(tǒng)的配套儲能裝置，為混合動力汽車提供電力等。 由于風機現(xiàn)在使用的鉛酸電池存在容量小、壽命短、穩(wěn)定性差、維護費時費力、污染大等嚴重缺陷，風機制造廠家一直在尋找更好的可以替代鉛酸電池的產(chǎn)品，相信擁有眾多杰出優(yōu)點的釩電池完全可以取代現(xiàn)有的鉛酸電池，進而構(gòu)建風電場的動態(tài)能源儲存系統(tǒng)，大幅度提高風電場的效率和效益，推動風電產(chǎn)業(yè)更好更快地發(fā)展。 交通市政 隨著世界城市化進程的不斷加快和汽車保有量的持續(xù)增加，汽車尾氣污染已經(jīng)成為城市空氣污染的頭號污染源。對通訊運營商來講，安全穩(wěn)定可靠性和使用壽命是最重要的，在這一領(lǐng)域，釩電池有著鉛酸電池無法比擬的先天優(yōu)勢。 軍用蓄電 釩電池還可以在軍事基地、指揮中心等軍事部門的軍用蓄電中發(fā)揮重要作用。 圖表 1 全釩液流儲能電池工作原理圖 圖表 2 釩電池基本工作原理圖 釩電池的特性： 系統(tǒng)使用壽命長。 14 支持頻繁充放電。 充放電速度比為 :1。 啟動速度快。 維護成本低。 第二節(jié) 釩電池優(yōu)劣勢 釩電池優(yōu)點： (1)功率大：通過增加單片電池的數(shù)量和電極面積，即可增加釩電池的功率，目前美國利用日本住友電工和加拿大 VRB Power Systems 的技術(shù)建立的商業(yè)化示范運行的釩電池的功率已達 6MW。正、負極活性物質(zhì)分別存儲在 15 正、負極電解液儲槽中，避免了正、負極活性物質(zhì)通過離子交換膜擴散造成的元素交叉污染及自放電消耗，可深度放電而不損傷電池，電池使用壽命長。 (7)安全性高：釩電池無潛在的爆炸或著火危險，即使將正、負極電解液混合也無危險。 (2)能量密度低。釩電池產(chǎn)業(yè)鏈的最核心部分是釩礦資源。釩電池在支持再生能源發(fā)電、使用綠色能源上具有獨特意義。與其它儲能技術(shù)相比，全釩氧化還原液流儲能系統(tǒng)具有低成本、高效率、可深度放電能力、清潔和高效等獨特的優(yōu)勢。據(jù)國際分布式能源聯(lián)盟（ WADE）統(tǒng)計，截止 20xx 年底，世界部分國家的分布式發(fā)電占各國發(fā)電的比例為：德國 18%，日本 %，加拿大11%，英國 %，美國 %，法國 %。而電力儲能系統(tǒng)（ distributed energy storage 17 system (DESS)）與分布式 發(fā)電技術(shù)配合使用將能夠有效解決上述問題，有助于電網(wǎng)整體控制，根據(jù)區(qū)域用戶的要求提供更加靈活有效的供電服務(wù)。 典型應(yīng)用案例： 釩電池儲能系統(tǒng)已在美國、日本和澳大利亞等多個國家得到應(yīng)用驗證，釩電池技術(shù)基本成熟，進入大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化階段。 肯尼亞偏遠基站項目：該項目為肯尼亞偏遠通信基站配備 5KW20KWh釩電池配合風力發(fā)電系統(tǒng)為基站供電，以取代柴油發(fā)電機與鉛酸電池，降低維護與運營成本。由于這個電化學反應(yīng)是可逆的，所以VRB 電池既可以充電和也可以放電。每個電池單元由兩個“半單元”組成，中間夾著隔膜和用于收集電流的電極。當從別＼部將電子輸送到電池內(nèi)部時，相反的過程就發(fā)生了，這就是給電池單元中的電解液充電，然后再由泵輸送回電解液池。 VRB 電池技術(shù)的一個最重要的特點是，峰值功率取決于電 池層總的表面積，而電池的電量則取決于電解液的多少。給電池層充電和放電不一定需要用相同的電壓。該系統(tǒng)中采用的專家控制技術(shù)，可以使操作管理、容量管理、日常維護、糾錯處理、系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)視和外部通信自動化。相對于傳統(tǒng)的串聯(lián)型的鉛酸或鎳錫電池，這種優(yōu)越性是顯著的。 2．釩電池在通信中的應(yīng)用 由于 VESS 電池的客量只需用油量表就可以知道，并且能量存儲的成本很低，所以它在通信應(yīng)用中的前景是很誘人的。 當油機啟動和預(yù)熱時，通常需要一個電池來提供短時間的動力。在實際應(yīng)用中，油機的利用率很低。太陽能供電系統(tǒng)的能量存儲零件通常是鉛酸電池；這需要的維護量很大。隨著大型儲能設(shè)備釩電池儲能系統(tǒng)的問世，這一狀況有可能得到最好的解決。同時，我國電站目前還沒有采用貯能系統(tǒng)，大量的電力資源白白地浪費。釩電池的技術(shù)實用化將給我國過剩的釩資源找到新的出路，同時也將給我們帶來巨大的經(jīng)濟效益。 攀鋼從事釩電池技術(shù)研究已達 10 余年之久，積累了豐富的開發(fā)經(jīng)驗，取得了 10 項國家發(fā)明專利、 2 項實用新型專利，具有開發(fā)釩電池的資源優(yōu)勢和技術(shù)優(yōu)勢，電解液制備技術(shù)處于國際領(lǐng)先地位，釩電池整機技術(shù)方面處于國內(nèi)先進水平，并于今年成功研制組裝第 3 代樣機。我國乃至世界各國都在將其列為本世紀重點研發(fā)的課題。但是，將經(jīng)濟、環(huán)保的可再生能源轉(zhuǎn)化并分配給用戶，迫切需要解決的一個關(guān)鍵技術(shù)就是高效率、長壽命、低成本的儲能問題。 技術(shù)的薄弱表現(xiàn)在眾多核心技術(shù)并未掌握，關(guān)鍵部件仍依賴進口；同時，技術(shù)后勁也提不上來，原因在于目前我國的新能源科研力量分散在大學等研究機構(gòu)
。 針對這些問題的解決，并結(jié)合國際減排的現(xiàn)狀，我國新能源產(chǎn)業(yè)制定了大步走的發(fā)展目標，即爭取到 2020 年使新能源利用總量達到能源消耗的 20%。能源的可持續(xù)發(fā)展已經(jīng)引起我國政府和研究者的高度重視，《我國中長期科技發(fā)展規(guī)劃》對大力發(fā)展可再生能源做了明確的規(guī)劃，風能等可再生能源將占整個一次能源供應(yīng)的 10％。 據(jù)悉，釩電池是目前發(fā)展勢頭強勁的優(yōu)秀綠色環(huán)保蓄電池之一，具有能量效率高、能深度放電、可靠性高、沒有正負極電解液離子間相互污染問題的特點，以及電池壽命長、環(huán)保、建設(shè)成本低等優(yōu)勢，可廣泛應(yīng)用于可再生能源儲能、電網(wǎng)調(diào)峰、備用電源、應(yīng)急電源等領(lǐng)域。釩電池示范基地進行了深入廣泛的交流，并達成初步共識。而我國豐富的釩資源更為釩電池的發(fā)展奠定了有利條件。目前，我國太陽能、風能發(fā)電裝置及應(yīng)急電源都主要采用鉛酸電池，鉛酸電池的回收在我國還沒有形成規(guī)模，大量的廢舊電池對環(huán)境造成的污染已經(jīng)引起了政府的關(guān)注。 VESS 則有潛力可以替代太陽能電池，減少成本，提高生產(chǎn)率。而基于 VESS 的新系統(tǒng)則有潛力替代動力系統(tǒng)中的油機，為 UPS 和高可靠性的直流電源提供總的、多功能的能量存儲解決方 案。一些小站只使用一個電池供應(yīng)不間斷的直流電源，不間斷交流電源則通過逆變器得到?，F(xiàn)在發(fā)現(xiàn)可以使用 VESS 替代柴油發(fā)電機和偏遠地區(qū)的太陽能供電系統(tǒng)。從系統(tǒng)運行的觀點看，這是因為：＊每一個單元都具有相同的帶電狀態(tài)；＊系統(tǒng)可以同時充電和放電；＊充電速度比鉛酸電池高：＊運行時可以有一種或多種電輸入，而可以輸出多種電壓值，＊有自動功能，可以自動整流、自動保護；從系統(tǒng)維護的觀點，這是因為：＊可以通過添加電解液來增加系統(tǒng)的獨立運行的時間；＊系統(tǒng)的能量存儲可以在任何時間增加，費用只有鉛酸電池的 20％；＊壽命長， 5－ 10年后只需更換部分零部件；＊維護量很少；和許多傳統(tǒng)的二次電池技術(shù)相比， VRB 在成本上很有競爭性，而且以前認為采用鉛酸電 池技術(shù)會很貴或不可能實現(xiàn)的一些應(yīng)用，現(xiàn)在用 VESS 就可以很容易地實現(xiàn)。 VESS 在通信中應(yīng)用的一個主要特征是： VESS 可以對現(xiàn)有的通信動力基礎(chǔ)設(shè)施做出更有利的使用，而且可以考慮在新的無污染的通信應(yīng)用中引入能源存儲的基礎(chǔ)設(shè)施。 VRB 電池用在通信中有以下這些 優(yōu)點：＊能量循環(huán)效率高；＊深度放電后壽 19 命不會受影響；＊不會由于電解液的腐蝕而使化學特性受到影響；＊電解液可以無限期使用（沒有處理的問題）；＊循環(huán)壽命是無限的（僅受隔膜的限制）；＊能量的存儲量可以精確地測量出來；＊在使用中對環(huán)境的影響很?。灰陨线@些特性為在各種各樣的通信應(yīng)用中發(fā)展直流能源存儲系統(tǒng)提供了堅實的基礎(chǔ)。但 VRB 電池不是這樣，它的電極和電解液不一定必須放到一塊，這就意味著能量的存放可以不受電池外殼的限制。標稱電壓是 。每 個電解液池配有一個泵，用于在封閉的管道中為每一個“半單元”輸送電解液。 電池由兩個電解液池和一層層的電池單元組成。 簡單地說，礬電池將存儲在電解液中的能量轉(zhuǎn)換為電能，這是通過兩個不同類型的、被一層隔膜隔開的礬離子之間交換電子來實現(xiàn)的。 日本北海道札幌風電項目：該項目為 32MW 的風電場配以 4MW 釩電池系統(tǒng)，用以消除風力發(fā)電的功率波動性，提高風力發(fā)電機的使用效率，減少向電網(wǎng)供電的沖擊。加州公共事業(yè)委員會（ California Public Utilities Commission (CPUC)）將分布式電力與存儲技術(shù)作為智能電網(wǎng)的重要組成部分，目前啟動 SGIP 計劃（ selfgeneration incentive program）向分布式發(fā)電技術(shù)提供財政支持。美國在 20xx 年頒布了IEEE_P1547/D08 “關(guān)于分布式電源與電力系統(tǒng)互聯(lián)的標準草案”，并通過了有關(guān)的法令讓分布式發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)運行和向電網(wǎng)售電，據(jù)美國分布式電力聯(lián)盟 (DPCA)的研究估計，未來 20 年中分布式能源將占未來新增發(fā)電容量的 20%，總量為幾十 GW，美國的電力研究院 (EPRI)估計， 20xx 年分布式能源的市場可達 年，美國能源部也制訂了相應(yīng)的發(fā)展目標。釩的變價較多，因此釩的化合物也種類繁多，而且釩的價格較低，研究表明，全釩氧化還原電池在穩(wěn)定性、儲能效率、成本、充放電性能等方面與一般的電池相比具有明顯的開發(fā)前景。因此，市場前景非常廣闊。我國釩礦主要分布在四川、湖南、安徽、廣西、湖北、甘肅；釩鈦磁鐵礦主要布于四川攀枝花 西昌地區(qū)；黑色頁巖型釩礦主要分布于湘、鄂、皖、贛一帶。 (3)釩電池造價昂貴。 (9)釩電池選址自由度大，可全自動封閉運行，無污染，維護簡單，運營成本低。 (5)響應(yīng)速度快：釩電池堆里充滿電解液可在瞬間啟動，在運行過程中充放電狀態(tài)切換只需要 ，響應(yīng)速度 1ms（ VRB Power Systems）。 (3)效率高：由于釩電池 的電極催化活性高，且正、負極活性物質(zhì)分別存儲在正、負極電解液儲槽中，避免了正、負極活性物質(zhì)的自放電消耗，釩電池的充放電能量轉(zhuǎn)換效率高達 75%以上，遠高于鉛酸蓄電池的 45%。 環(huán)保無污染。 電池系統(tǒng)設(shè)計靈活。 自放電率低。 支持過充過放。 系統(tǒng)效率高。在對電池進行充、放電實驗時，電解液通過泵的 作用，由外部貯液罐分別循環(huán)流經(jīng)電池的正極室和負極室，并在電極表面發(fā)生氧化和還原反應(yīng)，實現(xiàn)對電池的充放電。未來幾年， UPS 產(chǎn)品發(fā)展的方向是更高的可用性、安全性以及功能的集成化、智能化和人性化。隨著釩電池技術(shù)的快速發(fā)展，可以預(yù)期，擁有眾多杰出優(yōu)點的釩電池將在電動汽車（特 別是城市公交客車）、電動機車、電動自行車、電動船舶、交通信號、風光互補路燈等廣闊領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。特別是 20xx 年，全球光伏發(fā)電裝機總量達 12 到 3 吉瓦。由于電網(wǎng)已成為風電發(fā)展的瓶頸，隨著風電的爆炸式發(fā)展，風電與電網(wǎng)的矛盾將越來越突出，為了減少對電網(wǎng)的沖擊，大幅度提高風電場電力的使用率同時賺取巨額的電 網(wǎng)峰谷差價，風電場將需要配備功率相當于其功率10～ 50％的動態(tài)儲能蓄電池。 在典型的通信應(yīng)用中，和鉛酸電池相比， VESS 有許多優(yōu)點； （ 1）自動控制功能提供了自動保護、自動整流和系統(tǒng)控制界面； （ 2）內(nèi)部控制單元可以控制其它的系統(tǒng)部件； （ 3）能量 的存儲量可以很精確地直接讀出； （ 4）壽長，使用 5 年左右的時間后，只需更換部分零部件； 11 （ 5）能量的存儲量可以在任何時間添加，成本只有鉛酸電池的 20％，約為200 美元 /kWh。替代太陽能電池。一些小站口使用一個電池供應(yīng)不間斷的直流電源，不間斷交流電源則通過逆變需得到。替代油機。 和許多傳統(tǒng)的、二次電池技術(shù)相比， VRB 在成本上很有競爭性，而且以前認為采用鉛酸電池技術(shù)會很貴或不可能實現(xiàn)的一些應(yīng)用，現(xiàn)在用 VESS 就可以很容易實現(xiàn)。相對于傳統(tǒng)的串 聯(lián)型的鉛酸或鎳鎘電池，這種優(yōu)越性是顯著的。該系統(tǒng)中采用的專家控制技術(shù)，可以使操作管理、容量管理、日常維護、糾錯處理、系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)視和外部通信自動化。例如， VRB 電池可以用串聯(lián)電池層的電壓放電，而充電則可以在電池層的另一部分用不同的電壓進行。在傳統(tǒng)的鉛酸和鎳福電池中，電極和電解液被放置到一塊，功率和能量強烈地依賴于極板面積和電解液的容量。在 VRB 中，電解液在多個