【正文】 行液流釩電池儲能系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化開發(fā)。 項目產(chǎn)品開發(fā)屬于《綿陽市 2021 年科技計劃》中重點項目“能源與高效節(jié)能”，項目產(chǎn)品符合高性能電池、動力 15 電池等新型高效能量轉(zhuǎn)換與儲存技術(shù)和產(chǎn)品研究開發(fā)。目前我國分布式儲能技術(shù)才剛剛起步，主要原因是現(xiàn)階段還沒有能達到分布式儲能容量的儲能系統(tǒng)可以利用。 大規(guī)模光伏發(fā)電、風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng) 太陽能光伏系統(tǒng)或風(fēng)能發(fā)電機系統(tǒng)均要求配備良好的儲能手段?？稍偕茉吹牟环€(wěn)定性和非連續(xù)性均要求有相應(yīng)的儲能配套設(shè)施，研究開發(fā)高效、大功率的儲能系統(tǒng)是合理優(yōu)化使用可再生能源的基本條件。其四階釩粉末生產(chǎn)技術(shù)成熟，可批量生產(chǎn)，直接用于釩電池四階釩離子溶液的配制；大連化學(xué)物理研究所目前已經(jīng)開發(fā)出 5千瓦的釩電池儲能系統(tǒng)，但對系統(tǒng)穩(wěn)定性以及運行情況沒有相關(guān)報道。 1989年 ，住友電工的電站調(diào)峰用 60 千瓦級釩電池建成。如釩電池儲能系統(tǒng)達到市場占有率的 30%，也將有 2400 兆瓦以上的市場，銷售額高達數(shù)千億。 一般 液流釩 電池 大于 75% 不受限制 對電池一致性要求低，常溫運行，可靠性高。 10 第二章 液流釩電池儲能系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化開發(fā)項目建設(shè)的前景及必要性 項目背景 新能源已經(jīng)成為國家能源發(fā)展戰(zhàn)略中的重要組成部分，截至 2021 年，我國新能源發(fā)展已經(jīng)走在世界的前列，光伏產(chǎn)品產(chǎn)量世界第一，風(fēng)電裝機容量世界第一，可再生能源發(fā)電在我國的發(fā)展已經(jīng)到了瓶頸階段。項目實行目標(biāo)責(zé)任制，建立完善 9 技術(shù)管理機制及嚴格的開發(fā)考核機制，對項目負責(zé)人實行授權(quán)管理：即制訂詳細的項目進度，經(jīng)費安排。 2021年 12月國家能源局文件《國家能源科技 “ 十二五 ” 規(guī)劃》（ 2021年 ~2021年）第 70 頁【 Z16】 大容量快速儲能裝置（ 6） Mw 級液流儲能電池系統(tǒng)目標(biāo)：研制 20Kw 級 8 液流儲能電池模塊，集成。 系統(tǒng)集成及電池管理技術(shù) 作為大容量、大功率儲能系統(tǒng)，必須要有多個電池之間的聯(lián)接。 模塊電堆內(nèi)部流道結(jié)構(gòu)直接關(guān)系到電解液在電極上的交換速度與分布均勻性，通過流道尺寸以及流道結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，控制適宜的 流量，盡可能避免了電極反應(yīng)死角，提高電化學(xué)反應(yīng)交換速度，提高了電堆的比功率。該項技術(shù)目前在國內(nèi) 外還沒有報道，屬于完全自主技術(shù)，已申請專利。石墨板雖然導(dǎo)電性能很好，但是通過多次實踐證明，石墨板在釩電池正極易發(fā)生電化學(xué)腐蝕現(xiàn)象，導(dǎo)致石墨板表層松軟、變形、穿孔等現(xiàn)象。通過十多年的研究，已經(jīng)突破了以下關(guān)鍵技術(shù)。 2021年上海電力公司提供 10千瓦釩液流電池儲能系統(tǒng)示范工程。 項目研發(fā)過程中承擔(dān)的主要項目包括： 1995 年國家財政部項目《釩電池研究與開發(fā)》。 中物院電子工程研究所已獲得多項專利權(quán)，如表 1所示。 項目的基本情況 本項目的主要技術(shù)來源于中國工程物理研究院（以下簡稱中物院）電子工程研究所在 1995~2021年開展的液流釩電池儲能系統(tǒng)各項技術(shù)研究，包括 2021年中物院電子工程研究所軍民兩用技術(shù)開發(fā)項目《液流釩電池儲能系統(tǒng)示范工程》， 2021年國防科工局軍轉(zhuǎn)民技術(shù)開發(fā)項目《液流釩電池儲能系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化開發(fā)》、 2021年總裝預(yù)研項目《固定臺站用全釩液流儲能電池關(guān)鍵技術(shù)研究》、 2021年 院應(yīng)用技術(shù)開發(fā)重大項目《離網(wǎng)儲能用釩電池儲能系統(tǒng)工程化開發(fā)》等項目中取得的成果。成功開發(fā)了釩電解液制備技術(shù)、復(fù)合導(dǎo)電板技術(shù)、一體化極板技術(shù)、模塊電堆技術(shù)、系統(tǒng)集成及系統(tǒng)自動化管理技術(shù) 等，其中復(fù)合導(dǎo)電板技術(shù)、一體化極板技術(shù)屬國內(nèi)外首創(chuàng)，達到國際領(lǐng)先水平。 2021 年國防科工局軍轉(zhuǎn)民技術(shù)開發(fā)專項“液流釩電池儲能系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化開發(fā)”項目，科工經(jīng)【 2021】 423 號。 技術(shù)或工藝特點 該項目由中物院電子工程研究所獨立開發(fā)研究。 由于導(dǎo)電填料分散不均以及含量存在上限的原因，第一、第二兩種情況在導(dǎo)電塑料板制備中難以避免的大量普遍存在，導(dǎo)電塑料板在導(dǎo)電性能方面很難取得根本上的突破。 一體化極板技術(shù) 將復(fù)合導(dǎo)電板作為嵌入件直接嵌入到導(dǎo)流邊框模具中央預(yù)留腔體內(nèi)，采用常溫注塑工藝一次成型，制備一體化雙極板。通過對密封圈材料硬度、壓縮比、密封圈形狀等的優(yōu)化，結(jié)合密封方式的調(diào)整，徹底解決了釩電池漏液問題，大大提高了電堆運行的安全可靠性。 同時，通過電解液正、負極穩(wěn)定性的研究，分析了高荷電態(tài)正極出現(xiàn)沉淀、負極出現(xiàn)結(jié)晶和沉淀的機理，研究得到 7 了正極穩(wěn)定性添加劑配方，并通過優(yōu)化制備工藝，改進配方等辦法，大大提高了釩電解液的穩(wěn)定性，擴大了釩電解液的穩(wěn)定使用溫度范圍，從以前的 0℃至 40℃拓展至常規(guī) 5℃至45℃，特殊情況 10℃至 50℃，保障了釩電池的可靠運行，實現(xiàn)工程化應(yīng)用。 (2021年~2020年），第五章前沿技 術(shù)第 5條先進能源技術(shù)，分布式供能技術(shù)。 建設(shè)期管理 公司成立了成都中物電新能源科技有限公司，對釩電池儲能系統(tǒng)進行產(chǎn)業(yè)化開發(fā)。本項目的建成，填補了我國儲能領(lǐng)域中的空白，具有良好的社會效益。 一般 鈉硫 電池 大于 85% 受功率限制 運行溫度達到 300多度，存在安全隱患，可靠性較低。 我國目前的儲能市場巨大，其總需求在 8000 兆瓦以上。經(jīng)過 20 年的發(fā)展，釩電池技術(shù)目前已經(jīng)逐步商品化。攀枝花鋼鐵研究院對四階硫酸釩酰及釩電池溶液的制備進行了較深入的研究。目前我國已經(jīng)建立了大量的小型風(fēng)力發(fā)電站、太陽能發(fā)電站 、地?zé)岚l(fā)電站等新能源電站。國家自然科學(xué)基金委員會在 1997年度已正式把新型儲能技術(shù)的開發(fā)列為重大科技開發(fā)項目，我國在此領(lǐng)域年需求上百兆儲能系統(tǒng)，市場潛力巨大。 分布式儲能系統(tǒng) 分 布式儲能一方面能緩解高峰用電需求，另一方面在出現(xiàn)緊急情況時能保證關(guān)鍵部位，如通訊等的用電需求。 項目產(chǎn)品開發(fā)屬于《四 川省核技術(shù)各大新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展實施方案》中重點產(chǎn)品“高效環(huán)保液流釩蓄電池產(chǎn)業(yè)化”。 主要股東情況 四川中物電新能源科技（集團）有限公司，股東有：四川鴻恒旗實業(yè)有限公司、綿陽中物能源科技有限公司（中國工程物理研究院電子工程研究所）。 項目主要負責(zé)人 孟凡明：男， 53 歲，博導(dǎo)，研究員。長期從事化學(xué)電源研究開發(fā)工作，具有系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)方面的豐富經(jīng)驗。 智能電網(wǎng)大規(guī)模儲能市場 智能電網(wǎng)的發(fā)展需要將更多可再生能源、小型發(fā)電站的電力納入統(tǒng)一管理，就必須解決間歇性供電對電網(wǎng)穩(wěn)定性的影響問題，因此必須利用儲能技術(shù)，以保證電網(wǎng)的穩(wěn)定性和可靠性。該工程中儲能電池的供貨總體框架合作協(xié)議已簽署。 市場容量 釩電池作為一種高效、環(huán)保、大容量的儲能系統(tǒng)，能廣泛應(yīng)用于各種大型儲能領(lǐng)域，其主要應(yīng)用領(lǐng)域包括： 。 市場容量據(jù)國家權(quán)威機構(gòu)預(yù)測，國內(nèi)約有 萬億的市 20 場容量。迅速占領(lǐng)中國市場和東南亞一些嚴重缺電國家。我國又集中分布在攀西地區(qū)和秦嶺東延 線。 采用常溫注塑固化嵌入復(fù)合導(dǎo)電板模式設(shè)計制造一體化極板。 該項目產(chǎn)品的主要應(yīng)用領(lǐng)域包括： 電站 調(diào)峰電源系統(tǒng) 電場或電站及其用電單位，在用電低谷期將富余電能以化學(xué)能的形式儲存起來，在用電高峰期彌補其不足是慣用的做法。目前我國還沒有分布式儲能系統(tǒng)，主要原因是現(xiàn)階段還沒有能達到分布式儲能容量的儲能 系統(tǒng)可以利用，釩電池儲能系統(tǒng)的大容量可以填補這一空白，在電網(wǎng)的各個區(qū)域建立分布式儲能，能提高電源的利用，還能應(yīng)付各種緊急情況（如今年雪災(zāi)造成的大面積停電，如果有分布式儲能將能在一定條件下 24 緩解這一困難）?，F(xiàn)在已經(jīng)具備生產(chǎn) 50立方負極液的生產(chǎn)能力，將對放大生產(chǎn)規(guī)模的工藝進行一些研究，最終建成生產(chǎn)能力不少于 500 立方負極電解液的電化學(xué)生產(chǎn)線裝置。電解液 采用化學(xué)方法和電化學(xué)方法相結(jié)合的制備工藝。 電堆生產(chǎn) 線的建設(shè) 生產(chǎn) 5~20 千瓦模塊電堆，建成年產(chǎn) 50 兆瓦電堆生產(chǎn)能力的電堆生產(chǎn)線。 項目的產(chǎn)能規(guī)模 第一期建成具備 50 兆瓦電堆生產(chǎn)能力的生產(chǎn)線；第二期建成具備 500兆瓦電堆生產(chǎn)能力的生產(chǎn)線；第三期建成“中國釩電池產(chǎn)業(yè)園”，入駐企業(yè) 100 家，產(chǎn)能 1000 兆瓦以上及其配套生產(chǎn)線（企業(yè)）。 邊緣地區(qū)及別墅儲能系統(tǒng) 該項用途主要有以下及個方面： ? 小型 無人監(jiān)控系統(tǒng)（如導(dǎo)航、通訊等）； ? 家用以及別墅供電系統(tǒng)儲能設(shè)施； ? 邊緣鄉(xiāng)鎮(zhèn)、邊防哨所以及孤島儲能設(shè)施。 單元電堆的集成 將 6~12 個模塊電堆組裝在一個集成架上，將各個電堆之間的管路以及電極進行連接，形成集成的單元電堆，在大功率儲能裝備時，是將 單元電堆作為最小儲能單元再進行集成。 銷售策略 液流釩電池儲能系統(tǒng)將進行產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，產(chǎn)品面向市 21 場，銷售是重要一環(huán)。 市場主要原材料供應(yīng) 液流釩電池生產(chǎn)的主要集成單元包括：電堆、隔膜、電解液及其附件。并取得了一定的成果，較好的解決了釩電池的核心關(guān)鍵技術(shù) 電堆，并取得了五項專利。 。中國沿西藏、新疆、內(nèi)蒙、東北的邊防站幾千 個，而大部分是缺電地區(qū)，而這些地區(qū)大都陽光資源充足，因此建立光伏發(fā)電存儲是首選，公司已和成都軍區(qū)的有關(guān)部門進行了多次接觸，已有合作意向。 新疆建設(shè)兵團光伏發(fā)電儲能提灌工程 根據(jù)新疆兵團發(fā)改局有關(guān)文件，十二 蔣聲凡：男， 62 歲，大學(xué)本科，國家注冊高級質(zhì)量評審師，原中國質(zhì)量認證中心四川中心主任兼書記， 長期從事生產(chǎn)、質(zhì)量管理，熟悉國內(nèi)外企業(yè)情況，熟悉國家的法律法規(guī)政策，有很強的組織管理能力。負責(zé)過多項國防型號任務(wù)的電池研 制，擔(dān)任過多項國防預(yù)研重大課題的 17 負責(zé)人。電子工程研究所是以電控、電源為研究主體。 項目開發(fā)產(chǎn)品將填補國內(nèi)目前大型儲能領(lǐng)域的空白，在電能富余時將電能儲存起來，在電能不足時再釋放至電網(wǎng)中，從而大大提高電能的利用效率；同時為分散式供能技術(shù)提供可靠的儲能技術(shù)基礎(chǔ)，解決目前國內(nèi)沒有分散式供能而面臨的，在電網(wǎng)故障時出現(xiàn)的無緊急應(yīng)急能源的狀況。項目產(chǎn)品可應(yīng)用太陽能、風(fēng)能發(fā)電等可再生能源的儲能系統(tǒng)以及電站的調(diào)峰系統(tǒng)，提高電能的利用效率，減少電能的浪費，滿足國家增儲增效的能源發(fā)展戰(zhàn)略需求。 大規(guī)模儲能技術(shù)在該領(lǐng)域有著廣闊的市場。液流釩電池儲能系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用能填補目前我國大型化學(xué)電源儲 能領(lǐng)域的空白。已具備了產(chǎn)業(yè)化開發(fā)的條件。 2021 年，美國 PacifiCorp 建成 250 千瓦 /2021 千瓦時 12 釩電池系統(tǒng)，用于電站調(diào)峰，并給猶他州東南部的邊遠地區(qū)供電。 國內(nèi)外現(xiàn)狀和技術(shù)發(fā)展趨勢 早在 60 年代，就有鐵 鉻體系的氧化還原電池問世，但是釩系的氧化還原電池 是在 1985 年由澳大利亞新南威爾士大學(xué)的 Marria Kazacos 提出，經(jīng)過十多年的研發(fā)，釩電池技術(shù)已經(jīng)趨近成熟。 ? 2021年，國網(wǎng)張北風(fēng)光發(fā)電場配套 2兆瓦全釩液流儲能電池調(diào)峰示范項目。目前國家已經(jīng)加大了對儲能技術(shù)發(fā)展的投入，在十二五期間第一次將大規(guī)?；瘜W(xué)儲能技術(shù)列入規(guī)劃內(nèi)容。 第一期已租廠房 17000平方米，投資 7900萬元，建成具備 50 兆瓦生產(chǎn)能力的生產(chǎn)線；第二期征地 500畝，投資 民幣，建成具備 500 兆瓦生產(chǎn)能力的生產(chǎn)線，同時建成電解液生產(chǎn)線、隔膜生產(chǎn)線；第三期再征地 1000~1500畝，投資 24 億元人民幣，建成“中國釩電池產(chǎn)業(yè)園”，入駐相關(guān)企業(yè) 100家?！? 《中華人民共和國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十二個五年規(guī)劃綱要》第十一章 “ 推動能源生產(chǎn)和利用方式變革 ”第三節(jié) “ 加強能源輸送通道建設(shè) ” 中明確指出：適應(yīng)大規(guī)模跨區(qū)輸電和新能源發(fā)電并網(wǎng)的要求，加快現(xiàn)代電網(wǎng)體系建設(shè)，進一步擴大西電東送規(guī)模，完善區(qū)域主干電網(wǎng)，發(fā)展特高壓 等大容量、高效率、遠距離先進輸電技術(shù)，依托信息、控制和儲能等先進技術(shù)，推進智能電網(wǎng)建設(shè)，切實加強城鄉(xiāng)電網(wǎng)建設(shè)與改造，增強電網(wǎng)優(yōu)化配置電力能力和供電可靠性。 該重大關(guān)鍵技術(shù)的突破對行業(yè)技術(shù)進步的重要意義和作用 液流釩電池儲能系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)突破，對釩電池儲能系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)化開發(fā)起到了極大的促進作用。 電解液 技術(shù) 電解液是釩電池的儲能介質(zhì)，電解液的處理和匹配是釩電池穩(wěn)定運行的關(guān)鍵因素。 6 模塊電堆技術(shù) 模塊電堆技術(shù)主要包括電極材料技術(shù)、電堆密封技術(shù)、內(nèi)部流道技術(shù)、電堆進出液方式設(shè)計等。通過調(diào)整炭黑含量 ，并利用碳纖維形成貫穿型導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)骨架結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了導(dǎo)電塑料板最理想的連續(xù)導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，顯著提高了復(fù)合導(dǎo)電板的導(dǎo)電性能和機械強度。 復(fù)合導(dǎo)電塑料板化學(xué)穩(wěn)定性好，但是導(dǎo)電性較差。 先后發(fā)表文章數(shù)十篇，申請專利十多項， 2021年“ 5Kw釩電池單元電堆制造技術(shù)”通過四川省科技成果鑒定，并先后建立了多套示范系統(tǒng)。 2021 年四川省發(fā)展和改革委員會《四川省 2021年預(yù)算內(nèi)基本建設(shè)投資（第二批）計劃》項目《釩電池儲能系統(tǒng)》， 川發(fā)改投資【 2021】 562號文件。 （ 注： 成都中物電新能源科技有限公司是四川中物電新能源科技（集團）有限公司的全資公司）。 《中國工程物理研究院軍轉(zhuǎn)民高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)鏈規(guī)劃》液流釩電池儲能系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化開發(fā)項目