【導(dǎo)讀】《中國(guó)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(chǔ)能系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化開(kāi)發(fā)項(xiàng)目。中國(guó)工程物理研究院電子工程研究所。四川中物電新能源科技有限公司。成都中物電新能源科技有限公司。四川鴻恒旗實(shí)業(yè)有限公司。第二章液流釩電池儲(chǔ)能系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化開(kāi)發(fā)項(xiàng)目建設(shè)的前景及必要性

　　

【正文】 號(hào)任務(wù)的電池研 制，擔(dān)任過(guò)多項(xiàng)國(guó)防預(yù)研重大課題的 17 負(fù)責(zé)人。在所從事的化學(xué)電源領(lǐng)域取得了很好的成績(jī)，曾獲得國(guó)家軍隊(duì)科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)兩項(xiàng)，三等獎(jiǎng)四項(xiàng)，合著專著一部。先后負(fù)責(zé)組織完成了釩電池電堆設(shè)計(jì)、 4 千瓦儲(chǔ)能系統(tǒng)中試工程、釩電池生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)等工作，發(fā)表釩電池相關(guān)文章數(shù)篇，在釩電池儲(chǔ)能系統(tǒng)工程化開(kāi)發(fā)方面具有豐富的經(jīng)驗(yàn)。 李曉兵：男， 39 歲， 2021 年碩士畢業(yè)于四川大學(xué)化工學(xué)院應(yīng)用化學(xué)專業(yè)。長(zhǎng)期從事化學(xué)電源研究開(kāi)發(fā)工作，具有系統(tǒng)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)方面的豐富經(jīng)驗(yàn)。參加完成中物院基金《釩電池復(fù)合導(dǎo)電雙極板研制》，負(fù)責(zé)完成電子工程研究所基金《液流釩電 池儲(chǔ)能系統(tǒng)研制開(kāi)發(fā)》，先后負(fù)責(zé)完成液流釩電池電堆設(shè)計(jì)、電解液生產(chǎn)處理、 4 千瓦釩電池儲(chǔ)能系統(tǒng)示范工程等工作，發(fā)表釩電池相關(guān)文章多篇，負(fù)責(zé)研制的《釩電池儲(chǔ)能系統(tǒng)》產(chǎn)品參加深圳市第九屆中國(guó)國(guó)際高新技術(shù)成果交易會(huì)獲優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品獎(jiǎng)，在釩電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的研究開(kāi)發(fā)方面具有豐富的經(jīng)驗(yàn)。先后獲得國(guó)家軍隊(duì)科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)、三等獎(jiǎng)各一次，獲得中物院預(yù)研基金二等獎(jiǎng)一次。 蔣峰：男， 47 歲，大專，高級(jí)工程師，長(zhǎng)期從事工程管理，有豐富的項(xiàng)目運(yùn)作能力。 蔣聲凡：男， 62 歲，大學(xué)本科，國(guó)家注冊(cè)高級(jí)質(zhì)量評(píng)審師，原中國(guó)質(zhì)量認(rèn)證中心四川中心主任兼書(shū)記， 長(zhǎng)期從事生產(chǎn)、質(zhì)量管理，熟悉國(guó)內(nèi)外企業(yè)情況，熟悉國(guó)家的法律法規(guī)政策，有很強(qiáng)的組織管理能力。 18 第四章 液流釩電池儲(chǔ)能系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化開(kāi)發(fā)項(xiàng)目產(chǎn)品市場(chǎng)分析 總體目標(biāo)市場(chǎng) 項(xiàng)目產(chǎn)品主要定位于中、大型儲(chǔ)能市場(chǎng)，主要定位在以下幾類細(xì)分市場(chǎng)。 風(fēng)能、太陽(yáng)能等可再生能源調(diào)峰儲(chǔ)能 風(fēng)能、太陽(yáng)能等可再生能源具有非連續(xù)性和不穩(wěn)定性，調(diào)峰儲(chǔ)能技術(shù)是關(guān)鍵，液流釩電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的大功率、大容量、長(zhǎng)壽命特點(diǎn)使其在該領(lǐng)域具有廣闊的市場(chǎng)前景。 分布式電站儲(chǔ)能市場(chǎng) 分布式電站由于其供電的間歇性和隨機(jī)性，在并網(wǎng)和供電 過(guò)程中容易產(chǎn)生問(wèn)題，因此分布式電源系統(tǒng)需要引入儲(chǔ)能環(huán)節(jié)，以提高分布式電源運(yùn)行穩(wěn)定性，維持系統(tǒng)頻率和電壓穩(wěn)定，補(bǔ)償負(fù)荷隨機(jī)波動(dòng)。 智能電網(wǎng)大規(guī)模儲(chǔ)能市場(chǎng) 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(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定性的影響問(wèn)題，因此必須利用儲(chǔ)能技術(shù)，以保證電網(wǎng)的穩(wěn)定性和可靠性。 電網(wǎng)儲(chǔ)能調(diào)峰市場(chǎng) 我國(guó)電網(wǎng)峰谷差越來(lái)越大，對(duì)電能質(zhì)量負(fù)面影響也越來(lái)越大，通過(guò)蓄電儲(chǔ)能來(lái)降低峰谷差是解決電能質(zhì)量和浪費(fèi)峰谷電矛盾的重要途徑。 公司目前掌握的市場(chǎng)狀況 新疆陽(yáng)光電通公司已與我公司簽定戰(zhàn)略性合作協(xié)議，陽(yáng)光電通公司所需釩電池儲(chǔ)能系統(tǒng)均由我公司提供，并在款項(xiàng)支付進(jìn)度等方面給予大力支持。我公司同時(shí)承擔(dān)新疆陽(yáng)光電通公司西部?jī)?chǔ)能事業(yè)部的部分業(yè)務(wù)功能。 新疆建設(shè)兵團(tuán)光伏發(fā)電儲(chǔ)能提灌工程 根據(jù)新疆兵團(tuán)發(fā)改局有關(guān)文件，十二五期間，新疆建設(shè)兵團(tuán)擬投資約 119億元，建設(shè)光伏發(fā)電提灌工程 17531個(gè)，總裝機(jī)容量 ，其中離網(wǎng)裝機(jī)容量約 200Mw， 5 年實(shí)施完畢。根據(jù)新疆建設(shè)兵團(tuán)農(nóng)場(chǎng)的實(shí)際情況，離網(wǎng)裝機(jī)容量 19 比例將會(huì)擴(kuò)大，儲(chǔ)能擬全部采用釩電池。 2021年 ~2021年度實(shí)施工程約 3500 個(gè)。該工程中儲(chǔ)能電池的供貨總體框架合作協(xié)議已簽署。 新疆建設(shè)兵團(tuán)團(tuán)場(chǎng)離網(wǎng)工程 根據(jù)國(guó)家能源局有關(guān)文件，新疆建設(shè)兵團(tuán)將建設(shè)新能源微網(wǎng)，其中光伏 146Mw，風(fēng)電 ，儲(chǔ)能 ，但實(shí)際操作中，儲(chǔ)能將遠(yuǎn)大于該規(guī)模，根據(jù)公司掌握的渠道，儲(chǔ)能將全部由公司供應(yīng)釩電池。 新疆建設(shè)兵團(tuán)通用機(jī)場(chǎng)分布式電站儲(chǔ)能 新疆建設(shè)兵團(tuán)將規(guī)劃建設(shè) 7個(gè)小型通用機(jī)場(chǎng)，預(yù)計(jì)將會(huì)建設(shè)分布式離網(wǎng)電站供電，儲(chǔ)能將是較大的投資。 邊防電站建設(shè)。中國(guó)沿西藏、新疆、內(nèi)蒙、東北的邊防站幾千 個(gè)，而大部分是缺電地區(qū)，而這些地區(qū)大都陽(yáng)光資源充足，因此建立光伏發(fā)電存儲(chǔ)是首選，公司已和成都軍區(qū)的有關(guān)部門進(jìn)行了多次接觸，已有合作意向。 甘肅省武威市、金昌市風(fēng)力發(fā)電 1000 兆瓦調(diào)峰。已與公司形成合作意向。 海外市場(chǎng) 公司已與印尼、緬甸、老撾、越南等國(guó)家相關(guān)部門聯(lián)系，待產(chǎn)品下線后，印尼這些國(guó)家相關(guān)部門擬與公司簽訂產(chǎn)品使用協(xié)議。 市場(chǎng)容量 釩電池作為一種高效、環(huán)保、大容量的儲(chǔ)能系統(tǒng)，能廣泛應(yīng)用于各種大型儲(chǔ)能領(lǐng)域，其主要應(yīng)用領(lǐng)域包括： 。 陽(yáng)能、風(fēng)能等再生能源發(fā)電系統(tǒng)。 、邊防哨所、海島儲(chǔ)能系統(tǒng)。 不間斷電源、應(yīng)急電源系統(tǒng)、風(fēng)力渦輪機(jī)的穩(wěn)壓系統(tǒng)等。 。 。 。 、鐵路信號(hào)系統(tǒng)。 市場(chǎng)容量據(jù)國(guó)家權(quán)威機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，國(guó)內(nèi)約有 萬(wàn)億的市 20 場(chǎng)容量。 市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)格局 目前，美國(guó)、日本、澳大利亞、中國(guó)等國(guó)家都在進(jìn)行釩電池的研究和試驗(yàn)。由于技術(shù)的瓶頸，都處于實(shí)驗(yàn)室階段，美國(guó)、日本、澳大利亞這些國(guó)家由于電力充足，研究試驗(yàn)的積極性不高，成果 不顯著。而我國(guó)，以中國(guó)工程物理研究院為代表的一些科研院所，大專院校都在不間斷的從事釩電池及其材料的研究和試驗(yàn)。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(xiàng)專利。因此，誰(shuí)掌握了電堆技術(shù)，誰(shuí)就成為釩電池行業(yè)的主角。 四川鴻恒旗實(shí)業(yè)有限公司與綿陽(yáng)中物能源科技有限公司（中國(guó)工程物理研究院電子工程研究所）共同組建了四川中物電新能源科技（集團(tuán)）有限公司，進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。從兆瓦級(jí)開(kāi)始，逐步推至 50 兆瓦、 200 兆瓦、 500 兆瓦。迅速占領(lǐng)中國(guó)市場(chǎng)和東南亞一些嚴(yán)重缺電國(guó)家。 價(jià)格現(xiàn)狀及預(yù)測(cè) 液流釩電池儲(chǔ)能系統(tǒng)屬新能源環(huán)保高科技項(xiàng)目，是國(guó)家政策大力扶持的項(xiàng)目。項(xiàng)目的建設(shè)成本與火力發(fā)電、水力發(fā)電相比，只是它們的 20%左右，而生產(chǎn)成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于市場(chǎng)價(jià)格。據(jù)不完全資料和市場(chǎng)預(yù)測(cè)，高質(zhì)量的液流釩電池儲(chǔ)能系統(tǒng)一旦問(wèn)世，將是井噴式的，其成本費(fèi)用與市場(chǎng)價(jià)格的比例是 1： 。 市場(chǎng)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。其主要原材料是五氧化二釩和隔膜。五氧化二釩的主產(chǎn)區(qū)主要分布在澳大利亞、中國(guó)。而中國(guó)資源占有量為 38%左右。我國(guó)又集中分布在攀西地區(qū)和秦嶺東延 線。且礦源集中，純度高。隔膜是生產(chǎn)釩電池的主要材料，用于釩電池生產(chǎn)高質(zhì)量的隔膜主要是由杜邦公司提供。四川中物電新能源科技（集團(tuán)）有限公司正在進(jìn)行隔膜研發(fā)試驗(yàn)，一旦成功，將大大減少釩電池的生產(chǎn)成本。 銷售策略 液流釩電池儲(chǔ)能系統(tǒng)將進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，產(chǎn)品面向市 21 場(chǎng)，銷售是重要一環(huán)。銷售除按傳統(tǒng)模式進(jìn)行外，主要采取網(wǎng)絡(luò)銷售，其基本策略是在現(xiàn)已形成的客戶群的基礎(chǔ)上，先軍隊(duì)再民用，先國(guó)內(nèi)后國(guó)外的銷售策略。 22 第五章 液流釩電池儲(chǔ)能系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化開(kāi)發(fā)項(xiàng)目技術(shù)基礎(chǔ)及技術(shù)工藝方案 成果來(lái)源 本項(xiàng)目的主要技術(shù) ，來(lái)源于中國(guó)工程物理研究院電子工程研究所在 2021年 ~2021年開(kāi)展的液流釩電池儲(chǔ)能系統(tǒng)技術(shù)研究，和 2021年中物院電子工程研究所軍民兩用技術(shù)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目《液流釩電池儲(chǔ)能系統(tǒng)示范工程》、 2021年國(guó)防科工局軍轉(zhuǎn)民技術(shù)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目《液流釩電池儲(chǔ)能系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化開(kāi)發(fā)》、2021年總裝預(yù)研項(xiàng)目《固定臺(tái)站用全釩液流儲(chǔ)能電池關(guān)鍵技術(shù)研究》、 2021年院應(yīng)用技術(shù)開(kāi)發(fā)重大項(xiàng)目《離網(wǎng)儲(chǔ)能用釩電池系統(tǒng)工程化開(kāi)發(fā)》等項(xiàng)目中取得的成果。 技術(shù)工藝特點(diǎn) 一體化極板 以碳黑和碳纖維（短纖）作為導(dǎo)電填料，采用一次注塑成型的工藝 加工復(fù)合導(dǎo)電板。 采用常溫注塑固化嵌入復(fù)合導(dǎo)電板模式設(shè)計(jì)制造一體化極板。 在復(fù)合導(dǎo)電板以及一體化極板生產(chǎn)過(guò)程中，采用以樹(shù)脂為基材常溫固化，生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)用到大量以苯乙烯為溶劑的樹(shù)脂，會(huì)產(chǎn)生一定的苯乙烯。 電堆 基于復(fù)合導(dǎo)電雙極板，電堆由 20~60 個(gè)單體組成。每個(gè)單體由一件雙極板、一張隔膜、兩張?zhí)細(xì)纸M成，將所有組件按順序疊加，通過(guò)螺栓拉緊裝配在一起。 單元電堆的集成 將 6~12 個(gè)模塊電堆組裝在一個(gè)集成架上，將各個(gè)電堆之間的管路以及電極進(jìn)行連接，形成集成的單元電堆，在大功率儲(chǔ)能裝備時(shí)，是將 單元電堆作為最小儲(chǔ)能單元再進(jìn)行集成。 該項(xiàng)目的重要意義和作用 液流釩電池儲(chǔ)能系統(tǒng)產(chǎn)品項(xiàng)目非常符合國(guó)家發(fā)展新能源政策和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，符合現(xiàn)實(shí)以及未來(lái)能源領(lǐng)域的發(fā)展需求。本項(xiàng)目合作單位綿陽(yáng)中物能源科技有限公司（中物院 23 電子工程研究所）此前已經(jīng)進(jìn)行了大量的相關(guān)工作并掌握了該項(xiàng)目產(chǎn)品的關(guān)鍵開(kāi)發(fā)技術(shù)，開(kāi)發(fā)出了具有一定規(guī)模的示范工程，已經(jīng)達(dá)到了小規(guī)模工程化開(kāi)發(fā)的水平。相信通過(guò)本項(xiàng)目的實(shí)施能極大的提高我國(guó)在大型儲(chǔ)能產(chǎn)品領(lǐng)域的水平，填補(bǔ)我國(guó)目前在大型儲(chǔ)能領(lǐng)域的空白。 該項(xiàng)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(chǎng)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(chǔ)存起來(lái)，在用電高峰期彌補(bǔ)其不足是慣用的做法。國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)在 1997 年度已正式把新型儲(chǔ)能技術(shù)的開(kāi)發(fā)列為重大科技開(kāi)發(fā)項(xiàng)目，我國(guó)在此領(lǐng)域年需求上百兆儲(chǔ)能系統(tǒng)，市場(chǎng)潛力巨大。 大規(guī)模光伏發(fā)電、風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng) 太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)或風(fēng)能發(fā)電機(jī)系統(tǒng)均要求配備良好的儲(chǔ)能手段。太陽(yáng)能或者風(fēng)能本身無(wú)法儲(chǔ)存，若有了高效、低成本的儲(chǔ)能電池，太陽(yáng)能、風(fēng)能的利用將更加充分。 邊緣地區(qū)及別墅儲(chǔ)能系統(tǒng) 該項(xiàng)用途主要有以下及個(gè)方面： ? 小型 無(wú)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(chǔ)能設(shè)施； ? 邊緣鄉(xiāng)鎮(zhèn)、邊防哨所以及孤島儲(chǔ)能設(shè)施。 不間斷電源或應(yīng)急電源系統(tǒng) 該應(yīng)用的主要場(chǎng)合是辦公大樓應(yīng)急燈、計(jì)算機(jī)備用電源以及郵電通訊系統(tǒng)電源等。釩電池作為這種電源其主要優(yōu)勢(shì)在于：應(yīng)急電源應(yīng)急時(shí)間可根據(jù)實(shí)際情況任意設(shè)計(jì)；使用壽命長(zhǎng)；自放電低。 分布式儲(chǔ)能系統(tǒng) 分布式儲(chǔ)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(shí)能保證關(guān)鍵部位如通訊等的用電需求。目前我國(guó)還沒(méi)有分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)，主要原因是現(xiàn)階段還沒(méi)有能達(dá)到分布式儲(chǔ)能容量的儲(chǔ)能 系統(tǒng)可以利用，釩電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的大容量可以填補(bǔ)這一空白，在電網(wǎng)的各個(gè)區(qū)域建立分布式儲(chǔ)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(chǔ)能將能在一定條件下 24 緩解這一困難）。 城市用大型電動(dòng)公交系統(tǒng) 由于釩電池儲(chǔ)能系統(tǒng)具有反應(yīng)電堆同儲(chǔ)能電解液分離的特點(diǎn)，因此可以廣泛應(yīng)用于各種大型電動(dòng)公交。在城市設(shè)置一些換液站，將電動(dòng)公交上用完電的電解液取下來(lái)進(jìn)行充電，將充滿電的電解液換上公交工具，即放電又快捷。 釩電池儲(chǔ)能系統(tǒng)還可以部分替代使用在各種固定場(chǎng)合、不限體積的鉛酸電池等儲(chǔ)能 系統(tǒng)。 項(xiàng)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(guó)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)）。 建設(shè)的主要內(nèi)容（第一期） 電解液生產(chǎn)線的建設(shè) 以五氧化二釩為原材料，使用蒸汽加熱耐酸反應(yīng)釜生產(chǎn)正極釩電解液，該項(xiàng)生產(chǎn)工藝目前已經(jīng)很成熟，具備所有的生產(chǎn)原理以及工藝過(guò)程控制。擬建成年生產(chǎn)與 50 兆瓦液流釩電池儲(chǔ)能系統(tǒng)相配套的正極電解液的化學(xué)制備裝置。 以正極電解液為 原材料，通過(guò)電化學(xué)方法對(duì)正極液進(jìn)行還原，生產(chǎn)三價(jià)釩負(fù)極液，建成電化學(xué)生產(chǎn)裝置。現(xiàn)在已經(jīng)具備生產(chǎn) 50立方負(fù)極液的生產(chǎn)能力，將對(duì)放大生產(chǎn)規(guī)模的工藝進(jìn)行一些研究，最終建成生產(chǎn)能力不少于 500 立方負(fù)極電解液的電化學(xué)生產(chǎn)線裝置。 復(fù)合導(dǎo)電板生產(chǎn)線建設(shè) 采用以樹(shù)脂原材料為基體，添加石墨纖維、炭黑等導(dǎo)電填料模壓生產(chǎn)復(fù)合導(dǎo)電板。 建成年產(chǎn) 8萬(wàn)平方復(fù)合導(dǎo)電板的生產(chǎn)線。 一體化極板生產(chǎn)線建設(shè) 采用嵌入復(fù)合導(dǎo)電板注塑生產(chǎn)一體化極板方式生產(chǎn)一體化極板，建成年產(chǎn) 20 萬(wàn)件一體化極板的生產(chǎn)線。 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。 25 建立 5~20 千瓦級(jí)電池性能測(cè)試站 采購(gòu)充放電儀器設(shè)備（ 400A/110V），對(duì)大功率釩電池模塊電堆的充放電測(cè)試，建立單元電堆的性能測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)；采購(gòu)電池性能測(cè)試設(shè)備（ 400A/380V），建成 100 千瓦級(jí)單元電堆電池性能測(cè)試站。 采用的工藝技術(shù)路線與技術(shù)特點(diǎn) 主要的工藝特點(diǎn)是利用模壓生產(chǎn)復(fù)合導(dǎo)電板，采用注塑方式生產(chǎn)一體化極板，通過(guò)機(jī)加生產(chǎn)端板、進(jìn)液板、集流板等組件。電堆的組裝以及系統(tǒng)的組裝采用機(jī)加組裝工藝。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。 圖 51 釩電池電堆生產(chǎn)工藝流程圖 (第一期 ) 26 表 51 化工原材料用量 (單位：噸 )(第一期 ) 項(xiàng)目 每年 每天 (300 計(jì) ) 復(fù)合導(dǎo)電板 炭黑 67 樹(shù)脂 675 碳?xì)? 一體化極板 樹(shù)脂 264 電堆 碳?xì)? 64 密封件 20 萬(wàn)套 680 套 隔膜 20 萬(wàn)件 680 件 合計(jì) 樹(shù)脂 939 碳?xì)? 廢料 導(dǎo)電板 (樹(shù)脂 +碳 ) 510 極板 (樹(shù)脂 ) 27 苯乙烯 9 生產(chǎn)線建設(shè)平面圖 (第一期 ) 見(jiàn)附件 項(xiàng)目設(shè)