【導讀】《中國工程物理研究院軍轉民高新技術產(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。中國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。四川鴻恒旗實業(yè)有限公司。第二章液流釩電池儲能系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化開發(fā)項目建設的前景及必要性

　　

【正文】 號任務的電池研 制，擔任過多項國防預研重大課題的 17 負責人。在所從事的化學電源領域取得了很好的成績，曾獲得國家軍隊科技進步二等獎兩項，三等獎四項，合著專著一部。先后負責組織完成了釩電池電堆設計、 4 千瓦儲能系統(tǒng)中試工程、釩電池生產(chǎn)工藝設計等工作，發(fā)表釩電池相關文章數(shù)篇，在釩電池儲能系統(tǒng)工程化開發(fā)方面具有豐富的經(jīng)驗。 李曉兵：男， 39 歲， 2021 年碩士畢業(yè)于四川大學化工學院應用化學專業(yè)。長期從事化學電源研究開發(fā)工作，具有系統(tǒng)設計開發(fā)方面的豐富經(jīng)驗。參加完成中物院基金《釩電池復合導電雙極板研制》，負責完成電子工程研究所基金《液流釩電 池儲能系統(tǒng)研制開發(fā)》，先后負責完成液流釩電池電堆設計、電解液生產(chǎn)處理、 4 千瓦釩電池儲能系統(tǒng)示范工程等工作，發(fā)表釩電池相關文章多篇，負責研制的《釩電池儲能系統(tǒng)》產(chǎn)品參加深圳市第九屆中國國際高新技術成果交易會獲優(yōu)質產(chǎn)品獎，在釩電池儲能系統(tǒng)的研究開發(fā)方面具有豐富的經(jīng)驗。先后獲得國家軍隊科技進步二等獎、三等獎各一次，獲得中物院預研基金二等獎一次。 蔣峰：男， 47 歲，大專，高級工程師，長期從事工程管理，有豐富的項目運作能力。 蔣聲凡：男， 62 歲，大學本科，國家注冊高級質量評審師，原中國質量認證中心四川中心主任兼書記， 長期從事生產(chǎn)、質量管理，熟悉國內外企業(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。 18 第四章 液流釩電池儲能系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化開發(fā)項目產(chǎn)品市場分析 總體目標市場 項目產(chǎn)品主要定位于中、大型儲能市場，主要定位在以下幾類細分市場。 風能、太陽能等可再生能源調峰儲能 風能、太陽能等可再生能源具有非連續(xù)性和不穩(wěn)定性，調峰儲能技術是關鍵，液流釩電池儲能系統(tǒng)的大功率、大容量、長壽命特點使其在該領域具有廣闊的市場前景。 分布式電站儲能市場 分布式電站由于其供電的間歇性和隨機性，在并網(wǎng)和供電 過程中容易產(chǎn)生問題，因此分布式電源系統(tǒng)需要引入儲能環(huán)節(jié)，以提高分布式電源運行穩(wěn)定性，維持系統(tǒng)頻率和電壓穩(wěn)定，補償負荷隨機波動。 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，以保證電網(wǎng)的穩(wěn)定性和可靠性。 電網(wǎng)儲能調峰市場 我國電網(wǎng)峰谷差越來越大，對電能質量負面影響也越來越大，通過蓄電儲能來降低峰谷差是解決電能質量和浪費峰谷電矛盾的重要途徑。 公司目前掌握的市場狀況 新疆陽光電通公司已與我公司簽定戰(zhàn)略性合作協(xié)議，陽光電通公司所需釩電池儲能系統(tǒng)均由我公司提供，并在款項支付進度等方面給予大力支持。我公司同時承擔新疆陽光電通公司西部儲能事業(yè)部的部分業(yè)務功能。 新疆建設兵團光伏發(fā)電儲能提灌工程 根據(jù)新疆兵團發(fā)改局有關文件，十二五期間，新疆建設兵團擬投資約 119億元，建設光伏發(fā)電提灌工程 17531個，總裝機容量 ，其中離網(wǎng)裝機容量約 200Mw， 5 年實施完畢。根據(jù)新疆建設兵團農(nóng)場的實際情況，離網(wǎng)裝機容量 19 比例將會擴大，儲能擬全部采用釩電池。 2021年 ~2021年度實施工程約 3500 個。該工程中儲能電池的供貨總體框架合作協(xié)議已簽署。 新疆建設兵團團場離網(wǎng)工程 根據(jù)國家能源局有關文件，新疆建設兵團將建設新能源微網(wǎng)，其中光伏 146Mw，風電 ，儲能 ，但實際操作中，儲能將遠大于該規(guī)模，根據(jù)公司掌握的渠道，儲能將全部由公司供應釩電池。 新疆建設兵團通用機場分布式電站儲能 新疆建設兵團將規(guī)劃建設 7個小型通用機場，預計將會建設分布式離網(wǎng)電站供電，儲能將是較大的投資。 邊防電站建設。中國沿西藏、新疆、內蒙、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)的有關部門進行了多次接觸，已有合作意向。 甘肅省武威市、金昌市風力發(fā)電 1000 兆瓦調峰。已與公司形成合作意向。 海外市場 公司已與印尼、緬甸、老撾、越南等國家相關部門聯(lián)系，待產(chǎn)品下線后，印尼這些國家相關部門擬與公司簽訂產(chǎn)品使用協(xié)議。 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)，能廣泛應用于各種大型儲能領域，其主要應用領域包括： 。 陽能、風能等再生能源發(fā)電系統(tǒng)。 、邊防哨所、海島儲能系統(tǒng)。 不間斷電源、應急電源系統(tǒng)、風力渦輪機的穩(wěn)壓系統(tǒng)等。 。 。 。 、鐵路信號系統(tǒng)。 市場容量據(jù)國家權威機構預測，國內約有 萬億的市 20 場容量。 市場競爭格局 目前，美國、日本、澳大利亞、中國等國家都在進行釩電池的研究和試驗。由于技術的瓶頸，都處于實驗室階段，美國、日本、澳大利亞這些國家由于電力充足，研究試驗的積極性不高，成果 不顯著。而我國，以中國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。并取得了一定的成果，較好的解決了釩電池的核心關鍵技術 電堆，并取得了五項專利。因此，誰掌握了電堆技術，誰就成為釩電池行業(yè)的主角。 四川鴻恒旗實業(yè)有限公司與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）共同組建了四川中物電新能源科技（集團）有限公司，進行產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。從兆瓦級開始，逐步推至 50 兆瓦、 200 兆瓦、 500 兆瓦。迅速占領中國市場和東南亞一些嚴重缺電國家。 價格現(xiàn)狀及預測 液流釩電池儲能系統(tǒng)屬新能源環(huán)保高科技項目，是國家政策大力扶持的項目。項目的建設成本與火力發(fā)電、水力發(fā)電相比，只是它們的 20%左右，而生產(chǎn)成本遠遠低于市場價格。據(jù)不完全資料和市場預測，高質量的液流釩電池儲能系統(tǒng)一旦問世，將是井噴式的，其成本費用與市場價格的比例是 1： 。 市場主要原材料供應 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。而中國資源占有量為 38%左右。我國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）有限公司正在進行隔膜研發(fā)試驗，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)。銷售除按傳統(tǒng)模式進行外，主要采取網(wǎng)絡銷售，其基本策略是在現(xiàn)已形成的客戶群的基礎上，先軍隊再民用，先國內后國外的銷售策略。 22 第五章 液流釩電池儲能系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化開發(fā)項目技術基礎及技術工藝方案 成果來源 本項目的主要技術 ，來源于中國工程物理研究院電子工程研究所在 2021年 ~2021年開展的液流釩電池儲能系統(tǒng)技術研究，和 2021年中物院電子工程研究所軍民兩用技術開發(fā)項目《液流釩電池儲能系統(tǒng)示范工程》、 2021年國防科工局軍轉民技術開發(fā)項目《液流釩電池儲能系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化開發(fā)》、2021年總裝預研項目《固定臺站用全釩液流儲能電池關鍵技術研究》、 2021年院應用技術開發(fā)重大項目《離網(wǎng)儲能用釩電池系統(tǒng)工程化開發(fā)》等項目中取得的成果。 技術工藝特點 一體化極板 以碳黑和碳纖維（短纖）作為導電填料，采用一次注塑成型的工藝 加工復合導電板。 采用常溫注塑固化嵌入復合導電板模式設計制造一體化極板。 在復合導電板以及一體化極板生產(chǎn)過程中，采用以樹脂為基材常溫固化，生產(chǎn)過程中會用到大量以苯乙烯為溶劑的樹脂，會產(chǎn)生一定的苯乙烯。 電堆 基于復合導電雙極板，電堆由 20~60 個單體組成。每個單體由一件雙極板、一張隔膜、兩張?zhí)細纸M成，將所有組件按順序疊加，通過螺栓拉緊裝配在一起。 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。 該項目的重要意義和作用 液流釩電池儲能系統(tǒng)產(chǎn)品項目非常符合國家發(fā)展新能源政策和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，符合現(xiàn)實以及未來能源領域的發(fā)展需求。本項目合作單位綿陽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)進行了大量的相關工作并掌握了該項目產(chǎn)品的關鍵開發(fā)技術，開發(fā)出了具有一定規(guī)模的示范工程，已經(jīng)達到了小規(guī)模工程化開發(fā)的水平。相信通過本項目的實施能極大的提高我國在大型儲能產(chǎn)品領域的水平，填補我國目前在大型儲能領域的空白。 該項目產(chǎn)品的主要應用領域包括： 電站 調峰電源系統(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。國家自然科學基金委員會在 1997 年度已正式把新型儲能技術的開發(fā)列為重大科技開發(fā)項目，我國在此領域年需求上百兆儲能系統(tǒng)，市場潛力巨大。 大規(guī)模光伏發(fā)電、風能發(fā)電系統(tǒng) 太陽能光伏系統(tǒng)或風能發(fā)電機系統(tǒng)均要求配備良好的儲能手段。太陽能或者風能本身無法儲存，若有了高效、低成本的儲能電池，太陽能、風能的利用將更加充分。 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)（如導航、通訊等）； ? 家用以及別墅供電系統(tǒng)儲能設施； ? 邊緣鄉(xiāng)鎮(zhèn)、邊防哨所以及孤島儲能設施。 不間斷電源或應急電源系統(tǒng) 該應用的主要場合是辦公大樓應急燈、計算機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)勢在于：應急電源應急時間可根據(jù)實際情況任意設計；使用壽命長；自放電低。 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鍵部位如通訊等的用電需求。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，還能應付各種緊急情況（如今年雪災造成的大面積停電，如果有分布式儲能將能在一定條件下 24 緩解這一困難）。 城市用大型電動公交系統(tǒng) 由于釩電池儲能系統(tǒng)具有反應電堆同儲能電解液分離的特點，因此可以廣泛應用于各種大型電動公交。在城市設置一些換液站，將電動公交上用完電的電解液取下來進行充電，將充滿電的電解液換上公交工具，即放電又快捷。 釩電池儲能系統(tǒng)還可以部分替代使用在各種固定場合、不限體積的鉛酸電池等儲能 系統(tǒng)。 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)）。 建設的主要內容（第一期） 電解液生產(chǎn)線的建設 以五氧化二釩為原材料，使用蒸汽加熱耐酸反應釜生產(chǎn)正極釩電解液，該項生產(chǎn)工藝目前已經(jīng)很成熟，具備所有的生產(chǎn)原理以及工藝過程控制。擬建成年生產(chǎn)與 50 兆瓦液流釩電池儲能系統(tǒng)相配套的正極電解液的化學制備裝置。 以正極電解液為 原材料，通過電化學方法對正極液進行還原，生產(chǎn)三價釩負極液，建成電化學生產(chǎn)裝置?，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生產(chǎn)線裝置。 復合導電板生產(chǎn)線建設 采用以樹脂原材料為基體，添加石墨纖維、炭黑等導電填料模壓生產(chǎn)復合導電板。 建成年產(chǎn) 8萬平方復合導電板的生產(chǎn)線。 一體化極板生產(chǎn)線建設 采用嵌入復合導電板注塑生產(chǎn)一體化極板方式生產(chǎn)一體化極板，建成年產(chǎn) 20 萬件一體化極板的生產(chǎn)線。 電堆生產(chǎn) 線的建設 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 千瓦級電池性能測試站 采購充放電儀器設備（ 400A/110V），對大功率釩電池模塊電堆的充放電測試，建立單元電堆的性能測試標準；采購電池性能測試設備（ 400A/380V），建成 100 千瓦級單元電堆電池性能測試站。 采用的工藝技術路線與技術特點 主要的工藝特點是利用模壓生產(chǎn)復合導電板，采用注塑方式生產(chǎn)一體化極板，通過機加生產(chǎn)端板、進液板、集流板等組件。電堆的組裝以及系統(tǒng)的組裝采用機加組裝工藝。電解液 采用化學方法和電化學方法相結合的制備工藝。 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 ) 項目 每年 每天 (300 計 ) 復合導電板 炭黑 67 樹脂 675 碳氈 一體化極板 樹脂 264 電堆 碳氈 64 密封件 20 萬套 680 套 隔膜 20 萬件 680 件 合計 樹脂 939 碳氈 廢料 導電板 (樹脂 +碳 ) 510 極板 (樹脂 ) 27 苯乙烯 9 生產(chǎn)線建設平面圖 (第一期 ) 見附件 項目設