編者按：

本文關(guān)于液流電池。鳴謝 自主研制NTC芯片的特普生儲能CCS集成溫度采集母排，對本文的大力支持，感謝特普生海外技術(shù)翻譯官林博女士！

儲能對于電力行業(yè)變得越來越重要。鋰離子電池技術(shù)已在許多地方得到應(yīng)用，但液流電池在長時間使用應(yīng)用和需要全天定期循環(huán)的情況下具有顯著的優(yōu)勢。

液流電池背后的化學(xué)原理早已在電力行業(yè)得到證實(shí)，大多數(shù)分析師認(rèn)為，液流電池是長期能源輸出的理想選擇，并且在大型公用事業(yè)規(guī)模部署中組件的退化非常低。

液流電池的使用壽命長達(dá) 30 年（具體取決于電解質(zhì)化學(xué)成分），與市場上其他新興存儲技術(shù)相比，液流電池可提供無與倫比的成本確定性。盡管液流電池目前比類似尺寸的鋰離子配置需要更高的前期資本投資，但在評估 20 至 30 年生命周期的總擁有成本時，它們變得更具競爭力。此外，隨著技術(shù)進(jìn)步和制造效率的提高，液流電池的成本正在下降。

在公用事業(yè)領(lǐng)域，液流電池最適合兆瓦級功率增量的較長放電持續(xù)時間（六小時或更長）。某些用例比其他存儲類型更青睞液流電池。對于每天需要多個充電/放電周期的應(yīng)用，液流電池可根據(jù)負(fù)載要求在幾毫秒內(nèi)使用，并且可以通過各種可用電源快速充電。事實(shí)上，根據(jù)儲罐配置，液流電池可以同時放電和充電，幾乎無限期地提供電力容量或電壓支持。

液流電池的屬性包括：

■ 展示了超過 10,000 次電池循環(huán)，存儲容量幾乎沒有損失。

■ 緩變速率范圍從泵運(yùn)行時的排放毫秒數(shù)到泵未運(yùn)行時的幾秒數(shù)。

■ 液流電池的充電速度也相當(dāng)快。

■ 與鋰離子選項相比，工作和待機(jī)模式的溫度范圍更寬。

■ 很少或沒有火災(zāi)危險。

■ 因暴露而對人類健康構(gòu)成有限風(fēng)險的化學(xué)物質(zhì)。

■ 通過增加電解液體積輕松擴(kuò)大容量（盡管這可能涉及更多的儲罐和管道）。

流程系統(tǒng)如何工作

盡管液流電池有數(shù)十種不同類型，但只有大約 10 到 12 種特定化學(xué)物質(zhì)可供商業(yè)應(yīng)用。所有這些都遵循相同的基本原理，即加入液體電解質(zhì)作為直流 (DC) 電源，通過逆變器轉(zhuǎn)換為交流 (AC) 電源。

在氧化還原液流電池中，陰極電解液和陽極電解液存儲在單獨(dú)的儲罐中，并使用泵將流體循環(huán)到電池堆中，電極由薄膜隔開。該膜允許陽極電解液和陰極電解液之間進(jìn)行離子交換以產(chǎn)生電力。產(chǎn)生的功率取決于電極的表面積，而存儲持續(xù)時間是電解質(zhì)體積的函數(shù)。對于某些技術(shù)，功率和能量可以獨(dú)立擴(kuò)展，從而可以輕松定制電池。

在混合液流電池中，電活性材料在充電循環(huán)期間沉積在電極表面上，然后在放電期間溶解回電解質(zhì)溶液中。對于混合技術(shù)，存儲持續(xù)時間是電解質(zhì)體積和電極表面積的函數(shù)。雖然大多數(shù)混合動力技術(shù)可以實(shí)現(xiàn) 6 到 12 小時的持續(xù)時間，但電力和能源并未完全脫鉤。

液流電池可以配置為單槽（通常適用于較小的應(yīng)用）或雙槽（通常適用于較大的占地面積）。單罐系統(tǒng)通常采用鋅或其他金屬電池，而雙罐系統(tǒng)則需要由鹽水、鐵、釩或其他礦物質(zhì)組成的電解質(zhì)。

液流電池系統(tǒng)設(shè)計根據(jù)應(yīng)用和項目規(guī)模而變化。電表后面的商業(yè)系統(tǒng)通常是千瓦級的封裝單元，可以放入典型的雜物間。對于 1 MW 至 5 MW 范圍內(nèi)的配電應(yīng)用，根據(jù)存儲持續(xù)時間要求，存在具有不同級別的可擴(kuò)展性的集裝箱式和/或模塊化解決方案。正在開發(fā)的公用事業(yè)規(guī)模設(shè)計可能具有數(shù)百萬加侖的電解液存儲空間，因此該行業(yè)正趨向于將大量堆疊模塊連接在一起并通過管道輸送到大型現(xiàn)場安裝的儲罐。

與鋰離子配置相比，動力組和系統(tǒng)平衡組件（例如管道、泵、密封件、冷卻系統(tǒng)和控制儀表）需要更多的日常維護(hù)。然而，如果遵循日常維護(hù)指南，液流電池性能在項目生命周期內(nèi)不應(yīng)降低。將運(yùn)營和維護(hù) (O&M) 成本與抵消性能下降所需的鋰離子容量增加成本進(jìn)行比較時，液流電池的年度成本較低。

用例

盡管世界各地的特定電力市場和負(fù)載系數(shù)差異很大，但液流電池可以執(zhí)行多種用例。更重要的是，液流電池可能比為特定應(yīng)用設(shè)計的鋰離子系統(tǒng)具有更大的用例靈活性。

專為深度放電而設(shè)計的鋰離子系統(tǒng)如果每天循環(huán)多次或用于不同的應(yīng)用（例如頻率響應(yīng)），則會表現(xiàn)出更大的性能下降（具有潛在的保修影響）。由于液流電池的性能不會降低，因此一旦安裝系統(tǒng)，使用案例的限制就會減少。更重要的是，液流電池可以執(zhí)行多種用例，具體取決于市場信號和能源管理系統(tǒng)功能。由于 ISO/RTO 存儲市場發(fā)展的不確定性以及電網(wǎng)上資源組合的動態(tài)變化，業(yè)主可能更有信心液流電池資產(chǎn)能夠在 20 至 30 年的項目壽命內(nèi)保持市場相關(guān)性。示例用例包括：

套利

根據(jù)您的電力市場，套利可能是液流電池容量的最佳用例。特別是在高峰季節(jié)，批發(fā)電力市場的價格波動很快，隨著電力成本開始飆升，大規(guī)模液流電池配置的可用容量可能變得經(jīng)濟(jì)。通過同步液流電池容量，使其快速可用，持續(xù)時間為六到八小時或更長時間，同時每千瓦價格處于峰值，可以實(shí)現(xiàn)可觀的收入。

儀器儀表后面

商業(yè)規(guī)模的裝置被部署在制造工廠、醫(yī)院、校園甚至住宅區(qū)的電表后面，作為在收取溢價時削減電力需求的一種手段。根據(jù)當(dāng)?shù)毓檬聵I(yè)公司提供的費(fèi)率關(guān)稅和需求響應(yīng)能源削減計劃，液流電池可以成為一種經(jīng)濟(jì)的選擇，只需在自愿限電期間或當(dāng)?shù)刭M(fèi)率較高時對電池進(jìn)行放電即可降低能源成本。

伏特/無功支持

基于逆變器的發(fā)電，例如液流電池和鋰離子電池，由于能夠提供快速反應(yīng)的電壓支持，因此其性能與饋電電路上的同步電容器類似。連接到智能逆變器的液流電池能夠根據(jù)需要產(chǎn)生或吸收無功功率來調(diào)節(jié)電網(wǎng)電壓，從而提供配電網(wǎng)支持功能，特別是當(dāng)系統(tǒng)是為電動汽車新興的峰值充電需求而設(shè)計時。

可再生能源配對

液流電池和鋰離子電池都正在成為有吸引力的選擇，可以將可再生太陽能和風(fēng)能資源的可用性延長到一天中的更多時間，以解決眾所周知的間歇性問題。由于液流電池能夠在更長的時間內(nèi)提供電力，并且能夠在不降低性能的情況下升壓或降壓，開發(fā)商和公用事業(yè)公司正在積極評估這些技術(shù)。

黑啟動能力

通常，當(dāng)發(fā)電廠關(guān)閉時，它將從電網(wǎng)獲取電力，以提供重新啟動大型發(fā)電機(jī)并使發(fā)電廠恢復(fù)全面服務(wù)所需的初始電力。然而，在大面積停電期間，當(dāng)反饋電源不可用時，發(fā)電機(jī)啟動可能需要現(xiàn)場黑啟動裝置。傳統(tǒng)的黑啟動發(fā)電機(jī)以柴油或天然氣為燃料，但黑啟動電力也可以通過擴(kuò)大規(guī)模的電池來提供，以提供使工廠恢復(fù)運(yùn)行所需的電力。

資源多樣性

許多公用事業(yè)公司長期以來一直選擇利用各種能源的資源規(guī)劃策略，從傳統(tǒng)的化石能源和核能發(fā)電到可再生能源和能源儲存。通過融合鋰離子電池和液流電池的有利特性，公用事業(yè)公司可以降低整個儲能方案組合的風(fēng)險。

液流電池技術(shù)必須克服的障礙

鋰離子技術(shù)在當(dāng)今的存儲市場上占據(jù)主導(dǎo)地位，這是有充分理由的。但隨著可再生能源市場滲透率的提高，越來越多的業(yè)主開始關(guān)注長期存儲資產(chǎn)。

鋰離子和液流電池技術(shù)的成本都在下降，而且很難預(yù)測價格何時何地會穩(wěn)定下來。利用當(dāng)今的技術(shù)，鋰離子電池的單位成本（美元/千瓦時）通常會在 4 小時存儲時間之后趨于平穩(wěn)，因?yàn)楸仨毺砑痈鄶?shù)量的相同電池。

然而，隨著存儲時間增加到8至12小時，液流電池的單位成本持續(xù)下降。4 小時系統(tǒng)的電源模塊與 12 小時系統(tǒng)的電源模塊相同，因此增加液流電池的持續(xù)時間/能量的增量成本與向系統(tǒng)添加電解質(zhì)有關(guān)。

圖顯示了比較 20 兆瓦、8 小時 (160 兆瓦時) 鋰離子和液流電池系統(tǒng)的生命周期成本分析結(jié)果。該模型包括20年項目壽命的資本、運(yùn)維和收費(fèi)成本。計算并比較凈現(xiàn)值 (NPV) 總計。

該分析基于以下關(guān)鍵假設(shè)：

■ 單一合同、全包式設(shè)計-采購-施工(EPC) 方法。

■ 不包括業(yè)主成本、退役成本、保險、稅收和收入。

■ 成本基于 Burns & McDonnell 的經(jīng)驗(yàn)和 2021 年可用技術(shù)的供應(yīng)商信息，并不代表任何特定技術(shù)或原始設(shè)備制造商 (OEM)。

■ 包含20年的例行維護(hù)。基于最小的初始過度建設(shè)，包括鋰離子技術(shù)的增強(qiáng)。

■ 流量系統(tǒng)的第一年往返效率值為 70%，鋰離子系統(tǒng)的往返效率值為 84%。

■ 折扣率為8.5%。運(yùn)維和能源成本的升級率為 2.5%。

憑借當(dāng)今的技術(shù)，液流電池的資本成本幾乎是類似尺寸的鋰離子系統(tǒng)成本的兩倍。隨著存儲時間的延長和使用壽命的延長，經(jīng)濟(jì)性也會提高，但以目前的定價來看，預(yù)計無法與鋰離子電池持平。退役和回收成本可能有利于液流電池，因?yàn)殡娊赓|(zhì)更容易回收或一次性（取決于技術(shù)類型），但這些成本仍在增加。隨著流程原始設(shè)備制造商提高制造規(guī)模和供應(yīng)鏈效率，以及EPC承包商獲得現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)，成本將繼續(xù)大幅下降。盡管如此，隨著鋰離子電池成本的下降，液流電池正在追逐一個不斷變化的目標(biāo)。

與競爭性鋰離子技術(shù)的龐大安裝基礎(chǔ)相比，當(dāng)今液流電池技術(shù)全面滲透市場的主要障礙就是缺乏商業(yè)化。在短期內(nèi)，可能會安裝更多相對較小的液流電池設(shè)施，直到建立廣泛的商業(yè)記錄并證明用例、成本和投資回報。