作者 | 張怡
(相關(guān)資料圖)
編輯 | 九月
過去，鋰電池是絕對(duì)的市場(chǎng)寵兒，被廣泛應(yīng)用在手機(jī)、家電、新能源車以及最近迅速崛起的儲(chǔ)能行業(yè)。
但就在今年，鋰電池似乎遇到了一個(gè)新對(duì)手，液流電池。
6月29日，國家能源局綜合司發(fā)布《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求（征求意見稿）》，規(guī)定中大型電化學(xué)儲(chǔ)能電站不得選用三元鋰電池，且不宜選用梯次利用動(dòng)力電池（主要來自于鋰電池）。此消彼長下，原本名不見經(jīng)傳的液流電池，被推入大眾視野。
二級(jí)市場(chǎng)的反應(yīng)最為強(qiáng)烈。7月，全釩液流電池概念股集體上漲，攀鋼釩鈦、安寧股份等成分股一度漲停。
但事實(shí)上，液流電池作為電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)并不是個(gè)新事物，全釩、鐵鉻、鋅鐵等液流電池技術(shù)經(jīng)歷了近半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展。
液流電池誕生于20世紀(jì)70年代的能源危機(jī)，在NASA資助下被研發(fā)，用于長期太空飛行能源代替計(jì)劃，本就為儲(chǔ)能而生。但因當(dāng)年油價(jià)舒緩，以及后續(xù)登月計(jì)劃停擺，液流電池的落地應(yīng)用隨之?dāng)R淺。
直到近幾年，儲(chǔ)能市場(chǎng)隨著新能源風(fēng)口冒頭，這項(xiàng)并不為人熟知的技術(shù)在國內(nèi)回春，或?qū)⒃谖磥頂噭?dòng)鋰電獨(dú)大的新型儲(chǔ)能格局。
1.更安全的儲(chǔ)能選項(xiàng)
液流電池，即Redox Flow Battery（RFB），是電化學(xué)儲(chǔ)能中的技術(shù)路線之一，是一種利用金屬氧化還原（Redox）過程中產(chǎn)生的能量差，以實(shí)現(xiàn)化學(xué)能與電能轉(zhuǎn)換的技術(shù)。
與鋰電池將電解質(zhì)儲(chǔ)存于電池內(nèi)部不同，液流電池的電解液儲(chǔ)存于電池堆外部容器，充放電時(shí)，正負(fù)極電解質(zhì)會(huì)分別循環(huán)泵入電池堆發(fā)生氧化反應(yīng)，反應(yīng)完成后，電解液會(huì)被重新泵回外部容器還原成原來的狀態(tài)，照此循環(huán)往復(fù)。
過去幾年中，鮮少人關(guān)注到液流電池，更吸引眼球的是鋰電池、鉛酸電池等電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)。
鋰離子電池憑借成熟的技術(shù)和商業(yè)化程度，一度統(tǒng)治了儲(chǔ)能市場(chǎng)。據(jù)CIAPS（中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)）統(tǒng)計(jì)，2021年，中國電化學(xué)儲(chǔ)能裝機(jī)中，鋰電池的功率占比超過9成，其次是鉛蓄電池，占比5.5%，液流電池以及其他電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)分別占2.9%、0.6%。
鋰元素位列元素周期表前排，因此鋰離子極為活潑，由于其重量輕、容量大、能量密度高等優(yōu)勢(shì)，被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)。但另一面，穩(wěn)定性差的先天缺點(diǎn)為鋰電池埋下了安全隱患。
2018年以來，國內(nèi)外儲(chǔ)能行業(yè)頻發(fā)事故：
今年4月，美國亞利桑那州的錢德勒儲(chǔ)能站發(fā)生了持續(xù)一個(gè)星期的設(shè)備悶燒、冒煙現(xiàn)象，當(dāng)?shù)夭坏貌痪o急疏散附近居民；
今年1月韓國相繼發(fā)生兩起儲(chǔ)能事故：一起發(fā)生在韓國蔚山南區(qū)SK能源公司電池儲(chǔ)能大樓，另一起則發(fā)生在慶北郡建威太陽能發(fā)電廠。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2017年至今韓國已出現(xiàn)超過30起鋰電相關(guān)儲(chǔ)能事故；
2021年4月16日，北京豐臺(tái)的一起儲(chǔ)能站爆炸事故，造成3人遇難，1人重傷。
鋰電池充放電過量、短路、受擠壓導(dǎo)致的電池過熱失控是主要導(dǎo)火索，成了如今三元鋰電池在儲(chǔ)能界失格的重要原因。
其他技術(shù)路線的優(yōu)缺點(diǎn)也十分明顯。
鉛酸電池技術(shù)最為成熟，性能穩(wěn)定，可壽命極短，直接影響了鉛酸技術(shù)的應(yīng)用范圍；鈉硫電池具有能量密度高、循環(huán)壽命長的優(yōu)點(diǎn)，但對(duì)工作溫度的要求極為苛刻，必須在300~350℃內(nèi)，直接導(dǎo)致其規(guī)模占比被歸入“其他電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)”一類。
全靠“同行”襯托，“無名之輩”液流電池的優(yōu)勢(shì)開始凸顯出來。
由于液流電池是將能量儲(chǔ)存于水性電解液中，且能量轉(zhuǎn)化不依賴于固體電極，因此幾乎沒有燃燒爆炸的風(fēng)險(xiǎn)，符合儲(chǔ)能的安全需求。另一方面，這一技術(shù)路徑能靈活調(diào)控電池容量，通過增加電解液輕松擴(kuò)容，不需要經(jīng)歷復(fù)雜的拆解程序。
更重要的是，液流電池原料在國內(nèi)儲(chǔ)藏豐富、價(jià)格低廉，不依賴進(jìn)口，性價(jià)比極高。因此，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所副所長李先鋒盛贊液流電池，“在大規(guī)模長時(shí)間儲(chǔ)能的情況下，液流電池有顯著的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)，在電力系統(tǒng)儲(chǔ)能領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景?！?/p>
剛剛過去的7月，全釩液流電池的概念股集體上漲。目前，市面上主要有全釩、鐵鉻、鋅鐵、鐵溴4種液流電池，區(qū)別主要在電解液使用金屬化合物不同。
釩、鐵、鉻、溴、鋅等這些被液流電池技術(shù)青睞的金屬，都位于化學(xué)元素周期表第四周期，較排在第二周期第一位的鋰在化學(xué)性質(zhì)上穩(wěn)定了不少，這也是液流電池穩(wěn)定性更強(qiáng)的原因。
液流電池在充放電次數(shù)方面也有明顯優(yōu)勢(shì)。
鋰電池的充放電次數(shù)有限，一般在1000~4500次。緯景儲(chǔ)能首席智造官劉雷向「甲子光年」解釋，“這主要因?yàn)槊看纬浞烹娺^程中，鋰電池除了化學(xué)能轉(zhuǎn)化，還會(huì)產(chǎn)生物理形變。就目前技術(shù)而言，當(dāng)電解質(zhì)完全變成固態(tài)，鋰電池就無法重復(fù)循環(huán)過程了?！?/p>
而液流電池一般大于15000次，超過鋰電池的3倍。國內(nèi)全釩液流電池企業(yè)大連融科總經(jīng)理王曉麗曾公開表示，全釩液流電池充放電循環(huán)為2萬次以上，壽命可以達(dá)到20多余年。專注鋅鐵液流電池的緯景儲(chǔ)能也透露，其技術(shù)團(tuán)隊(duì)已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下實(shí)現(xiàn)了100萬次以上的充放電實(shí)驗(yàn)。在儲(chǔ)能場(chǎng)景下，液流電池的使用壽命遠(yuǎn)超20年，這意味著，液流電池發(fā)一度電的單位成本遠(yuǎn)低于鋰電池。
但液流電池并非完美無缺。目前，鋰電池的能量密度逼近500Wh/L ，應(yīng)用場(chǎng)景豐富，除了儲(chǔ)能，還能應(yīng)用在電動(dòng)車、大型數(shù)碼產(chǎn)品上。但液流電池受限于較低的能量密度（15~85Wh/L），僅適用于儲(chǔ)能這一個(gè)場(chǎng)景。
2.液流電池回春
倒退十年，很少有人把電化學(xué)儲(chǔ)能當(dāng)作一個(gè)主流行業(yè)看待。即使是近些年，抽水儲(chǔ)能依然占據(jù)絕對(duì)市場(chǎng)。
抽水儲(chǔ)能電站
中關(guān)村儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2021年，中國電力儲(chǔ)能項(xiàng)目中，抽水儲(chǔ)能占比86.3%，新型儲(chǔ)能占比12.5%，熔融鹽儲(chǔ)熱占比1.2%。這其中，在新興儲(chǔ)能市場(chǎng)占比僅0.9%的液流電池，看上去并不起眼。
但劉雷告訴「甲子光年」，“由于地理?xiàng)l件的限制，很多抽水儲(chǔ)能的資源其實(shí)是遠(yuǎn)離用電側(cè)的，不適用于地勢(shì)平緩或缺乏水資源的地區(qū)。儲(chǔ)能的市場(chǎng)的需求是巨大且急迫的，這也為新型儲(chǔ)能的發(fā)展前景奠定了基礎(chǔ)?！?/p>
早在十多年前，國內(nèi)液流電池創(chuàng)業(yè)者已經(jīng)開始入場(chǎng)。
2007年，俞振華和幾位合伙人創(chuàng)建北京普能；第二年，大連恒融新能源公司與中科院大連化學(xué)物理研究所共同創(chuàng)立大連融科；2009年，上海電氣儲(chǔ)能成立，都長期重點(diǎn)研發(fā)和制造全釩液流電池。
當(dāng)時(shí)，中國儲(chǔ)能還是一個(gè)沉睡的市場(chǎng)。液流電池雖在美國、日本等地已經(jīng)應(yīng)用于一些儲(chǔ)能項(xiàng)目，但在國內(nèi)，它還停留實(shí)驗(yàn)室階段，產(chǎn)業(yè)和政策幾乎空白。
拓荒者最先嗅到機(jī)會(huì)——風(fēng)、光等可再生能源想要大規(guī)模并網(wǎng)，必然需要大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)支持，才能持續(xù)、穩(wěn)定地供電。“如何把一年1000小時(shí)的太陽能發(fā)電、2000小時(shí)的風(fēng)能發(fā)電，合理覆蓋到8000小時(shí)的日常生產(chǎn)活動(dòng)中，是必須解決的難題，這也奠定了儲(chǔ)能市場(chǎng)的巨大發(fā)展空間?！眲⒗渍f。
率先登場(chǎng)的是全釩液流電池，這也是國內(nèi)技術(shù)最成熟、商業(yè)化程度最高的液流電池技術(shù)路徑。
● 2009年，北京普能收購加拿大全釩液流電池企業(yè)VRB POWER，截至目前，北京普能在全球在全球12個(gè)國家投運(yùn)了70余個(gè)全釩液流電池項(xiàng)目；
● 大連融科是國內(nèi)最大全釩液流電池全產(chǎn)業(yè)鏈服務(wù)提供商，具備全釩液流電池全產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)開發(fā)和生產(chǎn)能力，今年2月，全球最大的液流電池儲(chǔ)能電站——大連100MW/400MWh液流電池儲(chǔ)能調(diào)峰電站進(jìn)入單體調(diào)試階段。
另一個(gè)技術(shù)路線鐵鉻液流電池，今年也因北京冬奧會(huì)突然走紅。人們發(fā)現(xiàn)，由國家電投研制的鐵鉻液流電池——容和一號(hào)，運(yùn)行超過400天，已經(jīng)為本屆冬奧會(huì)地區(qū)持續(xù)穩(wěn)定存儲(chǔ)、提供清潔能源超過5萬千瓦時(shí)，目前開始商業(yè)量產(chǎn)。消息放出時(shí)，寧德時(shí)代的股價(jià)一度受到?jīng)_擊，2月11日收盤時(shí)，寧德時(shí)代跌破500元/股，盤中甚至跌破年線。
國內(nèi)鋅鐵液流電池的研發(fā)開始得較晚。2013年，劉雷和創(chuàng)始團(tuán)隊(duì)已經(jīng)開始在全球范圍內(nèi)尋找新能源儲(chǔ)能的解決方案，考察了各個(gè)技術(shù)路線，包括鋰電池，以及液流電池的不同技術(shù)路徑。
當(dāng)時(shí)，鋰電池技術(shù)路徑已經(jīng)很成熟，并且是一個(gè)充分競(jìng)爭的市場(chǎng)。相比之下，聽上去更陌生的液流電池，更適合新型儲(chǔ)能場(chǎng)景的需求，而且經(jīng)歷幾十年的發(fā)展，液流電池形成了相對(duì)完善的技術(shù)體系。
排除了在國內(nèi)更為人熟知的全釩和鐵鉻路線，劉雷和團(tuán)隊(duì)最終選定鋅鐵液流電池。在他們研究看來，鋅鐵原料供給大、價(jià)格低，更具競(jìng)爭力。
而且在2013年，緯景儲(chǔ)能創(chuàng)始團(tuán)隊(duì)率先突破電化學(xué)還原反應(yīng)的關(guān)鍵問題（抑制鋅枝晶）并取得專利，未來不必?fù)?dān)心技術(shù)成本。緯景儲(chǔ)能介紹，目前，鋰電池的度電成本（充放一度電的單位成本）約在5~6毛錢，全釩液流電池在3~4毛錢左右，“緯景能把鋅鐵液流電池的度電成本壓縮在2毛以內(nèi)”。
但液流電池走出實(shí)驗(yàn)室，逐漸成為可落地的儲(chǔ)能支持技術(shù)，最終離不開政策支持。
2021年7月，國內(nèi)儲(chǔ)能行業(yè)迎來了明確的政策拐點(diǎn)，《關(guān)于加快推動(dòng)新型儲(chǔ)能發(fā)展的指導(dǎo)意見》首次從國家層面對(duì)新型儲(chǔ)能建設(shè)提出了量化要求，為液流電池、重力儲(chǔ)能、熱儲(chǔ)能等新型儲(chǔ)能技術(shù)開拓了更大的發(fā)展空間。
三、推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步，壯大儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)體系
（五）提升科技創(chuàng)新能力。開展前瞻性、系統(tǒng)性、戰(zhàn)略性儲(chǔ)能關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)，以“揭榜掛帥”方式調(diào)動(dòng)企業(yè)、高校及科研院所等各方面力量，推動(dòng)儲(chǔ)能理論和關(guān)鍵材料、單元、模塊、系統(tǒng)中短板技術(shù)攻關(guān)，加快實(shí)現(xiàn)核心技術(shù)自主化，強(qiáng)化電化學(xué)儲(chǔ)能安全技術(shù)研究。堅(jiān)持儲(chǔ)能技術(shù)多元化，推動(dòng)鋰離子電池等相對(duì)成熟新型儲(chǔ)能技術(shù)成本持續(xù)下降和商業(yè)化規(guī)模應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)壓縮空氣、液流電池等長時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)進(jìn)入商業(yè)化發(fā)展初期，加快飛輪儲(chǔ)能、鈉離子電池等技術(shù)開展規(guī)?；囼?yàn)示范，以需求為導(dǎo)向，探索開展儲(chǔ)氫、儲(chǔ)熱及其他創(chuàng)新儲(chǔ)能技術(shù)的研究和示范應(yīng)用。
引自《關(guān)于加快推動(dòng)新型儲(chǔ)能發(fā)展的指導(dǎo)意見》
3.何時(shí)走到臺(tái)前？
2021年起，液流電池相關(guān)儲(chǔ)能項(xiàng)目落地增多：
● 2021年3月，北京普能簽約湖北襄陽100MW儲(chǔ)能項(xiàng)目；
● 2021年5月，寧夏偉力得GW級(jí)全釩液流電池正式投用；
● 2021年6月，中科院大連化物所研發(fā)的全釩液流電池系統(tǒng)在大連瓦房店建成，將與今年8月正式投入商用；
● 2021年10月，緯景儲(chǔ)能與江西電建合作的江西省余干縣200kW/600kWh“智慧能源示范項(xiàng)目”成功并網(wǎng)。
緯景儲(chǔ)能體會(huì)到了液流電池的突然“受寵”。劉雷告訴「甲子光年」，在2021年江西示范項(xiàng)目成功并網(wǎng)之后，我們收到了更多地方政府拋來的橄欖枝。今年上海解封后的兩個(gè)月內(nèi)，緯景儲(chǔ)能已經(jīng)在國內(nèi)部署了多個(gè)GW級(jí)別的量產(chǎn)工廠，并和江蘇鹽城、湖北猇亭等地方政府簽訂了合作項(xiàng)目。
在劉雷看來，新產(chǎn)業(yè)能否落地，取決于企業(yè)和政府的相互吸引與信任?！?strong>企業(yè)需要考量當(dāng)?shù)厥欠裾嫘恼J(rèn)同自己的技術(shù)理念，需要分辨這個(gè)項(xiàng)目是有長期規(guī)劃、還是為了短期業(yè)績；相應(yīng)地，地方政府也要對(duì)合作企業(yè)有嚴(yán)格的考核，要研究合作企業(yè)和其所在產(chǎn)業(yè)的發(fā)展遠(yuǎn)景，要分辨這個(gè)企業(yè)是否有足夠的技術(shù)積累和規(guī)?；a(chǎn)能力?！?/p>
今年二級(jí)市場(chǎng)也表現(xiàn)出了對(duì)液流電池的熱情，但面對(duì)這突如其來的青睞，行業(yè)更需要保持謹(jǐn)慎的態(tài)度。
一方面，短期的股價(jià)波動(dòng)受市場(chǎng)情緒影響多過產(chǎn)業(yè)發(fā)展實(shí)況，釩電池板塊自7月5日到21日漲幅超過10%，但隨著熱度褪去，7月22日以來，釩電池板塊由熱轉(zhuǎn)冷，已經(jīng)開啟了下跌趨勢(shì)；另一方面，市場(chǎng)對(duì)釩電池的關(guān)注度遠(yuǎn)超出了液流電池這個(gè)主概念，反而帶火了一系列釩原料供應(yīng)商，如攀鋼釩鈦、中核鈦白等。
液流電池從小眾到大眾，還有很長的路要走。
初裝成本是制約液流電池落地的難題之一。據(jù)光大證券7月研報(bào)，2022年初，鋰電池儲(chǔ)能成本約為1.8元/Wh。緯景儲(chǔ)能介紹，目前液流電池初裝的行業(yè)平均價(jià)在3元/Wh上下。
大連融科總經(jīng)理王曉麗也提到，釩電池產(chǎn)業(yè)剛剛興起，雖然產(chǎn)業(yè)鏈基本完善，但是還沒有達(dá)到規(guī)模效應(yīng)顯現(xiàn)的階段。
在技術(shù)方面，液流電池和鋰電池同樣面臨離子交換隔膜依賴進(jìn)口的難題。據(jù)阿里巴巴1688網(wǎng)，液流電池常用的美國杜邦樹脂交換膜，零售單價(jià)接近 20000元/平方米。雖然東岳、科潤等國內(nèi)廠商已經(jīng)研發(fā)出了更便宜的膜，但是目前國產(chǎn)離子交換膜的市場(chǎng)滲透率低，距離國產(chǎn)替代進(jìn)口還有一段距離。
各個(gè)技術(shù)路徑的液流電池也面臨著待突破的難題：
● 全釩液流電池雖然是商業(yè)化最成熟的技術(shù)，但其工作溫度被限制在5~40℃，可應(yīng)用范圍少；
● 鐵溴液流電池的工作溫度為20~50℃，同樣限制性強(qiáng)；
● 相比之下，鐵鉻與鋅鐵液流電池的工作溫度更具有普適性，前者工作溫度為-40~70℃，后者為10~45℃。但鐵鉻液流電池的能量密度最高只能達(dá)到20Wh/L ，幾乎在所有液流電池中墊底，而鋅鐵液流電池則面臨電解液形成鋅枝晶穿透隔膜導(dǎo)致電池短路的隱患。
整體而言，液流電池市場(chǎng)規(guī)模小、市場(chǎng)認(rèn)知度低、產(chǎn)能不足，距離拐點(diǎn)仍有很長的路要走。GGII（高工產(chǎn)業(yè)研究院）預(yù)測(cè)，未來10年液流電池有望進(jìn)入高速增長階段。
在劉雷看來，目前液流電池處在蟄伏期。作為一個(gè)需求走在供給前面的市場(chǎng)，儲(chǔ)能目前最大的問題其實(shí)不是競(jìng)爭，也不必跑馬圈地，而是為真實(shí)且急迫的“雙碳”目標(biāo)提供更可靠、更多元化、更靈活的解決方案，液流電池便是選項(xiàng)之一。
關(guān)鍵詞： 液流電池逆襲成儲(chǔ)能新貴 它憑什么｜甲子光年 液流電池
