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液流電池:守護能源安全,引領綠色未來

中國電力網發(fā)布時間:2024-01-09 11:39:19

  2023年9月18日,美國加利福尼亞州圣地亞哥縣北部的Valley Center儲能項目發(fā)生電池儲能單元起火事件,緊鄰事故現場四分之一英里范圍內的住戶和企業(yè)已進行了疏散,同時,距離現場半英里內的人們被要求就地避難。

  9月24日,奧地利阿爾塔奇的一個花園避難所的光伏電池儲能裝置起火,避難所和一棟附屬建筑完全被火焰吞沒。

  9月27日,德國埃倫弗里德斯多夫一戶儲系統(tǒng)起火,有兩人受傷入院,附近的一條高速公路不得不關閉,

  9月29日,由于光伏儲能設施的鋰電池發(fā)生爆炸,法國Saint-Esprit的Peter Maillet區(qū)一養(yǎng)雞場發(fā)生火災。事故還造成附近數百戶家庭的房屋受損,經濟損失達百萬歐元。

  ……

  據不完全統(tǒng)計,僅9月下半月,全球就發(fā)生了8起儲能系統(tǒng)起火及爆炸事故。接連不斷的儲能電池起火事件,讓儲能安全警鐘再次拉響。

  安全是對儲能電池最核心的要求

  回顧國內,在雙碳目標指引下,綠色高質量發(fā)展理念已深入人心,新能源產業(yè)得到高速發(fā)展,與之配套使用的儲能設施正在大量建設。

  新能源具有隨機性、波動性和間歇性等特點,例如太陽能光照強度會受到時段、季節(jié)、天氣的影響,風的速度和方向則隨時可能發(fā)生變化,這些因素都會造成新能源發(fā)電的不穩(wěn)定。

  高比例的使用新能源發(fā)電,如果發(fā)電量與實際用電需求不一致,無論是輸送電壓超過電網的可接受能力,還是供電不足影響電網頻率,都會造成電網負荷波動,影響供電安全。

  過去,新能源發(fā)電占比不高,這一問題不突出。進入到2023年,我國新能源發(fā)電占比已超過16%,在國家能源結構中占據相當比例,并且還在持續(xù)上升,這就需要全國范圍內大量配置儲能。在新能源發(fā)電量高于用電需求時,將多余的電量儲存起來備用;當新能源發(fā)電不足時,再將先前儲存的電量補充輸送進入電網,以此來保障新能源高速發(fā)展下電網的正常運行。

  近年來,各級政府都在積極推動儲能的發(fā)展。2021年至今,全國共有26個省份發(fā)布了新能源配置儲能的政策。

  然而,國內外屢見不鮮的儲能設施起火事故,讓政府部門與新能源電站對儲能電池的安全引起了高度重視,要求儲能產品不僅要滿足本征安全,0起火,0爆炸的特點,還要能夠在各種運行條件下保持穩(wěn)定的輸出,可有效地平抑電網波動,提高電網的供電質量和穩(wěn)定性。

  中央也多次強調儲能設施建設對能源安全的重要性。2022 年 5月,國家能源局發(fā)布《加強電化學儲能電站安全管理的通知》,在設備選型上,強調選擇“安全、可靠、環(huán)保的產品”。

  本征安全,液流電池為儲能需求量身定制

  然而,目前市場使用較多的鋰電池卻無法在儲能的安全性上滿足需求。

  儲能需要的是本征安全的產品,即在元素特性、產品運行原理等源頭上都能確保100%安全,不需要后期再通過溫度檢測、斷電保護等被動手段來提升產品安全性的儲能電池。

  就鋰電池來看,“鋰”是一種比較“暴躁”的金屬,隨著含量的提升,安全性風險就越大。尤其是鋰電池在充放電過程容易形成鋰枝晶,導致短路,產生大量的熱,燒壞隔膜。高溫也會使電解液分解成氣體,當壓力過大時,電芯就會爆炸。

  較差的安全性導致鋰電池爆炸事故頻發(fā),所以鋰電池不具備本征安全的屬性。

  根據美國消防協會(NFPA)的實驗,鋰電池燃燒時,電池外部最高溫度可達283-1090℃,電池內部的溫度可達572-1121℃,如此高的溫度足以引燃其他鋰離子電池和可燃材料,產生更大的火災。鋰離子電池火災撲救是世界性難題,目前尚無有效手段。

  2022年6月底,國家能源局綜合司發(fā)布《防止電力生產事故的二十五項重點要求(征求意見稿)》,規(guī)定中大型電化學儲能電站不得選用三元鋰電池,且不宜選用梯次利用的動力電池。

  為此,行業(yè)一直在探尋能確保絕對安全,更適合儲能需求的技術路徑。采用水系電解液,具有本征安全屬性的液流電池,逐漸站到了聚光燈下。

  液流電池為何能做到本征安全?

  首先,液流電池用水作為電解液溶劑,水本身不可燃,并可阻燃,所以電解液也沒有燃燒爆炸的風險,因此具有本征安全的屬性。

  其次,從運行原理上來看,液流電池的電解液,儲存在電池堆外的罐中。充放電時,正負極電解質會分別從循環(huán)泵進入電池堆,發(fā)生氧化反應,反應完成后,電解液會被重新泵回罐體中,照此循環(huán)往復,直到反應完全。由于電化學反應和整個充放電過程,都是在水性的條件下發(fā)生,沒有燃燒爆炸的風險,可確保絕對安全。

  液流電池在運行過程中不會產生有害物質,不會對人體造成傷害,其電解液可以通過回收和處理實現再利用,符合環(huán)保要求。

  此外,根據一些已投用的液流電池的技術參數來看,其使用壽命長達25年,在100% DOD(100%深度放電)下充放電循環(huán)超過30,000次。而一般的鋰電池,充放次數多在5000次-8000次,使用壽命僅有5-7年,與液流電池相比差距明顯。

  在使用場景方面,液流電池是一種符合大規(guī)模長時儲能需求的技術。其不僅本征安全,且具有選址靈活、易部署的優(yōu)勢,不受地理環(huán)境的影響,可以充分賦能儲能系統(tǒng)集成商、風光電站、數據中心、5G基站等終端用戶的多場景需求。

  2023全速突圍,液流電池邁向產業(yè)化

  目前,在液流電池賽道中包括多種技術路線:全釩、鋅鐵、鐵鉻、全鐵等。2023年以來,液流電池已進入產能、技術全速發(fā)展期。

  據不完全統(tǒng)計,僅今年3-6月,國內在建及規(guī)劃液流電池產線便超過9條,產能規(guī)劃合計超過8.2GW。

  2023年8月,星辰新能打造的全自動全釩液流工廠正式竣工,計劃9月初投產。

  同年10月,緯景儲能宣布,其位于珠海的“超G工廠”投產,年產能超6吉瓦時,這是全球首個產能達到吉瓦級的液流電池工廠,標志著行業(yè)進入了大規(guī)模生產階段。

  與此同時,國內簽約的液流電池項目明顯變多,規(guī)模上也呈現出變大趨勢。日前,中核匯能宣布采購1吉瓦時的全釩液流儲能系統(tǒng)集采;10月,國家電投也發(fā)布了1吉瓦時的液流電池集采;同月,大連融科儲能中標湖南懷化市麻陽縣100兆瓦/400兆瓦時全釩液流儲能電站項目。

  在新能源電站運營方看來,安全性是其選擇儲能產品的首要考慮因素。此外,電站還希望儲能產品有可擴展性和可維護性,并且儲能度電成本要合理,能確保電站配儲后可實現收益。

  綜合來看,液流電池在各種儲能路徑中優(yōu)勢明顯,正在發(fā)展成為構建新型電力系統(tǒng)和推動能源結構轉型優(yōu)化的關鍵技術。

  可以預見,未來隨著風光等新能源占比提升,電網調節(jié)壓力增大,儲能將成為新能源并網標配,將有越來越多的新能源電站選擇使用液流電池配儲。而在液流電池的助力下,我國能源將進一步向綠色低碳轉型,經濟社會也將迎來更高質量發(fā)展。


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