大連融科儲能全釩液流電池技術評估報告

北京國際能源專家俱樂部[1]

2016年4月23日下午，北京國際能源專家俱樂部推出清潔能源技術評估與推廣平臺(Technology Assessment and Dissemination, 簡稱TAD)，首選大連融科儲能技術發展有限公司(以下簡稱“融科儲能”)的全釩液流電池儲能技術作為評估與推廣的對象，進行了深度討論與評估。

融科儲能成立于2008年，現有員工168人，是全球領先的全釩液流電池儲能方案服務商，也是全球具備全釩液流電池全產業鏈技術服務能力的企業之一。該公司以中國科學院大連化學物理研究所為核心研發團隊，自2000年開始液流電池技術的研究，于2010年建立了產業化技術平臺，成功實施了多項商業化應用示范項目，在關鍵材料、電堆、成套裝備系統以及儲能解決方案等核心技術方面形成了完整的自主知識產權。

當天參與評估活動的專家有：美國能源部電網儲能項目顧問、西北太平洋國家實驗室電網儲能原首席科學家楊振國、中國電力科學研究院電工與新材料研究所所長來小康、南京自動化公司總經理、華電科學研究院原院長應光偉、國家電網公司總工程師張啟平、國家氣候戰略與國際合作中心主任李俊峰和亞洲開發銀行能源技術總顧問翟永平6位專家。原科技部秘書長、國務院參事、北京國際能源專家俱樂部名譽理事會副主席石定寰先生也全程出席了活動，并給出了自己的意見。

會議聽取了大連融科儲能技術發展有限公司副總經理兼總工程師張華民先生對該公司自主開發的全釩液流電池儲能技術介紹和國網遼寧電力有限公司副總經理王芝茗先生對該技術在遼寧電網應用的情況介紹，并在此基礎上開展了熱烈的討論。

一、綜合評估

在評估活動中，6位專家基于俱樂部開發的清潔能源技術評估體系，針對融科儲能的全釩液流電池儲能技術從四個維度進行了評估。

根據專家們的打分，該技術在這四個維度的得分分別為：技術吸引力4.26分、市場潛力3.53分、政策環境3.30分、健康安全環境4.71分，見下圖。

二、技術吸引力

對于融科儲能的全釩液流電池儲能技術是否具備足夠的吸引力，專家們主要從技術的成熟程度、技術創新性(知識產權與專利情況)、技術復雜性，與同類技術或可替代技術相比的先進性和優劣勢等方面進行了評估。對這一個維度，專家們的平均綜合打分為19.6分(滿分為23分，以5分制折算即為4.26分)。

技術成熟度

目前融科儲能已經實現了商業化生產，進行了30多個項目。融科儲能現有年生產能力50MW，2016年底儲能裝備產業化基地投產后，年生產能力將擴大到300MW。截至2015年底，融科全釩液流電池儲能系統裝機量達到12.5MW，在建項目1.2MW。融科儲能的產品已經出口美國、歐洲和日本等發達國家和地區，其中包括建成時全球最大規模釩電池儲能電站----沈陽法庫臥牛石風電場(5MW/10MWh)、北美最大兆瓦級釩電池儲能電站—美國華盛頓州(1MW/3.2MWh)、歐洲最大兆瓦級釩電池儲能電站—德國漢堡北部(250kW/1MWh)。公司具備全產業鏈生產能力，電解液國際市場占有率達90%。在可再生能源并網、電網削峰填谷、微電網等不同應用市場已獲得市場高度認可。

技術專利水平

截至2016年3月，融科儲能共申請國家專利140余項，其中包括國際專利13項，已經授權70余項，形成了覆蓋電池材料、電堆結構、電池系統集成與控制，以及工程應用等全產業鏈的自主知識產權體系。

融科儲能的釩電池技術獲得了多項獎勵，2014年獲得中科院杰出成就獎，2015年獲得國家技術發明獎二等獎，中國科學院十二五20項標志性重大進展成果之一， 2015中國原創技術獎。另外，融科儲能領軍國內液流電池標準的制定，其中已有兩項國家標準和三項行業標準頒布實施，并全面參與歐洲標準制定并成為國際電工委員會(IEC)聯合工作組牽頭人。

綜合先進性

與其他儲能技術相比，全釩液流電池適用于電力系統的固定式大容量儲能系統，是可以提供長時間大馬力的“馬拉松”儲能手段。其主要優勢包括：

1、安全性高，電池的儲能活性物質為釩離子的稀硫酸的水溶液，釩電池系統在常溫常壓下工作，熱管理簡單，不存在爆炸、起火等安全問題;

2、循環壽命長，電池均一性好，可深度放電。由于電能儲存在電解液里面而非電極上，理論上可以無限次充放電。一定時間運行后的容量衰退可以在線或離線恢復;

3、生命周期的性價比高，約占整個成本30%~50%(根據儲能時長不同)的電解液可循環使用;

4、充放電特性良好，響應速度快，可深度充放電，適合大電流快速充放電，充放電切換只需0.02秒;

5、功率和容量可獨立設計，功率和容量分別由電堆和電解液的屬性決定，儲能容量為數百千瓦時至數百兆瓦時，輸出功率為數百千瓦至數百兆瓦，尤其適合大規模儲能;

6、生命周期中環境友好，電解液可循環使用和再生利用，釩資源以及其他材料來源豐富，加工技術成熟，易于回收利用。同時該技術是釩資源綜合利用的重要方向。另外電池廢棄后，其他電池材料的回收與處理簡單，不會對環境造成破壞。

基于以上釩電池的特點，融科儲能經過15年的深耕細作，已經在以下核心技術取得突破：

1、高性能電解液規?；a技術：發明了高穩定性、高反應活性的多價態釩離子電解液穩定化技術，開發出電解液在線容量恢復技術，解決了儲能系統長期運行時的容量衰減問題，實現了150MWh/年電解液產能。近兩年已對外銷售100多兆瓦時的釩電解液，全球市場占有率達90%以上。

2、高性能碳塑復合雙極板材料的制造技術：發明了韌性好、高導電性、適用于組裝大功率電堆的碳塑復合雙極板的制備方法，價格是石墨雙極板的1/40，報廢后燒掉除了二氧化碳之外，沒有其他污染物。

3、高性能非氟離子傳導膜設計與制造技術：突破“離子交換傳導”機理的束縛，原創性提出“離子篩分傳導”機理，開發出高選擇性、高導電性、低成本的非氟離子傳導膜，環境友好，提高了釩電池的電池效率，申請國家發明專利50余件，國際專利6件，受到國際認可。

4、標準化、模塊化電池模塊技術：研制出250kW、125kW、60kW、30kW系列的“ALL-IN-ONE”全集裝箱式和半集裝箱式電池模塊產品，可單獨使用，也可通過串并聯滿足客戶對各種功率和容量儲能系統的需求，安裝方便并可在線遠程監控。

5、優異的耐久性：2007年做了加速壽命試驗證實液流電池具有優異的耐久性，正常、連續運行超1678天，超過四萬多小時，有效充放電循環是12420次。該試驗因其他原因被拆除而終止，檢測能量效率衰減只有5%，容量可通過技術手段恢復。

由于受釩離子溶解度的限制，和其他電池相比，全釩液流電池儲能密度偏低、體積較大。不適合于動力電池，適合用于大型固定儲能電站。另外，電池系統增加的管道、泵、閥、換熱器等輔助部件，使得全釩液流電池儲能系統較為復雜。

與會專家認為，融科儲能的全釩液流電池技術在化學儲能這個技術領域，不僅是國內領先，也是全球領先，其完整的自主知識產權體系和全產業鏈布局使得公司在相當長一段時間內很難被替代或超越。

三、市場潛力

對于融科儲能全釩液流電池技術的市場潛力，專家們主要從目標市場規模、市場發展速度，以及經濟性三個方面進行了評估。各位專家的平均綜合打分為10.6分(滿分為15分，以5分制折算即為3.53分)。值得說明的是，專家們著重考慮的是國內市場，而因支持電力系統儲能應用的政策措施還沒到位，市場潛力評估受到了影響。

目標市場

全釩液流電池技術的應用領域已經在介紹報告里作了詳細介紹。本報告按照評估專家的討論結果，試圖給出目標市場的潛在規模。

全釩液流電池儲能技術在電力系統具有廣闊的應用前景：

一是在風電場、光伏電站配置其裝機容量的8%~10%的儲能系統就可以實現跟隨發電計劃，大幅度減少棄風、棄光。按6%的調頻功率配置儲能，達到國標對常規汽輪發電機組的調頻要求，可以有效緩解制約可再生能源替代化石能源大規模發展遇到的技術瓶頸問題;

二是在配電站配置其變電容量(即受電端日平均負荷)8%~10%儲能系統，同樣可以為電力系統提供6%的調頻功率和10%的尖峰電力，從而提高電力系統運行經濟性和發、輸、變電設備的利用效率。

按照《十三五》規劃目標，2020年我國風電裝機容量將達到2.5億千瓦，光伏裝機總量1.5億千瓦，風、光合并將達到4億千瓦。8-10%就是3200萬-4000萬千瓦，再按照每千瓦10000元的造價，市場規模就是3200-4000億元。受電端日平均負荷8%~10%的容量更加巨大，因為參照的不只是可再生能源電力，而是各大城市的用電量負荷(如北京是全年日均負荷為1100萬千瓦)。當然，這樣的大規模儲能是否具備經濟性需要另行研究，而液流電池也不可能100%占有這些市場。

此外，全釩液流電池在微電網、智能電網、分布式風光儲一體化項目、用戶端需求響應、代替柴油機作為備用電源，偏遠地區供電、電動車充電站、通訊設備備用電源等領域也具有很大的市場潛力。

按照中關村儲能產業技術聯盟的統計，截止2015年底，中國累計運行儲能項目(不含抽水蓄能、儲熱、和壓縮空氣儲能)118個，累計裝機規模105.5MW，占全球儲能項目總裝機的11%。該聯盟預測，到2020年，中國儲能裝機規模(不包括抽水蓄能和儲熱)可達14.5GW(按照歷史增長率、企業項目規劃和十三五可再生能源發展目標所得出的常規預測)，甚至24.2GW(基于儲能產業配套政策出臺、能源互聯網產業發展和電力體制改革落地實施所得出的理想預測)。

眾多國際專業研究機構都對儲能技術的市場前景進行過預測。麥肯錫預測2025年儲能技術對全球經濟價值貢獻將超過1萬億美元。國際咨詢機構PiperJaffrey 和 Boston Consulting 預測2020年全球儲能技術的市場容量在4000-6000億美元左右。PikeResearch 預測液流電池在2021年電力儲能的市場份額中會占到三分之一。

會議當天各位專家雖然無法對融科儲能所面對的目標市場進行準確預測，但是大家一致認為未來的市場前景極為可觀。

市場發展速度

對于未來國內市場的發展速度，專家們認為很難準確估計，因為現在市場和企業都在等待著國家能夠盡快出臺儲能產業政策。政策何時出臺、具體法規會是怎樣的，這對市場的發展會有著至關重要的影響。即使基于這種不確定性，諸位專家也都選擇了“快”或者“非?？?rdquo;做為答案，一位專家還比較樂觀地指出，市場的增長應該是階梯性增長。另外，專家們沒有太多關注國際市場，而歐洲、美國、澳大利亞和印度儲能市場的發展非常迅速。

技術經濟性

專家們一致認為融科儲能的全釩電池技術雖然是新興技術，價格較高，但成本已經在逐漸降低，與國際競爭對手相比具有比較強的競爭力。

專家們一致認為融科儲能的全釩電池技術雖然是新興技術，價格偏高，但隨著釩電池技術的進步，融科儲能的釩電池成本已呈現出大幅下降趨勢，與國際競爭對手相比具有比較強的競爭力。隨著釩電池大規模產業化生產以及自主研發的離子傳導膜的應用，預計到2020年，電池系統成本將下降到2500元/kWh。另外，由于占釩電池30~50%成本的釩電解液是可以再生、循環利用的，未來可通過合同能源管理、融資租賃等金融手段進行交易管理，這樣可以進一步降低客戶的投資成本。

作為大規模儲能技術，抽水蓄能還是最經濟的手段。在現今的化學儲能技術中，只有在中國制造的鉛酸蓄電池可與抽水儲能相比，但鉛酸蓄電池的壽命太短，生命周期的每千瓦時價格還是太高。所有新興技術，包括液流電池每千瓦造價與抽水儲能相比還有距離。不過隨著技術進步和規模化生產應用，成本還會不斷下降。

四、政策環境

對于全釩電池技術所面臨的國內政策環境，專家們主要從產業政策支持度和市場開發程度兩個方面進行了評估。各位專家的平均綜合打分為6.6分(滿分為10分，以5分制折算即為3.30分)。

目前儲能重要性已被上升到國家戰略層面，但尚無具體的激勵政策。在2015年3月的《關于進一步深化電力體制改革的若干意見》中提出，要求積極發展融合先進儲能技術、信息技術的微電網和智能電網技術，提高系統消納能力和能源利用效率。但是目前儲能充放電沒有價格，輔助服務沒有定價，調頻也沒有定價。從這個角度來講，雖然市場是相對比較開放的，相關政策還沒有到位。

2016年3月18日，“國家能源局關于推動電儲能參與”三北“地區調峰輔助工作”的通知為儲能技術開放了一個特定的電力市場 – 調峰輔助服務。該通知對發電側的儲能設施設立了最低10MW/4小時的功率和能量要求，在用電側沒有設立任何要求。

在儲能技術的應用上，消納可再生能源、提高可再生能源比例，這些已經沒有任何爭議?？墒侨绾未龠M儲能技術的大規模發展，仍是核心問題。專家們認為，盡管國家在多個文件里強調儲能技術的重要性，“十三五”期間，儲能仍然是一個技術儲備，進行示范工作，還沒能看到大規模工業化和商業化推廣的前景。

五、HSE(健康、安全、環境)影響

HSE評價是對該技術在生產和應用場景中對健康、安全與環境可能產生風險的識別和評估。各位專家對這一維度的平均綜合打分為13.2分(滿分為14分，以5分制折算即為4.71分)。

各位專家一致認為，融科的全釩液流電池技術對于人體健康和人身安全不存在隱患，是資源節約、環境友好、安全可靠的環保電池。從環境安全和影響角度來說，全釩液流電池本身非常安全，其儲能介質為全釩離子的稀硫酸水溶液，不會發生火災，不會發生爆炸，也不會出現不可控的化學反應。而釩本身作為金屬可以回收，并且具有較好的剩余價值。溶解介質雖然是稀硫酸水溶液，但電池本身的防漏措施目前已經非常成熟，基本不存在泄露風險。電解液可通過在線或離線再生技術恢復進行循環利用;電極材料為碳塑復合材料(碳氈或石墨氈)，電池報廢后可以作為燃料燒掉,除CO2外無其他環境污染物。

雖然如此，全釩液流電池的電解液目前被列為危險化學品，而按照國家規定，危險化學品的存放和運作需要有人值守。另外，全釩液流電池在工作過程中會產生少量的氫氣，需要一個通風的工作環境，并配備氫氣的濃度監測裝置。在寒冷地區還需要把電解液加溫，以保持電池性能。

六、技術發展前景與風險分析

全釩液流電池儲能技術的發展方向包括提高電解液濃度等手段來提高能量密度和傳導膜技術的突破來繼續降低成本。

討論中，各位專家在共同認可融科儲能全釩液流電池技術的國際領先性的同時也指出，融科儲能在技術上也還存在一些可以改進的空間，比如說電池效率的繼續提高，系統的可靠性，適應的工作溫度窗口是否可以繼續拓寬，能量控制系統的優化，配套系統的穩定性等。

有專家指出，目前國外制造商的電池成本約比融科儲能的價格要貴200美金/kWh。專家們認為，未來成本的降低將主要來自于原材料和電力電子器件成本的進一步降低，和規?；妥詣踊a帶來的整體成本下降，以及能源管理系統成本的下降。

另外，專家們還建議進一步培育電網級儲能技術產業鏈。只有更多的企業進入這個市場、打造更好、更完善的產業鏈、才能構建更好的競爭氛圍，才能有商業模式的創新，從而促進產品整個行業健康發展。

專家們認為，全釩液流電池儲能技術在使用過程主要面臨兩大風險：

首先是技術故障。液流電池的配套設備需要高可靠性的循環泵，高效的變流器，和優秀的能量管理系統，來有效地融入電網運行環境。

其次是商業風險。專家們認為，液流電池運營最大的風險在于具體政策的不到位所造成的商務模式的缺失。液流電池可以平緩可再生能源的輸出，減少棄風棄光現象，但不能作為調峰手段來和其他電源競爭。它的優勢還在于所提供的輔助功能和用戶的需求響應，而這些功能在沒有具體的政策和監管條例下很難形成可持續的商務模式。

[1]免責申明：本報告是北京國際能源專家俱樂部秘書處根據自己掌握的信息和大連融科儲能技術有限公司提供的材料，再結合2016年4月23日清潔能源技術評估與推廣會議討論的結果而撰寫。對于任何商業機構或個人依據本報告的結論性意見所作出的投資或其他商業決定可能導致的任何風險、損失、損害、成本支出、索賠或其他權利主張，北京國際能源專家俱樂部及其所聘的專家均不承擔任何法律責任。