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业务介绍
宁夏焓晨新能源有限公司
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全钒储能电池 您的位置:首页 >> 业务介绍  >> 全钒储能电池  

  一、产品简介

  钒电池全称为全钒氧化还原液流储能电池,具有大功率、长寿命、可频繁大电流充放电、安全可靠、绿色无污染等明显技术优势,可广泛应用于可再生能源储能、电网调峰、备用电源等领域,是目前发展势头强劲的优秀绿色环保蓄电池之一。宁夏焓晨新能源有限公司(以下简称焓晨公司)坚持推进钒电池技术研发,多项关键技术拥有自主知识产权。公司自主研发的钒电池已完成试验目标,正在有序推广应用。

  二、产品技术特性

  本公司研制的全钒储能电池是一种基于金属钒元素的氧化还原可再生燃料电池。其工作原理主要是通过两个不同类型、被一层隔膜隔开的钒离子的电子交换,储能系统钒电池电能以化学能的方式存储在不同价态钒离子的硫酸电解液中,通过外接泵把电解液压入电池堆体内,在机械动力作用下,使其在不同的储液罐和半电池的闭合回路中循环流动,采用质子交换膜作为电池的隔膜,电解质溶液平行流过电极表面并发生化学反应,通过双电极板收集和传导电流,从而使得储存在溶液中的化学能转换成电能。这个可逆的反应过程使钒电池顺利完成充电、放电和再充电。

  本公司研制的全钒储能电池具有明显的特点:

  电池正、负极活性物质均为钒,只是价态不同,可以避免正、负极活性物质通过离子交换膜扩散造成的元素交叉污染,成本低、寿命长。

  电堆与活性物质相分离,功率密度和容量密度关系不大且活性物质可长期使用;冲、放电过程不包括复杂的固相反应,不存在一般电池体系中经常发生的活性物质脱落和短路现象,完全契合液流电池体系的商用化发展方向。

  系统安全性高,在常温常压下运行时,电池系统产生的热量能够通过电解质溶液有效排出,再通过热交换排至系统之外;而且电解质溶液为不燃烧、不爆炸的水溶液,系统运行安全性高。

  此外,电池系统废弃后,所有材料仍可循环利用,不污染环境且回收便利,生命周期中能实现环境友好。

  主要特性如下:

  系统使用寿命长 钒电池充放电次数超过100,000次,使用寿命可达到20年。

  循环效率高 钒电池系统循环效率可达65-80%。

  支持频繁充放电 钒电池支持频繁大电流充放电,每天可实现充放电数百次,而不影响电池容量。

  支持过充过放 钒电池系统支持深度充放电(DOD > 80%),深度放电而不损坏电池。

  充放速度快 充放电速度比为1.5:1。钒电池系统能够实现快速充放电,满足负载需要。

  自放电率低 钒电池正负极电解液中的活性物质分别储存在不同的储罐中,在系统处于关闭模式时,储罐中的电解液几乎无自放电现象。

  启动速度快 钒电池系统运行过程中充放电切换时间小于1毫秒。

  维护成本低 整个系统全自动运行,操作成本极低,且电池中的各个单位电池状态基本一致,维护简单,周期长。

  环保性能高 钒电池系统在常温下封闭运行,符合环保要求,可以完全回收,无其他处置必要。

  系统设计灵活 钒电池系统的功率与容量可以独立设计,按照客户需求配置,并实现快速升级。能量以电解液的形式储存,增加储存罐的容积或者提高溶液的浓度均可增加电池的容量;可以通过更换电解液达到充电的目的,类似于汽车加油。

  四、应用领域

  本公司自主研制的全钒储能电池具有特殊的电池结构和优越的电池特性,应用领域非常广泛。

  (1)可替代风力、光伏发电中的铅酸电池,大幅提高风电厂、光伏电厂的效率及效益;

  (2)在光伏电厂、风力电厂等可再生能源发电系统中并网发挥储能作用,进行电网消峰填谷;

  (3)不间断电源,用于国家重要部门如政府、医院、机场、军事指挥系统等备用电站,在非常时期保证稳定、及时的电力供应;

  (4)偏远地区或海岛等孤立地区供电;

  (5) 潜艇、远洋轮船、军用储电;

  (6)电动交通工具、市政交通信号等领域提供电力。

  具有示范效应的典型应用如:

  (一)解决风力发电和光伏发电的“弃风、弃光”问题及并网矛盾。

  传统能源的日益匮乏和环境的日趋恶化,极大地促进了新能源的发展,新能源发电的规模也快速攀升。近年来,我国风能、太阳能等可再生能源发电量迅速增长。截至2013年12月底,风能、太阳能发电的装机容量分别为9000万千瓦和1716万千瓦。根据国家可再生能源发展规划,预计到2020年我国风能和太阳能发电的装机容量将分别达到2亿千瓦和2000万千瓦。但风力发电和太阳能发电受季节、气象和地域条件的影响,具有明显的随机性、间歇性和不稳定性,发出的电力波动较大、可调节性差,因而带来了两大问题,一是用电低谷时的“弃风、弃光”现象严重,资源利用率低,影响发电企业的经济效益。据中国风电协会统计,2011年风电行业因“弃风限电”导致的风电发电量损失达到100亿度,而到了2012年,风电损失的电量增至200亿度,直接经济损失达50亿元。而科技部对光伏发电行业的调研显示,国内光伏发电站2012年被“弃光限电”的比例已达到40%,即使一些并网条件好的电站开工率也达不到80%;二是因电力输出质量不高,发电上网对电网的安全稳定运行冲击很大,严重影响电网的供电可靠性。

  如果采用全钒储能电池组成的储能系统作为风电和光伏发电的关键配套系统,这些问题则可以迎刃而解。一是能起到“削峰填谷”作用,将用电低谷时(上网电价较低)的闲余电能储存起来,然后到用电高峰时(上网电价较高)反馈输出平抑,大大提高风力和太阳能资源的利用率,提高发电设备的利用效率,同时显著提高新能源企业的经济效益,提高电网运行的稳定性。二是可以有效改善风力和太阳能发电的电能输出质量,实现平滑输出,并能有效调节因发电引起的电网相关参数波动,使大规模风力发电和太阳能发电能方便可靠地并入常规电网。

  (二)解决电动汽车的动力问题

  随着汽车产业的快速发展,我国已成为世界最大的汽车市场,从曾经的自行车王国变身为一个汽车大国,2012年全国的民用汽车保有量已经达到1.2亿辆。但同时,汽车的大量使用不仅消耗了大量宝贵的化石能源—石油,而且已经带来了严重的环境问题,尾气排放加剧了大气污染,在大中城市中尤为突出。传统汽车排放的一氧化碳、碳氢化合物和氮氧化合物等已占大城市空气污染物的70%—80%,成为城市空气污染的主要来源。发展电动汽车是解决我国大中城市空气严重污染的根本途径。因此,发展新能源汽车特别是电动汽车就成为了我国汽车产业的战略抉择。以汽车保有量1.2亿辆测算,若20%是电动汽车,每年可节省汽油约2300万吨,相当于近1亿吨原油提炼的汽油产量。因此,电动汽车的普及将对中国能源安全产生深远影响,大力发展电动汽车利国利民、势在必行。2012年6月,国务院出台了新能源汽车产业发展规划,提出到2015年,纯电动汽车和插电式混合动力汽车累计产销量力争达到50万辆;到2020年,纯电动汽车和插电式混合动力汽车生产能力达200万辆、累计产销量超过500万辆。

  然而,影响电动汽车成本和普及的一个主要瓶颈就是车用动力电池技术。目前铅酸电池和锂电池均无法满足电动汽车动力电池的要求,而全钒储能电池的问世很好地满足了电动汽车(特别是城市公交客车、机场大巴车等大型电动汽车)对动力电池的要求,即节能、环保、安全、经济、大容量、长寿命,尤其是能够实现“瞬间充电”,即如同汽车加油,以置换或补充电解液的方式就可完成充电。可见,全钒储能电池在电动汽车上的推广应用,可以有效解决汽车的动力问题,是提高电动汽车质量、降低生产成本、推动电动汽车产业大发展的一个重要途径。如果将全钒储能电池作为车用动力电池,同时合理布局用全钒储能电池组成电动汽车充电站,电动汽车的市场必将越来越大。目前,北京高安屯、青岛薛家岛等地已经建成了大型的电动汽车充换储放一体化电站。

  (三)解决智能电网建设中的关键问题

  我国能源资源与能源需求呈逆向分布,80%以上的煤炭、水能和风能资源分布在西部、北部地区,而75%以上的能源需求集中在东部、中部地区。能源资源与能源需求分布不平衡的基本国情,要求我国必须在全国范围内实行能源资源优化配置。建设坚强智能电网,为能源资源优化配置提供了一个良好的平台。坚强智能电网建成后,将形成结构坚强的受端电网和送端电网,电力承载能力显著加强,形成“强交、强直”的特高压输电网络,实现大水电、大煤电、大核电、大规模可再生能源的跨区域、远距离、大容量、低损耗、高效率输送,显著提升电网大范围能源资源优化配置能力,大幅提升电网的安全稳定性和供电可靠性。与智能电网相配套的一个很重要的核心环节就是大规模、高效率的电力储能技术。智能电网必须通过储能系统来提高接纳能力,抑制功率波动。没有电力储能,智能电网的实现是根本不可能的。

  全钒储能电池组成的储能系统可以解决智能电网建设中的几个关键问题:

  一是解决电网运行中不可避免的昼夜峰谷差问题。借助大容量储能系统实现“削峰填谷”,提高电网运行稳定性、调整频率、补偿负荷波动。

  二是解决大电网暂态稳定性不高的问题。大型电网自身的缺陷,难以保障电力供应的质量、效率、安全可靠性要求。依托先进储能系统建立分布式电站,可以减少或避免由于电网故障或各种意外事件造成的断电,提高我国大电网的暂态稳定性,抑制低频振荡,增加高压线路的输电能力。

  三是解决清洁能源的可靠接入问题。无论是风电还是太阳能发电,其自身都具有随机性和间歇性特征,其装机容量的快速增长对电网调峰和系统安全带来不利影响,所以,必须要有可靠的储能技术作为支撑和缓冲。钒电池储能技术能够在很大程度上解决新能源发电的波动性问题,使风电及太阳能发电能够大规模地安全并入电网。

  (四)解决特殊领域的安全供电问题

  对于政府重要部门、通讯基站以及军事等特殊领域,确保安全、可靠、不间断的电力供应极其重要,目前多使用铅酸电池UPS和柴油发电机为主的备用电源系统后备。柴油机不仅耗费石油资源,而且需要持续不断的机械维护以保证其可靠性,且在实际应用中利用率很低,其单位时间的使用成本比较高;UPS系统中经常使用的铅酸电池容量有限,且由于自放电的原因,也需要经常维护。在这些领域,全钒储能电池完全可以替代铅酸电池和柴油机的动力组合,提供高可靠性的能量存储解决方案。

  对于很多远离主电网的场合,如海岛、哨所、独立营区、采矿采油井、野外施工地等,也可以使用全钒储能电池组成风-光-储一体化电站,很好地解决电力需求。

  特别是在军事领域(如常规潜艇、移动指挥所),高可靠性、高安全性、高功率、大容量的军用电池对于提高武器装备的可靠性,提高军队的战斗力和后勤保障水平至关重要。在这方面铅酸电池、锂电池等难以解决的问题,使用全钒储能电池可以有效解决。

  五、市场前景

  全钒液流储能电池技术被认为是电力系统用能量型储能最有应用前景的技术之一。技术经过应用项目的积累日趋成熟,逐渐被市场所接纳,行业处于产业化前期,技术标准和产业配套正逐渐形成。2010年以来,随着技术的不断成熟和市场的拉动,全钒液流储能电池逐步由研发阶段进入示范应用阶段。目前,全钒液流电池技术已基本成熟,技术难点已经突破,如同手机的发展一样,在产业化的过程中,技术会得到迅速发展,成本会大幅度下降。有分析人士表示,全钒液流电池技术未来在储能行业具备无可估量的发展潜力,甚至有可能将改变未来的能源格局。

  2011年,日本住友电工公司(SEI)应用钒电池技术,以城市智能微电网为目标市场,在横滨和大阪建造了示范项目,应用效果良好。2012年美国制定的储能技术发展规划已经将全钒液流电池列在首位。

  本公司研制的全钒储能电池成本与铅酸电池相近,还可制备兆瓦级电池组,大功率、长时间地提供电能,因此在大规模储能领域具有锂离子电池、镍氢电池不可比拟的性价比优势。价格经济,电性能优异,与制造复杂、价格昂贵的燃料电池相比,无论是在大规模储能还是电动汽车动力电源的应用前景方面,都更具竞争实力。

  首先,在生产成本方面优势明显。我国钒矿资源丰富,钒储量占全球钒储量的35%,居全球第一位,2010年的钒产量达到6.15万吨,优越的资源禀赋为发展钒电池产业创造了得天独厚的条件。

  其次,按照我国《新能源汽车产业发展规划》和近年来电池行业数据的测算,钒电池所应用的储能设备和城市调峰储能设备市场规模将在11000亿元左右,为钒电池产业创造了历史性机遇。

  第三,与制造复杂、价格昂贵的燃料电池相比,无论是在大规模储能还是清洁发电系统配套储能方面,钒电池都具有一定竞争优势。同时,钒电池的推广应用符合政府所提倡的节能减排战略。我国钒电池行业仍处于初步发展阶段,在实现商业化的过程中存在诸多投资机会,发展前景广阔,具有明显的优势

  第四,全钒液流储能电池非常适用于大型静态储能,未来将被广泛应用于太阳能、风能发电储能设备、电站储能调峰以及电动汽车等领域,已成为未来电池发展的重要方向。以风电和光伏发电领域为例,2012年国家能源局分别发布了风电和光伏发电的“十二五”规划,其中,要求风电到2015年的发展目标位为100GW,2020年为200GW;太阳能光伏发电到2015年的发展目标为35GW,2020年为50GW。显而易见,规划在极大地促进可再生能源发电发展的同时,也给全钒储能电池的推广应用带来了很好的机遇。为了减少风电、光伏发电对电网的冲击,每台发电装置需配备一款功率相当于其功率10%-50%,且储能需求高于风电装机容量的20%以上的储能蓄电池。有券商分析师估算,2020年中国的钒电池市场规模将达到1.6万亿元,其中风电的产值将是主要部分。

  因此,可以肯定,全钒液流储能电池的市场潜力巨大,将成为新能源领域的投资热点,也将培育出一个投资回报非常可观的新兴产业。

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