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鐵鉻液流電池技術(shù)、優(yōu)缺點(diǎn)和經(jīng)濟(jì)性一覽

時間:2023-07-07 13:56:31來源:OFweek儲能網(wǎng)

導(dǎo)語:?液流電池由正負(fù)極電解液存儲罐、正負(fù)極電解液、電堆系統(tǒng)和管理控制系統(tǒng)等組成,普遍具備安全性高、壽命長、毒性弱、腐蝕性弱、自放電低且電解液可重復(fù)利用等優(yōu)點(diǎn)。

       我國能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型,儲能迎來了迄今為止最大的機(jī)遇,市場擴(kuò)張持續(xù)加速。

  儲能高速發(fā)展,不可避免地產(chǎn)生了一些問題。

  例如,隨著風(fēng)電場、光伏電站、水力發(fā)電等可再生能源的大規(guī)模并網(wǎng),我國電網(wǎng)接納能力開始顯得力不從心,針對這一問題,市場提出了大規(guī)模儲能技術(shù)這一解決方案。

  在眾多大規(guī)模儲能技術(shù)中,抽水蓄能受環(huán)境限制,鋰電儲能安全性低,鐵鉻液流電池具備高安全、低成本、高性能等優(yōu)勢,是未來大儲市場的有力競爭者之一。

  液流電池四天王

  液流電池由正負(fù)極電解液存儲罐、正負(fù)極電解液、電堆系統(tǒng)和管理控制系統(tǒng)等組成,普遍具備安全性高、壽命長、毒性弱、腐蝕性弱、自放電低且電解液可重復(fù)利用等優(yōu)點(diǎn)。

  目前,在市場上比較受歡迎的液流電池主要分四類:鐵鉻液流電池、全釩液流電池、鉛酸液流電池和鋰離子液流電池。

  第一,鐵鉻液流電池,壽命長、成本低、技術(shù)成熟、原材料豐富、工作溫度范圍廣,在大規(guī)模長時儲能等領(lǐng)域潛力巨大。

  第二,全釩液流電池,技術(shù)最成熟、市場化最充分,缺點(diǎn)是電解液成本較高。

  上月30日,容量、功率均為世界第一的大連液流電池儲能電站,已成功并網(wǎng)發(fā)電。

  第三,鉛酸液流電池,初期設(shè)計成本低,缺點(diǎn)是壽命短,后期維護(hù)成本高,并未得到廣泛應(yīng)用。

  第四,鋰離子液流電池,市場化優(yōu)勢不明顯,大中型儲能方面,不如鐵鉻液流電池和全釩液流電池,未來,可能會在小型儲能和短期儲能里有所應(yīng)用。

  鐵鉻液流電池 VS 全釩液流電池

  液流電池商用主流是鐵鉻液流電池和全釩液流電池。

  兩者對比,鐵鉻液流電池工作溫度和原材料成本方面優(yōu)勢明顯。

  第一,工作溫度方面,鐵鉻液流電池的工作溫度為-20~70℃,全釩液流電池的工作溫度為5~50℃,鐵鉻的工作溫度范圍明顯更大。

  第二,原材料成本方面,鐵鉻液流電池和全釩液流電池的關(guān)鍵原材料分別為鉻鐵礦和釩鐵礦。

  根據(jù)2022年11月10日上海價格行情,50基釩鐵價格是50基鉻鐵的15.6倍,鉻鐵液流電池關(guān)鍵原材料價格更便宜。

  此外,鉻的地殼含量為0.01%,排名17。全球范圍內(nèi),鉻鐵礦資源豐富,2020年全球鉻礦資源量約90億噸,2021年全球鉻礦產(chǎn)量為3480萬噸;中國境內(nèi),鉻產(chǎn)業(yè)鏈完善,相關(guān)技術(shù)儲備全面。

  不過,技術(shù)成熟度和原材料自給占比方面,全釩液流電池更勝一籌。

  第一,技術(shù)成熟度方面,全釩液流電池比鐵鉻液流電池更成熟。

  目前,全釩液流電池項(xiàng)目,單體電堆功率可達(dá)400V,而鐵鉻液流電池項(xiàng)目,單體電堆功率僅為30-40V,差距明顯。

  行業(yè)人士預(yù)測,隨著相關(guān)技術(shù)發(fā)展,2025年末,鐵鉻液流電池單體電堆功率可達(dá)到400V。

  第二,原材料自給占比方面,我國釩礦儲量世界第一,鉻礦卻嚴(yán)重依賴對外進(jìn)口。

  中國鉻礦儲量僅407萬噸,全球占比不到1%,而需求量大,自給占比少于10%,嚴(yán)重依賴對外進(jìn)口。

  相較而言,根據(jù)USUG相關(guān)數(shù)據(jù),2021年我國釩礦石儲量為950萬噸,占全球儲量的4成,是全世界釩礦儲量第一的國家。

  大型長時儲能適配王

  鐵鉻液流電池,具有長壽命、低成本、高安全、高性能、大容量、弱毒性、弱腐蝕性等優(yōu)勢。

  長壽命方面,鐵鉻液流電池循環(huán)壽命大于20000次,可應(yīng)用20年。

  低成本方面,鐵鉻液流電池度電成本僅為0.4元/度,低于全釩液流電池的0.8~1.3元/度。

  高安全方面,鐵鉻液流電池的正負(fù)極電解液,均采用水性溶液,分裝于兩個獨(dú)立的儲液罐中,電堆與儲液罐分離,無爆炸風(fēng)險。

  高性能方面,鐵鉻液流電池的正常工作溫度區(qū)間較廣,為-20~70℃,同時能量密度為10~20Wh/升。

  大容量方面,我國已經(jīng)投入運(yùn)行的鐵鉻液流電池儲能項(xiàng)目,代表有國家電投集團(tuán)河北電力有限公司張家口分公司戰(zhàn)石溝光伏電站鐵鉻液流電池儲能示范項(xiàng)目,容量為250kW/1.5MWh;四川綿陽市科技城新區(qū)鐵鉻液流電池長時儲能項(xiàng)目,容量為1MW/4MWh。

  弱毒性、弱腐蝕性方面,由于鐵鉻液流電池的電解質(zhì)溶液,主要是含鐵鹽、鉻鹽的稀鹽酸溶液,因此,毒性和腐蝕性較弱。

  缺點(diǎn)方面,鐵鉻液流電池目前商業(yè)化的限制因素主要是單體電堆功率還較低,僅為30~40V。

  綜合鐵鉻液流電池的優(yōu)缺點(diǎn),鐵鉻液流電池將是風(fēng)光配儲等大型長時儲能領(lǐng)域的適配之王。

  光明前景

  近年,相關(guān)研究機(jī)構(gòu)的努力攻關(guān),解決了一直困擾著鐵鉻液流電池的三個問題:電解液互混問題、陰極析氫問題和電解液衰減問題。

  其中,通過采用混合的鐵離子、鉻離子溶液,解決了電解液互混問題;利用催化劑,解決了陰極析氫問題;通過設(shè)計安裝再平衡系統(tǒng),解決了電解液衰減問題。

  隨著相關(guān)投資機(jī)構(gòu)的進(jìn)一步關(guān)注,鐵鉻液流電池技術(shù)勢必快速提升,現(xiàn)在的單體電堆功率低等技術(shù)缺點(diǎn),如果得到解決,鐵鉻液流電池必將迎來一片光明。

標(biāo)簽: 儲能

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