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(报告出品方/作者:中信证券,袁健聪、汪浩、吴威辰)
全钒液流电池:长时储能的优选路径
液流电池:可逆氧化还原反应实现电能和化学能的相互转化
液流电池工作原理:液流电池是由电堆、两个储能罐以及配套的泵和管道组成。液流电池通过正、负极电解质溶液发生可逆氧化还原反应实现电能和化学能的相互转化。充电时,正极发生氧化反应使活性物质价态升高,负极发生还原反应使活性物质价态降低,放电过程与之相反。与一般固态电池不同,液流电池的正极和(或)负极电解质溶液储存于电池外部的储罐中,通过泵和管路输送到电池内部进行反应。
电池结构:功率/容量解耦合,可扩展性强
液流电池储能系统以功率部分(电堆)、容量部分(储罐、电解液、管路等)、电池控制部分(BMS)及其他辅助设备一体化集成在预制舱组成。电堆是系统的核心部件,发生电化学反应和产生电能的场所,基本结构类似三明治机构,由电极和双极板(碳材料)、电极框(塑料)、集流板(铜板)、端板(铝合金板或铸铁板)、紧固螺杆(钢)和离子传导膜组成,可以由若干个单元电池串联装配而成。功率/容量解耦合,扩容性强,模块化设计实现大规模和长时储能。液流电池输出功率由电池堆栈所具有的数量和大小决定,储能容量大小主要取决于电解液的体积和浓度,可根据需求任意调整容量;锂电池容量增长非线性,扩容边际成本高。
对比:液流电池安全性高+大容量大功率+长时储能
液流电池优点:安全性高、储能规模大、充放电循环寿命长、电解液可循环利用、周期性价比高等。结构优势:输出功率和储能容量相互独立,因此时长提升后成本边际递减;设计和安装灵活,适用于大规模、大容量、长时储能;储能系统采用模块化设计,易于系统集成和规模放大。缺点:能量密度较低,适用于对体积、重量要求不高的固定储能电站;工作温度0~45℃,不适用极端天气地区。
对比:钒电池长时储能优选,全生命周期成本低
长时储能,主要对标抽水蓄能、压缩空气等:抽水蓄能:全球储能容量最大的解决方案,主要限制为场地不灵活、建设周期长、建设成本高以及环境问题。压缩空气:地质要求高(盐穴少),系统效率低,燃烧化石燃料增加碳排放。度电成本:以服役年限20年、循环次数次、每天2次、储能时长4h计算,钒电池性价比明显提升。
规模与空间:预计年国内钒电池累计新增装机量24GW
复盘:短时性价比低,长时储能创造发展契机
钒电池研究始于20世纪80年代,但商业化进程不达预期,成本高和下游需求较弱为主要制约因素。技术逐渐成熟:我国对全钒液流电池的基础研究起步较早,于20世纪80年代末开始研究全钒液流电池技术。下游需求出现:钒电池能量密度较低,便携性差,适用于大型固定储能场景,早期缺乏市场机会,长时储能创造契机。成本居高不下:需求不足导致钒电池产业链建设进程较慢,规模化效应欠缺;钒电池对钒价敏感,钒价受环保管控和钢铁行业等影响波动较大,-年钒价暴涨导致钒电池产业化受阻;年以来,大容量项目出现有望降低成本。
场景:大容量长时储能调峰为最佳需求
需求聚焦大容量长时储能调峰市场:调频
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