清华大学教授王保国： 全钒液流电池技术与发电侧储能应用探讨

中国化学与物理电源行业协会储能应用分会产业政策研究中心统计数据显示，截止到2017年底，全球光热及风光发电并网储能项目共计246个，装机总规模达10.3GW。新能源发电侧建大型储能电站对促进可再生能源消纳，缓解日益突出的弃风、弃光问题，提高电网安全稳定运行水平意义重大，备受行业关注。

9月19日-20日，2018首届全国发电侧储能技术与应用高层研讨会在西安召开，就进一步推进储能在发电侧上的项目规划、安全施工、系统集成技术应用、运营模式、电网接入、标准体系、风光储电站考核机制、调度模式、储能项目备案、审批流程和体制机制等方面展开深入讨论。

清华大学王保国教授出席会议并发表主题演讲《全钒液流电池技术与发电侧储能应用探讨》。

以下为发言实录：

王保国：

谢谢张总介绍，我是王保国，来自清华大学，今天最后一个报告，大家也都比较辛苦了，咱们稍微轻松一点，换一个方向，因为我看刚才大家讲的主要是电力的，我们这边是做电池的。

储能技术这几年持续的升温，包括咱们在西安会场坐无虚席，可见对电力行业，应该讲电力行业配电输电用户等等方面储能会在各方面发挥作用，在最近几年，国家政策来讲，要搞智能电网，要搞新能源以及要搞电动汽车，实际上来讲它们中间很关键一个连接点就是储能技术，当然储能技术有很多种类。包括2018年拿来的数据，大家也都看到了，可再生能源持续发展，无论是风电、光伏，我们现在无论发展速度还是在装机上都是世界上第一位的，客观的带来电力系统一个深刻的变化和变革。

把储能定位为智能电网可再生能源、高占比能源系统、互联网+智慧能源的重要组成部分和关键支撑技术，我们到2030年要达到可再生能源占整个发电装机的20%，这样大量的接入以后，在电网系统里面怎么样能够使传统能源、传统发电的方式和可再生能源相互融合、相互匹配起来，是一个非常重要的事情。

讲到储能技术，这是美国的PRI搞的一个技术特征的分析，横坐标是我们讲的功率，纵坐标是发展的时间，实际上来讲，储能技术种类非常多，核心还是要看我们怎么用它，诸位在座的企业界的朋友，有的是在电力研究院的，有的是在市场上直接面对用户的，用户的需求五花八门，你自己要发挥什么作用。反过来把集装箱设计各种各样温控系统，包括报警系统，能100%保证它安全吗？我就问这么一个问题，大家考虑考虑。我们国内的电力产品层次不齐，那韩国的照样出问题，选择什么样的技术、发展什么样的其他，怎么给电力系统提供安全可靠的电力装备。

第一个我考虑安全的原则，大家通过技术的措施，通过及时感知，把这个温度控制搞好能够提升，但是要发展一些本质上安全的问题，提升整个系统的安全可靠性，一般来讲，一个电站服务周期至少是15到20年，在3、5年内是OK的，当然10年以后还能不能保证它的安全可靠，这些都是很重要的，也是值得大家深思的问题。第二个就是资源可持续发展，一旦定了哪个方向，特别是一个大的行业，掉头就越慢，新的在你们的资源方面，包括废电池报废这些也是很大的一些状态。

大家做个电力储能，储能物质有没有这样的东西，这个牵扯到一个产业行业能够走多远是非常重要的。我来自清华大学化工系，我们的储能装备，大家讲绿色化学、绿色化工，直接对这个环境友好，在它的生命周期里面对它的研究、开发、使用、制造、报废，在生命周期里面对环境要尽量想，这个是大家选择考虑储能发展的很重要的一点。干企业一定要注重经济效益，南都做了那么多工程，到底利润率有多高，所以经济效益也是我们要衡量它，不能赔钱做，这个不是持久的，今天上午国家能源局负责人讲，好象国家也不想出台储能政策，这个是很严峻的，我们怎么样把市场模式搞好，也是大家要很好思考的事情。

我们自己这些年一直在发展全钒液流电池，它用的是钒离子，把电能变成化学能，这个水溶液它有一个特征就是点不着，你拿火烧也烧不着，而且不可能爆炸，这里面需要一个隔膜，把这个正电极和负电极隔开，在电池领域我们很多谈这个事情，现在锂电池不安全，搞固体电池觉得安全了，那么固体电池就绝对安全吗，只要有氧化剂在里面，这个安全问题就一定会发生的，大家怎么追求一个本质安全的技术路径是很重要的。把这个功率和容量能独立分开的，是液流电池很重要的技术特征，在我们大容量里面做一个优化设计，这是从电池原理上提供的可能性。

这是液流电池，它实际上是一个电池装备，规模大、寿命长、成本低、效率高、安全可靠，现在钒价在涨，各种化工材料都涨价很厉害，毕竟它是一个长周期的状况，另外很重要的就是我们发展储能、发展储能技术，绝不能以牺牲装备的安全性为代价，这是一个根本要解决的问题。在安全与寿命方面具有突出优势，无论是国内我们自己的电池，做1万次的循环，他们在北海道发电厂做平滑电子输出，做了27万次充放电循环，从我们自己统计的情况来看，它在长寿命上有绝对的优势，从这一点来讲，但是它现在相对锂电池结构复杂一点，但是一定要循环起来。

前面这个块不同的电气种类结构不一样，包括它的材料问题、储能系统配置问题，后面相对不同的储能应用这一块，液流电池很重要的一个就是可以把一个做成20千瓦、30千瓦，不像其他电池一样每个单电池都需要单独管理，太麻烦了，像BMS我们也可以搞起来，他是把它的认为放在前面电堆这一块了，这是它的结构特征。

这里面大家要降低储能装备的成本，核心的问题是要解决材料的问题，因为隔行如隔山，这是它里面需要一个膜，需要把不同钒离子隔在两边，这一块来讲，我们经过这些年的努力，把这个膜的问题解决了，这里有一个设计的问题，利用氢离子、钒离子发展自己的材料体系，当然也提一些新的制膜的方法，材料怎么制备、分子结构怎么排布，这些有点化工方面的事情。我们这样的膜，国内有自己知识产权的膜就解决了，比国外生产的膜，我们的成本是他们的1/30，这一点不光做完了，它的稳定性都很好，特别是我们有完全的工程化，就是把这个膜研究开发的技术解决了，同时产业化生产装备也解决了。

我们在承德搞一个公司，从2013年开始所有的材料都是我们自己制造的，电堆的技术小的是100瓦，目前这个产品是5千瓦、10千瓦、15千瓦，有这几个基本的模块你再变成集装箱的系统，这是一个5000瓦的基本构成和它的组成的这些模块。横坐标是它的次数，纵坐标是它的效率，这一点上来讲，因为它可以把这个电解循环出来，然后再利用空气冷却，把这个温度控制起来，在运行的安全性和稳定性上 有它特殊的优势。

当这样的产品完了以后，我们把它装在集装箱里面，因为我们算过，搞这个集装箱式的储能装备有一个很大的好处，你到现场做组装大概能节省20—30%的制造成本，配合小一点的光伏、充电站基本上就够用了，我们做过这样的案例。大家感兴趣我们可以进行联系，让他们免费到你们现场给达到进行测试，一般在工程实践里面，没有用过的希望拿一个来测试一下评价一下，看看它的控制性能、指标、运行的稳定，完了再继续做，目前我们设计按200千瓦一个集装箱。

大家还很关心成本，成本问题在全钒液流电池来讲，第一个是放电1个小时的，放电6个小时的，放电12个小时的三种情况，当你放电1个小时，实际上30分钟可以的，这种情况需要很大的功率，蓝的部分占的比例比较大，红的这部分占的比例比较小，随着时间的延长，你做到6个小时，电机这块占到所有的成本高一点。总体来讲，它在配置上根据你客户的需求，在功率型上都可以坚持到，整个系统有最好的一个经济性。

全钒液流电池无论从结构上还是在材料上还是在控制方面，我们有了专利，我们在关键材料上取得一些突破，因为我们在关键的一些电池材料和电芯这部分我们还是要发展自己的东西，2014年的时候，当时我们把这个技术介绍到国外去，在日内瓦巴黎博览会上，当时法国的电工专家以及德国电工专家听到我们的介绍，觉得我们在技术领域还是处于国际领先地位的，给了一个巴黎博览会的特别金奖。

全钒液流电池在世界上居于什么位置？2014年当时我们到华盛顿开会，就在IEC电池的质量标准我们争到了这个制定权，在这样的场合，大家看你的技术水平和能力，你才能拿到一个质量上的制定权，在电工的发展和电堆的技术能力方面，我们在全世界能够走到前5名的位置。涉及到应用，在可再生能源以及利用储能改变传统电网，在发电、输电、配电、用户在不同的位置上它都能发挥自己的作用。

为什么还赚不到钱呢？这是一个问题，经过十多年的发展，储能在电力系统中能够为电力系统带来它很大的好处，那么这一点被证实了，下一步我想储能技术发展很重要一个就是怎么样能够形成经济性，我们无论是做电池的企业，还是后面做工程公司的企业，都能在这里得到你应该得到的市场价值。在这个基础上，从目前我自己观察以及我们认为，在电力行业应该进一步发展的话，刚才我们好几个专家也谈到，现在实施两个细则，就是电网调频这个事，调峰要的容量太大，我们可能是另外一种考虑，调峰是有困难的，调频像日本他们把他们的技术人员派到美国加州去发展，在长寿命、高稳定性、高安全性这方面，全钒液流电池在电力行业有它的特征。

所以我们讲储能装备和储能技术没有万能药，一定是不同的技术特征和不同的场合能很好的匹配，所以在这个方面，我们希望它在里面能发挥更大的作用。在共同发展上一个是积极推进技术发展，确实能提高这个，反过来讲，还是要看储能怎么能看到本质上一定要安全，还有后续进一步发展的空间，要把安全放在第一位上。当然国家相关的证书，关于电力服务市场，因为我自己从开发工程角度来讲，我们已经开发了那么多活力发电厂，我们装机从70%、75%现在压缩到68%，现在火力发电还是一个主能源，我们不能把那么多建设的东西弃之不用，因为怎么样把活力发电和可再生能源深度融合，大家到野外去做火力发电厂，包括到江苏去搞，相对来讲交通比较方便，也有很大的困难，如果把这个配置到火力发电厂，有一些公共设施的直接利用起来，在经济性上会有大幅度的提高。从产业应用和国家政策导向上，现在电力市场逐渐的呈现了一个很好的机会，现在已经形成了一定的经济效益。

储能技术、储能装备要积极的发展，要本土的发展，储能应用要大力的推进，要找准市场、找好价值链的匹配，这样才能发展好我们的储能事业。谢谢大家！

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