謝濱歡：鋅基液流電池——低成本高安全的長(cháng)時(shí)儲能電池

編者按：2023年9月12-14日，以“綠色 持續 共生 向新”為主題的“第五屆未來(lái)能源大會(huì )”在江蘇常州武進(jìn)召開(kāi)，本次大會(huì )由中國能源研究會(huì )與中國能源網(wǎng)聯(lián)合主辦。會(huì )上，緯景儲能科技有限公司產(chǎn)學(xué)研高級專(zhuān)家謝濱歡發(fā)表了《鋅基液流電池——低成本高安全的長(cháng)時(shí)儲能電池》的主旨演講。

以下內容根據論壇演講實(shí)錄進(jìn)行整理。

謝濱歡：在場(chǎng)的各位來(lái)賓，各位嘉賓，大家上午好!非常榮幸，也非常高興在這里跟大家做一些關(guān)于清潔能源技術(shù)的分享，我是來(lái)自維景儲能的謝濱歡，是在上海做鋅基液流智能制造的一家企業(yè)。

說(shuō)到清潔能源不得不提到雙碳目標，雙碳目標大家都比較熟悉，這個(gè)里面我們比較關(guān)注的是雙碳目標里面對咱們國家的挑戰，這個(gè)挑戰，我們認為先看一下雙碳目標，雙碳目標大家都知道是3060，30是碳達峰，60是碳中和，但是碳要降下來(lái)，但是經(jīng)濟不能跟著(zhù)碳降下來(lái)，所以紫色這條線(xiàn)就是GDP的增長(cháng)曲線(xiàn)。我們認為GDP的經(jīng)濟要一直持續地發(fā)展，這個(gè)曲線(xiàn)是向上的曲線(xiàn)。黃色是電力消耗的曲線(xiàn)，通常都是根據經(jīng)濟增長(cháng)是呈比較正比的關(guān)系，所以電力消耗持續有上行的趨勢。

但是我們的碳達峰要求碳降下來(lái)，實(shí)際上碳的來(lái)源目前70%還是產(chǎn)生電力的，所以我們的目標就是怎么樣讓這兩條曲線(xiàn)脫鉤，我們看一下現在不同的行業(yè)里面碳排放的占比。

電力占到了將近一半，45%的比例，我們要完成雙碳目標，對能源結構要做出大刀闊斧的改革，尤其是電力能源的結構，既要保障日益增長(cháng)的電力供應，又要滿(mǎn)足綠色低碳的要求，這里面有雙重的壓力和挑戰，用電量的劇增同時(shí)滿(mǎn)足雙碳的目標。

所以能源結構的改革勢在必行，我們看一看現階段電力能源的結構，這個(gè)是來(lái)自《新型電力系統發(fā)展白皮書(shū)》當中對于2022年全國各類(lèi)電源裝機和發(fā)電量的占比，可以看到現在火電的高碳能源占據著(zhù)半壁江山。所以在雙碳目標下必須大幅度地提高清潔能源的占比，構建新型電力系統，這里有一個(gè)比喻，我覺(jué)得比較形象就是對于新型能源體系安全是前提，清潔低碳是方向，新能源是主力軍，新型電力系統是主戰場(chǎng)。

剛剛說(shuō)要大幅度提高清潔能源的占比，到底要提高到什么程度才能比較完美的實(shí)現雙碳目標呢?這里有一個(gè)統計，這是來(lái)自一些公開(kāi)數據的整理，說(shuō)我們要完成3060雙碳目標，首先到2025年倒推過(guò)來(lái)，非化石能源、清潔能源的占比要達到30%，到2030年到50%，到2060年要超過(guò)80%，這樣才能夠比較完美的實(shí)現雙碳目標。

這么高清潔能源的占比，會(huì )帶來(lái)什么問(wèn)題呢?我們說(shuō)風(fēng)電和光伏的規模應用是有一些痛點(diǎn)的。新能源發(fā)電有天生的隨機性和不穩定性，右上角的這張圖片是典型的熱風(fēng)光的曲線(xiàn)，可以看到波動(dòng)非常強，或者說(shuō)光伏的發(fā)電，白天陽(yáng)光比較強烈的時(shí)候，發(fā)電就會(huì )比較高，晚上沒(méi)有光了就不發(fā)光了，所以這種天生的隨機性和不穩定性，就會(huì )造成新能源發(fā)電輸出功率頻繁的變化，會(huì )造成電壓的波動(dòng)和閃變等等。這些難以控制的因素，往往會(huì )對現有的傳統電力系統造成比較大的沖擊。除此之外，包括風(fēng)光出力和用電峰谷不太匹配，也會(huì )造成棄風(fēng)、棄光。解決方案是什么呢?《新型電力系統發(fā)展藍皮書(shū)》里面也提到了要提升電力系統的靈活性，構建安全高效、清潔低碳、柔性靈活、智慧融合的新型電力系統，同時(shí)在今年7月份，中央深改委會(huì )議當中又強調了深化電力體制改革，要構建靈活智能的新型電力系統，不管是靈活還是柔性靈活、靈活智能都強調了靈活、柔性的電力系統。

靈活、柔性的電力系統里面儲能就是重要的環(huán)節，這里展示的是傳統的“源網(wǎng)三者”的電力系統，源就是電源側、發(fā)電側，網(wǎng)就是電網(wǎng)側，到了用電端就是用戶(hù)側，就是源網(wǎng)和三者，未來(lái)我們要構建柔性靈活的電力系統，就要在這三個(gè)環(huán)節當中加入儲能的環(huán)節，因為儲能可以大大提高每一側的靈活性和柔性。

電源測采用風(fēng)光+儲能就可以大幅度提高清潔能源利用效率。用戶(hù)側可以把儲能作為“超級充電寶”做能量時(shí)移和削峰填谷的作用。

新能源到底占比多少配上儲能呢?國際能源署給出指導意見(jiàn)，當新能源占比超過(guò)15%之后，其實(shí)對電網(wǎng)的沖擊就會(huì )比較大，就需要引入儲能。咱們國家現在到了哪個(gè)階段呢?2023年上半年通過(guò)一些公開(kāi)數據的發(fā)布，中國全社會(huì )用電量當中風(fēng)光發(fā)電量的占比已經(jīng)超過(guò)了15%，達到了接近17%的比例，所以目前來(lái)講儲能就變成比較剛需的環(huán)節。

現在儲能既然變成剛需，有沒(méi)有問(wèn)題呢?有挺嚴重的問(wèn)題，我這里寫(xiě)了一個(gè)字就是“貴”，這個(gè)挑戰非常大，非常貴，這邊是一個(gè)能源的“不可能三角”，這個(gè)“不可能三角”展示了咱們對理想能源的一些追求，就是希望一種能源既能夠供應安全，又能夠綠色低碳，同時(shí)能夠價(jià)格可及。

我們看到左邊，咱們國家的資源稟賦是“富煤平油少氣”，石油和天然氣緊扣的依賴(lài)度非常高，目前國家的電力主要來(lái)自于煤炭，煤炭的儲量相對比較豐富，所以對咱們國家的戰略來(lái)說(shuō)，可以滿(mǎn)足供應安全，同時(shí)價(jià)格比較平價(jià)，現在煤電上班的度電成本是4毛錢(qián)左右，價(jià)格還是可及的，但是最大的問(wèn)題就是不滿(mǎn)足綠色低碳，非常的高碳，所以要減少煤炭發(fā)電的比例，用風(fēng)光發(fā)電，但是風(fēng)光發(fā)電目前如果單純的風(fēng)光發(fā)電來(lái)說(shuō)，自己發(fā)電的成本已經(jīng)很低了，可以低到1毛錢(qián)到2毛錢(qián)左右非常低的水平。但是如果將來(lái)風(fēng)光配上儲以后，目前風(fēng)光配儲的成本是差不多1塊錢(qián)，這是不太承受得了的成本，未來(lái)的目標就是風(fēng)光配儲之后的成本能夠跟現在的煤炭發(fā)電的成本一致，或者說(shuō)比現在煤炭的發(fā)電成本更小一些，到4毛錢(qián)以下，3毛多的程度，就可以比較好地解決能源的“不可能三角”，變成能源的“可能三角”，所以這是目前比較大的挑戰。

剛剛說(shuō)到儲能，變成了一個(gè)剛需，而且非常有必要，同時(shí)也有挑戰，從去年下半年開(kāi)始，整個(gè)國家層面、地方層面，包括政策層面都對儲能有一些非常多的關(guān)注和特別大力的支持。去年年底的中央經(jīng)濟工作會(huì )上，習近平主席就提出了“要統籌布局電力的源網(wǎng)荷儲，加快建立新型電力系統”，在前段時(shí)間的全國生態(tài)環(huán)境保護大會(huì )上又重申了這個(gè)觀(guān)點(diǎn)，我們要構建清潔低碳、安全高效的能源體系，加快構建新型電力系統。

今年李強總理多次調研了儲能企業(yè)，一次是4月份調研了海博思創(chuàng )，第二次是6月份調研了大連融科，這里提到了液流電池對于能源轉型的重大意義。

除此之外，中央在其他工作會(huì )議上也多次強調了儲能設施建設對新型電力系統和能源安全的重要性。

這是我們自己統計的2021年上半年到現在，國家層面和地方層面直接跟儲能相關(guān)政策出臺的數量，主要想要表達一下出臺的數量和密度都非常高，尤其是從2022年下半年開(kāi)始到現在，基本上是處于一個(gè)直線(xiàn)上升的水平，可以看到儲能的重要性以及國家對于儲能支持的力度。

這里展示了比較典型的廣東省，在《廣東省推動(dòng)新型儲能產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的指導意見(jiàn)》里面，是第一個(gè)在地方層面里面提到了萬(wàn)億儲能產(chǎn)業(yè)概念的政策，提到2027年全省新型儲能產(chǎn)業(yè)營(yíng)收達到1萬(wàn)億元，裝機規模達到400萬(wàn)千瓦，這個(gè)政策出來(lái)以后，在儲能行業(yè)里面引起了非常大的關(guān)注。

我們測算了一下，到底中國儲能設備市場(chǎng)的規模有多少，為什么地方層面就可以在一個(gè)省級就可以提出萬(wàn)億儲能的政策里面，這個(gè)里面我們是比較保守的估算，按照政策目標的非化石能源占比，到2025年30%推算到非化石能源的發(fā)電量、裝機量，按照配20%的儲能來(lái)算，這樣算下來(lái)的話(huà)，我們僅僅到2025年中國的發(fā)電側的儲能就擁有超過(guò)1萬(wàn)億人民幣的市場(chǎng)了。這個(gè)里面剛剛說(shuō)到是保守的估算，一是按照政策目標的占比，實(shí)際的比例應該會(huì )大于政策的目標，同時(shí)我們只算到了發(fā)電側，現在電網(wǎng)側和用戶(hù)側的儲能市場(chǎng)蓬勃發(fā)展，所以到2030年市場(chǎng)規模會(huì )超過(guò)10萬(wàn)億，甚至比10萬(wàn)億還要更多一些。

我們看一下現在新能儲能產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢是到了哪個(gè)點(diǎn)呢?這里引用了比較經(jīng)典的生命周期理論，我們認為目前的新型儲能產(chǎn)業(yè)在咱們國家是到了驗證期到成長(cháng)期，成長(cháng)期到爆發(fā)的階段，未來(lái)要經(jīng)歷哪些變化或者哪些成長(cháng)和發(fā)展呢?一是技術(shù)路線(xiàn)會(huì )多點(diǎn)開(kāi)花，二是各類(lèi)技術(shù)會(huì )趨于成熟，三是產(chǎn)業(yè)鏈趨于完善，四是降本增效速度加快，五是規模占比越來(lái)越大，六是應用場(chǎng)景更加多元，七是行業(yè)壁壘逐漸提高。

我們看看國內儲能建設發(fā)展路徑是什么?《新型電力系統發(fā)展藍皮書(shū)》當中明確了儲能側的發(fā)展路徑實(shí)際上從短時(shí)到長(cháng)時(shí)，從日內平衡到日以上的平衡，以及到覆蓋全周期的多類(lèi)型儲能協(xié)同運行的路徑。

除了國家之外，全世界各國都在大力發(fā)展長(cháng)時(shí)儲能的技術(shù)，以美國為例，也是來(lái)自《新型電力系統發(fā)展藍皮書(shū)》當中，2025年美國儲能預計功率是2億千瓦，容量是12億千瓦時(shí)。不同時(shí)長(cháng)的儲能配置可以看到基本上4小時(shí)以上的儲能就是長(cháng)時(shí)儲能，超過(guò)4小時(shí)、6小時(shí)、8小時(shí)的儲能的配置到2050年美國會(huì )占到78%非常高的比例。所以這個(gè)長(cháng)時(shí)儲能對于提高電力系統的調節能力和消納能力是非常重要的。

為什么是必需和重要的呢?4小時(shí)以上的長(cháng)時(shí)儲能將成為新能源的最佳搭檔，是因為我們的可再生能源并網(wǎng)的比例會(huì )逐漸提升，這是一個(gè)典型的一天用電的負荷，這是典型的光伏發(fā)電的曲線(xiàn)，這個(gè)是風(fēng)電的曲線(xiàn)，我們把光伏和風(fēng)電的曲線(xiàn)做一個(gè)加和，和用電負荷做一個(gè)對比就可以發(fā)現，現在在主要發(fā)電時(shí)段和高峰用電時(shí)段有錯位，存在4小時(shí)以上的供需落差，所以相較于短時(shí)儲能，長(cháng)時(shí)儲能確實(shí)才會(huì )更好的實(shí)現電力平移，起到平衡電力系統規?；?、存儲電力的作用。

同時(shí)，在咱們國內的地方政策里面，4小時(shí)以上的長(cháng)時(shí)儲能的需求也已經(jīng)成為趨勢，這里羅列了一部分，在政策里面提出了4小時(shí)以上的儲能需求的政策，可以看到目前主要集中在風(fēng)光資源比較豐富的地區，但是未來(lái)這個(gè)趨勢一定會(huì )非?？焖俚赜幸粋€(gè)蔓延的趨勢。

這個(gè)是來(lái)自趙天壽院士的報告，長(cháng)時(shí)儲能這么重要，目前長(cháng)時(shí)儲能有什么要求?這是比較典型的三類(lèi)適合長(cháng)時(shí)儲能，并且技術(shù)比較成熟的長(cháng)時(shí)技術(shù)路線(xiàn)，包括抽水儲能、壓縮空氣儲能、鋰電池儲能。

抽水儲能和壓縮空氣儲能這兩類(lèi)物理儲能實(shí)際上都是抽水，水和壓縮空氣，一個(gè)電能跟水勢能互相的轉化，壓縮空氣是電能和空氣內能的轉化，它們共同的特點(diǎn)就是能量載體、水和空氣都是可流動(dòng)的流量和功率是解耦的，這個(gè)對于長(cháng)時(shí)儲能非常重要。但是抽水蓄能和壓縮空氣儲能通常來(lái)講都會(huì )受到地理條件的限制，我們就看不太受地理條件限制的鋰電池儲能，鋰電池儲能是電能和化學(xué)能的相互轉化，但是問(wèn)題是第一能量載體不可流量，二是容量和功率是強關(guān)聯(lián)的，所以我們現在就要討論不受地域限制的電化學(xué)儲能，怎么樣能夠像抽水蓄能和壓縮空氣儲能一樣的實(shí)現長(cháng)時(shí)儲能的要求呢?

這里羅列了比較常見(jiàn)的各類(lèi)的儲能技術(shù)的應用場(chǎng)合，我們可以看到液流電池就是其中比較好的解決方案，可以滿(mǎn)足長(cháng)時(shí)儲能需求，也是電化學(xué)的儲能技術(shù)。什么是液流電池呢?它是大規模的電化學(xué)儲能裝置，跟鋰電不一樣，鋰電可以做動(dòng)力電池，當然它也是從動(dòng)力電池來(lái)的，液流電池不能做動(dòng)力電池，也不能做非常小型化的，這是跟鋰電不一樣的。但是液流電池優(yōu)勢和特點(diǎn)是在于它是反應的活性物質(zhì)是存儲在左右兩個(gè)正負電解液當中，是利用正負極兩側溶液當中的活性物質(zhì)的氧化還原狀態(tài)的改變，可逆的氧化還原反應實(shí)現充放電。所以右邊這兩幅圖片是我們產(chǎn)品的形態(tài)，基本上都是長(cháng)這樣，上面放電堆，下面就是電解液，下面放的是容量模塊，上面放的是功率模塊。這樣的設計或者這樣反應的原理就使得功率和儲能容量設計是相對獨立的。

這里有一個(gè)更詳細的展示，液流電池的功率和容量解耦的，這個(gè)解耦可以使得這個(gè)容量的邊際成本比較低，首先看這個(gè)功率與容量解耦的意思，最左邊上面的圖片，液流電池怎么調節輸出功率呢?如果增加輸出功率，我可以不改變儲罐和電解液，我只要增加電池模塊就可以了。如果增加容量的話(huà)，我電池的模塊可以不用變，只要增加儲罐和電解液就可以了，這就是為什么功率和容量解耦的原因和解耦的方式。

容量邊際成本低就是源于解耦，最右邊展示的這個(gè)圖片，這個(gè)單位沒(méi)有實(shí)際的意義，就是做一個(gè)展示。上面彎曲的曲線(xiàn)是液流電池的曲線(xiàn)，下面是功率和容量強相關(guān)的曲線(xiàn)，這個(gè)意思就是說(shuō)最最開(kāi)始，我們到了4小時(shí)，4小時(shí)之前，趨勢液流電池投入的成本是高于強關(guān)聯(lián)的鋰電，大于4小時(shí)，或者不一定4小時(shí)，或者某一個(gè)時(shí)間點(diǎn)以后，因為容量邊際成本會(huì )下降，就是容量大了之后，因為不需要動(dòng)電池的模塊，所以在交點(diǎn)交集之后，成本就下降了這個(gè)就是容量邊際成本低，并且更適合長(cháng)時(shí)儲能的原因。同時(shí)有一個(gè)非常大的優(yōu)點(diǎn)，就是本質(zhì)安全，本質(zhì)安全就是完全沒(méi)有燃爆的風(fēng)險，因為水質(zhì)電解液，不可燃，沒(méi)有燃燒和爆炸風(fēng)險，所以液流電池就非常適合于大規模和大容量的長(cháng)時(shí)儲能的應用場(chǎng)景。

安全性和經(jīng)濟性是制約儲能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的兩個(gè)關(guān)鍵核心因素，安全是命脈，國內外的儲能電站起火爆炸事故時(shí)有發(fā)生，大家都比較熟悉，對于電力系統來(lái)講，安全一定是重中之重，所以安全是命脈。液流電池因為是本質(zhì)安全的，所以在安全上面沒(méi)有任何問(wèn)題。經(jīng)濟性是最關(guān)鍵的問(wèn)題，所以現在要提高經(jīng)濟性是液流電池發(fā)展的關(guān)鍵要素，經(jīng)濟性是動(dòng)力，LCOS就是全生命周期度電成本，降低LCOS是提高儲能經(jīng)濟性非常關(guān)鍵的因素。我們從公式里面看到如何降低度電成本，我們知道提高循環(huán)壽命，提高系統效率，降低資本的投入，這些都是我們降本比較關(guān)鍵的路徑。

現在液流電池是處在什么樣的發(fā)展階段呢?我們把儲能的技術(shù)，做一個(gè)排隊，第一梯隊、第二梯隊、第三梯隊，第一梯隊是抽水蓄能，最成熟。第二梯隊就是新型儲能里面的電化學(xué)儲能、鋰電、壓縮空氣等等，液流電池就處于第二梯隊里面商業(yè)化的初期，我們看看占比就可以看到，這是來(lái)自國家能源局截至今年6月底統計的數據，中國新型儲能裝機規模占比，鋰電占到了97%絕對的主體地位，剩下的3%里面，液流電池只占到1.1%，剛剛分享了液流電池的趨勢，所以我們說(shuō)液流電池雖然目前處于商業(yè)化初期，但是前景非常廣闊。

接下來(lái)簡(jiǎn)單過(guò)一下維景儲能在做的事情，我們做電池本體，這個(gè)是電池的形態(tài)，最主要的特點(diǎn)，除了液流電池都有的本質(zhì)安全，適合長(cháng)時(shí)之外，最大的特點(diǎn)就是技術(shù)的成本比較低，因為我們用的是鋅和鐵價(jià)格比較穩定的原料，讓我們電解液的成本在系統里面的占比比較低，也非常的有利于我們降低儲能系統的成本。

安全性，這里也引用了美國消防協(xié)會(huì )安全等級評估，數字越高越危險，數字越低越安全，可以看到液流電池是一個(gè)不燃不爆的技術(shù)。

(如圖)這是我們目前在全國的布局，總部和研發(fā)中心都在上海，北京有辦公室，第一條產(chǎn)線(xiàn)是在江蘇鹽城，在珠海“超G工廠(chǎng)”也已經(jīng)開(kāi)始投產(chǎn)了，臨沂的“超G工廠(chǎng)”，并且在宜昌、贛州、三明“超G工廠(chǎng)”都已經(jīng)開(kāi)工和規劃完成了。

這里展示的是第一條在鹽城的智能制造產(chǎn)線(xiàn)正式啟用視頻，是今年1月份啟用的，那個(gè)時(shí)候液流電池還沒(méi)有發(fā)展到現在這么受關(guān)注和蓬勃發(fā)展的階段，那個(gè)時(shí)候液流電池的智能制造產(chǎn)線(xiàn)更沒(méi)有先例，當時(shí)做這條產(chǎn)線(xiàn)還是花費了很多的功夫和精力，我們就做出來(lái)了，這條產(chǎn)線(xiàn)非常好的做快速的迭代以及對于其他超G工廠(chǎng)的復制。

這是在珠海的“超G工廠(chǎng)”全面投產(chǎn)之后，產(chǎn)能可以超過(guò)6WGh，現在是市場(chǎng)逐漸投產(chǎn)的階段，這個(gè)是山東臨沂吉瓦級工廠(chǎng)，今年10月份會(huì )投產(chǎn)。

我們之所以規?；纳a(chǎn)，因為規?；a(chǎn)才能帶動(dòng)上下游產(chǎn)業(yè)鏈的降本，我們也可以助力生態(tài)合作伙伴在能源和生態(tài)的價(jià)值鏈上一起取得更大的商業(yè)回報。

這是我們之前的項目，這是第一個(gè)在江西上饒2021年10月份并網(wǎng)成功的光伏配儲的項目，這個(gè)是山東日照的光伏配儲的項目。維景儲能這幾年發(fā)展過(guò)程當中，獲得了各種各樣的榮譽(yù)，就不一一的說(shuō)了，我們也擔任了上海市未來(lái)產(chǎn)業(yè)新型儲能專(zhuān)委會(huì )的執行副主任，并且入選了第三批國家能源領(lǐng)域首臺(套)重大技術(shù)裝備(項目)名單，這個(gè)對我們來(lái)說(shuō)是非常大的鼓勵，我們也是唯一一家以裝備進(jìn)入到這個(gè)名單當中儲能的企業(yè)，并且我們是唯一的單位。

除此之外，我們還獲得了“專(zhuān)精特新”和國家級的“專(zhuān)精特新”小巨人的認定，也入選了2023中國獨角獸企業(yè)。

我們的理想就是能夠以更低成本、更高安全的儲能電池實(shí)現安全、清潔、平價(jià)的未來(lái)能源，把能源的“不可能三角”變成能源的“可能三角”，在2025年將提供超過(guò)180億度綠電和減少超過(guò)1000萬(wàn)噸的碳排放。

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