2023年9月18日，美國加利福尼亞州圣地亞哥縣北部的Valley Center儲(chǔ)能項(xiàng)目發(fā)生電池儲(chǔ)能單元起火事件，緊鄰事故現(xiàn)場四分之一英里范圍內(nèi)的住戶和企業(yè)已進(jìn)行了疏散，同時(shí)，距離現(xiàn)場半英里內(nèi)的人們被要求就地避難。
9月24日，奧地利阿爾塔奇的一個(gè)花園避難所的光伏電池儲(chǔ)能裝置起火，避難所和一棟附屬建筑完全被火焰吞沒。
9月27日，德國埃倫弗里德斯多夫一戶儲(chǔ)系統(tǒng)起火，有兩人受傷入院，附近的一條高速公路不得不關(guān)閉，
9月29日，由于光伏儲(chǔ)能設(shè)施的鋰電池發(fā)生爆炸，法國Saint-Esprit的Peter Maillet區(qū)一養(yǎng)雞場發(fā)生火災(zāi)。事故還造成附近數(shù)百戶家庭的房屋受損，經(jīng)濟(jì)損失達(dá)百萬歐元。
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據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，僅9月下半月，全球就發(fā)生了8起儲(chǔ)能系統(tǒng)起火及爆炸事故。接連不斷的儲(chǔ)能電池起火事件，讓儲(chǔ)能安全警鐘再次拉響。
安全是對儲(chǔ)能電池最核心的要求
回顧國內(nèi)，在雙碳目標(biāo)指引下，綠色高質(zhì)量發(fā)展理念已深入人心，新能源產(chǎn)業(yè)得到高速發(fā)展，與之配套使用的儲(chǔ)能設(shè)施正在大量建設(shè)。
新能源具有隨機(jī)性、波動(dòng)性和間歇性等特點(diǎn)，例如太陽能光照強(qiáng)度會(huì)受到時(shí)段、季節(jié)、天氣的影響，風(fēng)的速度和方向則隨時(shí)可能發(fā)生變化，這些因素都會(huì)造成新能源發(fā)電的不穩(wěn)定。
高比例的使用新能源發(fā)電，如果發(fā)電量與實(shí)際用電需求不一致，無論是輸送電壓超過電網(wǎng)的可接受能力，還是供電不足影響電網(wǎng)頻率，都會(huì)造成電網(wǎng)負(fù)荷波動(dòng)，影響供電安全。
過去，新能源發(fā)電占比不高，這一問題不突出。進(jìn)入到2023年，我國新能源發(fā)電占比已超過16%，在國家能源結(jié)構(gòu)中占據(jù)相當(dāng)比例，并且還在持續(xù)上升，這就需要全國范圍內(nèi)大量配置儲(chǔ)能。在新能源發(fā)電量高于用電需求時(shí)，將多余的電量儲(chǔ)存起來備用;當(dāng)新能源發(fā)電不足時(shí)，再將先前儲(chǔ)存的電量補(bǔ)充輸送進(jìn)入電網(wǎng)，以此來保障新能源高速發(fā)展下電網(wǎng)的正常運(yùn)行。
近年來，各級政府都在積極推動(dòng)儲(chǔ)能的發(fā)展。2021年至今，全國共有26個(gè)省份發(fā)布了新能源配置儲(chǔ)能的政策。
然而，國內(nèi)外屢見不鮮的儲(chǔ)能設(shè)施起火事故，讓政府部門與新能源電站對儲(chǔ)能電池的安全引起了高度重視，要求儲(chǔ)能產(chǎn)品不僅要滿足本征安全，0起火，0爆炸的特點(diǎn)，還要能夠在各種運(yùn)行條件下保持穩(wěn)定的輸出，可有效地平抑電網(wǎng)波動(dòng)，提高電網(wǎng)的供電質(zhì)量和穩(wěn)定性。
中央也多次強(qiáng)調(diào)儲(chǔ)能設(shè)施建設(shè)對能源安全的重要性。2022 年 5月，國家能源局發(fā)布《加強(qiáng)電化學(xué)儲(chǔ)能電站安全管理的通知》，在設(shè)備選型上，強(qiáng)調(diào)選擇“安全、可靠、環(huán)保的產(chǎn)品”。
本征安全，液流電池為儲(chǔ)能需求量身定制
然而，目前市場使用較多的鋰電池卻無法在儲(chǔ)能的安全性上滿足需求。
儲(chǔ)能需要的是本征安全的產(chǎn)品，即在元素特性、產(chǎn)品運(yùn)行原理等源頭上都能確保100%安全，不需要后期再通過溫度檢測、斷電保護(hù)等被動(dòng)手段來提升產(chǎn)品安全性的儲(chǔ)能電池。
就鋰電池來看，“鋰”是一種比較“暴躁”的金屬，隨著含量的提升，安全性風(fēng)險(xiǎn)就越大。尤其是鋰電池在充放電過程容易形成鋰枝晶，導(dǎo)致短路，產(chǎn)生大量的熱，燒壞隔膜。高溫也會(huì)使電解液分解成氣體，當(dāng)壓力過大時(shí)，電芯就會(huì)爆炸。
較差的安全性導(dǎo)致鋰電池爆炸事故頻發(fā)，所以鋰電池不具備本征安全的屬性。
根據(jù)美國消防協(xié)會(huì)(NFPA)的實(shí)驗(yàn)，鋰電池燃燒時(shí)，電池外部最高溫度可達(dá)283-1090℃，電池內(nèi)部的溫度可達(dá)572-1121℃，如此高的溫度足以引燃其他鋰離子電池和可燃材料，產(chǎn)生更大的火災(zāi)。鋰離子電池火災(zāi)撲救是世界性難題，目前尚無有效手段。
2022年6月底，國家能源局綜合司發(fā)布《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求(征求意見稿)》，規(guī)定中大型電化學(xué)儲(chǔ)能電站不得選用三元鋰電池，且不宜選用梯次利用的動(dòng)力電池。
為此，行業(yè)一直在探尋能確保絕對安全，更適合儲(chǔ)能需求的技術(shù)路徑。采用水系電解液，具有本征安全屬性的液流電池，逐漸站到了聚光燈下。
液流電池為何能做到本征安全?
首先，液流電池用水作為電解液溶劑，水本身不可燃，并可阻燃，所以電解液也沒有燃燒爆炸的風(fēng)險(xiǎn)，因此具有本征安全的屬性。
其次，從運(yùn)行原理上來看，液流電池的電解液，儲(chǔ)存在電池堆外的罐中。充放電時(shí)，正負(fù)極電解質(zhì)會(huì)分別從循環(huán)泵進(jìn)入電池堆，發(fā)生氧化反應(yīng)，反應(yīng)完成后，電解液會(huì)被重新泵回罐體中，照此循環(huán)往復(fù)，直到反應(yīng)完全。由于電化學(xué)反應(yīng)和整個(gè)充放電過程，都是在水性的條件下發(fā)生，沒有燃燒爆炸的風(fēng)險(xiǎn)，可確保絕對安全。
液流電池在運(yùn)行過程中不會(huì)產(chǎn)生有害物質(zhì)，不會(huì)對人體造成傷害，其電解液可以通過回收和處理實(shí)現(xiàn)再利用，符合環(huán)保要求。
此外，根據(jù)一些已投用的液流電池的技術(shù)參數(shù)來看，其使用壽命長達(dá)25年，在100% DOD(100%深度放電)下充放電循環(huán)超過30,000次。而一般的鋰電池，充放次數(shù)多在5000次-8000次，使用壽命僅有5-7年，與液流電池相比差距明顯。
在使用場景方面，液流電池是一種符合大規(guī)模長時(shí)儲(chǔ)能需求的技術(shù)。其不僅本征安全，且具有選址靈活、易部署的優(yōu)勢，不受地理環(huán)境的影響，可以充分賦能儲(chǔ)能系統(tǒng)集成商、風(fēng)光電站、數(shù)據(jù)中心、5G基站等終端用戶的多場景需求。
2023全速突圍，液流電池邁向產(chǎn)業(yè)化
目前，在液流電池賽道中包括多種技術(shù)路線：全釩、鋅鐵、鐵鉻、全鐵等。2023年以來，液流電池已進(jìn)入產(chǎn)能、技術(shù)全速發(fā)展期。
據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),僅今年3-6月,國內(nèi)在建及規(guī)劃液流電池產(chǎn)線便超過9條,產(chǎn)能規(guī)劃合計(jì)超過8.2GW。
2023年8月，星辰新能打造的全自動(dòng)全釩液流工廠正式竣工,計(jì)劃9月初投產(chǎn)。
同年10月，緯景儲(chǔ)能宣布，其位于珠海的“超G工廠”投產(chǎn)，年產(chǎn)能超6吉瓦時(shí)，這是全球首個(gè)產(chǎn)能達(dá)到吉瓦級的液流電池工廠，標(biāo)志著行業(yè)進(jìn)入了大規(guī)模生產(chǎn)階段。
與此同時(shí)，國內(nèi)簽約的液流電池項(xiàng)目明顯變多，規(guī)模上也呈現(xiàn)出變大趨勢。日前，中核匯能宣布采購1吉瓦時(shí)的全釩液流儲(chǔ)能系統(tǒng)集采;10月，國家電投也發(fā)布了1吉瓦時(shí)的液流電池集采;同月，大連融科儲(chǔ)能中標(biāo)湖南懷化市麻陽縣100兆瓦/400兆瓦時(shí)全釩液流儲(chǔ)能電站項(xiàng)目。
在新能源電站運(yùn)營方看來，安全性是其選擇儲(chǔ)能產(chǎn)品的首要考慮因素。此外，電站還希望儲(chǔ)能產(chǎn)品有可擴(kuò)展性和可維護(hù)性，并且儲(chǔ)能度電成本要合理，能確保電站配儲(chǔ)后可實(shí)現(xiàn)收益。
綜合來看，液流電池在各種儲(chǔ)能路徑中優(yōu)勢明顯，正在發(fā)展成為構(gòu)建新型電力系統(tǒng)和推動(dòng)能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型優(yōu)化的關(guān)鍵技術(shù)。
可以預(yù)見，未來隨著風(fēng)光等新能源占比提升，電網(wǎng)調(diào)節(jié)壓力增大，儲(chǔ)能將成為新能源并網(wǎng)標(biāo)配，將有越來越多的新能源電站選擇使用液流電池配儲(chǔ)。而在液流電池的助力下，我國能源將進(jìn)一步向綠色低碳轉(zhuǎn)型，經(jīng)濟(jì)社會(huì)也將迎來更高質(zhì)量發(fā)展。
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