券商第一份钒电池研报
长江证券--钢铁行业:钒电池那些事儿·行业研究·
点击量：16 回复数：3 举报打倒别 发表于 2016-02-26 16:00:52
·研究报告内容摘要·
报告正文
1、钒电池简介
全钒液流电池(Vanadiumredoxbattery,RVB)是一种新型清洁能源存储装置,其研究始于20世纪80年代的澳大利亚新南威尔士大学。在美国、日本、澳大利亚等国家有应用验证,与其它化学电源相比,钒电池具有功率大、容量大、效率高、寿命长、响应速度快、可瞬间充电、安全性高和成本低等明显的优越性,被认为是太阳能、风能发电装置配套储能设备、电动汽车供电、应急电源系统、电站储能调峰、再生能源并网发电、城市电网储能、远程供电、UPS系统等领域的优先选择。
2、系统结构及工作原理
钒电池储能系统包括三大部分:1)电池系统、2)控制系统、3)能量转换系统。其中电池系统实现能量的存储和释放功能,关键技术包括:电堆结构、关键材料(隔膜、电极、双极板、电解液)、液流循环系统。在电解液中需要用到碳板,碳板是一个关键材料,其他的金属很容易被电解液腐蚀掉。
全钒液流电池是一种新型储能和高效转化装置,将不同价态的钒离子溶液分别作为正极和负极的活性物质,分别储存在各自的电解液储罐中,通过外接泵把电解液泵入电池堆体内,使其在不同的储液罐和半电池的闭合回路中循环流动,采用离子交换膜作为电池组的隔膜,电解质溶液平行流过电极表面并发生电化学反应,通过双电极板收集和传导电流,使存储在溶液中的化学能转化为电能。这个可逆的反应过程使钒电池可顺利完成充电、放电和再充电。钒电池工作原理见图1。
3、钒电池技术优势
与目前市场中的铅酸蓄电池、镍氢电池相比,具有大功率、长寿命、支持频繁大电流充放电、绿色无污染等明显技术优势:
1、电堆作为发生反应的场所与存放电解液的储罐分开,从根本上克服了传统电池的自放电现象。功率只取决于电堆大小,容量只取决于电解液储量和浓度,设计非常灵活;当功率一定时,要增加储能容量,只需要增大电解液储罐容积或提高电解液体积或浓度即可,而不需改变电堆大小;可通过更换或添加充电状态的电解液实现“瞬间充电”的目的。可用于建造千瓦级到百兆瓦级储能电站,适应性很强。
2、充、放电性能好,可以进行大功率的充电和放电,也可以允许浮充和深度放电。
对铅酸蓄电池来说,放电电流越大,电池的寿命越短;放电深度越深,电池的寿命也越短。而钒电池放电深度即使达到100%,也不会对电池造成影响。而且钒电池不易发生短路,这就避免了因短路而引起的爆炸等安全问题。
3、可充放电次数极大,理论上寿命是无数次。充放电时间比为1:1,而铅酸电池是4:1。而且钒电池充、放切换响应速度快,小于20毫秒,非常有利于均衡供电。
4、能量效率高,直流对直流能量效率可以达到80%以上,而铅酸电池只有60%左右。钒电池组中的各个单位电池状态基本一致,维护简单方便。
5、选址自由度大,占地少,系统可全自动封闭运行,不会产生酸雾,没有酸腐蚀。
电解液可反复利用,无排放,维护简单,操作成本低。是一种绿色环保储能技术。
因此对于可再生能源发电,钒电池是铅酸电池理想的替代品。
4、钒电池难点
首先,钒电池正极液中的五价钒在静置或温度高于45摄氏度的情况下易析出五氧化二钒沉淀,而电堆在长时间运行过程中电解液温度很容易超过45摄氏度。
其次,石墨极板要被正极液刻蚀,如果用户操作不当,一次充电就能让石墨板完全刻蚀,电堆只能报废。在正常使用情况下,每隔两个月就要由专业人士进行一次维护,这种高频次的维护费钱、费力。另外,钒电池成本过高。
从环保的角度来说,钒电池不环保,配制电解液用到的原料、正极沉淀以及泄漏的正极液经风干后形成的层都有五氧化二钒,属于剧毒化学品。
5、钒电池成本结构
目前钒电池的成本包括以下几部分:1)电解液、2)膜、3)碳针,电解液的成本取决于钒矿的价格,膜的价格非常高,目前以
杜邦公司的产品为主。钒电解液成本的高低直接影响到全钒液流电池的最终成本和全钒液流电池的推广使用。钒原料的纯度对钒电解液和电池的性能影响很大,因此往往采用高纯度的钒原料,这就增加了全钒液流电池的成本。如何使用价格低廉的钒原料获得高性能的钒电解液将是今后全钒液流电池电解液研究的方向。
6、钒电池应用领域
钒电池主要应用在三个方面:
1)电信基站储能:电网建设尚滞后,市电不稳定,须大量使用柴油发电机供电,并配备大容量电池,要求电池具备一定过放电容忍度和频繁深度充放电能力;
2)电网调峰储能:传统的火电调峰难以满足需求,同时不符合绿色低碳要求,运用储能技术,削峰填谷,提升整体经济效率。储能调峰需求强烈,超过15GW的存量需求,年均增长幅度为10%;
七星岭
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