全钒液流电池储能系统产业发展与关键问题 32

1.50
(2) O2可能引起副反应
(3)活性材料存在污染
1.02
单电池的电势偏低
11
全钒液流电池储能系统
02
2.1 全钒液流电池储能系统原理 2.2 全钒液流电池电堆结构 2.3 全钒液流电池储能系统结构图 2.4 全钒液流电池特点 2.5 全钒液流电池储能系统发展历程 2.6 全钒液流电池电堆规模发展
6
1.4 电化学储能技术市场应用现状
全球已投运电化学储能项目的累计装机规模（2000-2018）
4000
230%
250.00%
3623.7
3500
3000
178%
2926.6
200.00%
2500
155%
150.00%
2000
2012.5
100.00%
1500 1000
500
30%
1272.3
58%
(1) 负极电极的溶解度低;
1.25
(2) VO2+存在沉淀;
(3) 反应时的温度范围较小
(1) 活性材料存在污染;
1.40
(2) Br2存在毒性
(1) Sx2-/Sx+12-可逆性低;
1.54
(2) 硫元素存在沉淀; (3) Br2存在毒性;
(4) 活性材料存在污染
(1) Ce3+ /Ce4+可逆性低
ห้องสมุดไป่ตู้
电对
电解液组成
电极反应
Fe-Cr
Fe-Ti
All vanadiu
m
V-Br2
负极：CrCl3溶液 正极：FeCl2溶液 支持电解液：HCl 负极：TiCl3溶液 正极：FeCl3溶液 支持电解液：HCl
Vanadium sulfate solution in both half-cells 支持电解液：H2SO4
15% 30%
42%
45%
50.00%
14%
893.5
24%
596.9 687.2
0.00%
0
-50.00%
2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018
7
装机规模（MW）
年增长率
1.5 电化学储能技术发展路线图
图3 中国储能技术发展路线图（电化学储能部分）
8
1.6 电化学储能技术参数比较
铅碳电池
液流电池
钠硫电池
锂离子电池
能量密度
循环次数
功率
商业化…
建设成本
安全性
充放电…
类型
能量密度(Wh/kg) 功率密度(W/kg)
放电时间
铅碳电池 锂离子电池 液流电池 钠硫电池
1.1 背景 - 储能意义 1.2 储能技术路线与应用场景 1.3 储能技术市场应用 1.4 电化学储能技术市场应用现状 1.5 电化学储能技术发展路线图 1.6 电化学储能技术发展路线图 1.7 液流电池技术比较
3
1.1 背景 - 储能意义
4
1.2 储能技术路线与应用场景
图1 储能技术应用场景比较
VBr3 + HBr solution in both half-cells 支持电解液：HCl
正极：Cr3+ Cr2+ - e 负极：Fe2+ Fe3+ + e
正极：Ti4+Ti3+- e 负极：Fe2+ Fe3+ + e
正极：V3+V2+- e 负极：VO2++H2O VO2++2H++ e
25~50; 75~300
75~200; 500~2000
10~30; 80~150
150~240; 150~230
s~h min~h min~h
s~h
自放电
度电成本
电池回收
循环参数
自放电效率 循环效率
per kW
单价($)
per kWh
per kWh·sin gletrip
0.1%~0.3% 75%-85% 300~600 200~400 20~100
正极：V3+V2+- e 负极：Ce3+ Ce4+ +e
正极：V3+V2+- e 负极：Fe2+ Fe3+ + e
满充时开 路电压/V
1.18
技术特征
(1) Cr2+ Cr3+ 逆反应活性低 ; (2) Cr2+ / Cr3+可逆性低
(1) Ti3+存在沉淀
1.19
(2) Ti3+/Ti4+可逆性低
5
1.3 储能技术市场应用
抽水蓄能仍占绝对主导地位（91%），热储能占6%，电化学储能占约3%。 抽水蓄能装机份额从2011年98%降至2016年91%，预计未来将大幅下降。
抽水储能 91%
其他 9%
电化学储能 3%
热储能 6%
机械储能 0%
抽水储能 热储能 电化学储能 机械储能
图2 全球储能装机容量（2016年，美国DOE数据库）
全钒液流电池储能系统 产业发展与关键问题
Development of Vanadium Flow Battery Energy Storage System and its Key Problems
n 多物理场模型 Ø 电化学模型 Ø 热模型 Ø 电热耦合模型
n 液流电池状态估计
Ø SOC Ø SOP Ø SOH
n 容量衰减机理研究 Ø 容量衰减模型 Ø 寿命预测技术 Ø 在线监测技术
n 运行优化策略 Ø 流速优化 Ø 充放电优化 Ø 电堆结构优化
n 储能系统优化配置 Ø 储能容量配置 Ø 调峰分析 Ø 调频分析 Ø 调压分析
1
1 储能技术与现状 2 全钒液流电池储能系统 3 产业发展与关键问题
2
01
储能技术与现状
正极：V3+V2+- e 负极：3Br-Br-3+2e
Na2Sx- 负极：Na2Sx溶液 Br2 正极：NaBr溶液
正极：(x+1)Sx2- xSx+12--2e 负极：3Br-Br-3+2e
V-Ce Fe-V
负极：Ce3+溶液 正极：V3+溶液 支持电解液：H2SO4
负极：Fe2+ + V3+ solution in both half-cells 支持电解液：HCl
0.1%~0.3%
85%-97%
1200~400 0
600~2500
15~100
Low ≈20%
70%-85% 600~1500 150~1000
75%-90%
1000~300 0
300~500
5~80 8~20
9
1.7 液流电池技术比较
标准电极电势
10
1.7 液流电池技术比较
表1 液流电池类型比较
12
2.1 全钒液流电池储能系统原理
全钒液流电池是一种活性物质呈循环流动液态的氧化还原电池。
正极反应： VO2 H2OchargeVO2 2H edischarg e
负极反应：
V
3
e
ch arge
V
2
disch arg e
图4 全钒液流电池原理图