电力储能用液流电池技术
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2.2.3 全钒液流电池技术

2.2.3.1 全钒液流电池技术原理

全钒液流电池通过电解质溶液中不同价态钒离子在电极表面发生电化学氧化还原反应,完成电能和化学能的相互转化,实现电能的存储和释放。其正极采用电对,负极采用V3+/V2+电对,硫酸或混合酸为支持电解质,水为溶剂。全钒液流电池工作原理如图2-3所示。

正极反应:

负极反应:

总电极反应:

全钒液流电池正极反应的标准电位为+1.004V,负极为-0.255V,故电池的标准开路电压约1.259V。根据电解质溶液的浓度及电池的充放电状态,电解质溶液中钒离子的存在形式会产生一些变化,从而对电池正极电对的标准电极电位产生一些影响,故实际使用时全钒液流电池的开路电压一般在1.25~1.6V之间。

图2-3 全钒液流电池工作原理示意图

2.2.3.2 全钒液流电池技术特性

全钒液流电池技术具有如下几点较为鲜明的特点和优势:

1)功率单元和容量单元相互独立,配置灵活。电池或电堆是液流电池实现充放电功能的场所,液流电池系统的功率单元通常由其通过串并联构成。容量单元主要是指液流电池的储能介质,储能介质包含活性物质、支持电解质和溶剂。

液流电池与其他传统电池(如铅酸电池、铅炭电池、锂电池等)相比,最大的区别就是构成其电池系统的功率单元和容量单元是相互独立的。在全钒液流电池系统中,含有活性物质的电解质溶液作为储能介质并不存储在电池(电堆)单体之内,而是储存在外部的储罐容器中。电池系统储能容量是由储罐中储能介质的总量决定的,而电池系统的功率是由电池(电堆)决定的。该特性使得液流电池系统功率和容量相互独立,且易于实现功率单元和容量单元的模块化,系统配置灵活。

2)全钒液流电池产热单元与蓄热单元相互独立,产热单元内不易形成热积累,电池储能介质温度可实时、高准确度测量,电池系统热量管理安全、可靠、高效。

全钒液流电池在充放电过程中会在电池(电堆)内部产生热量,电池(电堆)可以被称为产热单元。如果产热单元内的储能介质是静止的,则产生的热量会在电堆内部形成积累,如果不能及时排除,会对电堆及其内部的储能介质产生不利影响。由于全钒液流电池在充放电过程中,储能介质是循环流动的,所以电堆内部产生的热量在储能介质的循环流动下,而从电堆内部排出,避免了热量在产热单元内部积累发生热失控的风险。此时,储罐容器中的储能介质作为蓄热单元,起到了储存充放电过程中产生热量的作用。储能介质循环排除电堆内部产生的热量为该部分热量的有效管理提供了可行性。通过在储能介质输送管路上配置热交换器,采取直冷或空冷的方式对电池系统进行热管理,这是目前化工领域成熟的技术措施。当储能介质温度上升到一定程度时,电池系统启动冷却系统,对储能介质降温,从而保持电池系统运行在适宜的温度范围内。另外,全钒液流电池系统的储能介质温度可以实时测量,不存在滞后性问题。上述特性使得全钒液流电池具有热管理安全、可靠、高效的特点和优势。

3)全液流电池电极为惰性电极,正负极充放电过程中没有固相沉积和溶出,仅发生离子价态变化,电极表面形态可保持长期稳定,使得全钒液流电池系统循环寿命长。

全钒液流电池电极材料通常为炭毡、石墨毡等多孔材料,在充放电过程中作为电子的受体或供体,电极材料自身不参与电池电化学反应,电极形态在充放电过程中没有变化。金属钒离子在电极材料表面上接受电子发生电化学还原反应或者失去电子发生电化学氧化反应,完成电池充放电过程。在这个过程中只发生金属离子价态的变化,没有固相沉积和溶出过程,所以电极材料表面形态是稳定的。上述特性使得全钒液流电池在充放电过程中避免了传统固态电池充放电过程中因为固相沉积和溶出而必然导致电极形态发生的变化,最终导致容量衰减、效率下降等现象,使得全钒液流电池具有循环寿命长的特点。

4)电池均一性好,电池系统运行安全、可靠。单体电池均一性是电池系统,尤其是大规模电池系统需要关注的关键指标之一。监控和维持电池系统内部单体电池均一性良好是电池管理系统的一项重要功能。单体电池均一性会影响到电池系统运行的安全、容量和寿命。传统电池(如铅酸电池、铅炭电池、锂电池等)不仅在制造过程单体电池性能的均一性有所差异,而且随着电池充放电的运行,因单体电池在内阻、荷电状态、温度等均会发生不同程度的变化,导致均一性差异逐渐变大,使得电池系统安全、可靠运行风险增大。全钒液流电池储能介质为金属钒的电解质溶液,能量存储在电解质溶液中,而不是存在于电堆内部单体电池中,而且充放电过程中,电解质溶液是循环流动的,且电解质溶液是从各自正负极储罐容器中抽出的,这就使得分配进入到每个电堆、每节单体电池中的储能介质具有相同的荷电状态,这是全钒液流电池系统单体电池均一性好的关键因素。另外,全钒液流电池充放电过程中电极结构形态保持稳定,也是保持电池均一性良好的重要因素。上述特性使得全钒液流电池系统可长期保持内部单体电池均一性良好。

5)OCV可以准确测量,电池系统充放电状态(SOC)预测准确。电池系统SOC准确预估有利于针对电池系统的有效调度,能够有效防止电池系统过充或过放,进而增加电池寿命,提高其运行经济性。因此,准确掌握电池系统实时SOC对于电池系统的合理调度及运行安全是极为重要的。全钒液流电池通过在储能介质的输送管路上设计和配置开路电压(OCV)测量电池,可以在不受电池系统充放电影响的情况下,实时测量电池系统的开路电压。OCV是全钒液流电池储能系统在不进行充放电运行时的开路电压,它反映了正、负极电解质溶液之间的电势差。通过能斯特(Nernst)方程,可将OCV与正、负极电解质溶液中各价态钒离子浓度关联起来。而根据电池系统SOC的定义,SOC与电池正负极各价态离子的浓度也是相关的。因此,可通过正负极离子浓度把全钒液流电池OCV和SOC相互关联起来。基于以上原理,通过测量电池系统的开路电压可以对SOC进行高准确度估算,且不受电池系统充放电的影响。

6)容量可恢复。任何一种电化学储能系统的容量都会随着充放电循环的进行发生不同程度的衰减。电池容量衰减的过程是复杂的,是涉及多因素的电化学及物理过程。全钒液流电池容量衰减的影响因素也是复杂多样的。影响的因素主要包括副反应、离子迁移互串以及电池内阻变化等。其中,对于容量影响最大、最为明显的是副反应和正负极钒离子通过离子传导膜的迁移。副反应和离子迁移互串导致的后果是电池系统正负极电解质溶液的综合价态发生偏移。综合价态可能发生正偏移,价态升高,也可能发生负偏移,价态降低。综合价态无论发生正偏移,还是负偏移,其变化最终表现是容量的衰减。全钒液流电池功率和容量相互独立的技术特性使得对容量单元的容量恢复成为可能。根据容量单元正负极电解质溶液体积、各价态离子浓度,计算出电解质溶液的综合价态。采用化学氧化还原反应的机理,根据综合价态的变化,确定向电解质溶液添加一定量的恢复剂,实现对电解质溶液综合价态的调整,完成电池系统的容量恢复。根据电解质溶液综合价态的情况,采用的恢复剂有可能是氧化剂,也可能是还原剂。

7)绿色环保,可回收,不会对环境造成额外负担。全钒液流电池系统的储能介质在密封空间内循环使用,在使用过程中不会产生污染环境的物质,且不受外部杂质的污染。而且储能介质容易通过在线再生反复使用。因此,当电池储能系统寿命期到后,储能介质既可以应用到新的电池系统中,也可以作为高品位的钒资源进行提纯加工,实现钒化合物的完全回收利用。

全钒液流电池电堆及液流电池系统主要是由碳材料、塑料和金属材料组装而成的,当电池系统寿命终止而废弃时,金属材料可以持续使用,碳材料、塑料可以作为燃料来加以利用,不会对环境造成额外的环境负担。所以说,全钒液流电池系统全生命周期内环境负荷很小,对环境非常友好[9]

2.2.3.3 全钒液流电池技术进展

全钒液流电池是目前技术上最为成熟的液流电池,已经在新能源发电侧、电网输配侧等多领域实现了示范应用。由于其具有安全、长寿命和绿色环保的优势,被认为是适合于大规模储能技术领域的优选技术之一。然而全钒液流电池存在功率密度和能量密度相对较低、储能介质工作温度窗口相对较窄、成本居高不下等方面问题,是其大规模推广应用面临的主要挑战。围绕上述挑战,国内外研究机构和产业界开展了大量卓有成效的工作,全钒液流电池系统相关性能指标取得了一定进展。下面就全钒液流电池技术进展进行阐述。

1.全钒液流电池关键材料研究进展

全钒液流电池的关键材料主要包括钒储能介质、离子传导膜、电极、双极板。高性能、低成本关键材料对于提高电池系统功率密度、能量密度以及降低电池系统成本具有至关重要的作用。

(1)钒储能介质——电解质溶液的开发

钒储能介质的研究开发主要围绕提高电解质溶液中金属钒离子的浓度、改善高温稳定性和提升金属钒利用率3个方面,目的是提高全钒液流电池系统的能量密度和拓宽储能介质工作温度窗口,并进一步降低储能介质的成本。

图2-4 钒电池电解液用外加剂结构

中科院大连化物所及融科公司团队一直致力于全钒液流电池高能量密度、宽温度窗口电解液的开发。该团队开发制备了钒电池电解液用外加剂,可以提高电解液中钒离子浓度和五价钒离子的高温稳定性。究其原因是外加剂可以有效地对钒离子产生络合作用,提高钒离子的稳定性。钒电池电解液用外加剂具有如图2-4所示结构。

其中,R1~R6均为H原子或碳数为1-3的烃基;M和Q为氢原子、钠原子或钾原子;x为含有磺酸(盐)基团的结构单元占分子链总聚合度的比例,其值为0<x<1。实验数据表明,相似制备条件得到的外加剂,同一温度条件同等掺量下,随着x值的增加,溶液中钒离子的饱和浓度呈现先升高后降低的趋势,即x有一个最佳区间范围,当0.15≤x≤0.85时,获得的外加剂效果最佳。

图2-5显示了添加不同量外加剂后五价钒离子在不同温度下的饱和浓度与未添加外加剂溶液五价钒离子的饱和浓度。从图中可以看出,添加外加剂后,不同温度下,五价钒离子饱和浓度具有一定程度的增加,随着外加剂浓度在增加,五价钒离子饱和度在相同温度下亦呈现先增加后下降的趋势。实验表明,通过外加剂的开发和应用,使得全钒液流电池电解液能量密度提高了30%以上,进行温度由原来的不超过40℃提升至45℃。外加剂添加量的优化比例约为1.5%。

图2-5 添加不同量外加剂后五价钒离子饱和浓度随温度变化情况

除了基于传统以硫酸作为支持电解质的全钒液流电池电解液性能改善以外,美国太平洋西北国家实验室(PNNL)研究团队于2011年开发了由硫酸和盐酸混合共同作为支持电解质的混合酸体系金属钒储能介质[10]。据报道,该储能介质中的金属钒离子总浓度达到2.5mol/L,相比传统硫酸体系,钒储能介质能量密度增加了大约70%以上。核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance,NMR)测试结果表明,Cl-离子的存在,通过络合作用形成VO2Cl(H2O22,有效改善了金属钒离子的稳定性。通过对不同价态金属钒离子进行稳定性测试,混合酸体系钒储能介质的工作在-5~50℃温度范围内,金属钒离子在溶液中保持稳定。PNNL于2011年申请了美国专利[11]。PNNL研究人员还开发了以纯盐酸作为支持电解质的储能介质,储能介质中金属钒离子浓度可以达到3mol/L,能量密度比传统硫酸体系储能介质提高了1倍左右,且在0~50℃情况下,钒离子可以保持长期稳定。但是,以盐酸作为支持电解质,由于其具有较高的蒸汽压,易挥发,对电池系统具有较强的腐蚀性。另外,混合酸体系全钒液流电池在充放电过程中发生副反应,产生氯气,具有毒性和很强的氧化性。因此,使用混合酸体系储能介质对于电池系统中的电堆、管道、储罐容器等的材料耐受性提出了更高要求,无疑会导致电池系统成本的增加,且电池系统长期运行稳定性面临一定的挑战。

(2)离子传导膜材料的开发

当前,全钒液流电池系统常用的离子传导膜材料是全氟磺酸型离子交换膜。全氟磺酸型离子交换膜是由美国杜邦(DuPont)公司20世纪60年代初研制成功的。20世纪80年代以后,逐渐应用于液流电池。继杜邦公司以后,日本的旭硝子(Asahi Glass)公司、旭化成(Asahi Chemicals)公司、美国的道化学(DOW)公司、加拿大的巴拉德(Ballard)公司、比利时的苏威(Solvay)公司也相继开发出相同主链、不同侧链结构的全氟磺酸膜。全氟磺酸型树脂材料具有良好的化学稳定性和较高的离子传导率,但是因为其包含离子交换基团的离子簇在酸性水溶液中容易膨胀而形成较大的离子传输通道,可以允许水合金属钒离子穿过膜,离子选择性较差,金属钒离子渗透率偏高,导致全钒液流电池库仑效率降低,离子互串现象相对较为严重。而且该类型膜材料制备工艺复杂,对技术、设备及过程控制要求高,价格高昂,一定程度上限制了全钒液流电池技术的产品化和工业化。

非氟离子交换膜具有广泛而廉价的材料来源。在液流电池发展初期,针对非氟离子交换树脂材料在液流电池领域的应用研究相对较少,随着全钒液流电池技术成熟度的逐渐提高和全钒液流电池产品示范项目的逐渐推广,该方向的研究热度开始上升,并取得了一定进展。中国科学院大连化物所和大连融科储能液流电池储能技术开发团队致力于关键材料国产化和产业化。在国家重大科技项目的支持下,研究开发了非氟离子交换膜材料,并制定了膜材料生产工艺,建设了非氟膜制备中试生产线,实现了非氟膜材料自主化小批量生产。应用非氟离子交换膜组装出了25kW电堆,集成出国内第一套全国产化200kW电池系统,如图2-6所示。

图2-6 200kW全国产化全钒液流电池系统

运行结果表明,非氟膜材料具有较高的离子选择性,电池系统能量转换效率达到设计要求。非氟材料膜的开发可有效降低离子传导膜材料的成本,为全钒液流电池技术产业化进程向前推进提供了动力。

非氟材料膜的产业化应用还需要进一步验证其在全钒液流电池运行环境下长期运行稳定性。理论分析表明,非氟膜材料内部离子交换基团的存在是导致其稳定性下降的根本原因。而根据传统“离子交换传递机理”,没有离子交换基团,就无法实现离子传导。该研究团队突破了传统“离子交换传递”机理的束缚,原创性地提出了不含离子交换基团的“离子筛分传导”的概念。创新性地将多孔分离膜的概念用于全钒液流电池隔膜,利用多孔膜对不同价态金属钒离子的筛分效应,成功实现了多孔膜对于氢离子的选择性透过,并阻隔金属钒离子透过。上述工作的开展降低了全钒液流电池隔膜对于离子交换基团的依赖,扩大了膜材料的选择范围,为高性能、低成本的全钒液流电池隔膜的开发开辟了一条全新的途径。

(3)电极及双极板材料的开发

用作全钒液流电池电极的材料主要是碳素类电极。碳素类电极材料的优势在于其优良的耐化学腐蚀,较高的电导性,较低的成本。碳毡和石墨毡类材料因为其具有较高的比表面积,可以为充放电反应提供较大面积的反应场所,是目前最为经常选用的碳素类电极材料。开发具有钒离子高电化学反应活性、高析氢过电势的电极材料是目前研究开发的重点方向。

在液流电池中可能应用的双极板材料主要有金属材料、石墨材料和碳塑导电复合材料。由于全钒液流电池储能介质为酸性电解质溶液,氧化腐蚀性较强,金属材料难以在该环境中长期稳定工作。石墨材料在酸性溶液中具有较强的稳定性,但是纯石墨材料制造过程复杂,价格昂贵,且纯石墨材料性能较脆,力学性能难以满足大功率电堆组装。碳塑导电复合材料双极板的力学性能高、阻液性能好、可加工性强、成本低廉,目前在全钒液流电池中应用最为广泛。中国科学院大连化物所研究团队成功开发出了高性能、低成本碳塑导电复合材料及复合板材批量化制备工艺,实现了批量化生产,并且已经分别应用在多项兆瓦级全钒液流电池储能项目上。碳塑导电复合材料双极板的成功应用对于全钒液流电池产品成本的降低起到了重要作用。然而,碳塑导电复合材料双极板材料欧姆电阻同纯石墨材料相比相对较高,电阻率要高近2个数量级左右,所以不利于高功率密度电堆的进一步开发。开发高导电性双极板材料,实现电导率性能的突破是目前重点研发方向。

2.高功率密度电堆技术的开发

电堆是全钒液流电池实现充放电的反应场所,是全钒液流电池系统的核心关键部件。电堆的功率密度、能量转换效率及运行可靠性对于全钒液流电池系统成本、充放电性能和稳定运行有重大影响。电堆功率密度越高,意味着组装相同功率的电堆所需要的材料越少,所以开发高功率密度电堆是降低电堆成本的有效途径。电堆的功率密度和能量转换效率密切相关,电堆充放电功率越大,能量转换效率越低,因此,高功率密度电堆的开发应在保持一定能量转换效率的前提下开展。如果只强调功率密度,而不考察电堆能量效率是没有意义的。通常情况下,在电堆的标称功率充放电状况下,电堆的能量转换效率应不低于80%,以此作为依据来确定电堆的标称功率。电堆的功率密度与工作电流密度有关,工作电流密度越大,电堆输出功率越高,功率密度也就越高。国内外学术研究机构和产业界致力于高功率密度电堆的开发,以推进电堆成本的降低。

日本住友电工在全钒液流电池电堆的开发及应用上走在全球前列。2005年实施了风电场配套1.5MW/6MWh全钒液流电池储能系统项目,该项目采用的电堆规格为42kW,如图2-7所示。据报道,该电堆工作电流密度为60mA/cm2

据报道,日本住友电工公司于2016年开发出额定功率的125kW的最新型电堆,电堆工作电流密度达到160~170mA/cm2,工作电流密度相比上述42kW电堆提高了2倍以上。

图2-7 日本住友电工42kW电堆

中国科学院大连化物所和大连融科储能团队致力于高功率密度电堆的开发。2012年实施的当时全球最大的5MW/10MWh风电场配套储能项目采用的电堆额定功率为22kW,电堆工作电流密度为80mA/cm2,如图2-8所示。

充放电过程中,电堆的各种极化内阻包括电化学反应电阻、欧姆内阻和浓差电阻是影响电堆工作电流密度和能量转换效率的关键因素,降低电堆内部各种电阻是提高工作电流密度的有效途径。针对上述问题,该研究团队系统开展了电堆内部的流场分布、电解液浓度分布、电流密度分布及其影响因素研究,掌握了电堆的极化分布特性、影响因素及调控机制。在上述研究的基础上,建立了高功率密度电堆设计方法,并提出降低极化的解决方案,于2016年开发出了工作电流密度达到120mA/cm2的31.5kW电堆。国家能源局批准的大连200MW液流电池调峰电站项目采用融科公司开发生产的这种31.5kW电堆,如图2-9所示。

图2-8 中国科学院大连化学物理研究所和大连融科储能团队联合开发的22kW电堆

图2-9 大连融科31.5kW电堆

通过流场结构优化和材料性能改善,该团队于2018年开发出新型42kW电堆,电堆的工作电流密度提升了50%,达到180mA/cm2。42kW电堆如图2-10所示。利用该电堆融科储能公司集成出全集装箱125kW/500kWh,储能模块集成度得到大幅度提高。

中科院大连化物所研究团队最新报道[12]实验电堆的工作电流密度又有了大幅度提升,已经超过了300mA/cm2,电堆长期运行稳定性试验在进行之中。

图2-10 大连融科42kW电堆照片

3.高集成度全钒液流电池产品的开发进展

自20世纪80年代提出全钒液流电池概念以来,经过近40年的研究与开发,国内外全钒液流电池技术取得了显著进展,陆续完成了从概念验证到应用示范的过程,市场潜力越来越受到国内外产业界关注。在市场驱动力的作用下,逐渐成长出一批以市场化为目标的全钒液流电池产品开发企业。各企业面向电力系统不同应用领域,结合实际需求开发了不同规格系列的全钒液流电池产品。在全球范围内最具有代表性的全钒液流电池生产企业主要包括:日本的住友电工公司、大连融科储能技术发展有限公司、美国UNIEnergy Technologies公司。下面就各公司全钒液流电池产品情况进行简单阐述。

(1)日本住友电工公司

住友电工公司从20世纪80年代初开始研究全钒液流电池。1985年开始瞄准固定型电站调峰用全钒液流电池储能系统,并于20世纪80年代末和90年代末分别建成60kW、450kW级的液流电池储能系统。

进入21世纪后,住友电工公司主要集中在新能源发电配套用兆瓦级全钒液流电池储能系统的研究。2005年在日本北海道苫前町建立了4MW/6MWh全钒液流电池储能系统,用于与30.6MW风力发电站匹配,平滑风电输出。该项目储能电站采用模块化设计,4MW/6MWh储能系统由4套1MW/1.5MWh全钒液流电池储能单元组成,每套电池储能单元可以独立调度,也可以进行集中调度。该储能电站所采用的电池系统的产品形式为室内安装,现场组装,集中调试。

2011年,住友电工应用其新一代电堆技术,开发集成出了半集装箱式电池储能单元,即电池系统的功率单元集成在集装箱内,储存储能介质电解质溶液的储罐放置在集装箱外,功率单元通过管路与储罐进行连接。该半集装箱式电池储能单元功率及容量配置为125kW/625kWh。应用该电池储能单元,住友电工在横滨实施了1MW/5MWh全钒液流电池储能系统配套聚光光伏发电系统的智能微网项目。1MW/5MWh全钒液流电池系统由8套125kW/625kWh电池储能单元构成,采用室外布置方案,其室外布置图如图2-11所示。

为了进一步降低电池系统现场安装、调试的工作量,缩短现场施工周期,同时也为了减少占地面积,日本住友电工开发了一系列全集装箱系列电池单元产品。具体规格如表2-2所示。

图2-11 住友电工横滨1MW/5MWh全钒液流电池储能系统

表2-2 日本住友电工全集装箱系列电池单元产品规格

三种规格的全集装箱电池单元的标称功率为250kW,功率单元集成于一个集装箱内,正负极储能介质储罐分别放置在两个集装箱内。通过调节集装箱尺寸及储罐容积,储能容量可分别达到750kWh、1125kWh、1500kWh,如图2-12所示。

图2-12 三种规格的全集装箱电池单元

(2)大连融科储能技术发展有限公司

融科公司成立于2008年,致力于全钒液流电池产品的开发和应用。2011年,为金风科技提供了一套可再生能源发电微电网用额定输出功率为200kW、储能容量为800kWh的(200kW/800kWh)全钒液流电池储能系统。图2-13为该额定输出功率为200kW/800kWh的全钒液流电池储能系统(出厂前)照片。

2012年,融科公司采用自主开发的22kW电堆集成出352kW电池单元。采用该电池单元集成出了沈阳龙源卧牛石风电场配套用5MW/10MWh全钒液流电池储能系统,该系统于2012年投运,至今已经稳定运行9年有余,是目前国内外运行时间最长的MW级全钒液流电池储能系统,如图2-14所示。

图2-13 200kW/800kWh全钒液流电池储能系统照片

图2-14 卧牛石全钒液流电池储能系统

融科公司开发的上述几种产品,均是针对室内应用设计,要求运行环境的温度范围为5~30℃。在实施过程中发现,电池储能系统现场安装、集成、调试工作量大,质量控制环节多、难度大,施工周期长,同时储能装置建筑还要面临高标准的环保、消防等验收程序。针对上述问题,结合用户需求,融科公司陆续开发了半集装箱式和全集装箱式电池储能单元。

2014年,融科公司开发了100kW/400kWh半集装箱式电池储能单元。该产品在辽宁省电力公司电能中心智能微网项目中得到应用,如图2-15所示。

2016年,融科公司开发了第一代125kW/625kWh全集装箱式电池模块单元。该产品将电池功率单元和容量单元全部集成在一个40尺标准集装箱内部,如图2-16所示。该产品可以在-30~40℃环境下稳定运行,产品的环境适应能力得到大幅度改善。目前该产品模块在融科储能装备基地的风光分布式发电微网供电系统中已经稳定运行近4年。

2017年,融科公司针对125kW/625kWh全集装箱式电池模块单元进行了技术升级,采用了更高功率密度的新型电堆和高能量密度储能介质,开发出了第二代125kW/500kWh全集装箱式电池模块单元,该产品集成于一个20尺标准集装箱内。产品的集成度得到大幅度提高,结构设计更加合理,运维更加简单便利,如图2-17所示。

图2-15 融科公司开发的100kW/400kWh半集装箱式电池储能单元

图2-16 微网40尺集装箱项目照片

该产品已经成功应用于国家电投青海黄河水电1MW/5MWh风电配套储能项目以及大连网源友好型风电场储能项目,显示出较强竞争力和良好的市场前景。

(3)美国UNIEnergy Technologies(UET)公司

UET公司拥有混合酸型全钒液流电池技术,联合大连融科储能公司,开发了符合欧美相关标准的125kW/500kWh全集装箱式储能产品,并于2015年在美国华盛顿州东部城市Pullman的一个变电站建造了1MW/4MWh全钒液流电池储能电站,如图2-18所示。

UET公司后又陆续分别在美国、意大利、南非和澳大利亚实施了百kW至MW级储能系统项目,在全钒液流电池技术应用方面积累了丰富经验。在多年的项目实践基础上,UET公司联合大连融科公司,于2018年提出开发基于模块化设计的ReFlex产品,如图2-19所示。

图2-17 125kW/500kWh集装箱产品

图2-18 UET公司建设的美国华盛顿州东部城市Pullman储能电站

该产品相比其他公开报道的全钒液流电池产品,具有可移动、配置灵活的特性。同时在物流运输方面也具有非常明显的优势,Reflex产品目前由大连融科公司生产制造,也是美国UET公司下一步重点推广的产品。

图2-19 ReFlex产品外观及内部结构示意图