國家電投鐵鉻液流電池技術(shù)發(fā)展分析報(bào)告

1、國家電力投資集團(tuán)鐵-鉻液流電池儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展2022年9月北京和瑞儲(chǔ)能科技有限公司PAARRTT0011北京和瑞儲(chǔ)能科技有限公司（簡稱“儲(chǔ)能公司”）成立 于2020年，是國家電投集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究院全資子公司?，F(xiàn)有員工60余人，科研人員占比超過80%，碩博比例超 過80%，35歲以下青年員工比例超過65%儲(chǔ)能公司作為集團(tuán)公司儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)重要平臺(tái)，掌握儲(chǔ)能領(lǐng) 域多種關(guān)鍵核心技術(shù)，并以鐵-鉻液流電池、風(fēng)冷及液冷鋰電 池等多種新型儲(chǔ)能產(chǎn)品研發(fā)與供應(yīng)為主營業(yè)務(wù)，在“碳達(dá) 峰”、“碳中和”的歷史使命下，為集團(tuán)內(nèi)外提供更加安全 高效的儲(chǔ)能產(chǎn)品及其配套解決方案。SPIC 2022. All Rights Reser

2、ved.5SPIC 2022. All Rights Reserved.5裝備開發(fā)及制造高能量密度鐵-鉻液 流電池系統(tǒng)，自動(dòng)化 鐵-鉻液流電池生產(chǎn) 線系統(tǒng)集成完成鐵鉻液流電池 示范項(xiàng)目、太和仙 風(fēng)電10 MW儲(chǔ)能等 10 余項(xiàng)集成技術(shù)研 究與應(yīng)用項(xiàng)目政策及規(guī)劃研究國家能源局十四五、 江蘇如東能源規(guī)劃、 等規(guī)劃編寫， 累計(jì) 近10項(xiàng)技術(shù)及經(jīng)濟(jì)性評(píng)估完成新豐熱電儲(chǔ)能 調(diào)頻、新昌電廠儲(chǔ) 能調(diào)頻等技術(shù)評(píng)估 與咨詢項(xiàng)目10余項(xiàng)技術(shù)研發(fā)經(jīng)過多年技術(shù)攻關(guān)， 掌握多項(xiàng)儲(chǔ)能關(guān)鍵 核心技術(shù)， 申請(qǐng)專 利59 項(xiàng)， 已獲授權(quán)18項(xiàng)公司業(yè)務(wù)方向SPIC 2022. All Rights Reserved.6SPIC

3、2022. All Rights Reserved.6獲得行業(yè)認(rèn)可榮譽(yù)獎(jiǎng)項(xiàng)研發(fā)平臺(tái)鑒定認(rèn)證獲得獎(jiǎng)項(xiàng)與中國電科院共同組建新 型電力儲(chǔ)能技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)合 體與北方工業(yè)大學(xué)共同組建 儲(chǔ)能技術(shù)工程研究中心儲(chǔ)能領(lǐng)跑者聯(lián)盟、中國新 型儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟會(huì)員單位“容和一號(hào)”鐵-鉻液流電 池堆通過第三方權(quán)威機(jī)構(gòu)鑒衡 認(rèn)證中心（CGC）檢測認(rèn)證儲(chǔ)能變流器、液流電池電壓巡 檢儀通過第三方權(quán)威機(jī)構(gòu)認(rèn)證2020年度中國儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè) 最佳前沿儲(chǔ)能技術(shù)創(chuàng)新獎(jiǎng)2021年度中國儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè) 最具影響力企業(yè)獎(jiǎng)TERA-AWARD 全球十 強(qiáng)優(yōu)秀獎(jiǎng)SPIC 2022. All Rights Reserved.7SPIC 2022. All R

4、ights Reserved.7全面的鐵-鉻液流電池知識(shí)產(chǎn)權(quán)布局配套 控制電堆 設(shè)計(jì)布置 方式技術(shù)檢測 技術(shù)系統(tǒng) 集成關(guān)鍵 材料配套 設(shè)備布局 生產(chǎn)專利 技術(shù)秘密專利專利 軟著專利專利 軟著專利專利專利 技術(shù)秘密1716+186+515+4積極布局鐵-鉻液流電池技術(shù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)和技術(shù)秘密，涵蓋材料研發(fā)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、系統(tǒng)集成等多個(gè)方向， 為技術(shù)保護(hù)提供有力保障，形成知識(shí)產(chǎn)權(quán)百余項(xiàng)，技術(shù)秘密6項(xiàng)?，F(xiàn)已申請(qǐng)專利70項(xiàng)，注冊(cè)商標(biāo)11項(xiàng)、登記軟著8項(xiàng)、核心期刊發(fā)表論文數(shù)篇。147+45SPIC 2022. All Rights Reserved.8SPIC 2022. All Rights Rese

5、rved.8參與規(guī)劃編制情況規(guī)劃 編制序號(hào)規(guī)劃層級(jí)規(guī)劃名稱參與形式1國家規(guī)劃國家能源局能源技術(shù)創(chuàng)新十四五規(guī)劃儲(chǔ)能專題研究參編2地方規(guī)劃北京北京市能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化及清潔替代方案參編3江蘇如東建設(shè)國家級(jí)綠色能源之城規(guī)劃（2019-2025年）主編4集團(tuán)規(guī)劃儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021-2025年）主編5集團(tuán)公司儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展規(guī)劃（2019-2025）主編6區(qū)域發(fā)展研究全國總報(bào)告儲(chǔ)能專題參編7支撐集團(tuán)公司“十四五”規(guī)劃的儲(chǔ)能科技創(chuàng)新專題研究報(bào)告主編8支撐集團(tuán)公司“十四五”規(guī)劃的儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)與集團(tuán)公司既有優(yōu)勢(shì)結(jié)合 發(fā)展模式及可行性研究主編9“兩湖一江”儲(chǔ)能應(yīng)用研究報(bào)告主編10西藏“河谷經(jīng)濟(jì)”區(qū)域能源發(fā)展規(guī)劃參編1

6、1二級(jí)單位 規(guī)劃五凌電力五凌電力有限公司新業(yè)態(tài)發(fā)展規(guī)劃（2019-2025年） 儲(chǔ)能部分參編作為主編方編制地方及集團(tuán)規(guī)劃6項(xiàng) 參與編制國家、地方及集團(tuán)規(guī)劃5項(xiàng)SPIC 2022. All Rights Reserved.9SPIC 2022. All Rights Reserved.9參與標(biāo)準(zhǔn)制定情況標(biāo)準(zhǔn) 制定作為主編方編制行業(yè)、集團(tuán)及團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)10項(xiàng) 參與編制國家、行業(yè)及團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)6項(xiàng)序號(hào)標(biāo)準(zhǔn)層級(jí)標(biāo)準(zhǔn)名稱參與形式1國家標(biāo)準(zhǔn)電力儲(chǔ)能用電池管理系統(tǒng)參編2全釩液流電池可靠性評(píng)價(jià)方法參編3全釩液流電池系統(tǒng) 設(shè)計(jì)導(dǎo)則參編4集團(tuán)標(biāo)準(zhǔn)鐵-鉻液流電池：第1部分-第4部分主編5鐵-鉻液流電池通用技術(shù)條件主編6電力

7、儲(chǔ)能用鋰離子電池監(jiān)造導(dǎo)則主編7行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)液流電池儲(chǔ)能電站檢修規(guī)程主編8鐵-鉻液流電池用電解液技術(shù)規(guī)范主編9鐵-鉻液流電池通用技術(shù)條件主編10風(fēng)光儲(chǔ)聯(lián)合發(fā)電站運(yùn)行導(dǎo)則參編11團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)鐵-鉻液流電池電極材料技術(shù)要求及測試方法主編12鐵-鉻液流電池雙極板技術(shù)要求及測試方法主編13鐵-鉻液流電池用離子膜技術(shù)要求及測試方法主編14液流電池儲(chǔ)能電站運(yùn)行維護(hù)規(guī)程主編15電化學(xué)儲(chǔ)能電站檢修規(guī)程參編16電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)大數(shù)據(jù)平臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范參編SPIC 2022. All Rights Reserved.10SPIC 2022. All Rights Reserved.10項(xiàng)目業(yè)績技術(shù) 裝備 供應(yīng)序號(hào)項(xiàng)目名稱1張家

8、口戰(zhàn)石溝250kW/1.5MWh鐵鉻液流電池示范項(xiàng)目2吉電股份格爾木光伏儲(chǔ)能項(xiàng)目配置2MW/2MWh磷酸鐵鋰儲(chǔ)能3湖南攸縣太和仙風(fēng)電場儲(chǔ)能項(xiàng)目4吉電股份壽光恒遠(yuǎn)200MW平價(jià)光伏項(xiàng)目10MW/20MWh儲(chǔ)能電站5霍林河循環(huán)經(jīng)濟(jì)“源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)-用”多能互補(bǔ)關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用創(chuàng)新示范項(xiàng)目儲(chǔ)能裝備供應(yīng)咨詢 評(píng)估 項(xiàng)目1霍林河循環(huán)經(jīng)濟(jì)“源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)-用”多能互補(bǔ)關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用創(chuàng)新示范項(xiàng)目儲(chǔ)能配置規(guī)劃2新鄉(xiāng)豫新電站用儲(chǔ)能技術(shù)研究及工程示范服務(wù)項(xiàng)目3新昌電廠發(fā)電側(cè)儲(chǔ)能調(diào)頻調(diào)峰項(xiàng)目一期18MW/9MWh4扎魯特旗多能互補(bǔ)項(xiàng)目100MW/800MWh儲(chǔ)能項(xiàng)目5揚(yáng)州晶澳12MW/48MWh、靖江特鋼24MW/96M

9、Wh儲(chǔ)能項(xiàng)目評(píng)估6烏蘭察布風(fēng)電基地儲(chǔ)能項(xiàng)目可研創(chuàng)新專篇7黃河公司儲(chǔ)能技術(shù)方向及應(yīng)用場景研究8河南省蘭考縣48MWp分布式光伏發(fā)電市場化交易試點(diǎn)項(xiàng)目9內(nèi)蒙古電力分公司扎哈淖爾多能互補(bǔ)10萬千瓦儲(chǔ)能項(xiàng)目可研10成套公司辦公大樓綜合智慧能源項(xiàng)目評(píng)審咨詢11新疆達(dá)坂城新能源基地、內(nèi)蒙綠色綠電項(xiàng)目、霍白風(fēng)光火儲(chǔ)多能互補(bǔ)示范項(xiàng)目前期已實(shí)現(xiàn)裝備供應(yīng)22.25MW/44.7MWh 完成評(píng)估項(xiàng)目合計(jì)484MW/1503MWhPART02液流電池市場分析SPIC 2022.12“雙碳”目標(biāo)下，構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，預(yù)計(jì)到2030年，可再生能源總裝機(jī)容量達(dá)16億千瓦 以上。強(qiáng)隨機(jī)性、波動(dòng)性的新能源大規(guī)模

10、并網(wǎng)，對(duì)于電力系統(tǒng)構(gòu)成了史無前例的巨大挑戰(zhàn)，問題日益突出。雙碳目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)需要儲(chǔ)能技術(shù)數(shù)據(jù)：國家能源局、國家統(tǒng)計(jì)局可再生能源發(fā)電和用電量嚴(yán)重不匹配0.26，3%儲(chǔ)能有助于構(gòu)建綠色、安全、高效的新型電力系統(tǒng)1儲(chǔ)能可有效解決新能 源出力與用電負(fù)荷時(shí) 空不匹配的問題，實(shí) 現(xiàn)新能源充分消納利 用。2充放靈活的儲(chǔ)能可 有效提升系統(tǒng)調(diào)節(jié) 能力，提高新型電 力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定 水平。3儲(chǔ)能應(yīng)用場景 多元，可提高 新型電力系統(tǒng) 的運(yùn)行效率。SPIC 2022.13大規(guī)?？稍偕茉葱枰L時(shí)儲(chǔ)能美國國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室NREL發(fā)布的儲(chǔ)能未來研究：定義長時(shí)儲(chǔ)能的挑戰(zhàn)研究報(bào)告表明儲(chǔ)能消除凈負(fù)荷的需求，為系統(tǒng)提供更多可靠性

11、；根據(jù)凈負(fù)荷需求的不同，以及可再生能源規(guī)模的不同，所需要的儲(chǔ)能功率和時(shí)長不同 ；更大功率的儲(chǔ)能布置，能夠消除更多的凈負(fù)荷需求，同時(shí)所需儲(chǔ)能時(shí)長越長。SPIC 2022.14儲(chǔ)能邁入4小時(shí)以上時(shí)代關(guān)于推動(dòng)全區(qū)風(fēng)電光伏新能 源產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展2022年3月7日內(nèi)蒙古電力源網(wǎng)荷儲(chǔ) 一體化實(shí)施細(xì)則（2022年版）2022年7月22日內(nèi)蒙古新疆甘肅河北服務(wù)推進(jìn)大型風(fēng)電光伏基地建設(shè)操作指引2022年3月4日服務(wù)推進(jìn)大型風(fēng)電 光伏基地建設(shè)操作指引2022年3月4日2022年度列入省級(jí)規(guī)劃電網(wǎng)側(cè)獨(dú)立儲(chǔ)能示范項(xiàng)目清單（第一批）2022年5月17日發(fā)電側(cè)：大型風(fēng)電光伏基地需要長時(shí)儲(chǔ)能來實(shí)現(xiàn)就地消納和整體打包外送。新

12、能源配套4小時(shí)以上儲(chǔ)能有關(guān)政策用戶側(cè)：在具備條件的工業(yè)企業(yè)、工業(yè)園區(qū)挖掘新能源就地消納的潛力。到“十五五”末，全國將建設(shè)4.55億千瓦大基地項(xiàng) 目其中外送3.15億千瓦，本地自用1.4億千瓦國家國家能源局關(guān)于促進(jìn)新時(shí)代新能源高質(zhì)量發(fā)展的實(shí)施方案2022年5月14日SPIC 2022.不間斷電源 電能質(zhì)量調(diào)節(jié)備用電源 負(fù)荷轉(zhuǎn)移液流電池鈉硫電池秒級(jí)分鐘級(jí)小時(shí)級(jí)0kW100kW1MW高能量電容鋰離子電池鉛酸電池鎳氫電池飛輪儲(chǔ)能高功率電容鎳鎘電池10MW100MW1GW 額定功率 15引自DOE EPRI Electricity Storage Handbook in Collaboration wi

13、th NRECA大規(guī)模電能管理抽水蓄能 壓縮空氣液流電池是最適合長時(shí)儲(chǔ)能的技術(shù)路線液流電池超長循環(huán)壽命、高安全穩(wěn)定性、綠色環(huán)保，是最適合長時(shí)儲(chǔ)能的技術(shù)路線。SPIC 2022.16液流電池應(yīng)用場景發(fā)電側(cè)新能源友好接入平滑功率輸出，響應(yīng)AGC調(diào)度，提高場站 并網(wǎng)友好性大型風(fēng)電光伏基地儲(chǔ)能配套風(fēng)光大基地一體化建設(shè)，增加大 基地就地消納火儲(chǔ)聯(lián)調(diào)提高火電的調(diào)頻、調(diào)峰的能力孤島、偏遠(yuǎn)地區(qū)供電光伏長時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)提供恒定電能供應(yīng)， 減少外接電及柴油發(fā)電機(jī)的使用核電安全運(yùn)行作為應(yīng)急保障電源，減少調(diào)峰電網(wǎng)側(cè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)輔助服務(wù)調(diào)峰調(diào)頻、爬坡、電壓支撐、黑啟動(dòng)特高壓送受電端調(diào)峰提高特高壓送受電端本地調(diào)峰能力城市應(yīng)急備用

14、為城市政府、醫(yī)院、工業(yè)等重要負(fù)荷提供 應(yīng)急保障用戶側(cè)冶金、鋼鐵、化工等高耗能行 業(yè)自備電源的減碳降碳光儲(chǔ)充大容量能量時(shí)移零碳工業(yè)園區(qū)和物流園區(qū)可再生能源就近消納數(shù)據(jù)中心電源可靠性提升虛擬電廠大容量需求響應(yīng)微電網(wǎng)電能質(zhì)量和快速并離網(wǎng)切換能力提升石油行業(yè)配電網(wǎng)的增容和柴油發(fā)電機(jī)替代液流電池市場成長空間巨大項(xiàng)目中國市場全球市場2021年可再生能源裝機(jī)規(guī)模（GW）67016802030年預(yù)計(jì)可再生能源裝機(jī)規(guī)模（GW）16404956配套儲(chǔ)能規(guī)模（GW）（20%）194665電化學(xué)儲(chǔ)能規(guī)模（GW）（占儲(chǔ)能市場50%）97327液流電池儲(chǔ)能規(guī)模（GW）（占電化學(xué)儲(chǔ)能市場46%）44.6150裝機(jī)價(jià)格(元/

15、Wh)（6小時(shí)）1.51.5發(fā)電側(cè)+電網(wǎng)側(cè)市場規(guī)模（億元）401613563用戶側(cè)項(xiàng)目數(shù)（個(gè)）8002400單個(gè)項(xiàng)目規(guī)模（MWh）6060用戶側(cè)市場規(guī)模（億元）7202160合計(jì)（億元）SPIC 2022.47361572317根據(jù)IEA和國家能源局?jǐn)?shù)據(jù)顯示的可再生能源裝機(jī)規(guī)模，以配套20%儲(chǔ)能，電化學(xué)儲(chǔ)能占50%，其 中液流電池占46%測算，液流電池全球市場規(guī)模將超萬億，中國市場規(guī)模將近五千億。PART03鐵-鉻液流電池技術(shù)SPIC 2019. All Rights Reserved.19不間斷電源 電能質(zhì)量調(diào)節(jié)備用電源 負(fù)荷轉(zhuǎn)移液流電池鈉硫電池秒級(jí)分鐘級(jí)小時(shí)級(jí)SPIC 2021. All

16、Rig1htks WReserve1d.0kW100kW1MW高能量電容鋰離子電池鉛酸電池鎳氫電池飛輪儲(chǔ)能高功率電容鎳鎘電池10MW100MW1GW 額定功率 19引自DOE EPRI Electricity Storage Handbook in Collaboration with NRECA大規(guī)模電能管理抽水蓄能 壓縮空氣液流電池超長循環(huán)壽命、高安全穩(wěn)定性、綠色環(huán)保，是最適合長時(shí)儲(chǔ)能的技術(shù)路線。液流電池是最適合長時(shí)儲(chǔ)能的技術(shù)路線SPIC 2022. All Rights Reserved.20SPIC 2022. All Rights Reserved.20項(xiàng)目循環(huán)壽命(次)能量密度安全

17、性系統(tǒng)效率溫度（）自放電毒性和腐蝕BOM 性成本成熟度成熟產(chǎn)品型 號(hào)kWmA/c m2鐵-鉻液流電池20,00010-15Wh/L好60-70%-40-70極低弱（稀鹽酸） 電解液成本低商用31.2570全釩液流電池20,00015-25Wh/L中60-70%5-45極低強(qiáng)（硫酸）電解液 成本高商用31.5120鋅溴液流電池500065Wh/LBr蒸汽有泄 漏風(fēng)險(xiǎn)60-70%20-50低強(qiáng)（Br腐蝕 性極強(qiáng)）鋰離子 電池5000300-400Wh/L短路引起爆130-200Wh/kg 炸85%20-45中（0.1-0.3%/天，溫 度升高自放電 率增大）強(qiáng)（穩(wěn)定劑 腐蝕）鈉-硫電池固態(tài)電解質(zhì)2

18、500150-240Wh/kg 破裂導(dǎo)致短路，從而發(fā) 生火災(zāi)65-80%300-350低中（熔融狀 態(tài)金屬Na 和硫磺）低示范540正極材 料成本商用/高低示范/競爭優(yōu)勢(shì)分析電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)對(duì)比SPIC 2022. All Rights Reserved.21鐵-鉻液流電池儲(chǔ)能：安全、低成本、長壽命儲(chǔ)電技術(shù)循環(huán)次數(shù)20000次 壽期長電解液 低成本長壽期長時(shí)儲(chǔ)能儲(chǔ)能時(shí)長可達(dá) 數(shù)小時(shí)至數(shù)天易于規(guī)?；ㄖ苹O(shè)計(jì)，易于擴(kuò)容SPIC 2022. All Rights Reserved.溫度適應(yīng)性強(qiáng)工作溫區(qū)在-407021環(huán)境友好 安全性高電解液及正負(fù)極材料 毒性和腐蝕性弱，且 可再生，安全穩(wěn)定鐵-鉻液流

19、電池儲(chǔ)能技術(shù)特點(diǎn)SPIC 2022. All Rights Reserved.22SPIC 2022. All Rights Reserved.22鐵-鉻的儲(chǔ)量多，價(jià)格走勢(shì)最為穩(wěn)定、廉價(jià)500000450000400000350000300000250000200000150000100000500000201520162017201820192022單價(jià)（元/噸）鉻鐵釩鐵碳酸鋰20202021三元正極材料鋅鉻、釩、鋰和鋅的價(jià)格走勢(shì)鉻、釩、鋰和鋅的儲(chǔ)量Fe/CrVRBLi-ionZn-Br關(guān)鍵原材料鉻鐵五氧化二釩 V2O5釩儲(chǔ)量6300萬噸137.2元/kg32.5元/mol碳酸鋰鋅 Li2C

20、O3鋰儲(chǔ)量鋅儲(chǔ)量8900萬噸2.5億噸470.5元/kg 26.18元/kg34.4元/mol 2.94元/mol關(guān)鍵元素全鉻儲(chǔ)量球探明儲(chǔ)量120億噸關(guān)鍵原材料（2022.8.1）0.17元/kg當(dāng)量價(jià)格0.02元/mol鐵-鉻液流電池資源稟賦強(qiáng)，成長潛力大SPIC 2022. All Rights Reserved.23232kW儲(chǔ)能測試系統(tǒng)SPIC 2022. All Rights Reserved.單電池測試系統(tǒng)60kW儲(chǔ)能測試系統(tǒng)10kW儲(chǔ)能測試系統(tǒng)短電池堆測試系統(tǒng)材料研發(fā)及測試實(shí)驗(yàn)室1200多年技術(shù)攻關(guān)，具備完整的研發(fā)測試能力SPIC 2022. All Rights Reserved.24SPIC 2022. All Rights Reserved.24現(xiàn)階段電流密度達(dá)到140mA/cm，未來將達(dá)到210mA/cm、350mA/cm電堆功率密度提高100%，整個(gè)系統(tǒng)占地面積大幅度縮小國際領(lǐng)先電堆關(guān)鍵技術(shù)技術(shù)突破SPIC 2022.2510kW/60kWh 儲(chǔ)能模塊3060kW/240kWh 儲(chǔ)能模塊1MW/48MWh 儲(chǔ)能模塊安全成熟的產(chǎn)品系列模塊化設(shè)計(jì) 安全可靠高度集成核電級(jí) 工藝?yán)砟頢PIC 2022.262022年1月鐵-鉻液流電池示范生產(chǎn)線已建成投產(chǎn)，打造了國內(nèi)首條涵蓋材