长时储能集采1GWh全钒液流电池，锌时代如何降低成本，锌溴液流电池新秀的崛起！

11月9日，中核汇能有限公司2023-2024年度储能集中采购招标公告发布。两标段共采购规模6GWh，分别为1GWh全钒液流储能系统和5GWh磷酸铁锂储能系统。全国第二次1GWh的全钒液流储能系统集采，招标主体依旧是中核汇能。

一个月前，国家电投也发布了1GWh液流电池集采，但并未指明“全钒”。不过，从接连出现GWh液流电池集采的情况来看，长时间、大容量、高安全储能的需求正逐步凸显。

目前已有辽宁、内蒙古、河北、上海、西藏、甘肃等多个省份明确要求电源侧配储时长超过4小时。国际能源署在《2022年世界能源展望》报告中预计，光伏和风电的发电量占比将从2021的10%增加到2030年的40%。

根据国内相关论文，在支撑可再生能源替代传统化石能源及“双碳”战略方面，70%以上的储能需求是大规模、长时间的容量型或能量型储能。国外论文也提到，当风光发电占比达到50%-80%时，储能时长需要达到10h以上。

然而，当前长时储能技术的发展仍存在诸多不足。中国科学院院士、南方科技大学碳中和能源研究院院长赵天寿曾在演讲中强调，现有主流储能技术各有各的局限性，长时储能技术仍有较大缺口，亟须着力补齐。

现阶段，在风光发电占比仍较小的情况下，长时储能的刚性需求并非极为突出，但安全性问题却是当下储能产业面临的严峻挑战，全球储能电站发生火灾的概率约为1.52%。随着国内储能电站单体规模越来越大，使用频率越来越高，锂离子储能的安全问题始终是悬在头顶的“达摩克里斯之剑”。

对比目前的长时储能技术路线，液流电池在安全性、循环寿命、能量效率、建设条件等方面综合优势较为明显。液流电池主要包括锌基液流电池（如锌铁、锌溴、锌锰）、铁基液流电池（如铁铬、全铁）、全钒液流电池等多种技术路线。

全钒液流电池是其中商业化进程最快的液流电池。不过，目前全钒液流电池的成本仍较高，铁铬、锌铁等液流电池具备价格优势。近期，纬景储能联合创始人、董事长葛群对外表示，将在三年内把锌铁液流电池度电成本下降到0.2元。这或许也戳到了全钒液流电池的“软肋”。

全生命周期成本1020元/kWh

需注意的是，全钒液流电池的高成本主要指的是初装成本，若从全生命周期成本来看，价格大幅降低。此外，储能时长越长，全钒液流电池的经济性也越高。 大连海事大学教授马相坤曾在演讲中提到，目前，1MW/4MWh全钒液流电池储能项目的初装成本约为2000-3500元/kWh。 由于全钒液流电池的电解液可以在线或离线再生循环使用，钒电解液的残值很高。1 kWh电解液大约需要8kg高纯度的五氧化二钒，使用15年后电解液的残值可以按70%估算。 因此，全钒液流电池的全生命周期成本显著降低。相关论文数据显示，对于储能时长为4 h的系统，初次投资成本为3000元/kWh，其中电解液的成本占比约为50%。

使用15年以上电池系统报废后，电池系统废金属的残值为300元/kW，电解液残值为1050元/kWh，合计残值为1125元/kWh，实际成本约为1875元/kWh。 当储能时长为10h，储能系统的初装成本将降至2100元/kWh，考虑残值后，实际成本仅为1020元/kWh。 以上数据是基于根据融科储能2021年第三季度兆瓦级全钒液流电池储能系统的价格和五氧化二钒10万元/吨的价格计算。 经过两年时间的技术创新，融科储能全钒液流电池成本也进一步降低。在2023年10月，新疆察布查尔县全钒液流电池储能项目一期75MW/300MWh全钒液流电池储能系统中标候选人公示，融科储能联合体成为第一中标候选人，折合单价2.193元/Wh。 今年以来，有部分企业表示，全钒液流电池全生命周期度电成本已经低于0.2元，但从招投标报价来看，目前仍达不到这个水平。

虽然全钒液流电池具有诸多优势，但要对标市场份额高达95%的锂电池储能以及其他液流电池技术路线，全钒液流电池最关键的问题无疑还是降低初装成本。这也是推进全钒液流电池产业发展的重中之重。 探索降本路径   电解液占钒电池成本约50%，是最大的成本来源，其次是电堆，占比30%。这也是钒电池最主要的核心部件，因此，技术降本主要从这两大方面入手。 低成本电解液如何获得？据了解，除了通过购买上游钒矿资源、与钒矿企业或电解液生产企业合作等，

在技术创新上，主要是开发第二代短流程电解液制备技术。 目前，钒电解液是通过五氧化二钒还原得到不同价态的钒离子溶液。 据毅富能源创始人、总经理张成表示，石煤钒矿制成富钒浸出液再制成五氧化二钒，但电解液并非一定要由五氧化二钒制成，从富钒浸出液就可以进行提纯、除杂、化学还原、电解的步骤，制成钒电解液，缩短产业流程后，钒电解液生产制备成本可以降低20%-30%。 值得注意的是，由于钒电池的电解液不会被消耗，通过一些简单的手段就可以进行回收，重新生成五氧化二钒。因此，行业正逐步探索发展钒电解液融资租赁的商业模式，这也将显著降低全钒液流电池的初始投资成本。 据了解，融科储能与海螺融华达成合作，“枞阳海螺6MW36MWh全钒液流电池储能电站项目”采用电解液租赁模式，初始投入约为购买模式的一半。电解液租赁模式为钒电池提供了一个行之有效的降本途径。 电堆方面如何降低成本？钒电池电堆是决定钒电池功率的关键部分，主要由双极板、电极、离子交换膜及其他零配件组成。 赵天寿院士表示，降低液流电池成本的技术路线是提高电堆的电流密度，电流密度的提高就可以提高功率密度，功率密度提高就可以降低电堆所需要材料的量。 马相坤教授也在演讲中提到，电堆功率的规模、电堆功率的大小带来的影响并不大，更应关注单位千瓦价格，电堆降成本的关键取决于电堆工作电流密度。 相关论文指出，电堆工作电流密度是关键性技术指标。

10年前，电堆工作电流密度约在70-100mA/cm²，而目前文献上工作电流密度可以达到500mA/cm²。 星辰新能首席科学家、中南大学教授刘素琴在接受媒体采访时表示，几年前业内认为100-120毫安/平方厘米已经算比较高的电流密度，现在很多公司的大型电堆电流密度已接近200毫安/平方厘米，未来的目标可能是400-500毫安/平方厘米或者更高。 据巅峰了解，毅富能源的高功率密度电堆产品已实现较大技术突破，16KW的样机可以实现400mA/cm2的额定电流密度，电解液利用率达82%，远超行业70%的电解液利用率。 天府储能自主研发的高功率电堆已落地量产，产品矩阵涵盖16/32/48/64kW电堆，产品运行电流密度达到300mA/cm²。 此外，产业链规模小也是导致全钒液流电池价格处于较高水平的一个重要因素。未来，随着全钒液流电池批量化生产，生产成本也将进一步被摊薄。

锌溴液流电池在我国的产业化始于2008年，彼时和钒电池并称为液流电池双雄。十多年后，钒电池成为目前成熟度最高、商业化进程最快的技术路线，锌溴液流电池虽潜力吸引人，却也尚未经过大规模项目验证。

时间来到2021年，一家由中科院院士叶志镇领衔的新生代企业悄然扎根、飞速发展，这一次，锌溴液流电池能逆风翻盘吗？

后起之秀加速成长

“任何观点都有他一部分的道理，但不能称之为全面”，面对同行对锌溴液流电池发展速度落后全钒液流的说法，温州锌时代能源有限公司（以下简称：温州锌时代）总经理黄靖云在接受ESPLAZA长时储能网专访时坦诚道，“我们温州锌时代用实力说话。”

“业内对锌溴液流电池还停留在陈旧的印象中，事实上，锌溴液流电池一直在进步，所谓的技术瓶颈都有办法解决。”

温州锌时代由中科院院士叶志镇一手创办，2022年1月正式成立；6月，自主设计制造出全球领先的40kW/100kWh锌溴液流电池模组；7月，完成了4500万天使轮融资。

今年3月，温州锌时代建成10MWh先进锌溴液流电池中试产线；7月，浙江省首个50kW/200kWh锌溴液流储能系统在浙大温州研究院启用；10月，800KWh示范项目基本筹备完毕……

创立伊始便一路飙升，温州锌时代底气何在？

早在2011年，叶志镇带领下的浙江大学温州研究院新型电池材料研发中心便开始了电池相关研究。

“温州锌时代孵化于浙江大学温州研究院，有着深远的锌基材料研究经验，积累了大批锌基薄膜沉积技术成果。”黄靖云介绍道。厚积薄发，打下根基，“温州锌时代为大规模超长时储能技术提供安全经济有竞争力的方案。”

五大创新技术破解难题

“直面难题，快速发展”，黄靖云如是说，也如是做。

相较于其他公司，孵化于研究院的温州锌时代有着独特的优势，依托浙江大学学科优势，温州锌时代集聚了全球顶尖的科研专家团队。

锌溴液流电池发展困难，最根本的原因在于技术瓶颈难以突破。特别是其溴正极的腐蚀性问题以及锌负极的锌枝晶问题导致锌溴液流电池的循环周期和循环效率都不及钒电池，大大降低了其实用性。

对此，黄靖云表示，“温州锌时代持续聚焦锌溴液流电池领域的前沿技术创新和产业应用探索，从原料端开始提供解决方案。”

为破解锌溴液流电池难题，温州锌时代创新了五大核心技术：

高一致性超细孔径隔膜技术，具有国际领先的低电阻高阻溴性能，可有效阻挡溴离子穿梭；

三大电解液固溴技术，不仅在正极克服溴穿梭、负极平滑锌镀层增强表面活化方面国际领先，更取得了固溴、封装溴、锚定溴等研究突破；

投料、覆膜与厚度自动精控双极板制造技术，调节锌负极表面能以强化离子传输，克服了锌枝晶国际难题；

基于旁路电流模型的优化技术，克服电堆规模化串联升压问题；创新发展流道设计-电级协同优化技术，克服大系统流场均匀性问题；

一体化新封装技术，克服外漏、内漏问题，解决电池工程应用难题。

针对业内诟病的锌溴液流电池技术中溴易挥发、有腐蚀性和穿透性的问题，黄靖云回复称，“通过添加溴络合剂可有效抗腐蚀；选用高分子材料可进一步防穿透。综合考量，锌溴液流电池用个二三十年不成问题！”

对于另外一个倍受关注的锌枝晶问题，黄靖云胸有成竹，“我们有四个方法解决锌枝晶问题。一是创新材料表面工程；二是在电解液中添加配方抑制尖端结晶生长；三是独特流场管道电堆设计；四是优化电池运行管理模式，定时维护、深度放电溶解锌枝晶。从材料到制备再到电池运行，锌枝晶问题可以彻底得到解决！”

2025年建成5GWh二期产线

“建一批产线、出一批产品、推一批应用、融一批资金、引一批人才”，是创始人叶志镇对温州锌时代发展规划思路的总结。

黄靖云在采访中也反复提及“产业”二字。

“我们用了五个月的时间，将实验室产品推向市场；六个月就得到了第一笔融资。正是这笔融资，我们建成了真正的产业线。”

技术+产业，1+1＞2。“温州锌时代许多独创性技术，在国际上看都是非常领先的！技术为产线赋能，产品得到增值。”黄靖云补充道，“目前温州锌时代正铆足干劲推动产能建设。”

2024年建成1GWh一期产线，2025年建成5GWh二期产线，温州锌时代以“宁德时代”为目标大步迈进。

黄靖云看好锌溴液流电池，更看好温州锌时代，“国内锌溴起步晚，公司不多，国外也就那几家。我们有信心超越国际上所有锌溴企业，更相信我们有成为龙头老大的能力！”

“天下终会是长时储能的”

正如很少有人记得谁是第二个登上月球的人一样，全钒液流电池之下的锌溴液流电池也“薄雾浓云愁永昼”，面临着产业化程度不高、市场占有率不足、业内关注度低的困境，跟在别人身后捡芝麻。

“锌溴液流储能有望成为储能发展的领头羊！”黄靖云认为，温州锌时代有使命、有理想为锌溴“破冰”。

黄靖云表示，我国已经在突破锌溴液流电池技术瓶颈上取得了一定进展，朝锌溴液流电池的产业化迈出了坚实的一步。“目前中国锌溴液流电池的研发技术已处在国际领先位置，完全可以超越美国。”温州锌时代不仅立足国内市场，更肩负国际使命，“温州锌时代不止步于做产品一流、技术一流的企业，坚守‘新时代、新梦想’，我们更要做国家需要的、国际最好的。”

做一个真正能够大量应用的产业，安全、成本、性能要协同发展。

长时储能正处在一个由锂电池走向百家争鸣的时代，多样化的储能技术遍地开花，各有利弊。储能产业要迈入大规模应用的时代、储能技术要实现产业化，仍然需要行业先行者们不断探索。

“液流电池企业要拧成一股绳，以市场为导向，真正地把成本降下来。待新能源装机达到峰值，天下终会是长时储能的！”

全钒液流电池三大关键材料——电解液、电极和隔膜，在产业化过程中各自都还存在难点，请问目前最新的解决进展如何？

刘素琴：不管是哪个行业、哪个技术的发展，难点永远都会存在。只是在不同的阶段，我们对它的理解或者要求会逐渐提升。

相较于5月，各个主材其实都有进步。从隔膜来看，5月PBI（聚苯并咪唑）还处在实验室阶段，现在很多企业已在进行中试。

碳毡方面，也有越来越多的企业加入到行业里。目前钒电池市场越来越好，下游给出的订单越来越多，需要更多碳毡企业提供产品，保障钒电池的交付。

电解液产能同样不足，不过好在我们已经看到拥有钒矿的企业，或者通过入股钒矿公司，来开展电解液的研究和产业化布局。

电流密度是衡量电池效率的一个关键指标。几年前业内认为100-120毫安/平方厘米已经算比较高的电流密度，现在很多公司的大型电堆电流密度已接近200毫安/平方厘米，未来的目标可能是400-500毫安/平方厘米或者更高。

提升电流密度，有赖于各个关键材料的进步，包括隔膜、电极、电解液、双极板等，它是一个系统工程，某个材料的独自进步对电池效率的提升作用不会很大。

市场比较关注钒电池的降成本进展。电解液占钒电池成本约50%，是最大的成本来源，如何进一步降低电解液的成本？

刘素琴：现在工艺密度提升后，电解液的成本占比可能不止50%。它的成本一方面来自原材料五氧化二钒，另一方面有关于制备过程。

目前五氧化二钒的价格大约10万元/吨，按此价格，原材料占到电解液成本的50%左右。五氧化二钒是一种大宗商品，它的价格波动将会对电解液成本、整个钒电池成本带来比较大的影响。

除此之外就是生产过程产生的成本。在流程上，目前行业一个重要的降本方式是将传统工艺改为短流程，去掉中间的成钒、焙烧及再溶解环节。在工艺上，我认为提升电解液的利用率是降低电池成本的重要方法。

电解液的利用率是指，一吨五氧化二钒实际能够产生的放电瓦时容量，和它理论上能够产生的放电瓦时容量的比值。目前电解液的利用率在60%-70%之间，星辰新能的目标是明年再提升10%。

这与提升能量密度有何关系？

刘素琴：提升能量密度，一方面可以通过提高电解液中钒的浓度，另一方面可以通过提高钒的利用率。但是如果只提高浓度，电化学性能没有增加的话，那么对降低成本没有太大帮助。

如何提升电解液的利用率？

刘素琴：需要把电解液的活性提升上去，这其实是一个系统工程。电解液方面可以采用一些添加剂，另外还要考虑电解液与隔膜、电极的协同。

中国钒电池产业处于世界前列预计2030年长时储能市场起量

您在钒电池领域已工作20余年，能否介绍一下您在产业界的经历，您观察到过去钒电池经历了怎样的产业化过程？

刘素琴：2002年左右，我们研究团队中标了攀钢集团在全国一项研究钒的综合利用课题。攀钢集团拥有丰富的钒矿资源，希望能够继续开发钒的用途。2005年左右，我们把研究重点放在了钒电解液上。我们一直参与对钒电解液的研究，直到2012年攀钢集团钒电池电解液中试线建成。

在与攀钢集团的合作中，最开始我们并没有确定钒要用在哪个领域，在不断探索它的特性后，慢慢发现它适合用在储能中。我们也设想过，钒电池如果电解液浓度可以很快提升、做到非常高的比能量，也可以用作汽车动力电池。不过在实践中发现这个目标难度很大。

您为什么今年选择加入星辰新能？

刘素琴：我比较认可这个团队对产业布局的清晰思路。我的强项是基础理论方面的研究，负责从源头上解决产业化中遇到的技术问题；而创始人也找到了比较好的工程化、产业化团队来做支撑。我认为这样的组合应该是走得最快最稳的。创始团队的诚意和执行力也给了我比较深的印象。

最近两年，我国陆续有钒电池初创企业设立和融资。您认为目前我国钒电池产业发展处于怎样的水平？

巅峰储能：处于世界前端，甚至是比较领先的。有一个重要原因是我国钒电池产业链应该是世界上最全面的，目前关键的材料和技术，国内基本都可以掌握。关键材料中的隔膜此前依赖进口，最近几年国内几家公司的产品效果已经不错。

钒电池如何找到自己的应用场景？目前锂电池的性价比在电化学储能中比较好，钒电池如何与之竞争？

巅峰觉得成本没有一个绝对的比较值，因为不同的应用场景可能需要不同的技术。比如，特定应用场景中，只有钒电池的本质安全性才能满足它对安全性的要求。在这种场景下采购方对价格也就不会那么敏感，只有大家都适合这个场景时，才会拼价格。

您对钒电池产业发展的预期是怎样的？

巅峰认为当前还没有到竞争很激烈的时候。从业者的重点还是把自己想做的事情想清楚，把自己的工作做好，为行业发展做出自己的贡献。现在还没到抢市场的时间点。

长期来看，预计2030年之后长时储能市场会起量。钒电池是电化学储能中一种比较适合长时储能的技术，我们看好它未来的发展。这项技术还在产业化初期，未来还是通过市场来验证，钒电池会在市场中找到自己的位置。

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