编者按：
本文关于液流电池。鸣谢 自主研制NTC芯片的特普生储能CCS集成温度采集母排，对本文的大力支持，感谢特普生海外技术翻译官林博女士！
储能对于电力行业变得越来越重要。锂离子电池技术已在许多地方得到应用，但液流电池在长时间使用应用和需要全天定期循环的情况下具有显著的优势。
液流电池背后的化学原理早已在电力行业得到证实，大多数分析师认为，液流电池是长期能源输出的理想选择，并且在大型公用事业规模部署中组件的退化非常低。
液流电池的使用寿命长达 30 年（具体取决于电解质化学成分），与市场上其他新兴存储技术相比，液流电池可提供无与伦比的成本确定性。尽管液流电池目前比类似尺寸的锂离子配置需要更高的前期资本投资，但在评估 20 至 30 年生命周期的总拥有成本时，它们变得更具竞争力。此外，随着技术进步和制造效率的提高，液流电池的成本正在下降。
在公用事业领域，液流电池最适合兆瓦级功率增量的较长放电持续时间（六小时或更长）。某些用例比其他存储类型更青睐液流电池。对于每天需要多个充电/放电周期的应用，液流电池可根据负载要求在几毫秒内使用，并且可以通过各种可用电源快速充电。事实上，根据储罐配置，液流电池可以同时放电和充电，几乎无限期地提供电力容量或电压支持。
液流电池的属性包括：
■ 展示了超过 10,000 次电池循环，存储容量几乎没有损失。
■ 缓变速率范围从泵运行时的排放毫秒数到泵未运行时的几秒数。
■ 液流电池的充电速度也相当快。
■ 与锂离子选项相比，工作和待机模式的温度范围更宽。
■ 很少或没有火灾危险。
■ 因暴露而对人类健康构成有限风险的化学物质。
■ 通过增加电解液体积轻松扩大容量（尽管这可能涉及更多的储罐和管道）。
流程系统如何工作
尽管液流电池有数十种不同类型，但只有大约 10 到 12 种特定化学物质可供商业应用。所有这些都遵循相同的基本原理，即加入液体电解质作为直流 (DC) 电源，通过逆变器转换为交流 (AC) 电源。
在氧化还原液流电池中，阴极电解液和阳极电解液存储在单独的储罐中，并使用泵将流体循环到电池堆中，电极由薄膜隔开。该膜允许阳极电解液和阴极电解液之间进行离子交换以产生电力。产生的功率取决于电极的表面积，而存储持续时间是电解质体积的函数。对于某些技术，功率和能量可以独立扩展，从而可以轻松定制电池。
在混合液流电池中，电活性材料在充电循环期间沉积在电极表面上，然后在放电期间溶解回电解质溶液中。对于混合技术，存储持续时间是电解质体积和电极表面积的函数。虽然大多数混合动力技术可以实现 6 到 12 小时的持续时间，但电力和能源并未完全脱钩。
液流电池可以配置为单槽（通常适用于较小的应用）或双槽（通常适用于较大的占地面积）。单罐系统通常采用锌或其他金属电池，而双罐系统则需要由盐水、铁、钒或其他矿物质组成的电解质。
液流电池系统设计根据应用和项目规模而变化。电表后面的商业系统通常是千瓦级的封装单元，可以放入典型的杂物间。对于 1 MW 至 5 MW 范围内的配电应用，根据存储持续时间要求，存在具有不同级别的可扩展性的集装箱式和/或模块化解决方案。正在开发的公用事业规模设计可能具有数百万加仑的电解液存储空间，因此该行业正趋向于将大量堆叠模块连接在一起并通过管道输送到大型现场安装的储罐。
与锂离子配置相比，动力组和系统平衡组件（例如管道、泵、密封件、冷却系统和控制仪表）需要更多的日常维护。然而，如果遵循日常维护指南，液流电池性能在项目生命周期内不应降低。将运营和维护 (O&M) 成本与抵消性能下降所需的锂离子容量增加成本进行比较时，液流电池的年度成本较低。
用例
尽管世界各地的特定电力市场和负载系数差异很大，但液流电池可以执行多种用例。更重要的是，液流电池可能比为特定应用设计的锂离子系统具有更大的用例灵活性。
专为深度放电而设计的锂离子系统如果每天循环多次或用于不同的应用（例如频率响应），则会表现出更大的性能下降（具有潜在的保修影响）。由于液流电池的性能不会降低，因此一旦安装系统，使用案例的限制就会减少。更重要的是，液流电池可以执行多种用例，具体取决于市场信号和能源管理系统功能。由于 ISO/RTO 存储市场发展的不确定性以及电网上资源组合的动态变化，业主可能更有信心液流电池资产能够在 20 至 30 年的项目寿命内保持市场相关性。示例用例包括：
套利
根据您的电力市场，套利可能是液流电池容量的最佳用例。特别是在高峰季节，批发电力市场的价格波动很快，随着电力成本开始飙升，大规模液流电池配置的可用容量可能变得经济。通过同步液流电池容量，使其快速可用，持续时间为六到八小时或更长时间，同时每千瓦价格处于峰值，可以实现可观的收入。
仪器仪表后面
商业规模的装置被部署在制造工厂、医院、校园甚至住宅区的电表后面，作为在收取溢价时削减电力需求的一种手段。根据当地公用事业公司提供的费率关税和需求响应能源削减计划，液流电池可以成为一种经济的选择，只需在自愿限电期间或当地费率较高时对电池进行放电即可降低能源成本。
伏特/无功支持
基于逆变器的发电，例如液流电池和锂离子电池，由于能够提供快速反应的电压支持，因此其性能与馈电电路上的同步电容器类似。连接到智能逆变器的液流电池能够根据需要产生或吸收无功功率来调节电网电压，从而提供配电网支持功能，特别是当系统是为电动汽车新兴的峰值充电需求而设计时。
可再生能源配对
液流电池和锂离子电池都正在成为有吸引力的选择，可以将可再生太阳能和风能资源的可用性延长到一天中的更多时间，以解决众所周知的间歇性问题。由于液流电池能够在更长的时间内提供电力，并且能够在不降低性能的情况下升压或降压，开发商和公用事业公司正在积极评估这些技术。
黑启动能力
通常，当发电厂关闭时，它将从电网获取电力，以提供重新启动大型发电机并使发电厂恢复全面服务所需的初始电力。然而，在大面积停电期间，当反馈电源不可用时，发电机启动可能需要现场黑启动装置。传统的黑启动发电机以柴油或天然气为燃料，但黑启动电力也可以通过扩大规模的电池来提供，以提供使工厂恢复运行所需的电力。
资源多样性
许多公用事业公司长期以来一直选择利用各种能源的资源规划策略，从传统的化石能源和核能发电到可再生能源和能源储存。通过融合锂离子电池和液流电池的有利特性，公用事业公司可以降低整个储能方案组合的风险。
液流电池技术必须克服的障碍
锂离子技术在当今的存储市场上占据主导地位，这是有充分理由的。但随着可再生能源市场渗透率的提高，越来越多的业主开始关注长期存储资产。
锂离子和液流电池技术的成本都在下降，而且很难预测价格何时何地会稳定下来。利用当今的技术，锂离子电池的单位成本（美元/千瓦时）通常会在 4 小时存储时间之后趋于平稳，因为必须添加更多数量的相同电池。
然而，随着存储时间增加到8至12小时，液流电池的单位成本持续下降。4 小时系统的电源模块与 12 小时系统的电源模块相同，因此增加液流电池的持续时间/能量的增量成本与向系统添加电解质有关。
图显示了比较 20 兆瓦、8 小时 (160 兆瓦时) 锂离子和液流电池系统的生命周期成本分析结果。该模型包括20年项目寿命的资本、运维和收费成本。计算并比较净现值 (NPV) 总计。
该分析基于以下关键假设：
■ 单一合同、全包式设计-采购-施工(EPC) 方法。
■ 不包括业主成本、退役成本、保险、税收和收入。
■ 成本基于 Burns & McDonnell 的经验和 2021 年可用技术的供应商信息，并不代表任何特定技术或原始设备制造商 (OEM)。
■ 包含20年的例行维护。基于最小的初始过度建设，包括锂离子技术的增强。
■ 流量系统的第一年往返效率值为 70%，锂离子系统的往返效率值为 84%。
■ 折扣率为8.5%。运维和能源成本的升级率为 2.5%。
凭借当今的技术，液流电池的资本成本几乎是类似尺寸的锂离子系统成本的两倍。随着存储时间的延长和使用寿命的延长，经济性也会提高，但以目前的定价来看，预计无法与锂离子电池持平。退役和回收成本可能有利于液流电池，因为电解质更容易回收或一次性（取决于技术类型），但这些成本仍在增加。随着流程原始设备制造商提高制造规模和供应链效率，以及EPC承包商获得现场经验，成本将继续大幅下降。尽管如此，随着锂离子电池成本的下降，液流电池正在追逐一个不断变化的目标。
与竞争性锂离子技术的庞大安装基础相比，当今液流电池技术全面渗透市场的主要障碍就是缺乏商业化。在短期内，可能会安装更多相对较小的液流电池设施，直到建立广泛的商业记录并证明用例、成本和投资回报。
