釩電池調(diào)研報告

釩電池調(diào)研匯報釩電池的概念及原理釩電池定義釩電池全稱為全釩氧化還原液流電池（VanadiumRedoxBattery，縮寫為VRB），是一種活性物質(zhì)呈循環(huán)流動液態(tài)的氧化還原電池。釩電池的特點(diǎn)能量存儲于電解液中，增長電解液儲罐的體積或者提高電解液的濃度均可增長電池容量。即對于相似功率輸出的釩電池，可根據(jù)需求任意調(diào)整容量。非常適合大容量儲能應(yīng)用；輸出功率由電池堆中參與反應(yīng)的面積決定，可通過增長或減少單電池和不一樣電池組串連和并聯(lián)調(diào)整滿足不一樣功率需求，目前美國商業(yè)化示范運(yùn)行的釩電池的功率已達(dá)6000kW；充放電不波及固相反應(yīng)，電解液的理論使用壽命無限，可以長期使用。鉛酸蓄電池充電過程中，溶液中的鉛離子轉(zhuǎn)化為固態(tài)氧化鉛沉積在電極表面，放電過程中固態(tài)氧化鉛電極重新溶解進(jìn)入液相，充放電過程伴隨極板物質(zhì)的液相/固相轉(zhuǎn)化。為了保證固態(tài)氧化鉛電極晶型的穩(wěn)定性，電池充放電程度需要嚴(yán)格控制；電極構(gòu)造的變化導(dǎo)致電化學(xué)性能逐漸劣化，原理上決定了有限的充放電循環(huán)和電池壽命；反應(yīng)速度快，可在瞬間啟動，在運(yùn)行過程中充放電狀態(tài)切換只需要0.02秒，響應(yīng)速度1毫秒；理論充放電時間比為1：1(實(shí)際運(yùn)行1.5-1.7：1)，支持頻繁大電流充放電，深度充放電對電池壽命影響不大，充放電狀態(tài)下電池正、負(fù)極活性物質(zhì)均為液相，不會出現(xiàn)鎳氫電池、鋰離子電池等蓄電池因電極上枝狀晶體的生長而將隔閡刺破導(dǎo)致電池短路的危險；電池堆可與電解液相分離，存儲于電解液中的能量可長期保留，不會因自放電損耗；能量循環(huán)效率高，充放電能量轉(zhuǎn)換效率達(dá)75%以上，遠(yuǎn)高于鉛酸電池的45%。電解液在充放電過程中不消耗，反復(fù)充放電不影響電池容量；能量的存儲量可以精確地測量出來；正負(fù)極使用同一種金屬離子的電解液，防止了電解液交叉污染問題，提高了電池的效率和壽命；電解液的流動性，可使電池組中各個單電池狀態(tài)基本一致，可靠性高；可以通過增長電解液或更換電解液的方式增長系統(tǒng)運(yùn)行時間。通過更換電解液，可實(shí)現(xiàn)瞬間再充電，類似于汽車加油；構(gòu)造簡樸，更換和維修輕易，使用費(fèi)用低廉，維護(hù)工作量?。豢扇詣臃忾]運(yùn)行，無噪音，無污染，維護(hù)簡樸，運(yùn)行成本低；可以同步對系統(tǒng)充電和放電，充放電方式可以根據(jù)不一樣的應(yīng)用需求進(jìn)行調(diào)整?？梢酝接幸环N或多種電輸入，也可以輸出多種電壓。如可以用串聯(lián)電池組的電壓放電，而充電則可以在電池堆的另一部分用不一樣的電壓進(jìn)行。系統(tǒng)使用壽命長，充放循環(huán)壽命可超過10000次，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于固定型鉛酸電池的1000次。目前加拿大VRBPowerSystems商業(yè)化示范運(yùn)行時間最長的釩電池模塊已正常運(yùn)行超過9年，充放循環(huán)壽命超過18000次；安全性高：釩電池?zé)o潛在的爆炸或著火危險，雖然將正、負(fù)極電解液混合也無危險，只是電解液溫度略有升高；除離子膜外，材料價格廉價，來源豐富，不需要貴金屬作電極催化劑，成本低。批量化生產(chǎn)后成本甚至低于鉛酸電池；電解液可長期使用，沒有污染排放，對環(huán)境友好。釩電池的工作原理全釩液流電池是一種新型儲能和高效轉(zhuǎn)化妝置，將不一樣價態(tài)的釩離子溶液分別作為正極和負(fù)極的活性物質(zhì)，分別儲存在各自的電解液儲罐中，通過外接泵把電解液泵入電池堆體內(nèi)，使其在不一樣的儲液罐和半電池的閉合回路中循環(huán)流動，采用離子互換膜作為電池組的隔閡，電解質(zhì)溶液平行流過電極表面并發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，通過雙電極板搜集和傳導(dǎo)電流，使儲存在溶液中的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能。這個可逆的反應(yīng)過程使釩電池可順利完畢充電、放電和再充電。釩電池的工作原理請見下圖。液流電池原理圖釩電池性能容量電池儲能系統(tǒng)（BESS）以其最大功率（kW）和所存儲的最大電能（kW·h）作為其容量原則。對于釩電池來說，這兩個指標(biāo)是相對獨(dú)立的?；旧?，電堆及PCS系統(tǒng)決定了系統(tǒng)功率，電解液濃度及體積決定了系統(tǒng)所能存儲的電量。釩電池一般實(shí)際能量密度約為20-30Wh/l，75kW·h容量大概需要2500-4000L電解液，等量放置在正極和負(fù)極液罐中。對于給定功率級別系統(tǒng)來說，儲能的增長成本重要是添加的電解液成本，在高的kW·h/kW的比例下，釩電池可以得到更好的應(yīng)用，一般設(shè)計儲能時間約為4-10小時。功率釩電池功率由電池在給定電流密度下的所體現(xiàn)出的電壓決定，對任何電化學(xué)電池來講，放電電流的增長都會導(dǎo)致電壓下降，當(dāng)反應(yīng)物被消耗時也會導(dǎo)致電壓下降。釩電池的開路電壓一般為1.55V（滿電）—1.25V（完全放電），電壓也會隨電解液構(gòu)成發(fā)生輕微變化，放電時平均電壓約為1.3V-1.4V。電池的電流容量由電極的表面積決定，面積越大，額定電流越高，在多數(shù)釩電池中實(shí)際可用的最大電流密度約為100mA/cm2，當(dāng)電流過大時，歐姆降產(chǎn)生的熱量也許會對電池組件導(dǎo)致?lián)p害。過充過放從電池化學(xué)角度來講，過充會對釩電池的電解液及電池組件產(chǎn)生不利影響，由于過充超過一定電壓時會產(chǎn)生水的電解，發(fā)生析氫和析氧現(xiàn)象，大多數(shù)電池都會設(shè)計為可將生成氣體迅速排放到大氣中，盡量減少在電池中累積的危險。與其他電池相比，釩電池在受過充影響方面還是具有一定的優(yōu)勢，由于通過各電池的電解液處在同樣的SOC狀態(tài)，單個電池的電壓與電堆的的平均電壓相似，因此可以自動的維持電池平衡。大多數(shù)釩電池都會包括控制系統(tǒng)，通過監(jiān)測參照電池的電位，來控制整體電池不會被過充。釩電池具有很好的過放性能?？臻g需求釩電池更適合應(yīng)用于對空間沒有過多限制的場所，近來的諸多設(shè)計致力于更有效的運(yùn)用空間，從而減少由此帶來的用地及基建成本。維護(hù)釩電池的評價壽命一般超過十年，在壽命期內(nèi)可以進(jìn)行比較少的維護(hù)，例如間隔6個月進(jìn)行一次可視的巡檢，每年進(jìn)行外部的清洗以及對螺栓扭矩的檢查，伴隨技術(shù)的不停成熟，可以將定期檢查的間隔加長。理論上，釩電解液不會發(fā)生老化及變質(zhì)，但在初期研究中提議在一定期間后對正負(fù)極電解液量進(jìn)行重新平衡以消除通過隔閡的水遷移帶來的影響，但近期研究認(rèn)為，通過補(bǔ)水來替代平衡液位更為必要，由于在長期的充電過程中電解液會發(fā)生失水。壽命電堆是決定釩電池壽命的關(guān)鍵部件，會隨時間發(fā)生性能衰減，需要進(jìn)行更新或更換，電堆內(nèi)限制壽命的部件為隔閡，會發(fā)生老化或破裂，過充則會使電極發(fā)生老化。按照每年1000次循環(huán)計算，電堆的期望壽命約為10-，泵的期望壽命也應(yīng)當(dāng)至少在10-，通過更換電堆，泵等其他部件，釩電池的期望運(yùn)行壽命超過。效率作為能量轉(zhuǎn)換裝置，在釩電池運(yùn)行過程中會有一定的能量損失，在計算電池性能時有一下幾部分損失需要考慮在內(nèi)：變壓器損失；PCS損失：該部分損失同負(fù)載以及PCS設(shè)計有關(guān)，大概在92%-96%，用于高電壓下PCS或運(yùn)行在較低切換頻率下的GTO型逆變器也許會獲得更高的效率；電池?fù)p耗：電池材料以及充放電過程中極化產(chǎn)生的歐姆降，會導(dǎo)致電池的損耗，DC-DC效率還同充放電倍率，溫度及使用年限有關(guān)，一般研究者認(rèn)為實(shí)際DC-DC效率約為70%到85%之間；附屬設(shè)施損耗：對于釩電池來講，附屬設(shè)施一般包括循環(huán)泵及空調(diào)（溫控）系統(tǒng)，根據(jù)應(yīng)用場所的不一樣，附屬設(shè)施所占的功率比例也不相似，例如假如在極端的氣候條件下，電池需要更多的功率用于加熱或冷卻系統(tǒng)。在考慮以上幾部分損耗的狀況下，釩電池的AC-AC循環(huán)效率一般會認(rèn)為在60%-70%之間。釩電池的系統(tǒng)組件電解液釩電池的兩種電解液都是由釩離子在極低pH值的硫酸溶液中構(gòu)成的，釩電池中的酸性水平同鉛酸電池基本相稱，電池中的酸度基于兩個目的，一是用于提高電解液中的離子導(dǎo)電率，此外是用來提供正極反應(yīng)中所需的氫離子。電解液可通過如下幾種工藝之一進(jìn)行制備，一般狀況下，將V2O5溶解在硫酸中，并在溶液中將其還原成VO2+和V3+；初始溶液一般為1-3mol釩離子溶解在1-2mol硫酸中，也有開發(fā)者聲稱可以制得在3mol硫酸中1.6mol硫酸氧釩的溶液，由于五氧化二釩在硫酸溶液中屬于微溶，因此在制備電解液過程中需要較為復(fù)雜且昂貴的化學(xué)及電化學(xué)處理工藝。Cellenium宣稱其可以使用一種相對簡樸，廉價的方式生產(chǎn)釩電池電解液。將五氧化二釩粉體，硫酸以及水持續(xù)的注入通過一種電解槽循環(huán)的釩電解液中。這種措施據(jù)稱可以比較廉價、以便的生產(chǎn)電解液，可以在線制備，節(jié)省了運(yùn)送和處理成本。伴隨溫度的減少，電解液會變得粘稠導(dǎo)致液體流速減少，從而減少了系統(tǒng)功率，尤其是在高SOC和低SOC狀態(tài)下。在另一種極端條件下，假如電解液在溫度超過40度較長的時間下，將會存在五氧化二釩在電解液中析出的風(fēng)險。因此電解液推薦的運(yùn)行溫度區(qū)間為0到40度。經(jīng)典的電解液為1.0-2.4mol釩離子在2.0-5mol硫酸中的溶液，酸度同鉛酸電池相稱，pH值約為0.1到0.5之間。電解液的體積比能量約為20Wh-30Wh/l。電極釩電池中的電極由高比表面積的碳材料構(gòu)成，這些材料可在較寬的電壓范圍內(nèi)使用，很少有析氫析氧發(fā)生，并且在酸性介質(zhì)中化學(xué)穩(wěn)定性較高，成本比較合理。碳材料的特性依賴于其加工措施及工藝。商業(yè)化釩電池大多采用由人造絲或聚丙烯晴高溫分解制得的炭氈或石墨氈。通過處理的炭氈可增長表面的反應(yīng)面積，而熱處理可以提高炭氈的結(jié)晶度和導(dǎo)電性。電極被放置在PVC框中，使用PVC重要基于其對酸的耐蝕性。釕可做為電極催化劑使用，鈮可涂覆在電極上用于防止析氫。離子互換膜每片電池中都會使用離子互換膜將兩個半電池隔開，互換膜在物理上將兩側(cè)的釩離子溶液隔開，防止自放電的同步，容許特定離子通過形成電流回路，有幾種隔閡可以在釩電池中使用，其中最常用的為杜邦的Nafion膜，該膜在燃料電池及其他電化學(xué)系統(tǒng)中使用；由AsahiGlass企業(yè)生產(chǎn)的Flemion、Selemion隔閡也被其他開發(fā)商采用，戴勒米克（Daramic）的隔閡也被考慮在該技術(shù)中使用。雙極板雙極板被用于將各單電池分隔開，同步在電路上將相鄰兩節(jié)電池連通，極板必須具有高導(dǎo)電性以及在強(qiáng)酸性介質(zhì)中的穩(wěn)定性，同步可以同電極材料之間以較低的接觸電阻進(jìn)行連接。大多數(shù)制造商使用特有的碳塑電極用作雙極板。電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)（PCS）電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)也稱逆變系統(tǒng)，絕大多數(shù)釩電池系統(tǒng)采用外購方式從專業(yè)生產(chǎn)廠商處選用PCS，例如：SatconTechnology為PacifiCorp在CastleValley的項(xiàng)目提供了逆變系統(tǒng)。在釩電池系統(tǒng)中，大多數(shù)項(xiàng)目使用了低壓的基于IGBT的逆變系統(tǒng)，該系統(tǒng)相對比較簡樸，性能很好，且可以到達(dá)95%以上的效率；在大系統(tǒng)高壓條件下，使用基于GTO的逆變系統(tǒng)則也許會到達(dá)更高效率。儲液罐釩電解液被存儲在電堆之外的獨(dú)立液罐中，儲罐材料必須在低pH值的環(huán)境下具有很好的耐蝕性。液罐最佳包括二次承接容器以防止液體泄漏。液罐一般采用既有的工程塑料或用于儲存汽油的玻纖容器來存儲電解液。電解液罐可由PVC或其他耐酸腐蝕材料涂覆玻纖構(gòu)成，在CastleValley項(xiàng)目中使用了原則的，現(xiàn)成的可用于存儲工業(yè)介質(zhì)的玻纖罐體，如下圖所示：圖CastleValley項(xiàng)目中所使用的電解液罐一般會使用雙層罐壁的電解液儲罐來將泄漏的風(fēng)險降到最低，并在罐體上安裝傳感器來檢測泄漏。也有某些安裝的釩電池系統(tǒng)，使用一組垂直的液罐來替代一種大罐，如下圖所示，為Tomamae風(fēng)場所使用的儲罐，這種方式的長處在于可以模塊化，便于生產(chǎn)或設(shè)計原則化的儲能系統(tǒng)，可在安裝區(qū)域留出空間，通過增長液罐數(shù)量來增長系統(tǒng)容量。圖Tomamae風(fēng)場項(xiàng)目中使用的儲液罐電堆大多數(shù)制造商采用螺栓壓力緊固PVC邊框的方式組裝電堆，電堆可進(jìn)行水平組裝，電流沿電堆的中心軸向流動，電解液則在循環(huán)泵的驅(qū)動下由電堆底部向上流動，并聯(lián)流入電堆內(nèi)部，經(jīng)電堆頂部出口流回電解液罐。下圖為住友電工（SEI）提供應(yīng)VRBPower用于CastleValley項(xiàng)目的電堆，電堆基本為立方體，三維尺寸約為：1.3m（長）*1m（寬）*1.1m（高）。電堆內(nèi)部液路為并聯(lián)設(shè)計，每個電堆設(shè)計為100個單電池串聯(lián)，額定電壓為140V，額定功率為42kW，峰值功率可達(dá)150kW。釩電池的應(yīng)用領(lǐng)域

VRB全釩液流儲能電池系統(tǒng)可以經(jīng)濟(jì)地存儲并按照需求提供大規(guī)模電力，重要模式是固定方式。它是一種長壽命、低成本、少維護(hù)、高效率的技術(shù)，支持電力與儲能容量的無級擴(kuò)展。VRB全釩液流儲能電池系統(tǒng)通過存儲電能實(shí)現(xiàn)供需的最優(yōu)匹配，對于可再生能源供應(yīng)商、電網(wǎng)企業(yè)和終端顧客尤為有效。

VRB全釩液流儲能電池系統(tǒng)可以應(yīng)用于電力供應(yīng)價值鏈的各個環(huán)節(jié)，可將諸如風(fēng)能、太陽能等間歇性可再生能源電力轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的電力輸出；偏遠(yuǎn)地區(qū)電力供應(yīng)的最優(yōu)化處理方式；電網(wǎng)固定投資的遞延，以及削峰填谷的應(yīng)用。VRB全釩液流儲能電池系統(tǒng)也可以作為變電站及通信基站提供備用電源得到應(yīng)用。VRB全釩液流儲能電池系統(tǒng)對于環(huán)境友好，在所有的儲能技術(shù)中對于生態(tài)影響程度最低，同步不以鉛或鎘等元素為重要反應(yīng)物。釩電池具有功率大、容量大、效率高、成本低、壽命長、綠色環(huán)境保護(hù)等一系列獨(dú)特長處，適合于大規(guī)模電能儲存，在風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、電網(wǎng)調(diào)峰、分布電站、軍用蓄電、交通市政、通訊基站、UPS電源等廣闊領(lǐng)域有著極其良好的應(yīng)用前景。

由于全釩液流電池可以保持持續(xù)穩(wěn)定、安全可靠的電力輸出，用于風(fēng)能、太陽能等可再生能源發(fā)電系統(tǒng)，處理其發(fā)電不持續(xù)、不穩(wěn)定特性；用于電力系統(tǒng)，可調(diào)整顧客端負(fù)載平衡，保證智能電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行；用于電動汽車充電站，可防止電動車大電流充電對電網(wǎng)導(dǎo)致沖擊；用于高耗能企業(yè)，谷電峰用，可減少生產(chǎn)成本。此外，它還可應(yīng)用于電信的通訊基站、國家重要部門的備用電站等。風(fēng)力發(fā)電風(fēng)能發(fā)電自身所固有的隨機(jī)性、間歇性特性，決定了其規(guī)?；l(fā)展必然會對電網(wǎng)調(diào)峰和系統(tǒng)安全運(yùn)行帶來明顯影響，必須要有先進(jìn)的儲能技術(shù)作支撐。

研究表明，假如風(fēng)電裝機(jī)占裝機(jī)總量的比例在10％以內(nèi)，依托老式電網(wǎng)技術(shù)以及增長水電、燃?xì)鈾C(jī)組等手段基本可以保證電網(wǎng)安全；但假如所占比例到達(dá)20％甚至更高，電網(wǎng)的調(diào)峰能力和安全運(yùn)行將面臨巨大挑戰(zhàn)。目前為了減少對電網(wǎng)的沖擊，每一臺風(fēng)機(jī)需要配置其功率4%的后備蓄電池。此外還需要大概相稱于其功率1%的蓄電池用于緊急狀況時風(fēng)機(jī)保護(hù)收風(fēng)葉用。

電網(wǎng)對風(fēng)電輸出平穩(wěn)性的規(guī)定已成為風(fēng)電發(fā)展的瓶頸。伴隨風(fēng)電的迅速發(fā)展，風(fēng)電與電網(wǎng)的矛盾越來越突出。假如需要平滑風(fēng)電90％以上的電力輸出，需要為風(fēng)電場配置20％左右額定功率的儲能電池；假如但愿風(fēng)電場還能具有削峰填谷的功能，將需要配置相稱于40-50%功率的動態(tài)儲能電池；假如風(fēng)機(jī)離網(wǎng)發(fā)電，則需要更大比例的動態(tài)儲能電池。

風(fēng)機(jī)目前使用的鉛酸電池容量小、壽命短、穩(wěn)定性差、維護(hù)費(fèi)時費(fèi)力、污染大，釩電池所具有的長處，完全可以取代既有的鉛酸電池，成為風(fēng)電場動態(tài)儲能系統(tǒng)的主體。

中國風(fēng)電資源經(jīng)初步探明10米高空約10億kW，其中陸上風(fēng)電資源2.35億kW，沿海風(fēng)電資源7.5億kW；擴(kuò)展到50米高空，是20億～25億kW。

根據(jù)國家中長期能源規(guī)劃，風(fēng)電裝機(jī)目的為400萬kW，萬kW。但實(shí)際上底中國風(fēng)電場所計裝機(jī)1215萬kW，當(dāng)年風(fēng)電新增容量625萬kW；中國風(fēng)能協(xié)會估計，全國新增風(fēng)電裝機(jī)為800萬kW，底合計裝機(jī)容量就將超過的規(guī)劃目的萬kW。估計中國風(fēng)電裝機(jī)會突破1億kW，將占到全國發(fā)電量的10%左右。

風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，尤其是我國的多數(shù)風(fēng)電場屬于“大規(guī)模集中開發(fā)、遠(yuǎn)距離輸送”，對電網(wǎng)的運(yùn)行和控制提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。大容量儲能產(chǎn)品成為處理電網(wǎng)與風(fēng)電之間矛盾的關(guān)鍵原因。雖然按照風(fēng)電調(diào)控最低規(guī)定計算，5%的風(fēng)電儲能比例，儲能電池的需求就將到達(dá)100萬kW，儲能電池的需求將到達(dá)500萬kW；假如需要平滑90％以上的風(fēng)電輸出，儲能電池的需求還要增長3倍以上。光伏發(fā)電全球太陽能安裝總量已合計達(dá)1500kW，當(dāng)年新裝容量到達(dá)了550萬kW以上，其中80%以上位于歐洲。全球新安裝的光伏發(fā)電系統(tǒng)將到達(dá)400萬kW左右，大多數(shù)都在德國。德國將安裝150萬kW，意大利為58萬kW，尚有30-40萬kW未來自西班牙、加州和日本。中國太陽能電池產(chǎn)量到達(dá)約260萬kW，占世界產(chǎn)量的32.9%，但當(dāng)年中國的光伏電池安裝量只有4萬kW，估計中國太陽能發(fā)電裝機(jī)容量計劃到達(dá)萬kW。

光伏發(fā)電依賴于太陽光，目前大型光伏發(fā)電場重要采用的是并網(wǎng)發(fā)電，對電網(wǎng)的調(diào)峰能力有比較高的規(guī)定，目前我國電力系統(tǒng)煤電比例較高，核電和熱電機(jī)組不能參與調(diào)峰，水電、燃?xì)獍l(fā)電具有比很好的調(diào)峰性能，但所占比例不高，假如光伏發(fā)電占的比例大了，會給電網(wǎng)調(diào)控導(dǎo)致非常大的困難。

光伏發(fā)電系統(tǒng)中儲能電池的作用是貯存太陽能電池方陣受光照時發(fā)出的電能并可隨時向負(fù)載供電。光伏發(fā)電對儲能電池的基本規(guī)定是：a.自放電率低；b.使用壽命長；c.深放電能力強(qiáng)；d.充電效率高；e.少維護(hù)或免維護(hù)；f.工作溫度范圍寬；g.價格低廉。

目前與光伏發(fā)電相配套的儲能重要是鉛酸電池，由于功率、容量、壽命都不能滿足光伏發(fā)電配套需求，釩電池將作為未來光伏發(fā)電儲能電池的首選。電網(wǎng)調(diào)峰電網(wǎng)調(diào)峰的重要手段一直是抽水蓄能電站。由于抽水蓄能電站需建上、下兩個水庫，受地理?xiàng)l件限制較大，在平原地區(qū)不輕易建設(shè)，并且占地面積大，維護(hù)成本高。

為應(yīng)對都市尖峰負(fù)荷，電力系統(tǒng)每年都要新增大量投資用于電網(wǎng)和電源后備容量建設(shè)，但運(yùn)用率卻非常低。以上海為例，—間，為處理全市每年只有183.25小時的尖峰負(fù)荷，僅對電網(wǎng)側(cè)的投資每年就超過200億元，而為此形成的輸配電能力的年平均運(yùn)用率不到2％。

采用釩電池取代抽水蓄能電站，大容量儲能電池應(yīng)對都市尖峰負(fù)荷，不受地理?xiàng)l件限制，選址自由，占地少，維護(hù)成本低。還可提高能源運(yùn)用效率，為國家節(jié)省巨額投資，其節(jié)地、節(jié)能、減排的效果是其他調(diào)峰措施無法比擬的。通訊基站通信基站和通信機(jī)房需要蓄電池作為后備電源，且時間一般不能少于10小時。對通訊運(yùn)行商來講，安全穩(wěn)定可靠性和使用壽命是最重要的，在這一領(lǐng)域，釩電池有著鉛酸電池?zé)o法比擬的先天優(yōu)勢。

釩電池和鉛酸電池相比，在網(wǎng)絡(luò)通信應(yīng)用中優(yōu)勢明顯：壽命長，維護(hù)簡樸，能量存儲穩(wěn)定、控制精確、自放電少，可便捷調(diào)整能量的存儲量，總體使用成本低。

釩電池在通信應(yīng)用中能量存儲成本低的優(yōu)勢明顯。通信網(wǎng)絡(luò)中的基站動力系統(tǒng)中一般使用柴油發(fā)電機(jī)，在停電時提供長時間動力。柴油機(jī)在備用動力系統(tǒng)投資中占了很大一部分，并且需要持續(xù)不停的機(jī)械維護(hù)以保證其可靠性；在實(shí)際應(yīng)用中，柴油機(jī)的運(yùn)用率很低，因此其單位時間的使用成本比較高；系統(tǒng)中常常使用的鉛酸電池由于自放電的原因，也需要常常維護(hù)。

釩電池完全可以替代動力系統(tǒng)中的鉛酸電池和柴油機(jī)的動力組合，提供高可靠性的直流電源的能量存儲處理方案。釩電池還可以很好地與網(wǎng)絡(luò)通信領(lǐng)域使用的地理分布很廣、數(shù)量眾多的太陽能電池進(jìn)行很好的匹配，替代目前太陽能供電系統(tǒng)中一般使用的鉛酸電池，減少維護(hù)量，減少成本，提高生產(chǎn)率。UPS電源中國經(jīng)濟(jì)的持續(xù)高速發(fā)展帶來的UPS顧客需求分散化，使得更多的行業(yè)和更多的企業(yè)對UPS產(chǎn)生了持續(xù)的需求。釩電池相對于鉛酸電池，在功率、安全穩(wěn)定性、使用壽命上均有著絕對優(yōu)勢。

釩電池作為一種單一的能源存儲元件可以針對不一樣需求同步提供多種不一樣的電壓，相對于老式串聯(lián)型鉛酸或鎳鎘電池，這種優(yōu)越性是明顯的。分布式電站大型電網(wǎng)自身的缺陷，難以保障電力供應(yīng)的質(zhì)量、效率、安全可靠性規(guī)定，對于重要單位和企業(yè)，往往需要雙電源甚至多電源作為備份和保障。分布式電站可以減少或防止由于電網(wǎng)故障或多種以外時間導(dǎo)致的斷電。醫(yī)院、指揮控制中心、數(shù)據(jù)處理和通訊中心、商業(yè)大樓、娛樂中心、政府要害部門、制藥和化學(xué)材料工業(yè)、精密制造工業(yè)等領(lǐng)域是分布式電站發(fā)展的重點(diǎn)領(lǐng)域，釩電池可以在分布式電站的發(fā)展中發(fā)揮重要作用。軍用蓄電釩電池還可以在軍事基地、指揮中心等軍事部門的軍用蓄電發(fā)揮重要作用。國外應(yīng)用案例美國猶他州CastleValley項(xiàng)目項(xiàng)目概況CastleValley項(xiàng)目由PacifiCorp負(fù)責(zé)，PacifiCorp為一種電力運(yùn)行商，重要服務(wù)在西部六個州。猶他州的CastleValley位于其服務(wù)區(qū)域內(nèi)，相對較為偏遠(yuǎn)的一種區(qū)域。由于該區(qū)域使用的25KV電纜總長度為209英里，影響了其電力質(zhì)量及可靠性，常常會接到投訴，此外，新增的大量負(fù)載影響了既有顧客的電壓穩(wěn)定性。假如在該區(qū)域內(nèi)使用老式的處理措施來增長容量或改善服務(wù)質(zhì)量，則會使成本大量增長，重要原因是地區(qū)比較偏遠(yuǎn)，因此PacifiCorp考慮使用其他措施來實(shí)現(xiàn)。PacifiCorp選擇使用釩電池來處理該問題。規(guī)格為250kW*8h，電池系統(tǒng)于交付，并于開始運(yùn)行，通過的夏季用電高峰時期運(yùn)行，成功驗(yàn)證了其調(diào)峰功能以及調(diào)壓功能。9月，對PCS系統(tǒng)進(jìn)行了一次升級，增大其功率級別，1月，對電堆進(jìn)行了更換，以獲得更高的功率及更好的效率。CastleValley項(xiàng)目設(shè)計示意圖上圖為CastleValley項(xiàng)目的設(shè)計示意圖，系統(tǒng)占地約為3800平方英尺（353m2），設(shè)施包括空調(diào)系統(tǒng)（HVAC）以保證5-40℃的優(yōu)化運(yùn)行溫度范圍。該項(xiàng)目運(yùn)行期間曾對電堆及逆變器進(jìn)行了更換，電堆進(jìn)行更換的重要原因是為了獲得更高的電堆效率并減少泄漏風(fēng)險，在進(jìn)行電堆更換后，系統(tǒng)的DC-DC效率為78%，有所改善；而對逆變器的更換重要是由于其輸出功率達(dá)不到設(shè)計規(guī)定，將原有的250kW逆變器更換為350kW逆變器。系統(tǒng)效率分析該項(xiàng)目為釩電池相對初期的示范項(xiàng)目，不能認(rèn)為釩電池技術(shù)的經(jīng)典代表，但從其成果可以看出環(huán)境條件以及系統(tǒng)設(shè)計會怎樣影響系統(tǒng)效率，同步，可以通過什么手段對效率進(jìn)行提高。CastleValley項(xiàng)目的釩電池是在每天確定的時間段內(nèi)進(jìn)行充電和放電，在秋冬季節(jié)的用電高峰期，電池的使用計劃會受到負(fù)載狀況影響。CastleValley項(xiàng)目中釩電池在第一年內(nèi)實(shí)際運(yùn)行的AC-AC效率，效率大概在34%-55%之間，總體平均效率約為45%。其中，11月份較低的能量效率是由于電池充電完畢后沒有立即進(jìn)行放電，自放電導(dǎo)致容量有一定損失。VRBPower為提高系統(tǒng)效率，對效率損耗進(jìn)行了深入的分析，分析表明，損失重要來源于三個方面：系統(tǒng)自身負(fù)載，電池充放電損耗以及PCS損耗，系統(tǒng)負(fù)載在運(yùn)行損耗中占據(jù)了很大比例，重要包括冬天供熱，夏天制冷以及泵損耗等。重要原因是該項(xiàng)目位于猶他沙漠，氣候相對比較極端，冬天需要供熱，夏天需要制冷，項(xiàng)目建設(shè)并沒有考慮環(huán)境影響，頂部為開放式，因此夏天外部環(huán)境溫度到達(dá)55度時，雖然電池沒有運(yùn)行，也需要很大的制冷量對電解液進(jìn)行了冷卻。但VRBPower相信通過合理的建筑設(shè)計以及絕熱設(shè)計，可以減少這一部分損耗，這方面的改善已經(jīng)在KingIsland項(xiàng)目以及北海道項(xiàng)目中得到了印證。電池的效率在一年內(nèi)約為63%-77%之間，在年末時VRBPower將電解液釩離子的濃度由1.6M提高至1.7M來改善系統(tǒng)效率，VRBPower但愿通過這一措施來將AC-AC效率提高3-4個百分點(diǎn)，此外，通過調(diào)整負(fù)載以及增長電堆來減少電流密度可以將電池能量效率提高11%左右，VRB但愿通過一系列措施包括減少PCS損耗等，使系統(tǒng)的AC-AC效率在未來可超過70%。澳大利亞KingIsland項(xiàng)目KingIsland是位于塔斯馬尼亞的一種小島，共1500人，無大型工業(yè)設(shè)施，白天總用電需求約為3-3.5MW，晚上約為1MW。老式電能由柴油發(fā)電機(jī)提供，但較高的運(yùn)油成本促使當(dāng)?shù)卣紤]其他替代措施包括風(fēng)力發(fā)電等。，澳大利亞政府配置了兩臺850kW的Vestas風(fēng)機(jī)以及200KW的釩電池系統(tǒng)（PinnacleVRB）。釩電池系統(tǒng)由6臺SEI生產(chǎn)的電堆構(gòu)成，規(guī)定可在200kW額定功率下穩(wěn)定運(yùn)行4小時，400kW輸出功率時可支撐超過10s。項(xiàng)目在運(yùn)行期間曾發(fā)生堆損壞現(xiàn)象，其中包括電堆的端電極所在的雙極板泄漏，#03-001電堆的C子堆中出現(xiàn)裂紋導(dǎo)致的泄漏以及#03-009電堆的B子堆的隔閡也許被損壞。住友電工與VRBPower等有關(guān)人員就此進(jìn)行了會談和討論。端電極所在的雙極板泄漏應(yīng)當(dāng)是粘接處的開裂導(dǎo)致的，開裂的也許原因重要則是不一樣材料之間熱膨脹系統(tǒng)相差較大以及粘接處的應(yīng)力集中等。在#03-001號C子堆中邊框的裂紋，認(rèn)為也許的原因包括邊框生產(chǎn)質(zhì)量以及電堆在運(yùn)送過程中受到不妥處理而導(dǎo)致?lián)p壞等。測試的成果表明#003-009的庫倫效率較低，為92.5%，通過自放電測試發(fā)現(xiàn)應(yīng)當(dāng)是B子堆存在問題，也許是內(nèi)部隔閡遭到了破壞，住友電工對此子堆進(jìn)行了更換。