全钒液流电池与锂电池混合储能站的技术分析与案例

储能技术被广泛应用于电网供电波动调节以及作为应急能源使用，在有效解决可再生能源发电所存在的间歇性、波动性、随机性等问题的基础上，能够为电网提供快速响应容量，缓解弃风弃光问题，成为大量可再生清洁能源接入电网最可行的解决方案之一。在新能源分布式发电技术不断发展和新能源汽车的广袤前景下，储能产业也将迎来发展高峰，其中全钒液流电池与锂电池混合储能具有相当优势优势，发展迅速。

一、目前主要储能方式

目前，主要的储能方式可以分为机械储能（抽水储能、飞轮储能、压缩空气储能）、电磁储能（电容器储能、超导储能）和电化学储能（锂电池储能、液流电池储能）。抽水储能和压缩空气储能具有容量大、成本低的特点，但其特殊安装环境限制了其在城市中的布局；飞轮储能具有高功率密度，但能量密度低、噪声大；电容器储能和超导储能响应速度快，但容量密度低、成本高，限制了其发展。

而电化学储能借助化学能和电能的相互转化通过电池的充放电进行能量长时间存储，并且可以根据用电需求进行储电容量配置。目前，电化学储能在能量容量和寿命上均有一定优势，并且技术成熟，设备体积小、不受地域条件限制、安装方便，无疑是未来配备快速充电站的储能系统的能量型储能首选。下表展示了不同储能方式的主要性能与成本对比[1]。

表1 不同储能方式的主要性能对比[1]

表2 不同储能方式的成本对比[1]

二、全钒液流电池与锂电池储能及混合储能优势

蓄电池储能技术中锂电池储能由于其优异的比容量、高比功率、污染小、长循环寿命以及自放电小的特点，是当前电动汽车储能系统的最佳选择，但其在大倍率以及频繁充放电会造成电池不可逆的容量衰减，从而导致电池的加速老化，这是锂电池目前正在研究克服的挑战与难关。而全钒液流电池（VRB）的突出特点为功率大、容量大、寿命长、安全性高以及具有稳定的充放电性能，其储能效率可最高达90%，并且可以与分布式电源配合，实现不连续能源发电的电能存储。与常规蓄电池储能不同，液流电池活性物质分布在不同储液罐中，因此可以突破常规电池容量限制，使其具有大规模接入电力系统的独特优势。

国际研究机构Navigant对混合系统定义是：结合两种及以上的互补操作特性的储能技术的稳定储能系统。而在在全钒液流电池和锂电池中，两种储能技术具有的各自优势，即锂电池的高比功率，全钒液流电池的高容量，再结合成本、技术成熟度、效率以及寿命等因素，全钒液流电池与锂电池混合储能综合来说可以较好地满足电力系统对储能系统的要求，使得储能系统同时具有高电力和高能效的特点。当然，也有不少研究尝试将蓄电池储能和超级电容器储能进行结合的混合储能方式，目前也进入了示范站建设初期阶段，在未来也有非常大的发展空间。不同蓄电池储能技术比较如下表所示[2]。

表3 不同蓄电池储能技术比较[2]

三、全钒液流电池和锂电池混合储能站

目前，全钒液流电池和锂电池混合储能站的建设已取得较大进展，目前处于示范站建设阶段。2021年12月，国内的国家电投海阳储能示范项目电站并网试运行，项目占地46亩，总投资约4.4亿元，设计总容量101兆瓦/202兆瓦时，其中磷酸铁锂电池储能100MW/200MWh，全钒液流电池储能1MW/2MWh。同期，山西省发改委也对首批“新能源+储能”试点示范项目进行了公示，其中“磷酸铁锂+全钒液流电池”的混合储能站建设项目有3项，约占全部项目的1/5。

国家电投海阳储能示范项目电站

国外方面，英国牛津超级能源枢纽项目（ESO）于2021年12月进入带电调试阶段。ESO将50MW/50MWh的锂离子电池系统和2MW/5MWh全钒液流电池系统结合，是迄今为止最大的全钒液流电池和锂电池混合储能站，并且将于不久在英国市场开始交易。

英国牛津超级能源枢纽项目（ESO）

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