谢滨欢：锌基液流电池——低成本高安全的长时储能电池

编者按：2023年9月12-14日，以“绿色 持续 共生 向新”为主题的“第五届未来能源大会”在江苏常州武进召开，本次大会由中国能源研究会与中国能源网联合主办。会上，纬景储能科技有限公司产学研高级专家谢滨欢发表了《锌基液流电池——低成本高安全的长时储能电池》的主旨演讲。

以下内容根据论坛演讲实录进行整理。

谢滨欢：在场的各位来宾，各位嘉宾，大家上午好!非常荣幸，也非常高兴在这里跟大家做一些关于清洁能源技术的分享，我是来自维景储能的谢滨欢，是在上海做锌基液流智能制造的一家企业。

说到清洁能源不得不提到双碳目标，双碳目标大家都比较熟悉，这个里面我们比较关注的是双碳目标里面对咱们国家的挑战，这个挑战，我们认为先看一下双碳目标，双碳目标大家都知道是3060，30是碳达峰，60是碳中和，但是碳要降下来，但是经济不能跟着碳降下来，所以紫色这条线就是GDP的增长曲线。我们认为GDP的经济要一直持续地发展，这个曲线是向上的曲线。黄色是电力消耗的曲线，通常都是根据经济增长是呈比较正比的关系，所以电力消耗持续有上行的趋势。

但是我们的碳达峰要求碳降下来，实际上碳的来源目前70%还是产生电力的，所以我们的目标就是怎么样让这两条曲线脱钩，我们看一下现在不同的行业里面碳排放的占比。

电力占到了将近一半，45%的比例，我们要完成双碳目标，对能源结构要做出大刀阔斧的改革，尤其是电力能源的结构，既要保障日益增长的电力供应，又要满足绿色低碳的要求，这里面有双重的压力和挑战，用电量的剧增同时满足双碳的目标。

所以能源结构的改革势在必行，我们看一看现阶段电力能源的结构，这个是来自《新型电力系统发展白皮书》当中对于2022年全国各类电源装机和发电量的占比，可以看到现在火电的高碳能源占据着半壁江山。所以在双碳目标下必须大幅度地提高清洁能源的占比，构建新型电力系统，这里有一个比喻，我觉得比较形象就是对于新型能源体系安全是前提，清洁低碳是方向，新能源是主力军，新型电力系统是主战场。

刚刚说要大幅度提高清洁能源的占比，到底要提高到什么程度才能比较完美的实现双碳目标呢?这里有一个统计，这是来自一些公开数据的整理，说我们要完成3060双碳目标，首先到2025年倒推过来，非化石能源、清洁能源的占比要达到30%，到2030年到50%，到2060年要超过80%，这样才能够比较完美的实现双碳目标。

这么高清洁能源的占比，会带来什么问题呢?我们说风电和光伏的规模应用是有一些痛点的。新能源发电有天生的随机性和不稳定性，右上角的这张图片是典型的热风光的曲线，可以看到波动非常强，或者说光伏的发电，白天阳光比较强烈的时候，发电就会比较高，晚上没有光了就不发光了，所以这种天生的随机性和不稳定性，就会造成新能源发电输出功率频繁的变化，会造成电压的波动和闪变等等。这些难以控制的因素，往往会对现有的传统电力系统造成比较大的冲击。除此之外，包括风光出力和用电峰谷不太匹配，也会造成弃风、弃光。解决方案是什么呢?《新型电力系统发展蓝皮书》里面也提到了要提升电力系统的灵活性，构建安全高效、清洁低碳、柔性灵活、智慧融合的新型电力系统，同时在今年7月份，中央深改委会议当中又强调了深化电力体制改革，要构建灵活智能的新型电力系统，不管是灵活还是柔性灵活、灵活智能都强调了灵活、柔性的电力系统。

灵活、柔性的电力系统里面储能就是重要的环节，这里展示的是传统的“源网三者”的电力系统，源就是电源侧、发电侧，网就是电网侧，到了用电端就是用户侧，就是源网和三者，未来我们要构建柔性灵活的电力系统，就要在这三个环节当中加入储能的环节，因为储能可以大大提高每一侧的灵活性和柔性。

电源测采用风光+储能就可以大幅度提高清洁能源利用效率。用户侧可以把储能作为“超级充电宝”做能量时移和削峰填谷的作用。

新能源到底占比多少配上储能呢?国际能源署给出指导意见，当新能源占比超过15%之后，其实对电网的冲击就会比较大，就需要引入储能。咱们国家现在到了哪个阶段呢?2023年上半年通过一些公开数据的发布，中国全社会用电量当中风光发电量的占比已经超过了15%，达到了接近17%的比例，所以目前来讲储能就变成比较刚需的环节。

现在储能既然变成刚需，有没有问题呢?有挺严重的问题，我这里写了一个字就是“贵”，这个挑战非常大，非常贵，这边是一个能源的“不可能三角”，这个“不可能三角”展示了咱们对理想能源的一些追求，就是希望一种能源既能够供应安全，又能够绿色低碳，同时能够价格可及。

我们看到左边，咱们国家的资源禀赋是“富煤平油少气”，石油和天然气紧扣的依赖度非常高，目前国家的电力主要来自于煤炭，煤炭的储量相对比较丰富，所以对咱们国家的战略来说，可以满足供应安全，同时价格比较平价，现在煤电上班的度电成本是4毛钱左右，价格还是可及的，但是最大的问题就是不满足绿色低碳，非常的高碳，所以要减少煤炭发电的比例，用风光发电，但是风光发电目前如果单纯的风光发电来说，自己发电的成本已经很低了，可以低到1毛钱到2毛钱左右非常低的水平。但是如果将来风光配上储以后，目前风光配储的成本是差不多1块钱，这是不太承受得了的成本，未来的目标就是风光配储之后的成本能够跟现在的煤炭发电的成本一致，或者说比现在煤炭的发电成本更小一些，到4毛钱以下，3毛多的程度，就可以比较好地解决能源的“不可能三角”，变成能源的“可能三角”，所以这是目前比较大的挑战。

刚刚说到储能，变成了一个刚需，而且非常有必要，同时也有挑战，从去年下半年开始，整个国家层面、地方层面，包括政策层面都对储能有一些非常多的关注和特别大力的支持。去年年底的中央经济工作会上，习近平主席就提出了“要统筹布局电力的源网荷储，加快建立新型电力系统”，在前段时间的全国生态环境保护大会上又重申了这个观点，我们要构建清洁低碳、安全高效的能源体系，加快构建新型电力系统。

今年李强总理多次调研了储能企业，一次是4月份调研了海博思创，第二次是6月份调研了大连融科，这里提到了液流电池对于能源转型的重大意义。

除此之外，中央在其他工作会议上也多次强调了储能设施建设对新型电力系统和能源安全的重要性。

这是我们自己统计的2021年上半年到现在，国家层面和地方层面直接跟储能相关政策出台的数量，主要想要表达一下出台的数量和密度都非常高，尤其是从2022年下半年开始到现在，基本上是处于一个直线上升的水平，可以看到储能的重要性以及国家对于储能支持的力度。

这里展示了比较典型的广东省，在《广东省推动新型储能产业高质量发展的指导意见》里面，是第一个在地方层面里面提到了万亿储能产业概念的政策，提到2027年全省新型储能产业营收达到1万亿元，装机规模达到400万千瓦，这个政策出来以后，在储能行业里面引起了非常大的关注。

我们测算了一下，到底中国储能设备市场的规模有多少，为什么地方层面就可以在一个省级就可以提出万亿储能的政策里面，这个里面我们是比较保守的估算，按照政策目标的非化石能源占比，到2025年30%推算到非化石能源的发电量、装机量，按照配20%的储能来算，这样算下来的话，我们仅仅到2025年中国的发电侧的储能就拥有超过1万亿人民币的市场了。这个里面刚刚说到是保守的估算，一是按照政策目标的占比，实际的比例应该会大于政策的目标，同时我们只算到了发电侧，现在电网侧和用户侧的储能市场蓬勃发展，所以到2030年市场规模会超过10万亿，甚至比10万亿还要更多一些。

我们看一下现在新能储能产业发展趋势是到了哪个点呢?这里引用了比较经典的生命周期理论，我们认为目前的新型储能产业在咱们国家是到了验证期到成长期，成长期到爆发的阶段，未来要经历哪些变化或者哪些成长和发展呢?一是技术路线会多点开花，二是各类技术会趋于成熟，三是产业链趋于完善，四是降本增效速度加快，五是规模占比越来越大，六是应用场景更加多元，七是行业壁垒逐渐提高。

我们看看国内储能建设发展路径是什么?《新型电力系统发展蓝皮书》当中明确了储能侧的发展路径实际上从短时到长时，从日内平衡到日以上的平衡，以及到覆盖全周期的多类型储能协同运行的路径。

除了国家之外，全世界各国都在大力发展长时储能的技术，以美国为例，也是来自《新型电力系统发展蓝皮书》当中，2025年美国储能预计功率是2亿千瓦，容量是12亿千瓦时。不同时长的储能配置可以看到基本上4小时以上的储能就是长时储能，超过4小时、6小时、8小时的储能的配置到2050年美国会占到78%非常高的比例。所以这个长时储能对于提高电力系统的调节能力和消纳能力是非常重要的。

为什么是必需和重要的呢?4小时以上的长时储能将成为新能源的最佳搭档，是因为我们的可再生能源并网的比例会逐渐提升，这是一个典型的一天用电的负荷，这是典型的光伏发电的曲线，这个是风电的曲线，我们把光伏和风电的曲线做一个加和，和用电负荷做一个对比就可以发现，现在在主要发电时段和高峰用电时段有错位，存在4小时以上的供需落差，所以相较于短时储能，长时储能确实才会更好的实现电力平移，起到平衡电力系统规模化、存储电力的作用。

同时，在咱们国内的地方政策里面，4小时以上的长时储能的需求也已经成为趋势，这里罗列了一部分，在政策里面提出了4小时以上的储能需求的政策，可以看到目前主要集中在风光资源比较丰富的地区，但是未来这个趋势一定会非常快速地有一个蔓延的趋势。

这个是来自赵天寿院士的报告，长时储能这么重要，目前长时储能有什么要求?这是比较典型的三类适合长时储能，并且技术比较成熟的长时技术路线，包括抽水储能、压缩空气储能、锂电池储能。

抽水储能和压缩空气储能这两类物理储能实际上都是抽水，水和压缩空气，一个电能跟水势能互相的转化，压缩空气是电能和空气内能的转化，它们共同的特点就是能量载体、水和空气都是可流动的流量和功率是解耦的，这个对于长时储能非常重要。但是抽水蓄能和压缩空气储能通常来讲都会受到地理条件的限制，我们就看不太受地理条件限制的锂电池储能，锂电池储能是电能和化学能的相互转化，但是问题是第一能量载体不可流量，二是容量和功率是强关联的，所以我们现在就要讨论不受地域限制的电化学储能，怎么样能够像抽水蓄能和压缩空气储能一样的实现长时储能的要求呢?

这里罗列了比较常见的各类的储能技术的应用场合，我们可以看到液流电池就是其中比较好的解决方案，可以满足长时储能需求，也是电化学的储能技术。什么是液流电池呢?它是大规模的电化学储能装置，跟锂电不一样，锂电可以做动力电池，当然它也是从动力电池来的，液流电池不能做动力电池，也不能做非常小型化的，这是跟锂电不一样的。但是液流电池优势和特点是在于它是反应的活性物质是存储在左右两个正负电解液当中，是利用正负极两侧溶液当中的活性物质的氧化还原状态的改变，可逆的氧化还原反应实现充放电。所以右边这两幅图片是我们产品的形态，基本上都是长这样，上面放电堆，下面就是电解液，下面放的是容量模块，上面放的是功率模块。这样的设计或者这样反应的原理就使得功率和储能容量设计是相对独立的。

这里有一个更详细的展示，液流电池的功率和容量解耦的，这个解耦可以使得这个容量的边际成本比较低，首先看这个功率与容量解耦的意思，最左边上面的图片，液流电池怎么调节输出功率呢?如果增加输出功率，我可以不改变储罐和电解液，我只要增加电池模块就可以了。如果增加容量的话，我电池的模块可以不用变，只要增加储罐和电解液就可以了，这就是为什么功率和容量解耦的原因和解耦的方式。

容量边际成本低就是源于解耦，最右边展示的这个图片，这个单位没有实际的意义，就是做一个展示。上面弯曲的曲线是液流电池的曲线，下面是功率和容量强相关的曲线，这个意思就是说最最开始，我们到了4小时，4小时之前，趋势液流电池投入的成本是高于强关联的锂电，大于4小时，或者不一定4小时，或者某一个时间点以后，因为容量边际成本会下降，就是容量大了之后，因为不需要动电池的模块，所以在交点交集之后，成本就下降了这个就是容量边际成本低，并且更适合长时储能的原因。同时有一个非常大的优点，就是本质安全，本质安全就是完全没有燃爆的风险，因为水质电解液，不可燃，没有燃烧和爆炸风险，所以液流电池就非常适合于大规模和大容量的长时储能的应用场景。

安全性和经济性是制约储能产业发展的两个关键核心因素，安全是命脉，国内外的储能电站起火爆炸事故时有发生，大家都比较熟悉，对于电力系统来讲，安全一定是重中之重，所以安全是命脉。液流电池因为是本质安全的，所以在安全上面没有任何问题。经济性是最关键的问题，所以现在要提高经济性是液流电池发展的关键要素，经济性是动力，LCOS就是全生命周期度电成本，降低LCOS是提高储能经济性非常关键的因素。我们从公式里面看到如何降低度电成本，我们知道提高循环寿命，提高系统效率，降低资本的投入，这些都是我们降本比较关键的路径。

现在液流电池是处在什么样的发展阶段呢?我们把储能的技术，做一个排队，第一梯队、第二梯队、第三梯队，第一梯队是抽水蓄能，最成熟。第二梯队就是新型储能里面的电化学储能、锂电、压缩空气等等，液流电池就处于第二梯队里面商业化的初期，我们看看占比就可以看到，这是来自国家能源局截至今年6月底统计的数据，中国新型储能装机规模占比，锂电占到了97%绝对的主体地位，剩下的3%里面，液流电池只占到1.1%，刚刚分享了液流电池的趋势，所以我们说液流电池虽然目前处于商业化初期，但是前景非常广阔。

接下来简单过一下维景储能在做的事情，我们做电池本体，这个是电池的形态，最主要的特点，除了液流电池都有的本质安全，适合长时之外，最大的特点就是技术的成本比较低，因为我们用的是锌和铁价格比较稳定的原料，让我们电解液的成本在系统里面的占比比较低，也非常的有利于我们降低储能系统的成本。

安全性，这里也引用了美国消防协会安全等级评估，数字越高越危险，数字越低越安全，可以看到液流电池是一个不燃不爆的技术。

(如图)这是我们目前在全国的布局，总部和研发中心都在上海，北京有办公室，第一条产线是在江苏盐城，在珠海“超G工厂”也已经开始投产了，临沂的“超G工厂”，并且在宜昌、赣州、三明“超G工厂”都已经开工和规划完成了。

这里展示的是第一条在盐城的智能制造产线正式启用视频，是今年1月份启用的，那个时候液流电池还没有发展到现在这么受关注和蓬勃发展的阶段，那个时候液流电池的智能制造产线更没有先例，当时做这条产线还是花费了很多的功夫和精力，我们就做出来了，这条产线非常好的做快速的迭代以及对于其他超G工厂的复制。

这是在珠海的“超G工厂”全面投产之后，产能可以超过6WGh，现在是市场逐渐投产的阶段，这个是山东临沂吉瓦级工厂，今年10月份会投产。

我们之所以规模化的生产，因为规模化生产才能带动上下游产业链的降本，我们也可以助力生态合作伙伴在能源和生态的价值链上一起取得更大的商业回报。

这是我们之前的项目，这是第一个在江西上饶2021年10月份并网成功的光伏配储的项目，这个是山东日照的光伏配储的项目。维景储能这几年发展过程当中，获得了各种各样的荣誉，就不一一的说了，我们也担任了上海市未来产业新型储能专委会的执行副主任，并且入选了第三批国家能源领域首台(套)重大技术装备(项目)名单，这个对我们来说是非常大的鼓励，我们也是唯一一家以装备进入到这个名单当中储能的企业，并且我们是唯一的单位。

除此之外，我们还获得了“专精特新”和国家级的“专精特新”小巨人的认定，也入选了2023中国独角兽企业。

我们的理想就是能够以更低成本、更高安全的储能电池实现安全、清洁、平价的未来能源，把能源的“不可能三角”变成能源的“可能三角”，在2025年将提供超过180亿度绿电和减少超过1000万吨的碳排放。

以上就是我今天全部的介绍和分享，谢谢大家!上面是我们公司的官微和我个人的微信，欢迎大家跟我持续地交流，谢谢。