在双碳经济“2030/2060”的大背景下，储能已经成为我国能源变革及能源安全保障的核心技术支撑，高度契合国家战略。电化学储能作为储能领域的掌上明珠承载着超万亿级的市场规模。能源俯拾皆是，能源供应却依然告急。广袤的西北地区蕴含大量“风”“光”等可再生能源，然而这些能源与处于用能中心的城市往往距离过远。长久以来，输电线路和电站充当着能源“搬运工”，但总有难以跨越的为了实现更灵活的电力供给，科研人员希望在能源收集和利用之间架起一座桥梁，创新储能方式。沟沟坎坎。当前，实现能源的远距离输送似乎是解决矛盾的最佳选择。近日，全球钒电池领军企业——大连博融新材料有限公司领衔的“新一代液流电池储能技术及产业化团队”获得2021年中国科学院科技促进发展奖。“与传统电池不同，液流电池将液体电解质存储在外部，储能介质为水溶液，无着火爆炸风险，安全性高、寿命长，还可按需组合，实现功率与容量的自主调控，在电力系统储能领域具有广阔的应用前景。”李先锋告诉《中国科学报》。
中国作为钒资源储备第一大国，在锂资源供需极度不平衡、国内锂资源供给端严重欠缺的背景下，大力发展绿色环保的钒液流储能技术是未来的必然趋势。
大连博融作为国内乃至全球钒液流电池领域的领军企业，它的业务模式及产品布局对了解钒液流电池有着很深的借鉴意义。公司致力于全钒液流储能电池系统及其零部件的生产、集成；储能电池软件技术开发；储能系统整体解决方案设计、规划及实施；同时肩负储能电池的应用示范与市场推广等重大责任。现主营产品有Vpower、Tpower、ReFLex ，主要服务于可再生能源发电侧、电网侧、用户侧，并且积极拓展新领域。
全钒液流电池是通过钒离子的价态变化，实现化学能到电能的往复转换，从而实现电能存储与释放的一种储能技术。全钒液流电池储能技术是被唯一被列为国家能源局《能源技术创新“十三五”规划》中应用推广类的储能技术。
全钒液流电池是将不同价态钒离子溶解在电解液中，通过外接泵使其在不同的储液罐和半电池的闭合回路中循环流动，采用质子交换膜作为电池组的隔膜，电解质溶液平行流过电极表面并发生电化学反应，通过钒离子的价态变化，经过双电极板收集和传导电流，完成电能和化学能的相互转化，实现电能的储存和释放。全钒液流储能电池正极电对为VO2+/VO2+，负极电对为V2+/V3+，电极发生如下电化学反应：
【钒电池的特点】
安全性好：常温、常压运行，储能介质为水溶液，单电池一致性强、热量可以有效排出，热管理简单
缺点：初始投资价格相比锂电更高，能量密度偏低，适用于静态大规模储能电站，不适用于动力电池综合来看，和其他电池相比，全钒液流电池储能密度偏低、体积较大，初始投资偏高。总体看，液流电池在输出功率为数千瓦至数百兆瓦，储能容量数小时以上级的规模化固定储能场合，具有明显的优势，是大规模高效储能技术的首选技术之一。
储能是清洁能源发展的必然，也是实现“双碳”经济的调节器，中美欧增量引领全球新能源产业的巨大增量和高速发展。根据国际可再生能源机构（IRENA）发布的《全球能源转型2050》的预测数据，2050年全球光伏装机量达到8519GW，风电装机量达到6044GW。（2）政策端引领国内新能源高比例并网，促进电化学储能高速发展根据“十四五”国家对风电装机量的规划，我国第二批风光大基地规划落地，总规模在400GW左右，明确到2025年，煤炭占比将从2020年的63.4%降低到48.8%。最新《大型风电光伏基地规划布局具体方案措施》中明确十四五末装机具体任务，形成明确指导。此次新的风光大基地规划主要是上调了十五五期间的建设规模，上调了55GW，相当于每年上调了11GW左右的装机规模，对风电光伏产业链构进一步构成利好。
（3）电化学储能装机规模增速为储能领域第一，应用领域广阔（全场景应用）储能技术路线主要包括电化学储能、机械储能和电磁储能。各类储能技术性能不同，适用的应用场景和领域存在差异。电化学储能是支撑能源转型的关键技术。截至2020年底，全球与中国累计电化学储能达14.2GW（占比7.5%）和3.3GW，同比增长49.6%和91.2%，当年新增4.7GW和1.6GW，同比增长63.8%和130.7%。电化学储能电化学储能主要以锂电池、铅酸电池、钠硫电池和全钒液流电池为主。电化学储能中锂离子电池装机中占比90%，主要原因是其能量密度、初装成本、技术成熟度等方面优势明显，更被大众熟悉。钒液流电池近几年发展较快，比锂离子电池储能时间更长、度电成本更低。
当前储能行业处于各项技术共同发展的阶段，还没有能够形成绝对优势储能技术。目前，抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能、超级电容等物理储能技术，以及锂离子电池、铅碳电池、液流电池、钠硫电池等电化学储能技术，都各具优缺点，不同储能技术特性差别显著，适用范围也不尽相同。其中，飞轮与超级电容器储能更多应用于工业生产中对电压波动较为敏感的精密制造与电力调频领域；抽水蓄能以及压缩空气储能技术等主要应用于大电网的输配电环节（电化学储能中仅钒液流电池适用于大型并网输配电调峰、调频），而电化学储能则主要运用于光、风发电等波动较大的可再生能源发电侧、中小型智能变电站和用电侧。
2、电化学储能产业链
（1）发电侧：未来在光伏风电发电量占比持续提升下，为防止弃风弃光情况恶化和波动性电源对电网的冲击，配储渗透率有望提升，拉动储能需求。另一方面，光伏近10年来LCOE降幅81%，目前全球LCOE约为0.35 元/kWh， 已经在发电侧实现平价，预计2025年可继续下降至0.2元/kWh，还有50%空间。新能源发电成本下降将强化装机动力，持续打开储能配置空间。（2）电网侧：此前火电机组是调峰主力，在风电光伏并网比例不高时尚能满足调峰调频需求。随风电光伏并网量增加，电力系统调峰能力不足问题凸显，对火电深度调峰、快速爬坡、快速启停能力要求提升。由于火电机组频繁进入深度调峰工作状态，大幅调节会降低其使用寿命，增加煤耗，拉低效益。因此需要进行灵活性改造，火电机组自身的出力特性和较长的响应时间，限制了其在调峰时增大输出功率的速度，火电+储能则成为一种有效的解决方案。以广东某实际电厂为例，火储调频效果指标 K 值提升了3倍，带来更高收益。存量和增量火电均有望拉动配储需求。（3）用户侧：与日本、德国、澳大利亚等侧重居民侧不同，国内市场与美、韩类似，以工商侧储能为主。国内居民侧储能挑战较大，主要因为：相比于发电侧和电网侧，2018 年以来国内用户侧储能收速。国家发改委于 2018/2020 年发布的《关于创新和完善促进绿色发展价格机制的意见》《关于做好 2020 年能源安全保障工作的指导意见》明确指出要加大峰谷电价实施力度，运用价格信号引导电力削峰填谷。预计未来部分地区工商业峰谷价差有望进一步扩大，市场交易机制被 逐步激活，用户侧储能市场增长潜力大。2月18日，国家发改委等多部门联合发布《关于印发促进工业经济平稳增长的若干政策的通知》提出，加快实施大数据中心建设专项行动，实施“东数西算”工程。
在数据中心产业从诞生到发展的十多年时间里，我国数据中心行业的总耗电量以每年超过10%的速度递增。统计数据显示，2020年我国数据中心总耗电量达到了2000亿千瓦，占比2.71%。2021年，数据再次提升，单以中国电信一家公司为例，2021年数据中心耗电达到56亿千瓦，占总耗电量的20%。预计到2025年，占比将增加一倍（40%），属于标准的“能耗大户”。① 作为数据中心后备电源。传统数据中心需要使用大量的铅蓄电池作为备用电源，但电池状态不可知。而储能型数据中心，电池每天都会放电，放电后电压一目了然，很容易判断电池好坏，有助于及时剔除不良电池，同时也省去了每年做假负载测试的费用。② 可再生能源+储能系统。作为耗能大户的数据中心一方面竭尽全力压缩PUE，控制能耗摄取，符合地方的落地要求；截流的同时，另一面也力求通过多种方式进行开源，比如引入光伏等新能源发电，从绝对依赖市电供电变为可以自己解决部分能耗供给。储能系统在可再生能源发电系统中的应用可解决供电不平衡问题，能够起到负荷调节、存储电量、配合新能源接入等作用。铅酸电池：目前在大多数数据中心设施中，铅酸电池、铅炭电池仍然是UPS电源常用的储能设备。铅酸电池的优势在于成熟、成本低、安全性高，但其容量小、重量大、体积大、寿命短等缺点，决定了铅酸电池在大规模应用上的周期成本劣势。锂离子电池：从目前储能技术来看，锂离子电池无疑是铅酸电池的最佳替代品。随着锂离子电池在电子消费领域、电动汽车、储能领域的应用普及，锂离子电池的成本不断下降，目前新建的如百度数据中心等已经采用锂离子电池作为备用电源，而阿里巴巴等已经开始购置储能设备，在作为备用电源之外，还可发挥削峰填谷、电力需求响应等进行电费管理、增加收益。不过，在安全性方面，锂离子电池一直具备一定的隐患。全钒液流电池：全钒液流电池是新型储能电源，具有能量效率高、充放电性能好、循环寿命长、清洁环保等优点。中国移动襄阳云计算中心与襄阳大力电工已在共同探讨全钒液流电池在数据中心应用，以推动数据中心的节能减排。
无锡长三角数据中心综合能源站
深圳数据中心综合能源站
后续随着“东数西算”推进，这种储能型数据中心将越来越多，储能系统不仅给数据中心供电，还可与可再生能源发电系统耦合，作为城市的新型融合基础设施，向一定区域范围内（比如园区、小区）提供能源、数据、云等服务。
1、安全性能好。全钒液流电池活性物质为金属钒的水溶液，常温常压运行，不会发生燃耗和爆炸。所以全钒液流电池的安全是一种本质安全。据不完全统计，近10年间，全球共发生32起储能电站起火爆炸事故。其中，日本1起、美国2起、比利时1起、中国3起、韩国24起。32起储能电站起火爆炸事故中25起事故采用三元锂离子电池；上述32起储能电站事故中造成人员伤亡的主要有两起：一起是美国亚利桑那州的公共服务公用事业公司（APS）发生大规模电池储能项目（三元锂电池）爆炸，造成8名消防队员受伤。另外一起为4月16日北京国轩福威斯光储充技术有限公司储能电站（磷酸铁锂电池）发生事故，事故造成2名消防员牺牲，1名消防员受伤，电站内1名员工失联。2、循环寿命长。全钒液流储能电池的充放电循环寿命可达20,000次以上，日历寿命超过20年（一般可达20-30年），是目前各类二次电池里寿命最长的。相比锂电池日历寿命为5年，通常使用年限为3年，循环次数小于5千次，能量密度在3千次以上会出现明显衰减。3、资源友好型：全钒液流储能电池使用的金属钒为电解液原料。中国是钒资源大国，储量居世界首位，具有得天独厚的资源优势。4、可循环使用：电解质溶液可循环使用和再生利用，节约资源。电池部件多为廉价的碳材料、工程塑料，使用寿命长，材料来源丰富，加工技术成熟，易于回收。锂电池目前回收利用率低且难度大，成本较高。5、充放电性好：全钒液流电池储能系统适合大电流快速充放电，具有快速、深度充放电而不会影响电池的使用寿命的特点，且各单节电池均一性良好。6、独立设计佳：全钒液流电池的功率功率和容量相互独立，使得设计更加灵活。输出功率范围：kW～数百MW，储电容量范围：10kWh～数百MWh。另外，在电化学储能技术路径中，与锂电池相比，根据公司的测算，以10MW/40MWh（4小时系统）为例，客观考虑两种技术路径的参数设定（比如钒液流电池目前的综合效率为70%，锂电池目前的综合效率为85%；每天仅充放电一次等），在生命周期内，钒液流储能电池的度电成本大幅低于锂电池。
