浅谈钒电池在电力技术及电力系统规划中应对策略

2013-07-07高绥龙

科技视界 2013年9期

高绥龙

（陕西省地方电力〈集团〉有限公司榆林供电局，陕西榆林 719000）

0 前言

自1980年推动经改开始，中国的经济即有如脱胎换骨般蜕变，持续保以两位数的经济成长率。近年来，即使国际经济走淡，中国也都能够保持在8%上下的经济成长率。中国大陆产业结构性的变革使国家经济快速增长，快速的经济发展及扩张的产业成长，相对带动了对电力的需求。从2002年以来中国大陆电力供给便出现不敷需求使用量的缺电危机。根据「2004年中国大陆投资环境和风险调查」报告中显示：中国整体投资环境三年来呈现下滑趋势，尤其是电力供应缺口扩大，水电、能源、燃料供应不稳定等问题最为严重。本研究主要探讨新能源中的绿色能源—钒电池，钒电池是目前发展势头强劲的优秀绿色环保蓄电池之一，应用领域十分广阔：如可作为大厦、机场、程控交换站备用电源;可作为太阳能等清洁发电系统的配套储能装置，为潜艇、远洋轮船提供电力以及用于电网调峰等。进而，研究钒电池及其相关技术有利于推动我国能源的绿色化进程，并为我国的经济建设提供清洁、优质、经济的电力能源。

1 钒电池概述

1.1 钒电池的定义

图1 钒电池基本工作原理

钒电池全称为“全钒氧化还原液流电池”,是一种活性物质呈循环流动液态的氧化还原电池。其原理是通过两个不同类型的、被一层隔膜隔开的钒离子之间交换电子,把存储在电解波中的能量转换为电能。全钒液流电池作为最具代表性的一种液流电池类型近年来成为研究热点，基于不同价态的钒离子在酸性介质下的两个不同的反应所形成的电极反应对运行，钒离子具有+2，+3，+4，+5四个价态且都可稳定存在，这几种钒离子在钒电池中都有涉及。钒电池基本工作原理如图1所示。

1.2 钒电池的重点技术分析

随着传统能源的日渐枯竭以及相应的环境问题，风能、太阳能等可再生能源的利用引起人们广泛的关注并得到快速发展，同时为保证可再生能源的稳定供电，克服其固有问题，越来越多的蓄电储能技术得到开发及使用，其中液流电池作为大规模储能技术的一种解决方案，近年来也取得很大进展。与铅蓄电池相比，它的制造、使用及废弃过程均不产生有害物质。与锂电池相比，钒电池的生产成本更低，接近铅蓄电池。可深度大电流密度放电、循环寿命长、充电迅速、价格相对于其他储能装置设备低廉，非常适用于大型静态储能，因此可广泛应用于电力行业。其缺点为能量密度较低，体积较大，距离大规模应用于储能、储能成本价格稍高。全钒氧化还原液流电池关键部件包括电池系统，储能系统的核心部分，实现能量的储存和释放功能，关键技术包括:电堆结构，关键材料（隔膜、电极、双极板、电解液），液流循环系统。控制系统，根据应用需求和钒电池的特性控制电池系统的操作，充分发挥钒电池的性能，同时提供保护及维护功能，包括:电池监控自动化系统，电池保护系统。能量转换系统，在电池系统和外部环境（电源及负载）之间实现电力转换，还有一个内部电源系统提供电池系统内部用电所需；电力转换系统，电源系统。