万利通钒电池储能基地项目简介

承德万利通实业集团全钒液流储能电池生产基地项目简介项目申报单位：承德万利通实业集团项目名称：全钒液流储能电池生产基地建设地址：双滦区宫后工业园区项目总投资：计划投资60亿元，建设6000MWH全钒液流储能电池生产基地，实现销售收入215亿元，利税52亿元。一期工程年产500MWH全钒液流储能电池，打算总投资亿元，其中：固定资产投资亿元；流动资金2亿元。资金来源：全数由企业自筹建设起止年限：2020年6月—2021年6月（36个月）该项目是承德万利通实业集团与美澳新能源（青岛）合作研究开发，具有自主知识产权的高新技术转化的产、学、研项目，是国家可再生能源体系建设中的储能配套项目，也是承德万利通实业集团和清华大学863项目一起研发的技术功效。项目以全钒液流储能电池项目为主攻方向，开辟钒产品的延伸加工和新的应用领域，进一步提高钒钛资源综合利用水平。项目占地360亩，建筑面积139960平方米。一期工程建成后，（1）年产四种规格总容量为500MWH的全钒液流电池8600组，其中20KWH的5000组、50KWH的1200组、100KWH的1400组、500KWH的1000组。（2）电解液生产线1条；电池、电池堆生产线4条；电极加工生产线1条；离子膜加工生产线1条；壳体加工生产线1条。（3）各类液体泵16台，各类反映釜搅拌机22台，其他专用设备92台，200KWH全钒液流储能电池系统1座，500KWH太阳能储能供热系统1座。设计新增销售收入亿元，利润亿元，所得税亿元。项目备案承发改工业备字[2020]3号。该项目符合《产业结构调整指导目录（2005年本）》鼓舞类中第十六轻工第13项“高技术绿色电池产品制造（无汞碱锰电池、氢镍电池、锂离子电池、高容量密封型免保护铅酸蓄电池、燃料电池、锌空气电池、太阳能电池）”。属于高新技术转化型项目，是国家可再生能源体系建设中的储能配套项目，是“计划”中的进展重点领域和目标，是国家电网公司“十一五”及尔后的重点进展打算。通过对国内现有有关技术成绩的有机集成开发和商业化推行应用，将为国家风能、太阳能等清洁能源实现产业化提高国家电网运行效率和能源效率，赶超国际电网供需和技术治理水平做好绿色储能产业和技术支持，拉动能源紧缺地域的经济进展，能够为国家和省市区实现整体节能、减排及可持续进展目标做出奉献。目前，该项目一期工程的研发中心已动工建设。该项目建设将带动承德市全钒液电解液、质子膜、复合双极板、炭

步推动全市为构筑“中中国最大的毡、电堆五个产业的进展，形成产业集群，进新能源、新技术、新材料及装备制造业的进展，国钒谷”、建设“中国储能技术研发基地”和储能电池生产基地”奠定基础。步推动全市为构筑“中中国最大的全钒液流储能电池项目要紧内容1研发的意义和必要性国内、外现状国民经济的可持续进展需要稳固的能源供给作为强力的支撑。而作为我国能源领域的进展重点的可再生能源（如风能、太阳能等）发电具有不稳固和不持续的特点。因此，现时期开发高效率、大功率、大容量的电能存储技术来保障发电和供电的持续与平稳已成为重中之重。具有“储电银行”之称的全钒液流储能电池以其拥有传统电池不可比拟的优势特性引发全世界的普遍关注。全钒液流储能电池是一种活性物质呈循环流动液态的氧化还原电池，简称钒电池，英文缩写为VRB。早在1984年，钒电池原理由新南威尔士大学的MariaSkyllas-Kazacos等研究人员提出以后，在澳大利亚、日本和加拿大取得深切研究和有效化进展。1985年日本的住友电工（SEI）和关西电力公司合作进行VRB的开发工作，1985〜1990年研制成功10KW电堆，1991〜1994年研制成功60KW电堆，专门是1996年12月，SEI建成450KW级VRB电堆，关西电力公司已把它作为子变压电站的一个大体单元

进行充放电实验，该系统直至1999年9月实验数听说明电池循环性能良好(530次循环电池能量效率均值为%，充放电的电流密50mA/cm2)02000〜2002年间$£1完成了240KWh、800KWh、、、用于UPS平稳负载、配套风能光伏发电、电网调峰、调频调幅等领域的VRB系统。表1-1$£1自2001年起建设的商用钒电池系统用户配置用途建立日期应用能源学院(InstituteofAppliedenergy)AC170kWX6h稳定风力涡轮机的输出2001-03ObayashiCorporationX1h调峰2001-04ObayashiCorporationAC30kWX86h光伏系统2001-04Kwansei6@35大学AC500kWX10h调峰2001-11意大利CESI公司CentroEleltrotecmicoSperimentaleItalianoAC42170kWX26h调峰2001-11住友公司办公大楼100kWX8h平衡负载2000-02半导体工厂3000kWX1500kWX1hUPS平衡负载2001-04风能发电占170kWX6h稳定风力涡轮机的输出2001—04ObayashiCorporation的高尔夫俱乐部30kWX8h平衡负载（光伏系统）2001-04澳大利亚的PinnacleVRBLtd公司及加拿大的VRBPowerSystems公司在大型钒电池储能系统（VRB-ESS）的开发上也走活着界前列，2003年11月PinnacleVRBLtd公司为澳大利亚建造了与风能及柴油机发电配套的VRB-ESS系统（容量为800KWh，输出功率200KW），该系统的利用除提高KingIsland岛上居民区的电能供给功率水平、稳固风力发电系统供电外，还减少了柴油机发电，减少了燃料费用及向环境中排放的废气量。2004年2月，VRBPowerSystems为PacificCorp公司建造的大型VRB-ESS正式完工，该系统储能容量2MWh、输出功率250KW，是北美地域第一座大型商业化VRB储能系统，要紧用于知足美国犹他州东南部偏远地域用电顶峰时的电力需求，即起削峰填谷和平稳负荷的作用。表1-2VRBPower（又名VanteckVRB）建设的钒电池系统用户配置用途建立日期南非Eskom电力公司250kWX2hStellenboschUniversity的演示2001-03

系统（电站调峰）美 国Pacificorp电力公司250kWX8h电站储能系统2004-03HydroTasmania20kWX4h风能、柴油发电、钒电池混和供电系统2003-11另外德国、奥地利和葡萄牙正在联合开展将VRB用于太阳能光伏发电系统储能的研究工作，目前，全钒VRB-ESS体系在上述国家已开始向商业化迈进。我国丫区8研究始于20世纪90年代，1995年，中国工程物理研究院电子工程研究所第一在国内展开VRB电池的研究，研制成功500W、1KW的样机，中国科学院大连化学物理研究所2006年3月研发成功10kW实验电堆，并通过国家科技部验收以后，又于2020年11月在国内领先通过100Kw（10X10KW）全钒液流储能电池系统的部级鉴定。表1-3国内外电堆指标比较水平指标国际领先水平国内领先水平功率40KW/单电堆（日、加）10KW/单电堆（大化所）电堆能量换效率>80%>72%电池能量转换效率>80%>75%电堆工作寿命〉6年已稳定运行两年当前，我国全钒液流电池的研究，绝大多数单位大体上仍集中在单电池上，单电堆最大功率为10对（大化所），相关于日本和加拿大等国而言，在液流电池关键材料，包括质子互换膜、电极材料、高浓度稳固电解液和工程放大应用技术、产业化实践等方面，尚处于进展的关键时期，需要国家在产、学、研方面的通力合作，踊跃投入，争取早日实现系统冲破。钒电池大体原理及特性钒电池是一种新的蓄电池，钒电池是利用正负极电解液分开，各自循环的一种高性能蓄电池.具有容量高、利用领域（环境）广、循环利用寿命长的特点.是目前的一种新能源产品。电化学钒电池是一种新型的大型电化学储能装置，正负极全部利用钒盐溶液的称为全钒液流电池,其荷电状态100%时电池的开路电压可达V.VRB通过不同价态的钒离子彼此转化实现电能的贮存与释放，是众多化学电源中唯一利用同种元素组成的电池系统，从原理上幸免了正负半电池间不同种类活性物质彼此渗透产成的交叉污染。全钒液流储能电池有以下特性：（1）液流储能电池的输出功率取决于电池堆的大小，储能容量取决于电解液储量和浓度，因此它的设计超级灵活，当输出功率一按时，要增加储能容量，只要增大电解液储罐容积或提高电解质浓度即可；（2）液流储能电池的活性物质存在于液体中，电解质金属离子只有钒离子（只是价态不同）一种，故充放电时无其它电池常有的物相转变，电池利用寿命长；(3)充、放电性能好，可深度放电而不损坏电池，自放电低，在系统处于关闭模式时，储罐中的电解液无自放电现象；(4)液流储能电池选址自由度大，系统可全自动封锁运行，无污染，保护简单，操作本钱低；(5)电池系统无潜在的爆炸或着火等危险隐患，平安性高；(6)除质子膜外，电池部件多为较低价的碳材料、工程塑料，材料来源丰硕，易于回收，不需要贵金属做电极催化剂，制造本钱较低；(7)其能量效率高，可达75%以上，性价比超级高；(8)启动速度快，若是电堆里充满电解液可在2min内启动，在运行进程中充放电状态切换只需要s。能量效率和长期运行稳固性是钒电池两项重要性能指标。最近几年，全钒液流储能电池的优越性慢慢凸现，可是，要达到有效化的要求，必需在提高靠得住性、稳固性和耐久性及降低本钱方面进行深切的研究开发。应用领域和解决的问题钒电池储能系统既能够支持太阳能、风能等随机性很强的可再生能源发电，又能够作为不中断电源(预防电力供给灾难事件)，还能够用于电网削峰填谷、平稳负荷提高电能质量及电站运行稳固性。全钒液流电池在大型电力公司供电、边远地域及中型电力用户、一般居民用户用电储能等方面都具有良好的应用前景，其高效、节能的技术特点，使钒电池储能系统有着很普遍的应用领域，这种高效储能电池系统如能早日在我国成功研发并实现产业化，将对我国的能源、电力行业进一步持续、稳固和和谐进展；对我国国民经济的可持续进展来讲将具有重大意义；在优化能源结构，节约能源和减少环境污染等方面也将发挥专门大作用，将产生十分庞大的经济效益和显著的社会效益。研发条件及优势承德钒储量占我国总量的40%，已探明钒钛磁铁矿资源亿吨，折合五氧化二钒资源量万吨。另外，预测低品位钒钛磁铁矿可折合五氧化二钒资源量392万吨。承德丰硕钒资源，给钒电池在承德开发提供了特有的资源优势。山西、内蒙、河北是清洁能源基地，风力发电、光伏发电进展势头迅猛，2020年末，承德地域风电装机容量可达200万千瓦，这给钒电池在承德开发提供了广漠的新能源市场。六十年代初，承德在国内率先研究了提钒技术，40连年间，承德培育了一大量提钒炼钢专家、特色钒制品专家和钒电解液专项技术人材。承德万利通实业集团有限公司从2005年起，与钒电池发明人MarriaKacos博士长期沟通，与清华大学紧密合作，搭建国际国内钒电池信息共享平台，形成了前沿技术信息优势。“承德市双滦区建设省级钒钛产业聚集区”已获河北省政府批准，承德市政府已计划了钒产业研发园区和应用示范园区，配套出台了优惠政策。钒资源优势、新能源市场优势、人材技术优势、信息优势及政策优势，使得在承德进展钒电池有了得天独厚的条件和其他地域不可比拟的优势。技术依托（1）钒电池的高纯钒（%）原料制备技术，由承德万利通实业集团自有知识产权技术完成，高纯钒工业制备技术具有国内先进水平。（2）高浓度钒电解液是承德万利通实业集团自主研发的专项技术，该公司拥有完全知识产权。（3）承德万利通实业集团与清华大学联合开展替代入口质子膜、电池电堆、及操纵系统研发工作。市场需求中央“十一五计划”明确提出要建设资源节约型、环境友好型社会，为实现国际、国内节能减排目标，国家发改委发布的《可再生能源进展“十一五”计划》中明确提出，到2020年，我国可再生能源在能源消费中的比重将达到10％，全国可再生能源年利用量达到3亿吨标准煤，比2005年增加近1倍；到2020年，中国将建成水电3亿千瓦（其中小水电为7500万千瓦）、风力发电3000万千瓦、太阳能发电180万千瓦,全国可再生能源在能源消费中的总比重将进一步提升到15％。依照国家相关计划，在2006〜2020年间，中国电源及新能源总投资估量为42375亿元RMB,其中水能投资12900亿元，风电投资1875亿元，太阳能投资1275亿元。国家可再生能源的迅速进展，电能在季节、日夜间的不均衡利用都迫切需求新的能源存储技术与方案同步跟进。中国电力科学研究院张文亮院士2020年撰文指出：储能技术已被视为现代电网运行进程中“采一发一输一配一用一储”六大环节中的重要组成部份。系统中引入储能环节后，能够有效地实现需求侧治理，排除日夜间峰谷差，滑腻负荷，不仅能够更有效地利用电力设备，降低供电本钱，还能够增进可再生能源的应用，也可作为提高系统运行稳固性、调整频率、补偿负荷波动的一种手腕。在电网运行系统中引入储能环节:(1)可确保大电网的平安性和靠得住性。我国电网覆盖面积大，结构薄弱，各类一次能源的散布与负荷的密度极不均匀，且电源远离负荷中心，装机容量与输电跨度比较小，系统的稳固性和平安性受到严峻挑战。但是，现有系统中储能容量仅占总装机容量的%左右，远没有达到合理水平，且尚未成立用于瞬态电能质量治理和电力系统功率调剂/补偿的快速大容量储能系统，只能依托继电爱惜和平安自动装置切机，被动达到稳固，因此，很难从全然上幸免大面积停电事故。近20年来，我国由于系统失稳造成的大停电事故己达140余起，每次损失数万万元乃至数亿元.(2)可增强区域电网峰谷负荷的自调剂性。负荷峰谷差往往达到发电出力的30%-40%,最近几年来存在迅速递增的趋势。成立既经济又反映快速的调峰电站和大规模储能系统，以便将低谷电能转化为顶峰电能。(3)可提高输变电能力，解决跨区域供需矛盾。(4)可增加供电靠得住性，改善用户电能质量。在电力系统发生突发事故和电网崩溃时，为避免医院、消防、通信、银行等重要负荷区电力中断，储能设备将充当UPS/EPS提供动力，可为电网恢复争取时刻，幸免损失扩大。同时，能够与电力电子变流技术相结合，实现高效的有功功率调剂和无功操纵，快速平稳系统中由于各类缘故产生的不平稳功率，减小扰动对电网的冲击，改善用户电能质量。(5)可知足可再生能源系统的需要。表2-1《部份电池储能系统的性能比较》显示了各类电力储能技术及其潜在的应用领域。通过研究和探讨，将不同容量的储能系统卓有成效地应用于电力系统发、输、变、配、用电各个环节，将全面提升我国电力系统的运行效率、靠得住性、电能质量和资产价值。液流电池储能是现代电力系统的三大储能技术方式之一，而全钒液流储能电池又是目前电池储能系统中的首选。在电力系统中，全钒液流储能电池将重点应用于散布式储能发电系统、可再生能源发电系统、用户侧滑腻负荷、及备用电源。表2-1部份电池储能系统的性能比较电功比容量比功率/循环充放电自放电池^-率^-(Wh/kg)(W/kg)寿命/次效率/%(%/月)铅酸数35-5075-300500-15000-802-5镍镉几75150-30025000-705-20T|-d锂离几150-200200-3151000-100000-950-1IMJ钠硫几150-24090-23025000-90全钒几〉数80-13050-140130000-80市场预测钒电池有广漠的市场空间，以我国风电为例，2020年，风电装机可达17400兆瓦，需要配套储能系统3840兆瓦，2020年风电装机可达120000兆瓦，需要配套储能系统24000兆瓦；以光伏发电为例，全世界2020年装机可达15000兆瓦，需要配套储能系统7500兆瓦，2020年装机可达200000兆瓦，需要配套储能系统100000兆瓦。效益分析与评判经济效益：以风电为例，2020年末我国风电装机500万KW,按20%配套钒电池系统，投资约为亿元，其年直接效益20亿元，2020年风电总装机可达1794万千瓦，按20%配套钒电池系统，其年直接效益是亿元，2年内可收回投资。推行到电力系统，用于电力削峰填谷，以2020年1-3月份的全国用电量计算，如按10%削峰填谷，年直接经济效益可达330亿元。环境效益：500兆瓦钒电池全数投入运营，年可间接减排260万吨，按10万兆瓦运营，年可间接减排亿吨。社会效益：钒电池的推行应用还可拉动质子膜、碳毡、双极板、电解液、模块等配套产业的集群化建设，给电器制造、质子膜生产、塑料加工等相关产业提供庞大的市场商机，可迅速拉动就业，到2020年可解决近万就业职位。另外，长期以来，钒过渡依托于钢铁,一是钢铁市场的波动,严峻阻碍了钒的价钱，此刻钒价由每吨45万元降至8万元,严峻损害了稀缺资源的固有价值。二是钒多用于建筑钢材，将钒又埋在了建筑物中，不可再生。而钒电池的市场化为钒元素的应用开辟了新的领域.在钒电池电解液中可无消耗的循环利用，从而可做为资本运做的实物资源，实现钒的保值增值和钒元素价值的最大化。3项目研发工作的目标研发20KW单电堆其性能指标达到以下参数要求额定电压100V额定电流200A额定功率20kW最大功率 三64kW额定能效三75% 单电池数80充电限压V128V 放电限压V64V外形尺寸70cm义80cmX100cm电解液浓度：L研发配套风能系统滑腻输出的300KW/4h钒电池系统。额定电压690V 最大输出功率三900kW系统额定能效三70%需解决的具体问题提高单堆功率至20对(国内最大单堆功率10对)能量效率三75%(国内70-72%)。完成单堆功率的放大并实现高水平的能量效率需采取以下方法：(1)调整电堆结构采纳极板单板尺寸：700mmX800mm,板面加设宽深导流槽(10KW单电堆极板为平面结构)解决大面踊跃板液流散布不均问题，提高极板有效利用面积，保证额定设计功率的实现。(2)采纳400℃高温压合法粘接极板和碳粘，不利用黏合剂，减小极板电阻，幸免黏合剂对电解液的污染。(3)采纳双向预应力处置后的全氟质子膜，提高质子选择性通过效率，减少正负半电池电解液的交叉渗透，提高质子膜有效利用寿命。配置智能操纵系统实现应用接口。结合用户系统全自动电池监控设备具有电池充电/放电自动转换、电池平安爱惜、电池状态持续记录与实施监