上海电气储能科技杨霖霖：长时储能钒电池技术及应用

DSMC 2024 第三届中国制造业&新能源数智峰会邀请了制造业和新能源行业头部企业、创新型企业、专家学者以及数字化软件企业代表齐聚一堂，共同探讨智能制造与新能源产业的未来发展方向、技术创新与市场机遇，在为期2天的活动中围绕战略布局、行业痛点及创新解决方案展开讨论，通过典型案例分享、互动实战演示、社交晚宴等方式，打造一个高效的行业交流、学习、探索为一体的综合性平台，助力我国制造业和新能源行业高质量创新发展。我们非常荣幸邀请到上海电气储能科技总经理、总工程师杨霖霖女士做主题分享。

大家好！我今天分享的报告是长时储能，主要聚焦长时储能范畴内的电化学储能钒电池的技术和应用，我报告主要分为以下三个部分：

一，简要介绍一下当前新型电力系统下储能技术的整体概况。

二、借着这个机会分享一下上海电气在钒电池领域我们所做的工作。

三、对于钒电池或者对于整个液流电池产业未来发展的一个展望。

“双碳”目标下我们国家正在构建新型电力系统，当前全球各国都已经陆续提出了要长期碳中和目标，减碳已经成为全球共识，长时储能可以有助于构建绿色、安全、高效的新型电力系统，可以有效解决新能源处理与电负荷时空不匹配的问题，实现新能源充分消纳利用。

我们中国也在持续推进产业结构和能源结构调整，在大力发展可再生能源，在这样的背景下，储能产业也是在蓬勃发展。

我国太阳能风电装机发展远超双碳目标设定

按照我们国家“双碳”目标推进，根据我们现行新能源，主要以风力发电和太阳能为主，现行装机容量根据行业内数据预测，目前判断应该说是到2025年可能就已经能够达到我们2030年目标，到2025年有望风光新能源装机量能够超过12亿千瓦，有可能会提前5年达到我们2030年目标。

我国已逐步迈入长时储能时代

在这样的发展态势下，目前储能逐步迈入到长时储能发展阶段，我们看到在我们国家的新能源资源禀赋比较好的陕北区域，尤其像新疆、内蒙、东北区域对于长时储能都有一些具体引导政策。

政策细则共同点来看，对于长时储能或者对于储能配比逐步引导到4个小时以上时长上。

从这个层面来讲，政策的带动也反映了市场的需求。

长时储能发展的趋势

从全球来看，其实美国能源部发布过一个白皮书，这个白皮书里面它其实对于长时储能的时长有一个界定，这个界定是指大于10个小时以上的储能时长，根据10个小时以上的储能时长可能性，我们也在判断未来有哪些技术可能更符合长时储能未来发展态势，或者更有望能够在储能的大赛道内，脱颖而出。

首先，在长时范畴内，我们要做到储能的容量边界成本能够做到足够低，意味着在扩容同时能够把经济性做到足够好，基于这样的特性，其实整个产业也都在研究，在十个小时以上或者说未来可能也许会有更长时的可能性，比如说像在行业内除了在研究电化学储能外，还有物理储能、机械储能，当然还有像类似于储氢，也许未来可以以季节为单位的长时储能都有研究。

站在当前的时间节点上，我们还是以小时数作为计量可能性，大于10个小时如果储能功率和容量分开设计，容量不依赖于功率的增长，成倍增长的话，它的储能边界成本有望能够做到更具有经济性。

还有就是要有广泛的可拓展性，也就是说它的实时部署能够做到设备化的形态，不受空间或者选址局限性，才做到从规模化产业可能性。

基于经济性、部署便捷性以及与电网的友好性交互，我们认为就是说本着安全、全生命周期、友好的水性液流电池有望在长时储能赛道内脱颖而出，具备未来产业优势。

液流电池为长时储能而生

在这样的背景下，我们认为液流电池整体各方面优势在长时储能范畴内会更具有经济性，基于液流电池原理性特点，首先作为水系电池它的安全性比较好，是目前在电化学电池体系里面能够做到本征安全的新体系。同时基于它的功率和容量的解耦设计，我们提高容量只需要增加电解液的数量或者提高电解液的溶度就可以提高扩容要求，我们只需要增加电解液的成本就可以达到扩容目标，是具备容量的边界成本足够低优势特点。同时基于电化学的特性特点反应速度比较快，能够做到毫秒级别响应速度，实现电网同频目标要求。

同时基于原理性特点又易于实现大于4个小时以上的长时存储，基于调频和调峰复合型功能，新型电力系统下它是功能性来讲，能够做到复合型功能叠加。同时又基于功率和容量的分开设计的特点，在全生命周期内钒电池目前的寿命可以做到20000次以上，能够跟现行风电光伏的项目周期做到同生命周期，并且在这个项目周期内，不需要增加大的投资成本，运维也是比较便捷和具有经济性的。基于这样的特点我们认为在长时储能领域钒电池是具有它独特的竞争优势。

上海电气储能公司是由上海电气集团控股成立的科技型储能平台公司，在液流电池领域应该说是培育了10多年，我们研发始于2011年就开始进行钒电池的研发和布局，在过去的十多年开发当中，我们电气储能公司已经形成我们在研发端核心竞争优势，基于液流电池电化学的特点特性，它的核心技术还是主要聚焦在电堆模块还有整个系统的功能性开发以及涉及到了电控开发当中。

技术优势

目前，我们在钒电池领域，我们已经经过10多年开发和机理已经形成系列化产品，并且在电堆层面讲，我们单体电堆65千瓦，国家“十四五”期间重大研发目标是做到30千瓦以上的大电堆，我们已经远超当前国家“十四五”战略目标。单模块500千瓦以上，电堆直流转化效率大于85%，能够实现高性能同时也能够带动整体经济性。

同时我们在功能性开发层面来讲，除了把钒电池电化学各种性能最大化给它开发出来同时，我们还开发出了叫电解液容量在线恢复技术，通过电解液容量在线恢复技术我们能够实现通过BMS管理控制，对于电解液实现在线监测、计算还有逆向矫正，从而实现容量可在线恢复。

容量可在线恢复对于储能未来在应用层面上来讲，还是具有非常凸显的经济价值，我们都知道很多的经济性测算，最后都会落脚点在最终它是否能够放出多少电量上，容量的在线恢复意味着我们可以实现在它的生命周期内整体经济价值。

还有就是在液流电池领域，因为作为一种新型储能电池，它的适配BMS还有PCS也跟其他的电化学电池有非常大的差异性。基于这种差异性，我们在十多年开发过程当中，也已经自研出适配液流电池的BMS还有适配液流电池的PCS，这是我们在技术层面上已经形成的核心技术优势。

智能制造产线

从智能制造赋能储能产业发展角度来讲，因为我们电气储能公司在钒电池领域经过十多年研发和培育，我们是有完善的工艺包，通过我们对于制造工艺包掌控，我们是有自主开发钒电池自动化生产线，通过智能制造实现钒电池制造整体一致性和高品控，能够带动产业上规模化的发展。

液流电池制造端来讲，主要就是涉及到电池的密封工艺，我们也是采用了独特的一体化电池制造技术和工艺，从而实现电池的密封高可靠性，保障我们的产品在项目20年服务周期内，能够去到高可靠性品控要求。

核心优势——循环系统技术

同时我们也是介于我们在电化学领域的机理和沉淀，以及对于电池管理控制系统还有循环系统的设计、功能性开发，目前我们已经掌握了叫电池的容量在线恢复技术，并且已经在我们的产品当中，加载有这样的功能，可以保障项目实施过程当中，对于电解液容量实现在线恢复，从而保障在项目周期内整个储能的经济价值实现可能性。

核心技术——电池管理技术

同时，基于液流电池原理性特点，我们除了要对电化学进行在线监测还有控制之外，同时作为流体电池还有它自己的自身属性，这个属性就会涉及到对于流体电池的一些特性管理和控制，主要涉及到对于流动性的流量、温度、压力的监测，还有通过SOC与流量的闭环控制，从而实现辅助能耗最小化的消耗，从而实现系统的能效最大化，这里主要涉及到循环系统整体的设计。

并且循环系统的功能加载当中，我们也实现了液流电池，对应通过水冷的温控系统设计，通过水冷系统的设计，我们可以实现整套终端产品能够耐环境高低温，实现到负35-60度。

在自研BMS层面讲，因为液流电池作为电化学的新型电池，除了具有电化学的特性之外，还涉及到流体的管理和控制，从BMS的硬件开发再到软件的控制系统控制策略还有包括一些算法层面上，经过十多年研发、实测、经验积累，目前我们上海电气自研BMS液流电池系统也已经向外部同行进行销售。BMS众所周知对于储能来讲是非常重要的本体管理控制的大脑。

系列化产品

同时，我们在终端产品的开发过程当中，基于下游市场的需求也已经形成了系列化的产品，主要是分为以下三个大类别：

定制化的小型机，主要是根据项目端的需求、功率和容量可以做到定制化配置。同时也根据一些发电集团常规的风光配储的需求，我们也有标准化的产品，标准化的产品我们从标准的10尺到40尺的标箱覆盖，能够满足多种项目不同类型的需求，针对百兆瓦级储能电站目前我们也开发出一体化的储能电站整体设计还有固定化的模块开发，能够满足不同项目规模的需求。

在PCS层面上，因为基于液流电池是一种水系电池，水系电池它的电池特性低电压、大电流还有涉及到电压的范围比较宽，尤其是涉及到电解液需要在现场进行激活，我们PCS除了具备常规功能之外，还要具备零伏启动功能，基于液流电池特性需求，我们也开发出了适配液流电池系列化的PCS，能够保障交直流转化效率的同时，能够满足液流电池各种特性、功能性要求。

合作模式

从我们的商业模式角度来讲，应该说是液流电池作为新型的储能电池体系，目前也是刚刚处于产业化初期，在这样的发展阶段，作为产业的从业者我们其实培育了十多年，合作模式来讲我们相对也是比较开放的，一方面我们也会为我们叫合作伙伴或者说我们终端客户提供终端产品，做到系统级的终端产品。同时为了推广液流电池规模化的应用，我们也在探索一些新型的经营模式。

这种新型经营模式就是我们只提供核心的电堆以及3S，通过技术授权形式由合作伙伴做系统集成，目前这种模式在锂电行业非常普遍，但是在液流电池领域基于技术的壁垒相对来说比较高，又是一种新型产业，这种模式还是正在探索过程当中。上海电气作为电力行业的传统能源装备制造企业，在钒电池领域我们目前其实处于行业的第一梯队，我们也愿意用开放式模式助力钒电池整体产业发展。

所以在经营模式来讲，我们也在做一些新的尝试，如果未来在领域内有对于钒电池或者对于液流电池产业有兴趣合作伙伴，由于可以进一步交流、探索一些新的合作模式。

从未来的展望角度来讲，首先还是做一下产业的分析，钒电池从中国的钒电池产业发展态势角度来讲，我们首先要分析一下资源整体层面储备状况，我们国家其实钒资源储备量非常丰富的，从全球来看处于前三的排布，我们钒资源储备量是处于全球前三位置，从生产产能角度来讲，叫钒电池从生产产能角度是生产第一大国，资源非常丰富。

同时基于钒电池原理性特点，钒流入到钒电池之后可以做到资源的循环再利用，也就是说钒电池它其中的钒残值比较高，我们几乎可以实现100%残值回收再利用，储量丰富，资源循环再利用，资源不存在着发展瓶颈。

基于产业化发展初期，按照规模化常规态势，未来整体终端产品降本空间我们认为也是比较大的。

行业痛点

当然，在发展过程当中 ，我们目前也面临着一些发展痛点，从发展痛点角度来讲，一个是整个储能产业痛点，储能产业来看，我们判断认为储能当前还是处于商业化探索的阶段，主要原因也是在于我们基于中国电力交易市场现状没有实现现货交易，基于我们国家大电网的格局，其实储能商业价值实现路径不够清晰，目前不管从发电侧还是电网端还是典型工商业用户侧，典型工商业用户侧看似能够算得过来账，基于新的业态模式探索，市场没有真正起来。

在发电侧和网侧各种模式，基于过去的模式上的探索，我们认为当前其实模式还是没有完全走通，在这样的大背景下，作为一种新型液流电池处于整个大储商业化应用初期，新型应用路线又处于产业化的初期交织发展阶段，我们这个行业还是面临着普遍的行业阵痛痛点。

第一我们要通过模式上探索把储能商业价值能够真正意义上走通，或者能把储能商业价值实现路径走通，从而产业能够实现商业化、规模化蓬勃发展。

过程当中，基于液流电池产业发展特点，刚刚处于产业化初期，相对于其他电化学电池，目前初始造价还是略高的，我们整个行业致力于第一通过技术进步还有规模化去做本体的降本同时，也在探索一些新的商业模式。

这个新的商业模式就是基于钒电池它本体模式，我们刚才所说钒电池中的钒可以资源循环再利用，并且残值率比较高，我们行业也在探索钒电池本体的电解液融资租赁模式，通过电解液融资租赁把电解液投入做到表外，从而带动整体收益率的提高。

当然这种模式也是在探索过程当中，我们电气储能公司基于股东方背景里面，有做钒资源的龙头企业，我们也在带动电解液融资租赁模式探索，同时基于液流电池整体产业化还有商业化的叠加特点，目前还是处于百兆瓦级示范验证阶段，在工程化应用阶段层面来讲还是有未知领域需要在工程验证阶段需要探索。所以我们认为整个产业发展还是有很大的空间的。

战略破局点

基于这样的阵痛痛点，我们上海电气储能公司在这个领域也是从业了十多年，我们也有一些自己的思考和判断，从思考的角度或者我们认为战略破局点来讲，我们认为要从这样以下几个层面进行破局。

一是加强对于研发的突破，通过技术端的进步，尤其是涉及到对于电堆功率密度提高，对于电解液新体系开发、循环系统开发，通过技术端进步实现降本增效。同时产业链环节来讲，我们也需要打通关键产业链，从而能够保障我们产业在发展过程当中，能够不受制于在资源束缚，同时能够把下游终端产品做到更有市场竞争力。

同时我们也在打造百兆瓦级标杆型示范项目，在百兆瓦标杆型示范项目当中，在过去三年产业培育当中，我们也有几个项目正在推进，后端我会再做介绍，通过百兆瓦级规模化应用探索它未来，也许会有更好的结合场景，从而实现它在下游市场的推广。

基于新能源行业整体的项目周期都比较长，我们要保障在20年的项目周期里，产品质量和可靠稳定，同时要建立好运维的一系列商业模式，在这个过程当中可能也需要整个产业共同努力，探索一套闭环运维模式出来。

研发布局来讲，我们上海电气在钒电池领域开发了有10多年，基于对于进一步降本迫切需求，我们也在研发一些新的体系，当前我们正在开发有望能够推向商业化应用是钒铁体系，其中把电解液一半的量用铁电解液代替，降低钒的用量，电解液层面来讲可以实现电解液成本下降能够达到成本50%。

再通过整体的系统降本，未来钒铁我们能够做到1000元每千瓦时以内的，可能这个价格听起来跟现有其他体系相比还是略高的，但是我们1000元每千瓦时造价可以保障20年的项目周期，在全生命周期内经济性来看还是非常具有经济性和竞争优势的。

产业链布局——布局高附加值环节

同时，我们也在积极布局产业链端，具有核心附加值产业，目前我们已经完成了电堆还有终端系统的一个技术开发还有产能布局，我们也正在往上游进行拓展，从上游层面来讲，基于我们国家钒资源本体的储量非常丰富，当前产能不足主要还是集中在高纯五氧化二钒层面上，我们目前正在布局高纯钒的冶炼提纯，通过高纯钒的冶炼提纯，最小化的投资去获取对于整体终端产品可控电业液原料来源还有更有竞争力的成本控制。

从而带动了我们钒电池终端产品的价格竞争力，同时，我们也基于电堆三大主材技术储备，也结合整体的市场需求我们也在做一些三大主材的供应链端布局。

在下游市场层面来讲，我们也在开发百兆瓦级的储能电站，百兆瓦级的储能电站目前业内普遍的模式，一个就是风光配储类的，基于风光配储类需求建成独立共享储能电站，一方面租赁给上游发电集团获取租金收益，第二层基于区域容量电价政策或者辅助服务政策获取二层或者三层收益，探索储能商业实现路径或者商业模式的实现，这是我们目前正在做的工作。

标杆项目——百兆瓦示范项目

在标杆型项目层面来讲，目前我们在吉利白城、江苏滨海两地开发了两个国家级示范项目，目前这两个项目都按照独立共享储能电站商业模式开发，基于一体化的投资，还有我们对于区域的政策叠加效应，整体投资具备较好经济性。

质量提升——推动数智化建设

同时，我们也在推动数字化的建设，在数字化建设层面，主要是通过自动化产线的实现，来实现我们在规模化层面上的降本增效。目前，在产能布局上来讲，我们已经布局了几个区域，我们电堆还有整个系统生产基地，主基地主要还是在安徽的巢湖，同时我们也在新能源的资源高地布局我们的产能，目前我们在江苏的盐城、吉林的白城都已经布局了两个集成制造厂，同时我们也在四川凉山州做钒资源的综合利用布局，未来我们还是会结合下游市场需求，有市场容量可持续发展的区域布局我们的产能。

发展愿景

从发展愿景来讲，我们还是致力于要成为长时储能的领导者，基于我们对于长时储能未来的产业前景判断，我们认为长时储能在“双碳”目标指引下，是能够具备非常磅礴的产业发展态势。

在这个过程当中，我们也是一边在通过技术的进步去降本增效，提高我们长时储能产品的本体竞争力同时，也在探索储能的各种商业模式，也在探索未来储能产业的一些经营模式，在这个过程当中，我们也希望与产业合作伙伴们能够共同探讨，我今天分享就这些。谢谢！