国家电投铁铬液流电池技术发展分析报告

1、国家电力投资集团铁-铬液流电池储能技术发展2022年9月北京和瑞储能科技有限公司PAARRTT0011北京和瑞储能科技有限公司（简称“储能公司”）成立 于2020年，是国家电投集团科学技术研究院全资子公司。现有员工60余人，科研人员占比超过80%，硕博比例超 过80%，35岁以下青年员工比例超过65%储能公司作为集团公司储能产业重要平台，掌握储能领 域多种关键核心技术，并以铁-铬液流电池、风冷及液冷锂电 池等多种新型储能产品研发与供应为主营业务，在“碳达 峰”、“碳中和”的历史使命下，为集团内外提供更加安全 高效的储能产品及其配套解决方案。SPIC 2022. All Rights Reser

2、ved.5SPIC 2022. All Rights Reserved.5装备开发及制造高能量密度铁-铬液 流电池系统，自动化 铁-铬液流电池生产 线系统集成完成铁铬液流电池 示范项目、太和仙 风电10 MW储能等 10 余项集成技术研 究与应用项目政策及规划研究国家能源局十四五、 江苏如东能源规划、 等规划编写， 累计 近10项技术及经济性评估完成新丰热电储能 调频、新昌电厂储 能调频等技术评估 与咨询项目10余项技术研发经过多年技术攻关， 掌握多项储能关键 核心技术， 申请专 利59 项， 已获授权18项公司业务方向SPIC 2022. All Rights Reserved.6SPIC

3、2022. All Rights Reserved.6获得行业认可荣誉奖项研发平台鉴定认证获得奖项与中国电科院共同组建新 型电力储能技术创新联合 体与北方工业大学共同组建 储能技术工程研究中心储能领跑者联盟、中国新 型储能产业创新联盟会员单位“容和一号”铁-铬液流电 池堆通过第三方权威机构鉴衡 认证中心（CGC）检测认证储能变流器、液流电池电压巡 检仪通过第三方权威机构认证2020年度中国储能产业 最佳前沿储能技术创新奖2021年度中国储能产业 最具影响力企业奖TERA-AWARD 全球十 强优秀奖SPIC 2022. All Rights Reserved.7SPIC 2022. All R

4、ights Reserved.7全面的铁-铬液流电池知识产权布局配套 控制电堆 设计布置 方式技术检测 技术系统 集成关键 材料配套 设备布局 生产专利 技术秘密专利专利 软著专利专利 软著专利专利专利 技术秘密1716+186+515+4积极布局铁-铬液流电池技术知识产权和技术秘密，涵盖材料研发、产品设计、生产制造、系统集成等多个方向， 为技术保护提供有力保障，形成知识产权百余项，技术秘密6项。现已申请专利70项，注册商标11项、登记软著8项、核心期刊发表论文数篇。147+45SPIC 2022. All Rights Reserved.8SPIC 2022. All Rights Rese

5、rved.8参与规划编制情况规划 编制序号规划层级规划名称参与形式1国家规划国家能源局能源技术创新十四五规划储能专题研究参编2地方规划北京北京市能源结构优化及清洁替代方案参编3江苏如东建设国家级绿色能源之城规划（2019-2025年）主编4集团规划储能产业发展规划（2021-2025年）主编5集团公司储能技术发展规划（2019-2025）主编6区域发展研究全国总报告储能专题参编7支撑集团公司“十四五”规划的储能科技创新专题研究报告主编8支撑集团公司“十四五”规划的储能产业与集团公司既有优势结合 发展模式及可行性研究主编9“两湖一江”储能应用研究报告主编10西藏“河谷经济”区域能源发展规划参编1

6、1二级单位 规划五凌电力五凌电力有限公司新业态发展规划（2019-2025年） 储能部分参编作为主编方编制地方及集团规划6项 参与编制国家、地方及集团规划5项SPIC 2022. All Rights Reserved.9SPIC 2022. All Rights Reserved.9参与标准制定情况标准 制定作为主编方编制行业、集团及团体标准10项 参与编制国家、行业及团体标准6项序号标准层级标准名称参与形式1国家标准电力储能用电池管理系统参编2全钒液流电池可靠性评价方法参编3全钒液流电池系统 设计导则参编4集团标准铁-铬液流电池：第1部分-第4部分主编5铁-铬液流电池通用技术条件主编6电力

7、储能用锂离子电池监造导则主编7行业标准液流电池储能电站检修规程主编8铁-铬液流电池用电解液技术规范主编9铁-铬液流电池通用技术条件主编10风光储联合发电站运行导则参编11团体标准铁-铬液流电池电极材料技术要求及测试方法主编12铁-铬液流电池双极板技术要求及测试方法主编13铁-铬液流电池用离子膜技术要求及测试方法主编14液流电池储能电站运行维护规程主编15电化学储能电站检修规程参编16电化学储能系统大数据平台架构设计规范参编SPIC 2022. All Rights Reserved.10SPIC 2022. All Rights Reserved.10项目业绩技术 装备 供应序号项目名称1张家

8、口战石沟250kW/1.5MWh铁铬液流电池示范项目2吉电股份格尔木光伏储能项目配置2MW/2MWh磷酸铁锂储能3湖南攸县太和仙风电场储能项目4吉电股份寿光恒远200MW平价光伏项目10MW/20MWh储能电站5霍林河循环经济“源-网-荷-储-用”多能互补关键技术应用创新示范项目储能装备供应咨询 评估 项目1霍林河循环经济“源-网-荷-储-用”多能互补关键技术应用创新示范项目储能配置规划2新乡豫新电站用储能技术研究及工程示范服务项目3新昌电厂发电侧储能调频调峰项目一期18MW/9MWh4扎鲁特旗多能互补项目100MW/800MWh储能项目5扬州晶澳12MW/48MWh、靖江特钢24MW/96M

9、Wh储能项目评估6乌兰察布风电基地储能项目可研创新专篇7黄河公司储能技术方向及应用场景研究8河南省兰考县48MWp分布式光伏发电市场化交易试点项目9内蒙古电力分公司扎哈淖尔多能互补10万千瓦储能项目可研10成套公司办公大楼综合智慧能源项目评审咨询11新疆达坂城新能源基地、内蒙绿色绿电项目、霍白风光火储多能互补示范项目前期已实现装备供应22.25MW/44.7MWh 完成评估项目合计484MW/1503MWhPART02液流电池市场分析SPIC 2022.12“双碳”目标下，构建以新能源为主体的新型电力系统，预计到2030年，可再生能源总装机容量达16亿千瓦 以上。强随机性、波动性的新能源大规模

10、并网，对于电力系统构成了史无前例的巨大挑战，问题日益突出。双碳目标的实现需要储能技术数据：国家能源局、国家统计局可再生能源发电和用电量严重不匹配0.26，3%储能有助于构建绿色、安全、高效的新型电力系统1储能可有效解决新能 源出力与用电负荷时 空不匹配的问题，实 现新能源充分消纳利 用。2充放灵活的储能可 有效提升系统调节 能力，提高新型电 力系统的安全稳定 水平。3储能应用场景 多元，可提高 新型电力系统 的运行效率。SPIC 2022.13大规模可再生能源需要长时储能美国国家可再生能源实验室NREL发布的储能未来研究：定义长时储能的挑战研究报告表明储能消除净负荷的需求，为系统提供更多可靠性

11、；根据净负荷需求的不同，以及可再生能源规模的不同，所需要的储能功率和时长不同 ；更大功率的储能布置，能够消除更多的净负荷需求，同时所需储能时长越长。SPIC 2022.14储能迈入4小时以上时代关于推动全区风电光伏新能 源产业高质量发展2022年3月7日内蒙古电力源网荷储 一体化实施细则（2022年版）2022年7月22日内蒙古新疆甘肃河北服务推进大型风电光伏基地建设操作指引2022年3月4日服务推进大型风电 光伏基地建设操作指引2022年3月4日2022年度列入省级规划电网侧独立储能示范项目清单（第一批）2022年5月17日发电侧：大型风电光伏基地需要长时储能来实现就地消纳和整体打包外送。新

12、能源配套4小时以上储能有关政策用户侧：在具备条件的工业企业、工业园区挖掘新能源就地消纳的潜力。到“十五五”末，全国将建设4.55亿千瓦大基地项 目其中外送3.15亿千瓦，本地自用1.4亿千瓦国家国家能源局关于促进新时代新能源高质量发展的实施方案2022年5月14日SPIC 2022.不间断电源 电能质量调节备用电源 负荷转移液流电池钠硫电池秒级分钟级小时级0kW100kW1MW高能量电容锂离子电池铅酸电池镍氢电池飞轮储能高功率电容镍镉电池10MW100MW1GW 额定功率 15引自DOE EPRI Electricity Storage Handbook in Collaboration wi

13、th NRECA大规模电能管理抽水蓄能 压缩空气液流电池是最适合长时储能的技术路线液流电池超长循环寿命、高安全稳定性、绿色环保，是最适合长时储能的技术路线。SPIC 2022.16液流电池应用场景发电侧新能源友好接入平滑功率输出，响应AGC调度，提高场站 并网友好性大型风电光伏基地储能配套风光大基地一体化建设，增加大 基地就地消纳火储联调提高火电的调频、调峰的能力孤岛、偏远地区供电光伏长时储能系统提供恒定电能供应， 减少外接电及柴油发电机的使用核电安全运行作为应急保障电源，减少调峰电网侧关键节点辅助服务调峰调频、爬坡、电压支撑、黑启动特高压送受电端调峰提高特高压送受电端本地调峰能力城市应急备用

14、为城市政府、医院、工业等重要负荷提供 应急保障用户侧冶金、钢铁、化工等高耗能行 业自备电源的减碳降碳光储充大容量能量时移零碳工业园区和物流园区可再生能源就近消纳数据中心电源可靠性提升虚拟电厂大容量需求响应微电网电能质量和快速并离网切换能力提升石油行业配电网的增容和柴油发电机替代液流电池市场成长空间巨大项目中国市场全球市场2021年可再生能源装机规模（GW）67016802030年预计可再生能源装机规模（GW）16404956配套储能规模（GW）（20%）194665电化学储能规模（GW）（占储能市场50%）97327液流电池储能规模（GW）（占电化学储能市场46%）44.6150装机价格(元/

15、Wh)（6小时）1.51.5发电侧+电网侧市场规模（亿元）401613563用户侧项目数（个）8002400单个项目规模（MWh）6060用户侧市场规模（亿元）7202160合计（亿元）SPIC 2022.47361572317根据IEA和国家能源局数据显示的可再生能源装机规模，以配套20%储能，电化学储能占50%，其 中液流电池占46%测算，液流电池全球市场规模将超万亿，中国市场规模将近五千亿。PART03铁-铬液流电池技术SPIC 2019. All Rights Reserved.19不间断电源 电能质量调节备用电源 负荷转移液流电池钠硫电池秒级分钟级小时级SPIC 2021. All

16、Rig1htks WReserve1d.0kW100kW1MW高能量电容锂离子电池铅酸电池镍氢电池飞轮储能高功率电容镍镉电池10MW100MW1GW 额定功率 19引自DOE EPRI Electricity Storage Handbook in Collaboration with NRECA大规模电能管理抽水蓄能 压缩空气液流电池超长循环寿命、高安全稳定性、绿色环保，是最适合长时储能的技术路线。液流电池是最适合长时储能的技术路线SPIC 2022. All Rights Reserved.20SPIC 2022. All Rights Reserved.20项目循环寿命(次)能量密度安全

17、性系统效率温度（）自放电毒性和腐蚀BOM 性成本成熟度成熟产品型 号kWmA/c m2铁-铬液流电池20,00010-15Wh/L好60-70%-40-70极低弱（稀盐酸） 电解液成本低商用31.2570全钒液流电池20,00015-25Wh/L中60-70%5-45极低强（硫酸）电解液 成本高商用31.5120锌溴液流电池500065Wh/LBr蒸汽有泄 漏风险60-70%20-50低强（Br腐蚀 性极强）锂离子 电池5000300-400Wh/L短路引起爆130-200Wh/kg 炸85%20-45中（0.1-0.3%/天，温 度升高自放电 率增大）强（稳定剂 腐蚀）钠-硫电池固态电解质2

18、500150-240Wh/kg 破裂导致短路，从而发 生火灾65-80%300-350低中（熔融状 态金属Na 和硫磺）低示范540正极材 料成本商用/高低示范/竞争优势分析电化学储能技术对比SPIC 2022. All Rights Reserved.21铁-铬液流电池储能：安全、低成本、长寿命储电技术循环次数20000次 寿期长电解液 低成本长寿期长时储能储能时长可达 数小时至数天易于规模化定制化设计，易于扩容SPIC 2022. All Rights Reserved.温度适应性强工作温区在-407021环境友好 安全性高电解液及正负极材料 毒性和腐蚀性弱，且 可再生，安全稳定铁-铬液流

19、电池储能技术特点SPIC 2022. All Rights Reserved.22SPIC 2022. All Rights Reserved.22铁-铬的储量多，价格走势最为稳定、廉价500000450000400000350000300000250000200000150000100000500000201520162017201820192022单价（元/吨）铬铁钒铁碳酸锂20202021三元正极材料锌铬、钒、锂和锌的价格走势铬、钒、锂和锌的储量Fe/CrVRBLi-ionZn-Br关键原材料铬铁五氧化二钒 V2O5钒储量6300万吨137.2元/kg32.5元/mol碳酸锂锌 Li2C

20、O3锂储量锌储量8900万吨2.5亿吨470.5元/kg 26.18元/kg34.4元/mol 2.94元/mol关键元素全铬储量球探明储量120亿吨关键原材料（2022.8.1）0.17元/kg当量价格0.02元/mol铁-铬液流电池资源禀赋强，成长潜力大SPIC 2022. All Rights Reserved.23232kW储能测试系统SPIC 2022. All Rights Reserved.单电池测试系统60kW储能测试系统10kW储能测试系统短电池堆测试系统材料研发及测试实验室1200多年技术攻关，具备完整的研发测试能力SPIC 2022. All Rights Reserved.24SPIC 2022. All Rights Reserved.24现阶段电流密度达到140mA/cm，未来将达到210mA/cm、350mA/cm电堆功率密度提高100%，整个系统占地面积大幅度缩小国际领先电堆关键技术技术突破SPIC 2022.2510kW/60kWh 储能模块3060kW/240kWh 储能模块1MW/48MWh 储能模块安全成熟的产品系列模块化设计 安全可靠高度集成核电级 工艺理念SPIC 2022.262022年1月铁-铬液流电池示范生产线已建成投产，打造了国内首条涵盖材