Với tư cách là cơ sở vật chất quan trọng cho sự tồn tại và phát triển của con người, năng lượng là nguồn tài nguyên chiến lược liên quan đến nền kinh tế quốc dân và dân sinh. Với sự phát triển nhanh chóng của xã hội và nền kinh tế của chúng ta, nhu cầu về năng lượng đang tăng lên từng ngày. Việc tiêu thụ ồ ạt năng lượng hóa thạch đã gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng, hiện tượng sương mù khắc nghiệt thường xuyên xảy ra, ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe con người và môi trường sống.

Gần đây, nhà nước đã đưa ra tư duy chiến lược thúc đẩy cuộc cách mạng tiêu thụ năng lượng, cuộc cách mạng cung cấp năng lượng, cuộc cách mạng công nghệ năng lượng và cuộc cách mạng hệ thống năng lượng. Thúc đẩy mạnh mẽ điều chỉnh chiến lược cơ cấu năng lượng, nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng hóa thạch, phổ biến ứng dụng năng lượng tái tạo là lựa chọn tất yếu để đạt được sự phát triển kinh tế - xã hội bền vững của đất nước, đồng thời giải quyết vấn đề an ninh năng lượng và môi trường của đất nước. ô nhiễm, thực hiện bảo tồn năng lượng và giảm phát thải, và cải thiện màu xanh của toàn xã hội. Các nhu cầu chiến lược của chính sách quốc gia về mức độ cacbon hóa thấp.

Tuy nhiên, sản xuất điện năng lượng tái tạo như năng lượng gió và năng lượng mặt trời có đặc điểm là không liên tục, không ổn định và không kiểm soát được. Việc tích hợp quy mô lớn vào lưới điện sẽ ảnh hưởng nghiêm trọng đến hoạt động an toàn và ổn định của lưới điện, dẫn đến một lượng lớn gió và ánh sáng bị bỏ rơi.

Tuy nhiên, công nghệ lưu trữ năng lượng quy mô lớn có thể giải quyết hiệu quả các vấn đề về tính ngẫu nhiên, gián đoạn và biến động của sản xuất điện năng lượng tái tạo, hiện thực hóa sản lượng điện ổn định và theo dõi quá trình sản xuất điện theo kế hoạch, từ đó cải thiện khả năng hấp thụ năng lượng tái tạo của lưới điện và giải quyết vấn đề giảm gió. , Vấn đề ánh sáng bị bỏ rơi. Đồng thời, nó cũng sẽ đóng một vai trò quan trọng trong việc san lấp lưới điện và điều tiết cao điểm.

Để đáp ứng nhu cầu của các lĩnh vực ứng dụng khác nhau, nhiều công nghệ lưu trữ năng lượng đã được nghiên cứu và phát triển trong ngành, cũng như các công nghệ lưu trữ năng lượng khác nhau và phạm vi áp dụng của chúng đã được khám phá. Những công nghệ lưu trữ năng lượng này có những đặc điểm và lĩnh vực áp dụng riêng. Nói chung, các hệ thống phát điện năng lượng tái tạo như năng lượng gió và năng lượng mặt trời có yêu cầu cao hơn về năng lượng và khả năng lưu trữ đảo ngược của công nghệ lưu trữ năng lượng. Công nghệ tích trữ nước được bơm, công nghệ pin dòng chảy, công nghệ pin lithium-ion, công nghệ pin siêu axit chì, v.v. có triển vọng ứng dụng tốt trong lĩnh vực công nghệ lưu trữ năng lượng quy mô lớn.

Tám lợi thế kỹ thuật

So với các công nghệ lưu trữ năng lượng quy mô lớn khác, công nghệ pin dòng vanadi có nhiều ưu điểm.

Đầu tiên, hệ thống lưu trữ năng lượng pin dòng oxi hóa khử hoàn toàn bằng vanadi hoạt động an toàn và đáng tin cậy, có thể tái chế, tải trọng môi trường nhỏ trong vòng đời và thân thiện với môi trường. Phương tiện lưu trữ năng lượng của hệ thống lưu trữ năng lượng pin dòng oxi hóa khử toàn vanadi là dung dịch nước điện phân, có độ an toàn cao.

Thứ hai, công suất đầu ra và khả năng lưu trữ năng lượng của hệ thống lưu trữ năng lượng pin dòng oxy hóa khử toàn vanadi độc lập với nhau, thiết kế và vị trí rất linh hoạt. Công suất đầu ra được xác định bởi kích thước và số lượng của ngăn xếp, trong khi khả năng lưu trữ năng lượng được xác định bởi nồng độ và thể tích của các ion vanadi trong dung dịch điện phân. Công suất đầu ra của hệ thống pin dòng oxi hóa khử hoàn toàn vanadi nằm trong khoảng từ hàng trăm kilowatt đến hàng trăm megawatt và khả năng lưu trữ năng lượng nằm trong khoảng từ hàng trăm kilowatt giờ đến hàng trăm megawatt giờ.

Thứ ba, nguyên lý hoạt động của pin dòng oxi hóa khử hoàn toàn bằng vanadi là thực hiện việc lưu trữ và giải phóng năng lượng điện thông qua sự thay đổi trạng thái hóa trị của các ion vanadi trong chất điện phân. Khả năng đảo ngược của phản ứng tốt, không có sự thay đổi pha, chất điện phân chảy liên tục trong các điện cực bên trong pin và phản ứng chuyển đổi trạng thái phóng điện nhanh chóng. Số chu kỳ sạc và xả là hơn 15.000 lần và tuổi thọ là 15 đến 20 năm. Vòng đời là hiệu quả chi phí.

Thứ tư, các dung dịch điện phân dương và âm trong pin dòng oxi hóa khử hoàn toàn vanadi là cùng một nguyên tố và dung dịch điện phân có thể được sử dụng nhiều lần thông qua quá trình tái tạo trực tuyến. Hệ thống lưu trữ năng lượng ngăn xếp và pin chủ yếu bao gồm vật liệu carbon, nhựa và vật liệu kim loại. Khi loại bỏ hệ thống pin dòng oxi hóa khử hoàn toàn vanadi, vật liệu kim loại có thể được sử dụng liên tục, vật liệu carbon và nhựa có thể được sử dụng làm nhiên liệu. Do đó, tải lượng môi trường của hệ thống pin dòng oxi hóa khử hoàn toàn vanadi trong toàn bộ vòng đời là nhỏ và rất thân thiện với môi trường.

Thứ năm, giá rẻ. Trong những năm gần đây, với sự phát triển không ngừng của công nghệ vật liệu pin dòng oxi hóa khử hoàn toàn vanadi và công nghệ sản xuất và thiết kế cấu trúc pin, hiệu suất của pin đã liên tục được cải thiện, hiệu suất năng lượng của ngăn xếp có thể được duy trì trên 80% và dòng điện hoạt động mật độ đã tăng từ 60-80mA/c ban đầu tăng lên 150mA/c. Mật độ năng lượng của pin được tăng gấp đôi và trong điều kiện này, chi phí giảm đáng kể. Mặc dù chu kỳ nghiên cứu và phát triển rất ngắn và đầu tư của nhà nước rất thấp, quy mô 1MW/5MW của hệ thống lưu trữ năng lượng pin dòng oxy hóa khử hoàn toàn vanadi đã giảm từ 7.000 nhân dân tệ/kWh năm 2013 xuống còn 3.500 nhân dân tệ/kWh vào năm 2016. Hơn nữa, số lần sạc và xả là hơn 16.000 lần, vì vậy chi phí cho vòng đời của nó rất thấp.

Thứ sáu, hệ thống lưu trữ năng lượng pin lưu lượng toàn vanadi áp dụng thiết kế mô-đun, thuận tiện cho việc tích hợp hệ thống và mở rộng quy mô. Ngăn xếp pin dòng oxi hóa khử hoàn toàn bằng vanadi được hình thành bằng cách xếp chồng nhiều ô đơn lẻ theo phương pháp ép bộ lọc. Công suất đầu ra định mức của một chồng pin dòng oxi hóa khử toàn vanadi thường nằm trong khoảng từ 20 kW đến 40 kW; hệ thống lưu trữ năng lượng pin lưu lượng oxi hóa khử toàn vanadi thường bao gồm nhiều mô-đun hệ thống lưu trữ năng lượng đơn vị và công suất đầu ra định mức của các mô-đun hệ thống lưu trữ năng lượng đơn vị thường nằm trong khoảng từ 100 kW đến 300 kW. So với các loại pin khác, công suất đầu ra định mức của ngăn xếp pin dòng vanadi và mô-đun hệ thống lưu trữ năng lượng tế bào pin là lớn, thuận tiện cho việc tích hợp và mở rộng quy mô của hệ thống lưu trữ năng lượng pin dòng vanadi.

Thứ bảy, nó có khả năng quá tải mạnh và khả năng xả sâu. Khi hệ thống lưu trữ năng lượng pin dòng oxi hóa khử toàn vanadi đang chạy, dung dịch chất điện phân được bơm tuần hoàn lưu thông trong ngăn xếp và ảnh hưởng của sự khuếch tán các hoạt chất trong dung dịch chất điện phân là nhỏ; hơn nữa, độ phản ứng của điện cực cao và độ phân cực kích hoạt nhỏ. Do đó, hệ thống lưu trữ năng lượng pin dòng oxi hóa khử hoàn toàn vanadi có khả năng quá tải tốt. Hơn nữa, pin dòng oxi hóa khử hoàn toàn vanadi không có hiệu ứng bộ nhớ và có khả năng xả sâu tốt.

Thứ tám, mật độ năng lượng của pin lưu lượng tương đối thấp và pin lưu lượng toàn vanadi phù hợp hơn cho các nhà máy điện lưu trữ năng lượng quy mô lớn cố định.

Ứng dụng công nghiệp là lạc quan

Khái niệm pin lưu lượng do LHthaller (Trung tâm nghiên cứu NASA Lewis, Cleveland, Hoa Kỳ) đề xuất vào năm 1974. Loại pin này trải qua phản ứng oxi hóa khử thuận nghịch (tức là sự thay đổi trạng thái hóa trị có thể đảo ngược) trên điện cực thông qua vật liệu hoạt động. trong dung dịch điện ly dương và âm. ) để nhận ra sự chuyển đổi lẫn nhau của năng lượng điện và năng lượng hóa học.

Trong quá trình sạc, điện cực dương trải qua phản ứng oxy hóa và trạng thái hóa trị của vật liệu hoạt động tăng lên; điện cực âm trải qua phản ứng khử và trạng thái hóa trị của vật liệu hoạt động giảm; quá trình phóng điện thì ngược lại.

Các dung dịch điện phân dương và âm của pin lưu lượng được lưu trữ trong bể chứa bên ngoài và được vận chuyển vào bên trong pin thông qua máy bơm và đường ống để phản ứng. Về lý thuyết, các ngăn oxi hóa khử khác nhau có thể tạo thành nhiều loại pin lưu lượng.

Pin dòng oxi hóa khử hoàn toàn vanadi sử dụng các ion vanadi ở các trạng thái hóa trị khác nhau làm vật liệu hoạt động và nhận ra sự chuyển đổi lẫn nhau giữa năng lượng hóa học và năng lượng điện thông qua sự thay đổi trạng thái hóa trị của các ion vanadi.

Công nghệ lưu trữ năng lượng pin quy mô lớn cần đáp ứng một số yêu cầu cơ bản, đó là độ an toàn cao; hiệu suất chi phí cao trong vòng đời; kinh tế khá; tải lượng môi trường thấp trong vòng đời và thân thiện với môi trường, v.v.

Ngược lại, trong số nhiều công nghệ lưu trữ năng lượng, công nghệ lưu trữ năng lượng pin dòng chảy có ưu điểm là hiệu suất chuyển đổi năng lượng cao, dung lượng lưu trữ lớn, lựa chọn vị trí miễn phí, xả sâu, an toàn và bảo vệ môi trường, v.v., và đã trở thành một công nghệ quy mô lớn và công nghệ lưu trữ năng lượng hiệu quả. Một trong những công nghệ ưa thích. Trong số nhiều loại pin dòng chảy, công nghệ lưu trữ năng lượng pin dòng chảy hoàn toàn bằng vanadi là công nghệ lưu trữ năng lượng pin dòng chảy công nghiệp hóa nhất.