储能技术是提高光伏和风能发电品质、输出稳定性与并网安全性的必要手段，对新能源的大规模持续稳定利用和构建新型清洁电力系统至关重要。在经历了铅酸电池、锂电池的更新迭代后，全钒液流电池正逐步成为储能领域的创新力量。 10月24日，由工程材料研究院自主研制的中国石油首套全钒液流电池，在青海油田首次完成极端环境和严苛条件下“光—储—抽”离网应用，实现了边远井场的“绿电”供应和零碳采油，为油气田绿色转型和增产提效探索出全新的供电模式。
□配备储能是目前解决可再生能源发电不稳定问题最有效的手段
□我国已初步形成全钒液流电池全产业链自主知识产权体系 在我国能源结构绿色转型进程中，构建以新能源为主体的新型清洁电力系统，是保障能源安全和实现可持续发展的重要一环。 电能是一种即发即用的能量，发电侧与用电侧的功率相匹配才能保障电网的稳定。与传统火电可调节性强不同，以风能、太阳能为代表的清洁能源发电具有间歇性和不稳定性，这种波动对传统电力系统的冲击较大。因此，可再生能源发电虽然绿色环保，但电网常常消纳不了，弃光、弃风的现象普遍存在。 配备储能是目前解决可再生能源发电不稳定问题最有效的手段。储能系统可以将多余的电能存储起来，在实际需要时再释放，从而实现电力供需平衡，提高电网的安全可靠性，促进可再生能源的应用。 随着“双碳”战略的全面推进，安全性高、存储时间长、适配灵活和全生命周期度电成本低的全钒液流电池，作为大容量高效电化学储能技术的“后起之秀”，迎来了一系列政策红利和前所未有的发展机遇。 我国对全钒液流电池的研究始于20世纪80年代末。虽然目前尚未实现大规模商业化应用，但我国钒矿储量居世界第一，钒电解液全球市场占有率高达90%以上，优越的资源禀赋为发展全钒液流电池产业创造了得天独厚的条件。“十四五”以来，国家将液流电池作为发展新型储能的重要技术路线之一，从顶层设计、技术创新和标准体系等多个角度，陆续推出了一系列扶持措施。今年年初，国家能源局公布的56个新型储能试点示范项目中，有9个涉及全钒、铁基等液流电池，总规模超过900兆瓦/4300兆瓦时。这些项目将通过纳入国家重大项目库、能源领域首台（套）重大技术装备清单等方式获得支持。 目前，我国已初步形成了包括液流电池批量生产、模块设计制造、系统集成控制在内的全钒液流电池全产业链自主知识产权体系，产品广泛应用于可再生能源发电系统、电网调峰填谷、分布式储能系统、微电网系统、应急供电系统和工商业储能等诸多领域，为解决能源供应的稳定性和可再生能源的有效利用提供了新思路、新途径。
□攻克了电极活性低、电解液稳定性差、界面阻抗高等行业难题
□推动全钒液流电池从“可用、能用”到“好用、实用” 全钒液流电池的独特优势同样适用于为油气行业中的大型集中式风光新能源电站配储、分布式光储一体化，以及勘探、钻井、集输、炼化等全产业链装备供能。 近年来，中国石油积极布局光伏、风能等新能源产业，并组织实施重大科技创新项目，支持所属企业联合行业优势力量，攻关压缩空气储能、液流电池、固态电池等新型储能关键技术。 今年5月，中油电能公司与宝石机械公司合作建设的中国石油首个全钒液流储能示范项目，在大庆油田卧龙一次变电所并网发电。该项目采用智能调控技术，通过油田用电峰谷时段差异灵活充电放电，实现能源最佳配置，不仅填补了中国石油在储能领域的空白，提升了油田电网调节能力，而且破解了龙一联地区因负荷不足导致的弃风问题，提升了“绿电”消纳能力，为高寒地区储能技术应用提供了技术储备。 中国石油矿权区位于可再生能源丰富的沙漠、戈壁和荒漠。为满足油气行业特殊场景下对储能的巨大需求，工程材料研究院储能团队经过3年多的基础研究，攻克了全钒液流电池电极活性低、电解液稳定性差、界面阻抗高等行业难题，自主设计、集成出不同功率的全钒液流电池样机，并在企业内部和青海油田分别建成了光储一体化并网和离网示范电站，搭建起大功率全钒液流储能系统多场景测试平台。 10月中旬，在青海油田油气工艺研究院、勘探事业部和采油一厂的支持配合下，工程材料研究院打破电解液适用温区窄、电池效率稳定性差、离网光储融合可靠性低等多项技术壁垒，在高海拔、极寒、纯离网、信号弱、需24小时不间断供电等极端工况下，首次采用自主研制的全钒液流电池和创新设计的柔性直流母线微电网拓扑架构，通过实时远程监控，实现了无人值守边远井场的全天候“绿电”供应。这个研究院将继续在电堆结构密封可靠性、电堆集成工艺稳定性、电池管理策略灵活性、系统集成应用匹配性等方面开展攻关，推动全钒液流电池从“可用、能用”到“好用、实用”。
□全钒液流电池虽面临部分技术挑战和发展困境，但有潜力实现与锂离子电池同等的初装成本
□市场需求持续增加，众多能源行业和化工行业的企业纷纷入局 中关村储能产业技术联盟（CNESA）的报告显示，预计到2030年，液流电池等长时储能技术有望成熟，有潜力实现与锂离子电池同等的初装成本。 凭借高安全性、长寿命和易于扩容等优势，全钒液流电池在电网调峰调频、电力辅助服务，用户分布式储能、微电网建设，以及偏远地区和应急供电场景中将发挥着重要作用，应用前景十分广阔。 然而，全钒液流电池并不完美，仍面临部分技术挑战和发展困境。首先，初装成本过高，全钒液流电池技术复杂，系统配套设备需求较多，钒电解液和质子交换膜等关键材料价格较高，导致目前兆瓦级时长4小时的储能系统初次建设成本达到2000至2800元/千瓦时，在一定程度上限制了全钒液流电池大规模商业化应用的步伐。其次，技术瓶颈有待突破，全钒液流电池在大规模应用中仍存在系统效率长期稳定性、电堆结构和循环管路密封性、电池管理策略和灵活调度等一系列难题。此外，产业链不够完善，标准体系滞后，电池体积大、转换效率低、运行过程中对环境温度要求较高等问题，也影响了全钒液流电池产业的良性发展和市场推广。 近年来，国家高度重视可再生能源与储能技术的融合发展，相继出台了《关于加快推动新型储能发展的指导意见》《“十四五”新型储能发展实施方案》等一系列旨在节能减排、促进液流电池行业发展的政策措施。 随着可再生能源装机量的增长和电网对清洁能源接纳能力的提升，全钒液流电池的市场需求持续增加。在政策的扶持下，众多能源行业和化工行业的企业纷纷入局。 为进一步提高全钒液流电池在储能市场中的占比，未来要深化隔膜、电极和双极板材料、核心部件电堆等方面的技术研发，提高电解液利用率。同时，要大力推进上下游产业链的深度合作，确保原料供给和价格稳定，降低系统造价，提升市场竞争力。
全钒液流电池是一种新型电化学储能技术，其正极和负极均采用循环流动的钒溶液作为介质，借助氧化还原反应实现电能的大规模储存与释放。 当前，主流的储能技术，如抽水蓄能、锂电池和铅蓄电池等，已难以满足新能源装机量持续增长及应用场景日益多样化所带来的储能需求。相比之下，削峰填谷和维护电网稳定能力更出色的高安全性全钒液流电池，在大规模长时储能领域展现出巨大的潜力。 【发展历程】全钒液流电池的概念由澳大利亚新南威尔士大学的Marria Kacos教授于1985年提出。次年，他成功申请了全球首个全钒液流电池专利，并自建了一套能效超过72%的1千瓦试验电堆，标志着这项技术开始从实验室走向产业化。 我国全钒液流电池的研究始于20世纪80年代末。1995年，中国工程物理研究院电子工程研究所率先建成1千瓦的全钒液流电池样机。2006年，中国科学院大连化学物理研究所成功研制出10千瓦的全钒液流电池系统，使我国成为全球第4个掌握这项关键储能技术的国家。2022年10月，全球首座百兆瓦级全钒液流电池储能调峰电站在大连正式并网发电。目前，我国的全钒液流电池技术和产业在全球范围内处于领先且占据重要地位。 【发展潜力】全钒液流电池研究与应用的持续升温，充分彰显了其相较于其他储能技术的显著优势。其储能介质为钒的无机盐水溶液，使得电池在常温常压下运行，无起火爆炸危险；电池容量取决于钒电解液的容积与钒离子浓度，输出功率取决于电堆规模。因此，可根据不同应用场景和负载需求，灵活设计电池的功率与容量；充放电循环次数超2万次，系统可稳定运行20年以上，使用寿命是锂电池的2倍；通过调控电解液的容积和钒离子浓度，可轻松实现4至10小时的长时储能；系统运行时无有毒副产物产生，对环境友好且安全性高。 【资源禀赋】与锂资源大量依赖进口不同，我国钒资源储量和产量分别占全球的39%和68%，全钒液流电池的原材料高度自给可控。尽管当前储能市场仍以锂电池为主，但全钒液流电池凭借高安全性、长寿命、长时存储以及设计灵活性等优势，更适合国内大规模储能市场的需求。随着技术的不断突破和产业链的逐步完善，其经济性将持续提升，有望成为大规模长时储能领域最具前景的发展方向之一。 青海油田跃北1井首次应用中国石油自主研制的全钒液流电池 截至11月4日，青海油田跃北1井光储微电网项目累计发电2.93万千瓦时，实现了井场全天候“绿电”供应，成为高原油田零碳井场示范点。 青海油田油气产区位于青藏高原东北部的柴达木盆地，平均海拔约为3000米。其勘探、试采范围内的边远井大多地理位置偏僻，电网难以覆盖，供电成本高昂。然而，油田在光资源方面得天独厚，矿权区域处在国内光资源最充沛的地带。 跃北1井位于柴达木盆地尕斯库勒油区北部，属于边远井场，无电网覆盖。跃北1井光储微电网项目是青海油田与工程材料研究院深度合作的重要成果，主要运用了“光伏+储能+直流母线微电网”新能源技术。 该项目采用离网型光储系统，由光伏、磷酸铁锂储能、全钒液流储能组成，既确保了储能容量与稳定性，又提高了系统整体效率和安全性，满足抽油机全天的“绿电”需求，大幅降低了单井的运营成本，实现了零碳排放。预计年发电19.8万千瓦时，年减碳197.4吨。 离网型光储系统还引入了多项新技术与新模式。由工程材料研究院自主研发的全钒液流电池，在青海油田生产现场首次应用，效果良好。全钒液流电池作为一种新型储能技术，通过电解液与电池堆的氧化还原反应，实现电能与化学能的转换，具有能量密度高、循环寿命长、安全性好、响应速度快以及易于实现大规模储能等优势。与铅酸电池和锂电池相比，全钒液流电池在长时间储能、大容量应用和安全性上表现突出。 目前，跃北1井日供电需求为360千瓦时，采用“6小时光伏+18小时储能”供电组合，配置“100千瓦光伏+200千瓦时磷酸铁锂储能+120千瓦时全钒液流”的离网型光储系统，与传统电网供电建设成本相比，节约超过30万元。同时，该系统每年预计节约电费7.7万元。
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