環(huán)球零碳

碳中和領(lǐng)域的《新青年》

來源：Flexbase

撰文| 小明

編輯 | 小瀾

→這是《環(huán)球零碳》的2018篇原創(chuàng)

面對(duì)可再生能源的間歇性、波動(dòng)性問題，電力系統(tǒng)對(duì)于4小時(shí)以上甚至跨周、跨季節(jié)長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)的需求越來越迫切。

長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能市場(chǎng)也因此越來越火，長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能委員會(huì)的最新研究估計(jì)，到 2030 年，長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能將成為一個(gè)價(jià)值 3.6 萬(wàn)億美元的行業(yè)，裝機(jī)容量潛力將達(dá)到4-6太瓦。

面對(duì)廣闊的市場(chǎng)潛力，液流電池因其安全性、規(guī)?；忍卣?，正在從層出不窮的長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)中脫穎而出。

2025年底，我國(guó)規(guī)模最大全釩液流電池儲(chǔ)能電站在新疆吉木薩爾實(shí)現(xiàn)全容量投產(chǎn)運(yùn)行，標(biāo)志著我國(guó)在大容量、長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)重要突破。該電站額定功率20萬(wàn)千瓦，儲(chǔ)能規(guī)模100萬(wàn)千瓦時(shí)，儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)達(dá)到5小時(shí)。

近日，在瑞士北部的勞芬堡，全球最大的液流電池項(xiàng)目也迎來新的進(jìn)展。當(dāng)?shù)貢r(shí)間5月21日，負(fù)責(zé)該項(xiàng)目投資建設(shè)的瑞士能源公司FlexBase宣布，選擇Invinity Energy Systems作為其在瑞士勞芬堡的數(shù)據(jù)中心加釩液流電池儲(chǔ)能 (VRFB) 項(xiàng)目的戰(zhàn)略合作伙伴。

根據(jù)雙方的協(xié)議，Invinity提供的釩液流電池將帶來1.5吉瓦時(shí)的儲(chǔ)能容量，這相當(dāng)于儲(chǔ)存了足夠?yàn)橛?guó)約20萬(wàn)戶普通家庭供電一天的電量，該項(xiàng)目是迄今為止全球在建的最大規(guī)模的液流電池系統(tǒng)，甚至超過了中國(guó)。未來，該瑞士電池項(xiàng)目在后續(xù)開發(fā)階段最終可擴(kuò)容至2.1吉瓦時(shí)。

Flexbase創(chuàng)始人、董事長(zhǎng)兼首席執(zhí)行官M(fèi)arcel Aumer表示，Invinity提交了最具吸引力的整體方案，其生命周期成本（LCOS）最低，并且其VRFB技術(shù)憑借其不可燃性、循環(huán)穩(wěn)定性和應(yīng)用靈活性，非常適合該項(xiàng)目。

Invinity表示，與鋰離子電池通常僅能維持1至2小時(shí)的充放電周期相比，釩液流電池每天可進(jìn)行多次充放電，且性能衰減不明顯，持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)——以Invinity的產(chǎn)品為例，最長(zhǎng)可達(dá)10小時(shí)。

圖說：液流電池示意圖

來源：SolarReviews

液流電池技術(shù)的基本原理并非新生事物，早在20世紀(jì)80年代末就已發(fā)展起來。與將電化學(xué)能儲(chǔ)存在固態(tài)鋰中的鋰離子電池不同，液流電池使用儲(chǔ)存在大型儲(chǔ)罐中的液態(tài)電解質(zhì)，具備不可燃特性，且在高頻率循環(huán)充放電數(shù)十年后不會(huì)退化。在釩液流電池中，這種電解質(zhì)由溶解在穩(wěn)定、不易燃的水基溶液中的釩組成。

在釩液流燃料電池（VFB）內(nèi)部，兩個(gè)分別裝有不同電荷的釩電解液的儲(chǔ)罐連接到中央燃料電池堆。儲(chǔ)罐中的電解液被泵入燃料電池堆，并在其中通過膜發(fā)生離子交換。當(dāng)發(fā)生這種交換時(shí)，會(huì)發(fā)生可逆的電化學(xué)反應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)電能的儲(chǔ)存和釋放。

該技術(shù)利用了釩能夠以四種不同的氧化態(tài)存在的特性，每種氧化態(tài)都帶有不同的電荷。充電時(shí)，離子通過隔膜從正極向負(fù)極移動(dòng)，改變氧化態(tài)從而儲(chǔ)存能量。放電時(shí)則發(fā)生相反的反應(yīng)，釋放能量，為電氣設(shè)備供電。

通常情況下，液流電池的功率輸出取決于電極的表面積，而存儲(chǔ)持續(xù)時(shí)間取決于電解質(zhì)體積。因此，輸出不同外部罐體的功率和儲(chǔ)能容量相互獨(dú)立，可拓展性能良好，可以以任何規(guī)模建造。Flexbase首席信息官Pascal Wyss就指出，他們很欣賞Invinity“為Flexbase量身定制的模塊化解決方案”。

Invinity 的釩液流電池 (VFB) 技術(shù)的核心在于釩化學(xué)本身的穩(wěn)定性。與依賴不同元素構(gòu)成電池正負(fù)極的傳統(tǒng)技術(shù)不同，釩能夠以不同的氧化態(tài)存在，這使得 VFB 可以利用釩作為電池內(nèi)部的正負(fù)極“電對(duì)”。這消除了傳統(tǒng)電池化學(xué)體系中許多常見的污染和性能隨時(shí)間推移而下降的問題。

此外，釩是一種無毒、儲(chǔ)量豐富的金屬，其生產(chǎn)遍及全球，既有原生礦開采，也有對(duì)發(fā)電或鋼鐵制造廢料的二次加工。美國(guó)、加拿大、中國(guó)、巴西和南非都蘊(yùn)藏著豐富的釩礦資源。

圖說：瑞士勞芬堡項(xiàng)目施工現(xiàn)場(chǎng)

來源：Flexbase

事實(shí)上，這座名為勞芬堡技術(shù)中心的能源儲(chǔ)存設(shè)施已于2025年春季破土動(dòng)工。項(xiàng)目設(shè)施將占據(jù)勞芬堡電網(wǎng)互聯(lián)樞紐2萬(wàn)平方米的場(chǎng)地，該樞紐地處瑞士、德國(guó)、法國(guó)輸電網(wǎng)絡(luò)交匯處，擁有41條跨境線路。

該開發(fā)項(xiàng)目以雄心勃勃的多用途模式整合了公用事業(yè)規(guī)模儲(chǔ)能、AI數(shù)據(jù)中心及區(qū)域供熱網(wǎng)絡(luò)，預(yù)計(jì)耗資超過10億美元，F(xiàn)lexBase 希望該項(xiàng)目能在 2029 年投入使用。

目前，F(xiàn)lexbase公司正在挖掘近30米深、長(zhǎng)度相當(dāng)于兩個(gè)足球場(chǎng)的的基坑，以容納其計(jì)劃建造的巨型電池儲(chǔ)能系統(tǒng)。該地還將建有一個(gè)大型數(shù)據(jù)中心。Flexbase公司稱其為瑞士“首個(gè)自主人工智能工廠”，該公司此前表示，該設(shè)施占地600平方米，將采用液冷系統(tǒng)，并且至少有30米高，以便容納余熱系統(tǒng)。

Flexbase表示，該設(shè)施將儲(chǔ)存歐洲高壓輸電電網(wǎng)的過剩電力，以幫助穩(wěn)定電網(wǎng)。項(xiàng)目選址位于歐洲電力網(wǎng)絡(luò)核心位置，使該設(shè)施能夠吸收南歐太陽(yáng)能或北歐風(fēng)能產(chǎn)生的過剩能量，并在需求高峰時(shí)釋放回電網(wǎng)。通過作為可再生能源的持續(xù)緩沖，該電池將確保附屬的人工智能設(shè)施有效利用可持續(xù)能源運(yùn)行，而不會(huì)使當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)崩潰。

圖說：勞芬堡技術(shù)中心示意圖

來源：FlexBase

目前，釩液流電池仍處于商業(yè)部署的相對(duì)早期階段，且通常比鋰離子電池更昂貴，這限制了其目前的采用。不過，Invinity表示，隨著近年來該行業(yè)的成熟，其所需的各種組件，例如儲(chǔ)罐、膜、電池堆和泵，價(jià)格都已大幅下降。

Invinity首席執(zhí)行官喬納森·馬倫近日向《金融時(shí)報(bào)》透露，該公司正在與“相當(dāng)數(shù)量”對(duì)釩液流電池感興趣的數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)商進(jìn)行洽談。與鋰離子電池相比，較低的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)也是將系統(tǒng)安置在數(shù)據(jù)中心下方時(shí)需要考慮的因素。

參考材料：

[1]https://newatlas.com/energy/switzerland-redox-flow-battery-flexbase/

[2]https://interestingengineering.com/energy/switzerland-redox-flow-battery

[3]https://www.ft.com/content/1984bd92-1457-4ff1-abf0-dde6ea9dde95

[4]https://www.energy-storage.news/invinity-lands-contract-for-2-1gwh-flow-battery-in-switzerland-share-price-soars-60/

[5]https://www.energy-storage.news/giga-scale-swiss-data-centre-project-will-be-world-first-in-carving-out-niche-for-flow-batteries-invinity-says/

[6]https://www.swissinfo.ch/eng/climate-solutions/switzerland-builds-worlds-most-powerful-redox-flow-battery/91181119

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