文|储能100人 王珂、郑宗斌
“其势已成，其时已至。”
这是去年国家电投董事长钱智民在一次交流会上对新能源发展大趋势的预判，也是其对国家电投未来持续“加码新能源”战略的笃定。
在2018年履新国家电投后，钱智民带领公司制定了全新的“2035一流战略”。根据最新的战略规划，到2035年，国家电投的清洁能源装机占比将提升至75%以上，而截至2020年5月，这一统计数字为50.8%。
之所以敢于提出如此高甚至有些大胆的目标，一个大的背景是，2020年伊始，光伏的度电成本正全面接近，甚至低于煤电。平价时代的到来，光伏相较于传统能源的竞争力开始显现。有新能源从业者更是断言，光伏将成为今后最重要的发电电源。
然而，所有人都明白一个不可更改的事实，能源结构在向绿色低碳转型的同时，矛盾的焦点也在转移。对整个能源产业来说，现在的问题已不再是能源如何生产，而是能源无法被高效储存。
作为全球最大的光伏开发商，要想在这场能源革命中持续领先，国家电投跨界储能既是理所当然，在某种程度上也是迫在眉睫。如果储能技术取得突破，那新能源所面临的间歇性问题也就自然得以解决。
半个月之前，一家名叫“北京和瑞储能科技有限公司”的公司已经悄然成立，这家公司由国家电投中央研究院孵化而来。它的成立，不仅正式开启了中央研究院在储能领域的市场化征程，同时也承载着国家电投集团进入储能产业的雄心。
除了大家熟知的锂电，国家电投中央研究院储能研究所在水储热、熔盐储热、固体储热、相变储热、地热能等技术方面也都深耕布局，其中备受业内关注的当属铁-铬液流电池储能技术。
“市场上其实比较渴求一种能大规模应用的安全性技术，我们坚定远期国家对它的需求，还有集团对它的需求，未来储能拼的其实不是政策，是技术。”
在国家电投中央研究院储能技术研究所所长王含看来，铁-铬液流电池很适合大规模推广，它既不受困于地理位置，又比锂电池安全。但因为对技术和投资的要求都很高，很多储能行业的专家都认为，这需要国家有一个顶层的规划，也需要大型央企去承担推进的责任。
为何选择铁-铬液流电池
众所周知，尽管锂离子电池凭借能量密度和成本在当前的储能装机居于领先地位，但随着能源电力对安全性要求的不断提高，锂离子电池自身也存在明显的短板，其性能如果无法完成进一步提升，未必是能源电力系统未来的最佳选择。
中央研究院紧盯的此项技术，较为独特，外界所知甚少。中央研究院认为，随着新能源不断发展，到2035年，母公司国家电投集团对储能的需求就是刚需，因此对储能的研究需要更加前瞻。
事实上，有关何种储能技术将会是未来的主流还未有定论。从本世纪初开始，一系列电化学储能技术开始走进人们的视野：铅酸电池、铅炭电池、锂离子电池、液流电池、钠硫电池……
电化学储能技术百舸争流，一方面映射出能源革命对储能的迫切需求，另一方面也暗含潜台词：截至目前，尚未有一种技术能够一枝独秀，满足循环寿命、可规模化、安全性、经济性和效率等五项储能关键技术指标。
铁-铬液流便是众多新兴技术中的一员。
20世纪70年代，美国NASA首先制备了铁-铬液流电池，起初的目的是想应用在空间站上，80年代这项技术转为民用，NASA转移给日本继续开发，日本于1984年和1986年成功制备10kW和60kW的原型系统。
在随后的相当一段时间内，铁-铬液流淡出了人们的视线，鲜有相关报道。
直到2014年，美国硅谷科技公司完成了首个铁-铬液流电池商业化项目，再度将铁-铬液流电池拉回人们的视野，后续因为资本的问题导致该技术的商业化进程再度被中断。
2017年，国家电投中央研究院开始进行铁-铬液流技术研究。
让外界疑惑的是，国家电投为何选择比较小众的铁-铬液流电池技术路线？
有业内人士认为，在液流电池储能技术派系中，发展最快的是全钒液流电池。但在国家电投储能团队专家看来，铁-铬液流电池理论循环寿命最低可达到10000次，温度适应范围更广，在没有保温的措施下，管道内温度适应范围可以从零下20摄氏度到70摄氏度。
经过他们内部推演，铁-铬液流电池被认为是所有技术路线中最有发展前景的方向之一，成本理论上能够低于锌溴和全钒液流电池，因此具备大规模推广的潜力。伴随着析氢、电解液互混等问题的解决，铁-铬液流电池技术正在走出实验室，向着更大功率、更加稳定的产业化要求进击。
国家电投中央研究院自主研发的铁-铬液流电池堆
“锂的资源在全球的储量是1600万吨，钒的全球储量是2200万吨，而铬是5.1亿吨。从资源上就能够看出，谁能够长期在储能界发展。”
上述专家认为，虽然短期内铁-铬液流电池还无法和锂电竞争，但放在一个更长的维度看，在未来，铁-铬未必没有机会。
如何打破产业化桎梏
2019年底，国家电投中央研究院自主研发的首个31.25kW铁-铬液流电池电堆“容和一号”，成功下线并通过了检漏测试，该电堆是目前全球最大功率的铁-铬液流电池电堆。
目前，首个MW级示范项目250kW/1.5MWh即将在河北张家口投运；百兆瓦级示范项目也正在规划落地山东，下一步，内蒙古地区将成为更大规模铁-铬液流电池储能项目发展的舞台。
与锂离子和全钒液流电池成熟的产业链相比，铁-铬液流电池的最大难题是从材料到部件到设备等环节的全产业链条需要从头开始搭建。此外，由于电压等级不一样，锂电池上的核心部件PCS应用在液流电池上并不适用，需要重新做适应性开发。
能量密度和系统效率也是液流电池目前最大的短板之一，目前的铁-铬液流电池电流密度较低，系统输出效率大约为70%-75%，这是外界质疑其能否大规模商业化的主要理由之一。
有业内人士认为，铁-铬液流电池若想在行业立足，关键还是看其电池技术能否进一步提升，成本能否实现快速下降，一方面需要规模化的带动，另外一方面必须将铁-铬液流电池能量密度提升一个量级。
中央研究院内部人士告诉“储能100人”，国家电投中央研究院目前实验室的能量密度为140mA每平方厘米，如果中试顺利，能量密度将在现有70mA每平方厘米基础上实现翻番。在产能达到1GW的时候，铁-铬液流的系统成本将与抽水蓄能相媲美。
张家口1.5MWh光储示范项目现场
在产业化的实现上，国家电投中央研究院一方面要建立一套包括结合隔膜、矿产资源、电解液在内的完整的生态系统。另一方面积极寻求合作伙伴，公司将带动产业链上下游合作伙伴一起落地，共同打造配套产业园区，通过规模化生产来降低成本，以此推动铁-铬液流电池的产业化应用。
目前，国家电投中央研究院正在与多个地方政府洽谈，近期会迅速在多个地方落地。按照规划，国家电投中央研究院2021年铁-铬液流电池产线会有100MW年产能投产，2022年年产能将扩大至300MW，预计5年之内年产能规模将达到3GW。
据了解，与滞后的产能相比，铁-铬液流在市场拓展方面已经一马当先，因国家电投集团内部具有庞大的市场需求。
在一位业内专家看来，背靠国家电投这颗大树，中央研究院开展储能有天然的优势，但处于产业化初期阶段的铁-铬液流电池仍然显得有些势单力薄，能否化茧成蝶完成蜕变后期仍需要市场的力量。从全球来看，全钒液流电池、固态锂电池都是能源企业和电池巨头重点发力的方向，铁-铬液流电池能否杀出重围，首先需要与同属液流电池领域的全钒液流电池PK，其次还要在成本和安全综合实力上与锂电池较量。
来自JP摩根的一份研究报告认为，如今的电池行业和90年代的半导体非常类似，预计真正能够赚钱的，依然只是少数的行业领先者。
这其实也说明，投资电池行业风险不小。各种技术之间的竞技是一场跑不完的马拉松，尤其是锂电池出现持续快速降价的情况，现阶段对各种电池技术都造成相当大的压力。虽然未来具体哪种电池会胜出还不得而知，但国家电投布局铁-铬液流电池技术，让这个技术路线众多、竞争形势复杂的新兴产业拥有更多的可能性，也为新能源与储能产业的结合带来了新的希冀。
