液流钒电池储能系统产业化开发项目可行性研究报告.docx

1、液流钒电池储能系统产业化开发项目可行性研究报告液流钒电池储能系统产业化开发项目可行性研究报告第一章 液流钒电池储能系统产业化开发项目总论 11.1 项目的基本情况 11.2 已完成的研发工作及中试情况 21.3 技术或工艺特点 41.4 该重大关键技术的突破对行业技术进步的重要意义和作用 71.5 项目承办单位 71.6 可行性研究报告的编制依据 71.7项目建设方案 81.8 项目总投资及资金来源 91.9经济及社会效益 9第二章 液流钒电池储能系统产业化开发项目建设的前景及必要性 102.1 项目背景 102.2 国内外现状和技术发展趋势 112.3对产业发展的作用与影响，产业关联度分析，

2、市场分析 122.4 与国家高新技术产业化专项总体思路、原则、目标等关联情况 14第三章 液流钒电池储能系统产业化开发项目承办单位概况 163.1 基本情况 163.2 主要股东情况 163.3 项目主要负责人 16第四章 液流钒电池储能系统产业化开发项目产品市场分析 184.1 总体目标市场 184.2 公司目前掌握的市场状况 184.3 市场容量 194.4 市场竞争格局 204.5 价格现状及预测 204.6 市场主要原材料供应 204.7 销售策略 20第五章 液流钒电池储能系统产业化开发项目技术基础及技术工艺方案 225.1 成果来源 225.2 技术工艺特点 225.3 该项目的重

3、要意义和作用 225.4 项目的产能规模 245.5 建设的主要内容（第一期） 245.6 采用的工艺技术路线与技术特点 255.7 生产线建设平面图(第一期) 265.8 项目设备选型 265.9 项目无形资产投入 27第六章 液流钒电池储能系统产业化开发项目原材料供应 286.1主要原料材料供应 286.2 主要原材料价格 286.3 项目物料平衡及年消耗定额 29第七章 液流钒电池储能系统产业化开发项目地址选择 337.1 第一期项目地质现状及建设条件 337.2 项目总平面布置图 347.3 项目给排水图 347.4 项目供电图 347.5 第二、三期项目选址 34第八章 液流钒电池储

4、能系统产业化开发项目节能措施 358.1 节能措施 358.2 能耗分析 37第九章 液流钒电池储能系统产业化开发项目节水措施 389.1节水措施 389.2水耗分析 38第十章 液流钒电池储能系统产业化开发项目环境保护 3910.1场址环境条件 3910.2主要污染物及产量 3910.3环境保护措施 3910.4环境保护投资 4110.5环境影响评估 41第十一章 液流钒电池储能系统产业化开发项目劳动安全卫生与消防 4211.1劳动安全卫生 4211.2消防措施 45第十二章 液流钒电池储能系统产业化开发项目组织机构与人力资源配置 4712.1项目组织机构 4712.2劳动定员 4812.3

5、人员培训 48第十三章 液流钒电池储能系统产业化开发项目实施进度安排 4913.1 液流钒电池储能系统产业化项目分三期实施 4913.2第一期项目实施进度 4913.3第二期计划 4913.4第三期计划 4913.5项目建设期管理 50第十四章 液流钒电池储能系统产业化开发项目投资估算及资金来源 5114.1项目总投资估算 5114.2投资使用估算 5114.3资金来源 52第十五章 液流钒电池储能系统产业化开发项目财务概算 5315.1第一期投资财务概算 5315.2第二期投资财务概算 5415.3第三期投资财务概算 5515.4投资盈利节点合计概算 5615.5建立中国钒产业基金 56第十

6、六章 液流钒电池储能系统产业化开发项目经济及社会效益分析 5716.1经济效益分析 5716.2社会效益分析 57第十七章 液流钒电池储能系统产业化开发项目风险分析 5917.1市场风险 5917.2工艺、设备技术风险 5917.3资金风险 5917.4政策风险 5917.5人员风险 6017.6不可抗拒因素 60第十八章 液流钒电池储能系统产业化开发项目综合结论 61附件： 631.四川中物电新能源科技有限公司注册资质 632.四川鸿恒旗实业有限公司注册资质 633.成都中物电新能源科技公司注册资质 634.国家国防科技工业局，科工经【2008】423号 635.中国工程物理研究院，军转民【

7、2013】15号 636. 四川中物电新能源科技有限公司七项专利 637.双流县发改局项目立项批复 638.双流县安监局第一期安评通知 639.双流县环保局第一期项目环评通知 6310.成都市环保局第一期项目环评的审查批复 6311.相关图纸 6312. 固定资产投资项目节能登记表 6313.项目资产评估报告书. .6414.四川中物电新能源科技有限公司研发中心揭牌授印仪式现场图65第一章 液流钒电池储能系统产业化开发项目总论钒电池全称为全钒氧化还原液流电池（Vanadium Redox Battery,缩写为VRB），是一种活性物质呈液态循环流动的氧化还原电池。具有大功率、大容量、长寿命的特

8、点，能广泛应用于各种中大型储能、调峰领域。1.1 项目的基本情况本项目的主要技术来源于中国工程物理研究院（以下简称中物院）电子工程研究所在19952014年开展的液流钒电池储能系统各项技术研究，包括2007年中物院电子工程研究所军民两用技术开发项目液流钒电池储能系统示范工程，2008年国防科工局军转民技术开发项目液流钒电池储能系统产业化开发、2011年总装预研项目固定台站用全钒液流储能电池关键技术研究、2013年院应用技术开发重大项目离网储能用钒电池储能系统工程化开发等项目中取得的成果。中物院电子工程研究所已获得多项专利权，如表1所示。其中一种低电阻导电塑料及其制备方法获2010年第十九届国家

9、发明展览会银奖。四川中物电新能源科技（集团）有限公司与中物院电子工程研究所合作（知识产权入股）,所有专利已转入四川中物电新能源科技（集团）有限公司，以后取得的研究成果归四川中物电新能源科技（集团）有限公司所有。（注：成都中物电新能源科技有限公司是四川中物电新能源科技（集团）有限公司的全资公司）。表1-1 专利一览表序号专利名称授权号专利类型备注1一种液流电池复合导电塑料集流体的制备方法CN100550486C发明专利已授权2一种全钒液流电池用电解液的制备方法CN101521292B发明专利已授权3一种低电阻导电塑料及其制备方法CN101525468B发明专利已授权4液流电池用一体化双极板CN2

10、02601781U实用新型专利已授权5液流电池用一体化端极板CN202905873U实用新型专利已授权6一种低电阻率复合导电板及其制备方法CN102643515A发明专利公告期7止回液流电池2014205193561实用新型专利已受理8管道电解液检测装置201420519416X实用新型专利已受理9漏液监测装置2014205196964实用新型专利已受理10液流电池蓄电量监测装置2014205194193实用新型专利已受理11水压测试机2014205192037实用新型专利已受理12检漏机2014205208247实用新型专利已受理13检漏装置2014205208675实用新型专利已受理1.2

11、 已完成的研发工作及中试情况中物院电子工程研究所从1995年率先在国内开始钒电池的研制。先后研制成功了20瓦、50瓦、250瓦、500瓦、1千瓦、5千瓦、10千瓦的钒电池模块电堆样机，立足自主创新，坚持跟踪国内外先进技术，在钒电池的关键技术上不断突破，保持关键技术国内领先优势。电堆充放电电流密度可以达到120mA/cm2以上,综合技术指标达到了国内领先、国际先进水平。成功开发了钒电解液制备技术、复合导电板技术、一体化极板技术、模块电堆技术、系统集成及系统自动化管理技术等，其中复合导电板技术、一体化极板技术属国内外首创，达到国际领先水平。项目研发过程中承担的主要项目包括：1.2.1 1995年国

12、家财政部项目钒电池研究与开发。1.2.2 2003年中国工程物理研究院科学技术基金军转民项目钒电池复合导电板的研制，编号20030325。1.2.3 2004年中国工程物理研究院科学技术基金军转民项目电解液研究，编号20040543。1.2.4 2006年四川省发展和改革委员会四川省2006年预算内基本建设投资（第二批）计划项目钒电池储能系统，川发改投资【2006】562号文件。1.2.5 2006年院军转民项目液流钒电池储能系统示范工程，编号JM20060320。1.2.6 2008年所军转民项目钒电池储能系统工程化开发，编号JM2008506-2。1.2.7 2008年四川省第二批应用技术

13、研究与开发项目高效环保液流钒电池储能系统，项目编号2008GZ0085。1.2.8 2008年国防科工局军转民技术开发专项“液流钒电池储能系统产业化开发”项目，科工经【2008】423号。1.2.9 2009年上海电力公司提供10千瓦钒液流电池储能系统示范工程。1.2.10 2011年固定台站用全钒液流储能电池关键技术研究，总装预研项目。1.2.11 2013年院军转民【2013】15号，离网储能用钒电池系统工程化开发。先后发表文章数十篇，申请专利十多项，2011年“5Kw钒电池单元电堆制造技术”通过四川省科技成果鉴定，并先后建立了多套示范系统。2006年，建立了国内第一套4千瓦太阳能光伏发电

14、用钒电池储能系统示范工程，该套系统参加深圳市第九届中国国际高新技术成果交易会，获得优质产品奖；2008年，与上海电力合作，在上海市崇明岛建立了国内第一套应用于光伏发电并网调峰的10千瓦钒电池调峰示范系统，并参与上海世博会期间的展出，获参观的相关国家领导人好评；2010年，在攀枝花建立了无人值守5Kw太阳能发电钒电池储能的离网示范系统，连续运行至今，使用效果良好；2012年，在攀枝花建立了无人值守20Kw太阳能发电钒电池调峰抽水灌林示范工程，灌林实用效果显著，运行至今，受到地方政府与人民的高度评价。图1深圳高交会4千瓦钒电池示范工程 图2上海崇明10千瓦钒电池示范工程图3 5千瓦钒电池储能示范工

15、程 图4 20千瓦钒电池调峰示范工程目前，基于中物院电子工程研究所研发的液流钒电池技术，注册成立四川中物电新能源科技（集团）有限公司,进行液流钒电池技术产业化开发，并在绵阳成立了研发中心。项目第一期全部建成后，将具备年生产50兆瓦液流钒电池储能系统的生产能力。1.3 技术或工艺特点该项目由中物院电子工程研究所独立开发研究。通过十多年的研究，已经突破了以下关键技术。1.3.1 复合导电板技术目前国内外钒电池导电板主要使用导电塑料板。导电塑料板基本都是采用高分子基体材料，一般为PE、PP等绝缘热塑性树脂，通过添加导电粉体填料，如金属粉末、碳粉、碳纤维（短纤）等，采用高温注塑工艺生产导电塑料板。复合

16、导电塑料板化学稳定性好，但是导电性较差。导电塑料板内部的导电结构可分为三种情况： 导电颗粒完全连续的相互接触形成电流通路，这是最理想情况，导电性能最好。 导电颗粒不完全连续接触，其中不相互接触的导电颗粒之间由于隧道效应而形成电通流路，相当于一个电阻与一个电容并联后再与电阻串联的情况，导电性能次之。 导电粒子完全不连续，导电颗粒间的聚合物隔离层较厚，是电的绝缘层，相当于电容器的效应，导电性最差。由于导电填料分散不均以及含量存在上限的原因，第一、第二两种情况在导电塑料板制备中难以避免的大量普遍存在，导电塑料板在导电性能方面很难取得根本上的突破。石墨板虽然导电性能很好，但是通过多次实践证明，石墨板在

17、钒电池正极易发生电化学腐蚀现象，导致石墨板表层松软、变形、穿孔等现象。本项目的复合导电板结合了导电塑料板和石墨板的优点，同时具备电性能优良和化学、电化学性能稳定、机械强度高等特点。通过对各种种类的导电填料进行比较和优选，选定优质碳黑和碳纤维（网状）作为导电填料，树脂料作为基体。通过调整炭黑含量，并利用碳纤维形成贯穿型导电网络骨架结构，实现了导电塑料板最理想的连续导电结构，显著提高了复合导电板的导电性能和机械强度。设计了超声分散工艺、真空浸渍工艺、模压工艺、气检、水检工艺等，采用一次性混料模压成型的工艺，提高了复合导电板抗渗漏性能和捡漏合格率。制备的复合导电板电阻率低于0.05cm，厚度不超过3

18、mm，生产工艺简单，原材料成本低，易于产业化生产。1.3.2 一体化极板技术将复合导电板作为嵌入件直接嵌入到导流边框模具中央预留腔体内，采用常温注塑工艺一次成型，制备一体化双极板。该项技术目前在国内外还没有报道，属于完全自主技术，已申请专利。由于注塑边框用的树脂材料与复合导电板基体为同种树脂材料，所以制备的一体化极板边框与复合导电板可以完成无缝结合。该项技术彻底解决了双极板组件内部的导电板两面的电解液密封问题，减少了50%的密封环节，提高双极板可靠性，简化了生产工序，降低了生产成本。1.3.3 模块电堆技术模块电堆技术主要包括电极材料技术、电堆密封技术、内部流道技术、电堆进出液方式设计等。电极

19、是钒电池发生反应的唯一场所，是钒电池关键组件之一。通过对多种电极材料的筛选比较，发现石墨毡材料是目前最适合用于钒电池电极的材料，而不同的石墨毡材料性能差异较大，通过长期优化，选择特定品质的石墨毡材料，严格控制原材料性质、生产升温曲线、成品密度、厚度一致性等，可以提高钒电池的电压性能和能量效率。模块电堆密封技术是钒电池长期运行最基本的可靠性保障，也是钒电池最常见的技术问题。通过对密封圈材料硬度、压缩比、密封圈形状等的优化，结合密封方式的调整，彻底解决了钒电池漏液问题，大大提高了电堆运行的安全可靠性。模块电堆内部流道结构直接关系到电解液在电极上的交换速度与分布均匀性，通过流道尺寸以及流道结构的优化

20、，控制适宜的流量，尽可能避免了电极反应死角，提高电化学反应交换速度，提高了电堆的比功率。通过优化模块电堆进出液方式，降低了自放电损耗，提高了能量效率。同时，采用单边进出液、两端进出液、中间进出液等多种进出液方式，方便根据场地进行多堆连接，完成系统集成。1.3.4 电解液技术电解液是钒电池的储能介质，电解液的处理和匹配是钒电池稳定运行的关键因素。此前钒电解液只能用化学方法进行处理。经过试验研究，改进了电解液的处理方法，改用化学方法和电化学方法相结合的方式，以五氧化二钒为原材料，在高压蒸汽反应釜中进行还原处理，利用化学还原方法制备正极钒溶液，再用电化学方法还原处理得到负极钒溶液。改进后的方法降低了

21、钒溶液处理成本，同时保证了钒溶液的质量，使正、负极电解液能很好的匹配，大大提高了电堆性能。同时，通过电解液正、负极稳定性的研究，分析了高荷电态正极出现沉淀、负极出现结晶和沉淀的机理，研究得到了正极稳定性添加剂配方，并通过优化制备工艺，改进配方等办法，大大提高了钒电解液的稳定性，扩大了钒电解液的稳定使用温度范围，从以前的0至40拓展至常规-5至45，特殊情况-10至50，保障了钒电池的可靠运行，实现工程化应用。 1.3.5 系统集成及电池管理技术作为大容量、大功率储能系统，必须要有多个电池之间的联接。系统集成及电池管理是保证系统可靠运行的关键，液流钒电池不同于传统电池，系统构造更复杂。针对液流钒

22、电池的技术特点，设计并开发了包括流量、温度、液位、电压、电流等各种参数的监测及自动化控制管理系统，开发了多个电堆之间的联接及管理技术。1.4 该重大关键技术的突破对行业技术进步的重要意义和作用液流钒电池储能系统的关键技术突破，对钒电池储能系统的产业化开发起到了极大的促进作用。电堆密封问题的解决，大大提高了钒电池的稳定性和使用寿命；复合导电板以及一体化极板技术均属国内外首创，这两项技术的突破，对提高液流钒电池电堆性能以及稳定性具有重要意义；电解液生产工艺的解决，降低了电解液的生产成本，减少了对原材料以及能源的消耗，提高了生产效率。1.5 项目承办单位四川中物电新能源科技（集团）有限公司。1.6

23、可行性研究报告的编制依据1.6.1国家“十一五”科学技术发展规划，第三章重点任务第2条第（1）部分，优先发展能源、资源与环境保护技术。1.6.2国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006年2020年），第五章前沿技术第5条先进能源技术，分布式供能技术。1.6.3 2011年12月国家能源局文件国家能源科技“十二五”规划（2011年2015年）第70页【Z16】大容量快速储能装置（6）Mw级液流储能电池系统目标：研制20Kw级液流储能电池模块，集成。制造输出功率为MW级的液流储能电池系统。1.6.4国家发改委，当前优先发展的高技术产业化重点领域指南（2011年度）中包括钒电池储能内容摘要如下：【

24、五、先进能源 63、动力电池及储能电池高性能锂离子电池正极材料、隔膜材料、电解质材料制备技术，大容量锂动力电池成组技术与设备、电池管理系统设计与生产，大容量钠硫电池模块制备、储能系统、电网接入系统与控制技术，全钒液流储能电池制备、电池系统设计、集成与运行控制技术，质子交换膜燃料电池及关键材料制备技术，直接醇类燃料电池，中低温固体氧化物燃料电池及微型燃料电池。】1.6.5中华人民共和国国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要第十一章“推动能源生产和利用方式变革”第三节“加强能源输送通道建设”中明确指出：适应大规模跨区输电和新能源发电并网的要求，加快现代电网体系建设，进一步扩大西电东送规模，完善区域

25、主干电网，发展特高压等大容量、高效率、远距离先进输电技术，依托信息、控制和储能等先进技术，推进智能电网建设，切实加强城乡电网建设与改造，增强电网优化配置电力能力和供电可靠性。1.7项目建设方案1 2 3 4 5 6 7 项目建设分三期，第一期建成具备50兆瓦液流钒电池储能系统生产能力的生产线；第二期建成具备500兆瓦液流钒电池储能系统及相配套的电解液、电堆、隔膜生产能力的生产线；第三期建成“中国钒电池产业园”，入驻企业100家，将液流钒电池储能系统的生产能力扩大到1000兆瓦以上。1.7.1建设地点成都市西航港经济技术开发区。1.7.2建设工期2014年8月到2015年12月。1.7.3建设期

26、管理公司成立了成都中物电新能源科技有限公司，对钒电池储能系统进行产业化开发。项目实行目标责任制，建立完善技术管理机制及严格的开发考核机制，对项目负责人实行授权管理：即制订详细的项目进度，经费安排。主要研究人员的配置、奖惩办法和考核办法等。1.8 项目总投资及资金来源1.8.1 项目总投资28亿人民币，分三期投入。第一期已租厂房17000平方米，投资7900万元，建成具备50兆瓦生产能力的生产线；第二期征地500亩，投资3.21亿元人民币，建成具备500兆瓦生产能力的生产线，同时建成电解液生产线、隔膜生产线；第三期再征地10001500亩，投资24亿元人民币，建成“中国钒电池产业园”，入驻相关企

27、业100家。建成具备1000兆瓦以上生产能力的生产线及配套生产线（企业）。1.8.2 资金来源本项目的第一、二期4亿元人民币资金，由四川中物电新能源科技（集团）有限公司的控股公司四川鸿恒旗实业有限公司全额投资；第三期24亿元人民币的资金，50%由第一、二期的利润再投资，50%向银行贷款融资。1.9经济及社会效益本项目依托中国工程物理研究院，解决了钒电池产业化生产中的核心技术，经济效益显著。本项目的建成，填补了我国储能领域中的空白，具有良好的社会效益。第二章 液流钒电池储能系统产业化开发项目建设的前景及必要性2.1 项目背景新能源已经成为国家能源发展战略中的重要组成部分，截至2013年，我国新能

28、源发展已经走在世界的前列，光伏产品产量世界第一，风电装机容量世界第一，可再生能源发电在我国的发展已经到了瓶颈阶段。目前我国对可再生能源发电的利用率还非常低，官方统计三分之一的风机在空转，光伏目前也进入寒冬，制约可再生能源开发利用的关键问题就在于储能技术的落后。由于可再生能源的不连续性和不稳定性，要合理开发可再生能源必须要有配套的储能调峰技术以及智能电网技术。目前国家已经加大了对储能技术发展的投入，在十二五期间第一次将大规模化学储能技术列入规划内容。现阶段大规模化学储能技术主要有锂离子电池、钠硫电池以及液流电池，2011年国网公司在张北投资200多亿建立了国内第一套大规模化学储能示范工程，计划储

29、能产品包括锂离子电池、钠硫电池以及液流钒电池，目前锂离子电池、液流钒电池已经开始运行，钠硫电池因此前国外出现过两次事故而被放弃。总体来说，作为大规模化学储能技术，三种技术各有优缺点，各项比较如下表。表2-1 几种化学储能技术比较储能技术效率容量可靠性储能评价锂离子电池大于90%受功率限制对电池一致性要求高、一个电池出问题整个模块都要更换，可靠性较低。一般钠硫电池大于85%受功率限制运行温度达到300多度，存在安全隐患，可靠性较低。一般液流钒电池大于75%不受限制对电池一致性要求低，常温运行，可靠性高。最佳选择在国家十二五规划中，明确规划了大规模全钒液流储能电池技术研究： 2010年，国家863

30、项目重点支持了全钒液流储能电池技术。 2011年，国家973项目重点支持了全钒液流储能电池技术。 2011年，国网张北风光发电场配套2兆瓦全钒液流储能电池调峰示范项目。 2011年，全钒液流储能电池国家标准委员会成立，制定相关产品标准，我单位孟凡明、刘效疆是标委会委员。 2012年，国家智能电网重点示范项目，辽宁省龙源沈阳法库卧牛石风电场调增配套5兆瓦全钒液流储能试验示范项目。 2012年，国家能源局制定国家能源材料发展纲要，我院是组稿单位之一，我院组稿储能技术材料编写，其中全钒液流储能电池多种关键材料被列入。我国目前的储能市场巨大，其总需求在8000兆瓦以上。如钒电池储能系统达到市场占有率的30%，也将有2400兆瓦以上的市场，销售额高达数千亿。随着可再生能源开发利用的进一步发展，对储能系统产品的需求还将迅速发展。因此，本项目开发的储能钒电池产品市场需求旺盛、前景广阔。2.2 国内外现状和技术发展趋势早在60年代，就有铁-铬体系的氧化还原电池问世，但是钒系的氧化还原电池是在1985年由澳大利亚新南威尔士大学的Marria Kazacos 提出，经过十多年的研发，钒电池技术已经趋近成熟。在日本，用于电站调峰和风力储能的固定型（相对于电动车而言）钒电池发展迅速，大功率的钒电池储能系统