Μπαταρίες ροής βαναδίου Redox (VFB)αποτελούν μια αναδυόμενη τεχνολογία αποθήκευσης ενέργειας με σημαντικό δυναμικό, ιδιαίτερα σε εφαρμογές αποθήκευσης μεγάλης κλίμακας και μακράς διάρκειας. Σε αντίθεση με τις συμβατικέςαποθήκευση επαναφορτιζόμενης μπαταρίας, Τα VFB χρησιμοποιούν διάλυμα ηλεκτρολύτη βαναδίου τόσο για τα θετικά όσο και για τα αρνητικά ηλεκτρόδια, καθιστώντας τα μοναδικά σε σχεδιασμό και λειτουργία.
Τι είναι η μπαταρία ροής βαναδίου Redox;
Ομπαταρία οξειδοαναγωγής βαναδίου (VRB), επίσης γνωστή ως μπαταρία ροής βαναδίου (VFB) ή μπαταρία ροής βαναδίου οξειδοαναγωγής (VRFB), είναι ένας τύπος επαναφορτιζόμενης μπαταρίας ροής.
Χρησιμοποιεί ιόντα βαναδίου σε διάφορες καταστάσεις οξείδωσης για την αποθήκευση και απελευθέρωση ηλεκτρικής ενέργειας. Σε αντίθεση με τις συμβατικές μπαταρίες, οι VRFB αποθηκεύουν ενέργεια σε υγρούς ηλεκτρολύτες που κυκλοφορούν στο σύστημα και όχι σε στερεά ηλεκτρόδια. Αυτός ο σχεδιασμός επιτρέπει την κλιμακούμενη και ευέλικτη λειτουργία.λύσεις αποθήκευσης ενέργειας.
Βασικά συστατικά μιας μπαταρίας ροής οξειδοαναγωγής βαναδίου
| Βασικό στοιχείο | Περιγραφή |
| Ηλεκτρολύτες | - Το VRFB χρησιμοποιεί δύο υγρούς ηλεκτρολύτες, που συνήθως περιέχουν βανάδιο σε διαφορετικές καταστάσεις οξείδωσης (V²⁺, V³⁺, V⁴⁺ και V⁵⁺). |
| Ηλεκτρόδια | - Δύο ηλεκτρόδια (συνήθως άνθρακα ή παρόμοια υλικά) διευκολύνουν τις οξειδοαναγωγικές αντιδράσεις (αναγωγή και οξείδωση) για την απελευθέρωση ή την αποθήκευση ενέργειας. |
| Μεμβράνη | - Μια μεμβράνη που αγώγει πρωτόνια (συχνά κατασκευασμένη από Nafion) διαχωρίζει τα δύο διαλύματα ηλεκτρολυτών, επιτρέποντας τη ροή ιόντων μεταξύ των δύο πλευρών κατά τη διάρκεια του κύκλου φόρτισης/εκφόρτισης. |
| Αντλίες και Σύστημα Ροής | - Αυτά τα εξαρτήματα κυκλοφορούν τους ηλεκτρολύτες μέσω του ηλεκτροχημικού κελιού, εξασφαλίζοντας συνεχή ροή ιόντων βαναδίου για τη διαδικασία μετατροπής ενέργειας. |
Πώς λειτουργεί μια μπαταρία βαναδίου Redox Flow;
- 1. Κύκλος εκκένωσης
- Κατά την εκκένωση, τα ιόντα βαναδίου στα θετικά και αρνητικά διαλύματα ηλεκτρολυτών υφίστανται αντιδράσεις οξείδωσης και αναγωγής στα ηλεκτρόδια, απελευθερώνοντας ηλεκτρική ενέργεια.
- 2. Κύκλος φόρτισης
- Κατά τη φόρτιση, η ενέργεια αποθηκεύεται αντιστρέφοντας τις αντιδράσεις οξείδωσης και αναγωγής, μετακινώντας τα ιόντα βαναδίου πίσω στις αρχικές τους καταστάσεις οξείδωσης. Αυτή η διαδικασία περιλαμβάνει την εφαρμογή εξωτερικού ρεύματος στο σύστημα.
- 3. Ρευστοί ηλεκτρολύτες
- Το βασικό χαρακτηριστικό των μπαταριών ροής είναι η χρήση υγρών ηλεκτρολυτών που αντλούνται μέσω του συστήματος, γεγονός που επιτρέπει την εύκολη αύξηση της χωρητικότητας της μπαταρίας απλώς μεγεθύνοντας το μέγεθος των δεξαμενών αποθήκευσης ηλεκτρολυτών.
Πλεονεκτήματα των μπαταριών ροής βαναδίου Redox
- √ Επεκτασιμότητα
Τα VRFB μπορούν εύκολα να κλιμακωθούν αυξάνοντας το μέγεθος των δεξαμενών ηλεκτρολυτών, καθιστώντας τα ιδανικά για εφαρμογές αποθήκευσης ενέργειας μεγάλης κλίμακας, όπως η εξισορρόπηση δικτύου και η αποθήκευση ανανεώσιμων πηγών ενέργειας. - √ Μακροχρόνια διάρκεια ζωής
Το βανάδιο δεν αποικοδομείται κατά τη διάρκεια του κύκλου λειτουργίας (επειδή χρησιμοποιεί το ίδιο υλικό τόσο για τους θετικούς όσο και για τους αρνητικούς ηλεκτρολύτες), γεγονός που δίνει στις μπαταρίες VRFB μεγαλύτερη διάρκεια ζωής σε σύγκριση με άλλες χημικές ουσίες μπαταριών.
Η Naturgy ανέπτυξε αυτήν την μπαταρία ροής βαναδίου στη Ζαμόρα της Ισπανίας.
- √Ασφάλεια
Τα VRFB είναι σχετικά ασφαλή επειδή οι ηλεκτρολύτες τους είναι μη εύφλεκτοι και μη τοξικοί. Η υγρή τους μορφή μειώνει επίσης τον κίνδυνο θερμικής διαρροής, η οποία μπορεί να αποτελεί ανησυχία σε ορισμένους άλλους τύπους μπαταριών. - √ Αποδοτικότητα
Τα VRFB μπορούν να έχουν απόδοση στρογγυλής διαδρομής (το ποσοστό ενέργειας που ανακτάται κατά την εκφόρτιση) που κυμαίνεται από 65% έως 85%, ανάλογα με το σχεδιασμό και τις συνθήκες λειτουργίας. -
√ Αποσύνδεση Ενέργειας και Ισχύος
Τα VRFB μπορούν να κλιμακώσουν ανεξάρτητα τα στοιχεία ενέργειας (μέγεθος των δεξαμενών ηλεκτρολυτών) και ισχύος (μέγεθος του ηλεκτροχημικού κελιού), γεγονός που τους δίνει ευελιξία για διαφορετικές εφαρμογές.
Εφαρμογές μπαταριών ροής βαναδίου Redox
Η μπαταρία ροής βαναδίου σε δοχείο 1 MW 4 MWh που ανήκει στονAvista Utilities και κατασκευάζεται από την UniEnergy Technologies.
- ⭐Αποθήκευση δικτύου:Τα VRFB είναι ιδιαίτερα χρήσιμα για την αποθήκευση πλεονάζουσας ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές όπως η αιολική και η ηλιακή ενέργεια, παρέχοντας ένα ρυθμιστικό πλαίσιο για την εξομάλυνση της διακοπτόμενης λειτουργίας αυτών των πηγών ενέργειας.
- ⭐Ενσωμάτωση Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας:Μπορούν να αποθηκεύουν ενέργεια όταν η ζήτηση είναι χαμηλή και να την απελευθερώνουν κατά τις ώρες αιχμής.
- ⭐Εφεδρική ισχύς:Τα VRFB μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για συστήματα εφεδρικής τροφοδοσίας σε κρίσιμες υποδομές.
Μπαταρία ροής βαναδίου Redox VS μπαταρία ιόντων λιθίου
| Χαρακτηριστικό | Μπαταρία ροής βαναδίου Redox (VFB) | |
| Ασφάλεια | Εγγενώς ασφαλέστερο λόγω υδατικών διαλυμάτων ηλεκτρολυτών, χωρίς θερμική διαρροή, πυρκαγιές ή εκρήξεις. | Μπορεί να θέσει σε κίνδυνο την ασφάλεια, όπως θερμική διαρροή, πυρκαγιές ή εκρήξεις σε περίπτωση ζημιάς ή υπερθέρμανσης. |
| Επεκτασιμότητα | Εύκολα επεκτάσιμο, επιτρέποντας αρθρωτή επέκταση κατάλληλο για μεγάλες εγκαταστάσεις αποθήκευσης (εκατοντάδες MWh). | Λιγότερο κλιμακωτό· χρησιμοποιείται συνήθως σε μονάδες σταθερού μεγέθους, αν και μπορεί να κλιμακωθεί για ορισμένες εφαρμογές. |
| Αρχικό κόστος | Υψηλότερη αρχική επένδυση σε σύγκριση με τις μπαταρίες ιόντων λιθίου. | Χαμηλότερο αρχικό κόστος σε σύγκριση με τα VFB. |
| Ενεργειακή πυκνότητα | Χαμηλότερη ενεργειακή πυκνότητα (12-40 Wh/kg), καθιστώντας τα ακατάλληλα για κινητές εφαρμογές όπως τα ηλεκτρικά οχήματα. | Υψηλότερη ενεργειακή πυκνότητα (80-300 Wh/kg), ιδανική για κινητές εφαρμογές όπως τα ηλεκτρικά οχήματα (EVs). |
| Απόδοση Μετατροπής Ενέργειας | Χαμηλότερη απόδοση (70-75%) σε σύγκριση με τις μπαταρίες ιόντων λιθίου. | Υψηλότερη απόδοση (90%) λόγω πιο αποτελεσματικών κύκλων φόρτισης/εκφόρτισης. |
| Κύκλος ζωής | Εξαιρετικά μεγάλη διάρκεια ζωής (>10.000 κύκλοι, με ορισμένους να ξεπερνούν τους 20.000 κύκλους). | Μικρότερη διάρκεια ζωής (συνήθως 1.000-3.000 κύκλοι, ανάλογα με τον τύπο της μπαταρίας και τη χρήση). |
| Κόστος εφ' όρου ζωής | Χαμηλότερο κόστος ανά Watt-Hour (Wh) σε ολόκληρο τον κύκλο ζωής. Πιο φιλικό προς το περιβάλλον με ανακυκλώσιμους ηλεκτρολύτες βαναδίου. | Υψηλότερο κόστος διάρκειας ζωής ανά βατώρα λόγω μικρότερης διάρκειας ζωής και υποβάθμισης με την πάροδο του χρόνου. |
| Κόστος ανά Wh | Αυτή τη στιγμή κοστίζει περίπου 0,30-0,40 δολάρια ανά Wh, πιο οικονομικά για μακροπρόθεσμη αποθήκευση ενέργειας. | Συνήθως 0,50 $ ανά Wh, υψηλότερο κόστος για μακροπρόθεσμη αποθήκευση λόγω μικρότερης διάρκειας ζωής και ταχύτερης υποβάθμισης. |
▲Μπαταρίες ροής βαναδίου Redox (VFB) είναι πιο κατάλληλα για εφαρμογές αποθήκευσης ενέργειας μεγάλης κλίμακας και μακράς διάρκειας λόγω της ασφάλειας, της επεκτασιμότητας, της μεγάλης διάρκειας ζωής και της οικονομικής αποδοτικότητας μακροπρόθεσμα. Ωστόσο, η χαμηλή ενεργειακή τους πυκνότητα και το υψηλό αρχικό κόστος τα καθιστούν ακατάλληλα για εφαρμογές όπως τα ηλεκτρικά οχήματα.
▲ Μπαταρίες ιόντων λιθίου (Li-ion)χρησιμοποιούνται ευρύτερα για φορητές εφαρμογές όπως τα ηλεκτρικά οχήματα λόγω της υψηλότερης ενεργειακής τους πυκνότητας, αλλά συνοδεύονται από κινδύνους για την ασφάλεια, μικρότερη διάρκεια ζωής και υψηλότερο μακροπρόθεσμο κόστος σε σύγκριση με τα VFB.
Οι 10 κορυφαίες εταιρείες μπαταριών ροής βαναδίου
Υπάρχουν αρκετές εταιρείες και οργανισμοί παγκοσμίως που εργάζονται για την ανάπτυξη και εμπορευματοποίηση μπαταριών ροής βαναδίου Redox (VRFB), με έμφαση στηνλύσεις αποθήκευσης ενέργειας μεγάλης κλίμακαςΜερικοί βασικοί παράγοντες στην αγορά VRFB περιλαμβάνουν τόσο καθιερωμένες εταιρείες όσο και νεοσύστατες επιχειρήσεις που ειδικεύονται σε αυτήν την τεχνολογία.
1. RedT Energy (τώρα Invinity Energy Systems)
- Τοποθεσία: Ηνωμένο Βασίλειο
- Επισκόπηση: Η RedT Energy συγχωνεύτηκε με την HydroStar για να σχηματίσουν την Invinity Energy Systems. Ειδικεύονται σε λύσεις αποθήκευσης ενέργειας μακράς διάρκειας που βασίζονται στην τεχνολογία VRFB. Τα προϊόντα τους απευθύνονται σε βιομηχανικές εφαρμογές αποθήκευσης ενέργειας και σε εφαρμογές δικτύου.
2. VRB Ενέργεια
- Τοποθεσία: Κίνα / Καναδάς
- Επισκόπηση:Η VRB Energy είναι θυγατρική της Κρατικής Εταιρείας Δικτύου της Κίνας και επικεντρώνεται στην ανάπτυξη και εμπορευματοποίηση VRFB. Προσφέρει λύσεις αποθήκευσης ενέργειας μεγάλης κλίμακας και δραστηριοποιείται ιδιαίτερα τόσο στην Κίνα όσο και στις διεθνείς αγορές.
3. SΗλεκτρικές Βιομηχανίες Umitomo
- Τοποθεσία: Ιαπωνία
- Επισκόπηση: Η Sumitomo έχει διαδραματίσει σημαντικό ρόλο στην ανάπτυξη της τεχνολογίας μπαταριών ροής βαναδίου Redox. Η εταιρεία έχει αναπτύξει τα δικά της συστήματα VRFB και τα έχει εφαρμόσει σε διάφορα έργα αποθήκευσης ενέργειας, ιδίως στην ιαπωνική αγορά.
- Τοποθεσία: Ηνωμένες Πολιτείες
- Επισκόπηση:Η Imergy Power Systems ειδικεύεται στην ανάπτυξη μπαταριών ροής με βάση το βανάδιο για αποθήκευση ενέργειας σε κλίμακα δικτύου. Η εταιρεία επικεντρώνεται στην ενσωμάτωση ανανεώσιμων πηγών ενέργειας όπως η ηλιακή και η αιολική ενέργεια με την αποθήκευση ενέργειας.
5. Έβδομαδιαίες
- Τοποθεσία:Γαλλία
- Επισκόπηση: Η Sivens είναι μια γαλλική εταιρεία που δραστηριοποιείται στην παραγωγή συστημάτων VRFB για αποθήκευση ενέργειας. Εστιάζουν στην ανάπτυξη οικονομικά αποδοτικών, μακροχρόνιων λύσεων αποθήκευσης ενέργειας τόσο για εμπορικές όσο και για βιομηχανικές εφαρμογές.
- Τοποθεσία:Καναδάς
- Επισκόπηση: Η VanadiumCorp Resource Inc. είναι μια καναδική εταιρεία εξόρυξης και τεχνολογίας που επικεντρώνεται στην εξόρυξη βαναδίου και στην ανάπτυξη τεχνολογίας VRFB. Η εταιρεία εργάζεται για τη βελτίωση της αποτελεσματικότητας της εξόρυξης βαναδίου και την ανάπτυξη νέων εφαρμογών για VRFB.
7. Συστήματα Αποθήκευσης Ενέργειας (ESS, Inc.)
- Τοποθεσία:Ηνωμένες Πολιτείες
- Επισκόπηση:Η ESS Inc. είναι μια εταιρεία που επικεντρώνεται σε λύσεις αποθήκευσης ενέργειας μακράς διάρκειας χρησιμοποιώντας τεχνολογία μπαταριών ροής σιδήρου, η οποία είναι παρόμοια με την VRFB αλλά χρησιμοποιεί σίδηρο αντί για βανάδιο. Παρέχει λύσεις αποθήκευσης ενέργειας μεγάλης κλίμακας, αλλά το έργο της αποτελεί μέρος της αναπτυσσόμενης αγοράς μπαταριών ροής.
8. Συστήματα Αποθήκευσης Ενέργειας CellCube
- Τοποθεσία:Αυστρία / Καναδάς
- Επισκόπηση: Η CellCube, θυγατρική της Gildemeister Energy Storage, επικεντρώνεται στην κατασκευή και την ανάπτυξη μπαταριών ροής βαναδίου Redox για αποθήκευση σε κλίμακα δικτύου. Η εταιρεία ασχολείται ιδιαίτερα με έργα αποθήκευσης ενέργειας μεγάλης κλίμακας στην Ευρώπη και τη Βόρεια Αμερική.
9. Λύσεις Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας (Όμιλος ΑΠΕ)
- Τοποθεσία: Ηνωμένο Βασίλειο
- Επισκόπηση:Ο Όμιλος RES, ένας μεγάλος παγκόσμιος παράγοντας στον τομέα των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, εργάζεται για την ενσωμάτωση μπαταριών ροής βαναδίου σε ενεργειακά συστήματα, στο πλαίσιο του στόχου του να αναπτύξει βιώσιμες, μεγάλης κλίμακας λύσεις αποθήκευσης ενέργειας για ανανεώσιμες πηγές ενέργειας.
- Τοποθεσία:Κίνα
- Επισκόπηση: Η Pu Neng (PNT) είναι μια κινεζική εταιρεία που αναπτύσσει και κατασκευάζει μπαταρίες ροής βαναδίου Redox για μικρές και μεγάλες λύσεις αποθήκευσης ενέργειας. Εστιάζουν στην ενσωμάτωση μπαταριών VRFB σε συστήματα ανανεώσιμων πηγών ενέργειας.
Προκλήσεις και μελλοντικές προοπτικές
Ενώ οι μπαταρίες ροής βαναδίου Redox προσφέρουν πολλά υποσχόμενα πλεονεκτήματα, υπάρχουν ορισμένες προκλήσεις που πρέπει να αντιμετωπιστούν:
- ●Τιμή μπαταρίας Vanadium Redox Flow:Το κόστος του βαναδίου και η υποδομή που απαιτείται για συστήματα VFB μεγάλης κλίμακας μπορεί να είναι σχετικά υψηλό. Ωστόσο, καθώς η τεχνολογία ωριμάζει και η παραγωγή βαναδίου κλιμακώνεται, το κόστος αναμένεται να μειωθεί.
- ●Ενεργειακή πυκνότητα:Ενώ οι VFB έχουν εξαιρετικές δυνατότητες μεγάλης διάρκειας, η ενεργειακή τους πυκνότητα (η ποσότητα ενέργειας που αποθηκεύεται ανά μονάδα όγκου ή βάρους) είναι χαμηλότερη από αυτή των μπαταριών ιόντων λιθίου ή στερεάς κατάστασης. Αυτό μπορεί να τις κάνει λιγότερο κατάλληλες για εφαρμογές όπου ο χώρος και το βάρος είναι κρίσιμα.
- ●Αποδοτικότητα: Η απόδοση των VFB, αν και υψηλή, εξακολουθεί να είναι ελαφρώς χαμηλότερη από αυτή των μπαταριών ιόντων λιθίου. Ωστόσο, οι βελτιώσεις στα υλικά και τον σχεδιασμό αναμένεται να ενισχύσουν την απόδοση με την πάροδο του χρόνου.
Σύναψη
Η μπαταρία ροής βαναδίου Redox είναι μια καινοτόμος και πολλά υποσχόμενη λύση αποθήκευσης ενέργειας με τη δυνατότητα να φέρει επανάσταση στα συστήματα αποθήκευσης ενέργειας μεγάλης κλίμακας. Η επεκτασιμότητα, η μεγάλη διάρκεια ζωής, η ασφάλεια και ο φιλικός προς το περιβάλλον σχεδιασμός της την καθιστούν ελκυστική επιλογή για αποθήκευση δικτύου, ενσωμάτωση ανανεώσιμων πηγών ενέργειας και άλλες εφαρμογές αποθήκευσης ενέργειας μεγάλης κλίμακας. Καθώς η τεχνολογία ωριμάζει και επιτυγχάνονται μειώσεις κόστους, οι VFB θα μπορούσαν να διαδραματίσουν βασικό ρόλο στο μέλλον της...βιώσιμη αποθήκευση ενέργειας, συμβάλλοντας στη δημιουργία ενός πιο ανθεκτικού και αξιόπιστου ενεργειακού δικτύου.
Ώρα δημοσίευσης: 07 Ιανουαρίου 2025