Akumulatory przepływowe redoks wanadowe (VFB)to rozwijająca się technologia magazynowania energii o znacznym potencjale, szczególnie w zastosowaniach magazynowania na dużą skalę i o długim okresie trwałości. W przeciwieństwie do konwencjonalnychakumulatorowe przechowywanieW przypadku akumulatorów VFB zarówno elektrody dodatnie, jak i ujemne wykorzystują roztwór elektrolitu wanadowego, co sprawia, że są to urządzenia wyjątkowe pod względem konstrukcji i działania.
Czym jest akumulator przepływowy wanadowo-redox?
Tenbateria wanadowo-redoksowa (VRB), znany również jako akumulator przepływowy wanadowy (VFB) lub akumulator przepływowy wanadowo-redoksowy (VRFB), jest rodzajem akumulatora przepływowego z możliwością ładowania.
Wykorzystuje jony wanadu na różnych stopniach utlenienia do magazynowania i uwalniania energii elektrycznej. W przeciwieństwie do konwencjonalnych akumulatorów, akumulatory VRFB magazynują energię w ciekłych elektrolitach krążących w systemie, a nie w stałych elektrodach. Taka konstrukcja umożliwia skalowalność i elastyczność.rozwiązania w zakresie magazynowania energii.
Kluczowe elementy akumulatora przepływowego wanadowo-redoks
| Kluczowy komponent | Opis |
| Elektrolity | - VRFB wykorzystuje dwa ciekłe elektrolity, zazwyczaj zawierające wanad na różnych stopniach utlenienia (V²⁺, V³⁺, V⁴⁺ i V⁵⁺). |
| Elektrody | - Dwie elektrody (zwykle wykonane z węgla lub podobnego materiału) umożliwiają reakcje redoks (redukcję i utlenianie) w celu uwolnienia lub magazynowania energii. |
| Membrana | - Membrana przewodząca protony (często wykonana z Nafionu) oddziela dwa roztwory elektrolitu, umożliwiając przepływ jonów między obiema stronami podczas cyklu ładowania/rozładowania. |
| Pompy i układ przepływowy | - Elementy te zapewniają cyrkulację elektrolitów w ogniwie elektrochemicznym, zapewniając ciągły przepływ jonów wanadu do procesu przetwarzania energii. |
Jak działa akumulator przepływowy wanadowo-redox?
- 1. Cykl rozładowania
- Podczas rozładowywania jony wanadu znajdujące się w dodatnich i ujemnych roztworach elektrolitu ulegają reakcjom utleniania i redukcji na elektrodach, uwalniając energię elektryczną.
- 2. Cykl ładowania
- Podczas ładowania energia jest magazynowana poprzez odwrócenie reakcji utleniania i redukcji, co powoduje powrót jonów wanadu do ich pierwotnych stopni utlenienia. Proces ten polega na doprowadzeniu do układu prądu zewnętrznego.
- 3. Przepływające elektrolity
- Główną cechą akumulatorów przepływowych jest wykorzystanie ciekłego elektrolitu, który jest pompowany przez układ, co pozwala na łatwe zwiększenie pojemności akumulatora poprzez proste powiększenie zbiorników magazynujących elektrolit.
Zalety akumulatorów przepływowych wanadowo-redox
- √ Skalowalność
Systemy VRFB można łatwo skalować poprzez zwiększenie rozmiaru zbiorników elektrolitu, dzięki czemu idealnie nadają się do zastosowań w zakresie magazynowania energii na dużą skalę, takich jak równoważenie sieci i magazynowanie energii odnawialnej. - √ Długi cykl życia
Wanad nie ulega degradacji podczas cyklu ładowania (ponieważ wykorzystuje ten sam materiał zarówno dla dodatnich, jak i ujemnych elektrolitów), co sprawia, że akumulatory VRFB mają dłuższą żywotność w porównaniu z innymi rodzajami chemii akumulatorów.
Firma Naturgy zainstalowała ten akumulator przepływowy wanadowy w Zamorze w Hiszpanii.
- √Bezpieczeństwo
Akumulatory VRFB są stosunkowo bezpieczne, ponieważ elektrolity są niepalne i nietoksyczne. Płynna forma zmniejsza również ryzyko niekontrolowanego wzrostu temperatury, co może być problemem w przypadku niektórych innych rodzajów akumulatorów. - √ Efektywność
Regulatory VRFB mogą mieć sprawność obiegu zamkniętego (procent energii odzyskanej podczas rozładowywania) wynoszącą od 65% do 85%, w zależności od konstrukcji i warunków pracy. -
√ Oddzielenie energii i mocy
Systemy VRFB mogą niezależnie skalować komponenty energetyczne (rozmiar zbiorników elektrolitu) i mocy (rozmiar ogniwa elektrochemicznego), co zapewnia im elastyczność w różnych zastosowaniach.
Zastosowania akumulatorów przepływowych wanadowo-redoksowych
Akumulator przepływowy wanadowy o mocy 1 MW i pojemności 4 MWh, będący własnościąAvista Utilities, wyprodukowane przez UniEnergy Technologies.
- ⭐Magazynowanie w sieci:Systemy VRFB są szczególnie przydatne do magazynowania nadmiaru energii ze źródeł odnawialnych, takich jak energia wiatrowa i słoneczna, zapewniając bufor łagodzący niestabilność tych źródeł energii.
- ⭐Integracja energii odnawialnej:Mogą magazynować energię, gdy zapotrzebowanie na nią jest niskie i uwalniać ją w godzinach szczytu.
- ⭐Zasilanie awaryjne:Moduły VRFB mogą być również stosowane w systemach zasilania awaryjnego w infrastrukturze krytycznej.
Akumulator przepływowy wanadowo-redoxowy kontra akumulator litowo-jonowy
| Funkcja | Akumulator przepływowy wanadowo-redoksowy (VFB) | |
| Bezpieczeństwo | Z natury bezpieczniejsze dzięki wodnym roztworom elektrolitów, bez niekontrolowanego wzrostu temperatury, pożarów i eksplozji. | Może stwarzać zagrożenie dla bezpieczeństwa, w tym niekontrolowane zmiany temperatury, pożary lub wybuchy w przypadku uszkodzenia lub przegrzania. |
| Skalowalność | Łatwa skalowalność, umożliwiająca modułową rozbudowę odpowiednią dla dużych obiektów magazynowych (setki MWh). | Mniej skalowalny; zwykle stosowany w jednostkach o stałym rozmiarze, chociaż w niektórych zastosowaniach można go skalować. |
| Koszt początkowy | Większa początkowa inwestycja w porównaniu do akumulatorów litowo-jonowych. | Niższe koszty początkowe w porównaniu do VFB. |
| Gęstość energii | Niższa gęstość energetyczna (12–40 Wh/kg) sprawia, że nie nadają się do zastosowań mobilnych, takich jak pojazdy elektryczne. | Wyższa gęstość energii (80–300 Wh/kg), idealna do zastosowań mobilnych, np. w pojazdach elektrycznych (EV). |
| Efektywność konwersji energii | Niższa wydajność (70-75%) w porównaniu do akumulatorów litowo-jonowych. | Wyższa wydajność (90%) dzięki bardziej efektywnym cyklom ładowania/rozładowania. |
| Cykl życia | Bardzo długi cykl życia (>10 000 cykli, a w niektórych przypadkach przekraczający 20 000 cykli). | Krótszy cykl życia (zwykle 1000–3000 cykli, w zależności od rodzaju akumulatora i sposobu użytkowania). |
| Koszty cyklu życia | Niższy koszt watogodziny (Wh) w całym cyklu życia. Większa przyjazność dla środowiska dzięki nadającym się do recyklingu elektrolitom wanadowym. | Wyższy koszt eksploatacji w przeliczeniu na watogodzinę ze względu na krótszy cykl życia i degradację w czasie. |
| Koszt za Wh | Obecnie ceny wahają się w granicach 0,30–0,40 USD za Wh, co jest bardziej opłacalne w przypadku długoterminowego magazynowania energii. | Zwykle 0,50 USD za Wh, wyższy koszt długoterminowego przechowywania ze względu na krótszy cykl życia i szybszą degradację. |
▲Akumulatory przepływowe redoks wanadowe (VFB) Są one bardziej odpowiednie do zastosowań w dużych, długoterminowych magazynach energii ze względu na bezpieczeństwo, skalowalność, długi cykl życia i długoterminową opłacalność. Jednak ich niska gęstość energetyczna i wysoki koszt początkowy sprawiają, że nie nadają się do zastosowań takich jak pojazdy elektryczne.
▲ Akumulatory litowo-jonowe (Li-ion)są szerzej wykorzystywane w zastosowaniach przenośnych, takich jak pojazdy elektryczne, ze względu na ich wyższą gęstość energetyczną, ale wiążą się z ryzykiem związanym z bezpieczeństwem, krótszym cyklem życia i wyższymi kosztami długoterminowymi w porównaniu z ogniwami VFB.
10 najlepszych firm produkujących akumulatory przepływowe wanadowe
Na całym świecie istnieje wiele firm i organizacji pracujących nad rozwojem i komercjalizacją akumulatorów przepływowych wanadowo-redoksowych (VRFB), ze szczególnym uwzględnieniemrozwiązania w zakresie magazynowania energii na dużą skalęWśród kluczowych graczy na rynku VRFB znajdują się zarówno firmy o ugruntowanej pozycji, jak i startupy specjalizujące się w tej technologii.
1. RedT Energy (obecnie Invinity Energy Systems)
- Lokalizacja: Zjednoczone Królestwo
- Przegląd: RedT Energy połączyło się z HydroStar, tworząc Invinity Energy Systems. Firma specjalizuje się w rozwiązaniach do długotrwałego magazynowania energii w oparciu o technologię VRFB. Jej produkty są przeznaczone do zastosowań przemysłowych i magazynowania energii w skali sieci.
2. VRB Energy
- Lokalizacja: Chiny / Kanada
- Przegląd:VRB Energy jest spółką zależną chińskiej spółki State Grid Corporation, która koncentruje się na rozwoju i komercjalizacji reaktorów VRFB. Firma oferuje rozwiązania w zakresie magazynowania energii na dużą skalę i jest szczególnie aktywna zarówno na rynku chińskim, jak i międzynarodowym.
3. SUmitomo Electric Industries
- Lokalizacja: Japonia
- Przegląd: Sumitomo odegrało znaczącą rolę w rozwoju technologii akumulatorów wanadowo-redoxowych. Firma opracowała własne systemy VRFB i wdrożyła je w różnych projektach magazynowania energii, szczególnie na rynku japońskim.
- Lokalizacja: Stany Zjednoczone
- Przegląd:Imergy Power Systems specjalizuje się w opracowywaniu akumulatorów przepływowych na bazie wanadu do magazynowania energii w skali sieci elektroenergetycznej. Firma koncentruje się na integracji odnawialnych źródeł energii, takich jak energia słoneczna i wiatrowa, z magazynowaniem energii.
5. Sivens
- Lokalizacja:Francja
- Przegląd: Sivens to francuska firma zajmująca się produkcją systemów VRFB do magazynowania energii. Koncentruje się na opracowywaniu ekonomicznych i trwałych rozwiązań w zakresie magazynowania energii, zarówno do zastosowań komercyjnych, jak i przemysłowych.
- Lokalizacja:Kanada
- Przegląd: VanadiumCorp Resource Inc. to kanadyjska firma górniczo-technologiczna, która koncentruje się na wydobyciu wanadu i rozwoju technologii VRFB. Firma pracuje nad poprawą efektywności wydobycia wanadu i opracowywaniem nowych zastosowań dla VRFB.
7. Systemy magazynowania energii (ESS, Inc.)
- Lokalizacja:Stany Zjednoczone
- Przegląd:ESS Inc. to firma specjalizująca się w rozwiązaniach do długotrwałego magazynowania energii, wykorzystująca technologię akumulatorów przepływowych z żelazem, podobną do VRFB, ale wykorzystującą żelazo zamiast wanadu. Firma oferuje rozwiązania do magazynowania energii na dużą skalę, ale jej działalność wpisuje się w rosnący rynek akumulatorów przepływowych.
8. Systemy magazynowania energii CellCube
- Lokalizacja:Austria / Kanada
- Przegląd: CellCube, spółka zależna Gildemeister Energy Storage, koncentruje się na produkcji i wdrażaniu wanadowych akumulatorów przepływowych redoks do magazynowania energii w skali sieciowej. Firma jest szczególnie zaangażowana w projekty magazynowania energii na dużą skalę w Europie i Ameryce Północnej.
9. Rozwiązania w zakresie energii odnawialnej (Grupa RES)
- Lokalizacja: Zjednoczone Królestwo
- Przegląd:RES Group, duży globalny gracz na rynku energii odnawialnej, pracuje nad integracją wanadowych akumulatorów przepływowych z systemami energetycznymi. Jest to część strategii rozwoju zrównoważonych, masowych rozwiązań w zakresie magazynowania energii ze źródeł odnawialnych.
- Lokalizacja:Chiny
- Przegląd: Pu Neng (PNT) to chińska firma, która opracowuje i produkuje wanadowe akumulatory przepływowe redoks do małych i dużych rozwiązań magazynowania energii. Koncentruje się na integracji akumulatorów VRFB z systemami energii odnawialnej.
Wyzwania i perspektywy na przyszłość
Chociaż akumulatory przepływowe wanadowo-redoxowe oferują obiecujące korzyści, istnieją pewne wyzwania, które należy rozwiązać:
- ●Cena akumulatora przepływowego wanadowo-redox:Koszt wanadu i infrastruktury niezbędnej do budowy dużych systemów VFB może być stosunkowo wysoki. Jednak wraz z rozwojem technologii i zwiększeniem skali produkcji wanadu, oczekuje się spadku kosztów.
- ●Gęstość energii:Chociaż akumulatory VFB charakteryzują się doskonałą żywotnością, ich gęstość energetyczna (ilość energii zmagazynowanej na jednostkę objętości lub masy) jest niższa niż w przypadku akumulatorów litowo-jonowych lub półprzewodnikowych. Może to czynić je mniej odpowiednimi do zastosowań, w których przestrzeń i masa mają kluczowe znaczenie.
- ●Efektywność: Wydajność akumulatorów VFB, choć wysoka, jest wciąż nieco niższa niż akumulatorów litowo-jonowych. Oczekuje się jednak, że udoskonalenia w zakresie materiałów i konstrukcji z czasem zwiększą tę wydajność.
Wniosek
Akumulator przepływowy wanadowo-redoksowy to innowacyjne i obiecujące rozwiązanie do magazynowania energii, które ma potencjał zrewolucjonizowania systemów magazynowania energii na dużą skalę. Jego skalowalność, długi cykl życia, bezpieczeństwo i przyjazna dla środowiska konstrukcja czynią go atrakcyjnym rozwiązaniem do magazynowania energii w sieciach elektroenergetycznych, integracji energii odnawialnej i innych zastosowań magazynowania energii na dużą skalę. Wraz z rozwojem technologii i redukcją kosztów, akumulatory VFB mogą odegrać kluczową rolę w przyszłości.zrównoważone magazynowanie energii, przyczyniając się do stworzenia bardziej odpornej i niezawodnej sieci energetycznej.
Czas publikacji: 07-01-2025