向清洁能源的过渡是当今的一个重要话题。美国已经制定了到2035 年实现 100% 无碳污染电力的目标，而加利福尼亚等许多州则制定了更加雄心勃勃的储能目标。市政当局、公用事业和公司也承诺实现净零碳排放。预计到 2050 年，近 50%的总发电量将来自可再生能源。虽然风能和太阳能是增长最快的可再生能源，但它们对2020 年美国总能源使用量的 贡献不到 5% 。

虽然可再生能源对于帮助降低世界碳足迹和实现温室气体零排放至关重要，但仅收获这种间歇性的绿色能源是不够的。向清洁能源的成功过渡需要安全、具有成本效益和可靠的储能系统。通过减少电涌和随着时间的推移平衡负载，这样的存储系统对于提高配电网的效率也是必要的。

最初为太空需求设计，应用于地球

液流电池最早由美国国家航空航天局 (NASA) 在 1970 年代开发。该技术最初被设想用于为卫星提供动力的太空计划，而不是作为向清洁能源过渡的一部分。现代氧化还原液流电池 (RFB) 由 Lawrence Thaller 于 1976 年发明。氧化还原存储系统技术项目于 1979 年由美国能源部和 NASA 联合支持。该项目的目标是开发氧化还原液流电池概念，并探索其在公用事业和独立应用中的技术和经济可行性。

这份 1984 年发表的报告得出的结论是，这个概念是可行的。然而，当时化石燃料很丰富。随着我们向清洁能源过渡并关注可持续发展，有机会在地面而不是太空中进行主流使用。

考虑可持续性和安全性

钒氧化还原液流电池(VRFB)的主要优点之一是循环寿命比其他电池技术长得多。铅酸块电池的典型循环寿命可以低至 150 次循环到 80% 的放电深度，寿命为三到五年。充满电的电池可以进行 300 到 500 次循环，达到 80% 的放电深度，并且可以具有 15 到 25 年的典型寿命。对于锂电池，预计至少 2,000 – 3,000 次循环，或大约五年。

钒氧化还原电池具有近乎无限的循环寿命。通过适当的维护，VRFB 系统可以运行 30-40 年，而电解质不会失去储能能力。凭借如此长的使用寿命，这些电池系统是满足按需电力需求的更可持续的储能技术。

可持续性的另一个方面是钒几乎可以无限重复使用。构成 VRFB 系统主体的电解质可以根据需要进行干燥、纯化，然后用于另一个电池系统。钒还用于高强度钢和特种合金。

与其他电池技术相比，VRFB 系统在许多方面也更安全。如果锂电池管理不当，或电池损坏，可能会导致电池故障的风险，增加热失控的风险。单个电池单元中发生的热失控可能会级联到相邻的电池单元，最终可能导致高热量释放火灾事件。由于 VRFB 系统中超过 50% 的电解质溶液由水组成，因此电池在短路、高温或高压的情况下不太可能着火。

满足长时储能需求

预计到 2025 年将部署超过 35 吉瓦的新能源存储解决方案。将需要各种类型的电池技术来满足不断增长的需求。然而，人们普遍认为液流电池特别适用于长时间的能量存储，即运行时间大于 6 小时，这主要是因为这些电池独特地提供了对功率和能量的独立控制。

在传统电池中，功率和能量受到材料设计性质的限制，因为两者都与电极面积和厚度密切相关。锂电池额定值通常指定为满功率放电一到两个小时。它们可以在更长的时间内放电，但它们的额定功率要低得多。因此，虽然可以将更多电池添加到系统中以增加它们以所需功率运行的时间长度，但为了实现长时间的能量，必须过度购买功率容量。

相比之下，VRFB 系统在功率和容量方面可独立扩展。这种灵活性源于其独特的设计，该设计基于独立的功率转换堆，可与燃料电池相媲美，设置系统电源和电解质罐以存储能量。仅通过使用容纳更多电解液的更大罐而不对电池堆进行任何更改，就可以增加运行时间。

VRFB 系统中功率和能量的独立性也意味着当放电时间增加时，有可能大幅降低成本。因此，液流电池将成为大规模储能的首选。

结论

随着越来越多的可再生能源上线，电网需要变得更加灵活，以发展维持供需能力的能力。这是长期能量存储的关键所在。为 VRFB 建立美国制造厂为可再生能源的长期储能需求提供了可靠的国内来源，这对于实现向清洁能源过渡的净零目标至关重要。

预测表明，到 2040 年，长期储能有可能部署85 至 140 太瓦时的能源容量。实现这一潜力需要多种电池技术，但收益将是巨大的——可能每年减少 1.5 至 2.3 吉吨二氧化碳当量。钒氧化还原液流电池由于其长寿命和无限容量，可以在电池寿命期间提供更低的每千瓦时成本。

原标题：Stryten能源：利用全钒液流电池技术向清洁能源过渡