Se prevé que la capacidad instalada de baterías de flujo crezca el doble

Desde 2021, los precios de la materia prima de batería de iones de litio está aumentando y también hay escasez de capacidad, lo que expone el riesgo de depender excesivamente de una única vía técnica:

La rápida liberación de la demanda aguas abajo para las baterías de litio ha llevado a la subida de los precios aguas arriba y la escasez de oferta de capacidad, lo que resulta en la situación que el almacenamiento de energía y vehículos eléctricos, vehículos de dos ruedas y el hogar inteligente y otros aguas abajo para agarrar la batería y la materia prima. Además, problemas como la corta vida útil de los productos de baterías de litio, incendios y explosiones también afectan a la aplicación de productos de almacenamiento de energía de baterías de litio.

En julio de 2021, China publicó un expediente que insiste en la diversificación de la tecnología de almacenamiento de energía, promueve la batería de flujo y otras tecnologías de almacenamiento de energía a largo plazo en la fase inicial de desarrollo comercial, la primavera política de nuevas baterías de almacenamiento de energía, como las baterías de flujo, está llegando gradualmente.

Almacenamiento de energía a largo plazo: la batería de flujo se convertirá en la nueva demanda

El 26 de octubre, el Consejo de Estado de China publicó un plan de acción para el pico de carbono en 2030, proponiendo que la capacidad instalada de nuevo almacenamiento de energía debería alcanzar más de 30 millones de kilovatios en 2025, 10 veces la cantidad de nueva capacidad instalada en 2020, con una tasa media de crecimiento anual de 58%.

En esta rega,en 2020, el nuevo almacenamiento electroquímico de energía de China es de 1,5G vatios; se añadirán otros 120 gigavatios de almacenamiento por bombeo, y 1,5 gigavatios de almacenamiento por bombeo en 2020. Así pues, el objetivo de almacenamiento de energía es más del doble de lo que habían previsto algunas autoridades del sector. En la actualidad, la tecnología china de generación de energía eólica, solar, hidráulica y nuclear está muy madura; el cuello de botella es el almacenamiento de energía. Este es un gran año para el mercado del almacenamiento de energía.

Anteriormente, el tiempo de almacenamiento de energía es generalmente requiere 2 horas en China, pero con el fin de lograr realmente el "objetivo dual de carbono", debe lograr el almacenamiento de energía a largo plazo. Este año, la planificación de almacenamiento de energía de China Southern Power Grid ha requerido más de 8 horas de almacenamiento de energía, para poder desempeñar realmente un papel en la red. En el futuro, el sistema de suministro eléctrico funcionará según el modo de nueva energía + nuevo almacenamiento de energía, y el almacenamiento de energía se convertirá en la demanda del mercado."

La batería de flujo puede almacenar y liberar energía eléctrica convirtiendo iones de diferentes electrolito de batería entre sí. En comparación con la batería secundaria tradicional, el proceso de reacción del electrodo no tiene cambio de fase, puede llevar a cabo cargas y descargas profundas, y puede soportar altas corrientes de carga y descarga.

En comparación con otras tecnologías electroquímicas de almacenamiento de energía, la característica más destacada de la batería de flujo es su larga vida cíclica, que puede alcanzar el mínimo de 10.000 veces, y algunas rutas tecnológicas pueden llegar incluso a más de 20.000 veces, y la vida útil total puede alcanzar los 20 años o más.

Otras ventajas de la batería de flujo: gran seguridad y estabilidad, respetuosa con el medio ambiente.

La sustancia activa de almacenamiento de energía y el electrodo de la batería de flujo están completamente separados, y el diseño de la potencia y la capacidad son independientes entre sí, lo que resulta conveniente para el diseño de la combinación de módulos y la colocación de la estructura de la batería. El electrolito almacenado en el tanque de almacenamiento no se autodescarga; El reactor sólo proporciona un lugar para la reacción electroquímica y no REDOX reacción en sí.

El riesgo de que el crecimiento de dendritas del electrodo atraviese el diafragma se reduce considerablemente en la batería de flujo. Al mismo tiempo, el flujo de electrolito puede eliminar el calor generado por el proceso de carga/descarga de la batería, para evitar el daño e incluso la combustión de la estructura de la batería causada por el calentamiento de la batería; Por último, el electrolito de la batería de flujo puede ser reciclado, lo que no contamina el medio ambiente en comparación con las baterías de almacenamiento de plomo-ácido.

Según la clasificación del producto, la batería de flujo puede dividirse en diferentes vías técnicas, como vanadio, hierro cromo, zinc y bromo, de acuerdo con el diferente sistema de líquido electrolítico.

La batería de flujo totalmente de vanadio es la vía de batería de flujo comercial más madura. En primer lugar, tras años de demostración y evaluación, el efecto de ingeniería del almacenamiento de energía a gran escala de la batería de flujo totalmente de vanadio ha sido plenamente verificado. Otras rutas todavía necesitan someterse a un largo ciclo de verificación debido al corto tiempo de demostración.

En comparación con el hierro y el cromo y otras rutas técnicas, la cadena de suministro de materias primas como el electrolito, el diafragma y el electrodo de membrana de la batería de flujo de vanadio ha tomado forma inicial, y el proceso de localización se ha ido acelerando. Ha sido capaz de apoyar el diseño y desarrollo de proyectos de cien megavatios, y sus instalaciones industriales de apoyo son más maduras.

Por último, el sistema de batería de flujo totalmente de vanadio (configuración de almacenamiento de 10 MW y 4 horas) ha conseguido controlar el coste por vatio-hora a 2-3 RMB, lo que está listo para la aplicación comercial inicial. Aunque el flujo de hierro-cromo y otras rutas tienen un mayor espacio para la reducción de costes, la madurez y el nivel de costes de otras rutas de baterías de flujo en los próximos cinco años siguen siendo difíciles de igualar a los de la batería de flujo de todo vanadio desde la perspectiva del avance en los cuellos de botella tecnológicos, el cultivo de la cadena industrial y el progreso en la construcción de capacidad.

Comparación de la batería de flujo y otras tecnologías de baterías electroquímicas. En resumen, la batería de flujo es más adecuada para la ruta tecnológica de las baterías de almacenamiento de energía a gran escala y a largo plazo. A partir de la madurez de la industria, la batería de flujo total de vanadio será la corriente principal. tecnología de baterías en los próximos cinco años. Con el rápido aumento de la escala instalada, las ventajas del rendimiento de almacenamiento de energía de las baterías de flujo serán cada vez más prominentes.

Revisión del mercado de baterías de flujo desde 2020: el número de proyectos firmados alcanza un nuevo máximo

Por el lado de la demanda, la proporción actual de la capacidad instalada de almacenamiento de energía electroquímica de batería de flujo es baja, que es inferior a 1% tanto en el mundo como en China. Sin embargo, desde 2018, el número de proyectos firmados e instalados por la batería de flujo ha alcanzado un nuevo máximo, y el calor del mercado ha aumentado significativamente.

Tomemos China como ejemplo. Según estadísticas incompletas, de 2020 a 2021, la capacidad de instalación prevista de baterías de flujo líquido en China supera los 6 GW y la capacidad supera los 20 GWh. Se espera que este lote de proyectos se ponga en funcionamiento de forma intensiva de 2022 a 2023, y la escala global se duplicará a partir de 2021, lo que se espera que traiga consigo una enorme demanda de pedidos para el mercado nacional de baterías de flujo.

Crecimiento mundial de la instalación de baterías de flujo (MWh), 2010-2020

En la actualidad, el tamaño del mercado de baterías de flujo es pequeño, y el patrón general de competencia no se ha abierto del todo. Dalian Branch y Beijing Puneng llevan mucho tiempo dedicándose a las baterías de flujo, y gracias a su capacidad iterativa de productos de reactores eléctricos, su capacidad de integración de la cadena de suministro y su capacidad operativa temporal de diseño de proyectos de baterías de flujo de grado MW, ocupan una posición de liderazgo en China. Sin embargo, con la incorporación de otros nuevos participantes y la finalización de los proyectos de expansión, seguirá habiendo grandes cambios en el futuro patrón de competencia del mercado.

Desde el punto de vista técnico, la batería de flujo es la más criticada por su baja densidad energética y su elevado coste de producción. Para promover la aplicación generalizada de la tecnología de almacenamiento de energía de batería de flujo, es necesario mejorar la densidad de potencia, la densidad de energía y la eficiencia de conversión del reactor a otro nivel, a fin de reducir el coste de la batería, mejorar su fiabilidad y estabilidad, que es el consenso de desarrollo alcanzado por la industria.

En los próximos cinco años, el desarrollo tecnológico de la batería de flujo se centrará en cuatro aspectos: simulación numérica del diseño de la estructura del reactor, materias primas del reactor más eficientes y de bajo coste, desarrollo del reactor de alta densidad de potencia e innovación del sistema de líquido electrolítico.

Disminuirá la proporción de almacenamiento de energía en baterías de litio y aumentará la de baterías de flujo

El almacenamiento de energía se divide principalmente en almacenamiento de energía de bombeo y almacenamiento de energía electroquímica. El almacenamiento electroquímico de energía incluye principalmente la batería de iones de litio, la batería de plomo-ácido y la batería de flujo.

Según las estadísticas, el almacenamiento de energía por bombeo representó 89% de la capacidad de almacenamiento de energía instalada acumulada en China a finales de 2020, cuatro puntos porcentuales menos que en 2019. El almacenamiento electroquímico de energía representa 11%, de los cuales 89% son baterías de iones de litio, las baterías de plomo representan alrededor de 10% y las baterías de flujo líquido solo alrededor de 0,7%.

Las baterías de iones de litio representaron el 97% de la nueva capacidad de almacenamiento electroquímico en 2020, pero es probable que ese crecimiento disminuya por motivos de seguridad. Especialmente desde abril de este año, el mercado global se ha desplazado hacia las baterías de flujo.

En todo el mundo se reconoce que las baterías de flujo son la principal forma de lograr el almacenamiento de energía a largo plazo. Para aumentar el tiempo de almacenamiento de la batería de iones de litio, hay que aumentar el grosor del electrodo, y la resistencia será inflamable y explosiva. Además, el coste aumentará exponencialmente para realizar el almacenamiento durante 4-8 horas.

Sin embargo, las baterías de plomo (incluidas las de plomo-ácido y las de plomo-carbono) tienen una vida cíclica escasa y poca aceptación en el mercado. En cambio, la batería de flujo solo puede aumentar la escala de almacenamiento de energía añadiendo el electrolito, y este también puede reciclarse de forma semipermanente, lo que tiene ventajas evidentes en el mercado y el coste del almacenamiento de energía.

El experto prevé que la capacidad de las baterías de flujo podría alcanzar los 150 megavatios en 2021, frente a los 3 megavatios de 2020, lo que representaría alrededor del 10% de la nueva capacidad de almacenamiento de energía electroquímica este año. Anteriormente, el descenso en la proporción de baterías de flujo líquido se debía principalmente al precio inestable de la materia prima vanadio, que subió de más de 30.000 yuanes/tonelada a unos 540.000 yuanes en 2019, lo que era difícil de soportar para el eslabón de producción.

Y los precios del vanadio en los últimos dos años disminuyeron, el pentóxido de vanadio es básicamente estable en el nivel normal de 100.000 yuanes / tonelada, por lo que el desarrollo futuro será mejor y más rápido. La batería de flujo, especialmente la batería de flujo de vanadio completo, aumentará gradualmente de la actual alrededor de 10% a 30%~40% de la escala.

Para los inversores preocupados por el espacio de reducción de costes de la batería de flujo, el Director del Centro de Investigación de Ingeniería de Baterías de Flujo de la Universidad de Tsinghua, Wang Baoguo, dijo: "con el desarrollo de la tecnología de auto-investigación, el precio de la batería de flujo será de 20.000 / KWH, reducido gradualmente a unos 12.000 dólares. En el futuro, el precio de la batería de flujo puede llegar a 3000-3500 yuanes / KWH, o incluso inferior, en el rango de capacidad instalada de 1.000 a más de 100.000 grados."

Al aumentar la densidad de circuitos del reactor, cree que tiene al menos 40% más margen para reducir los precios. A medida que se desarrolle la tecnología, el precio del electrolito puede bajar a 900-1.100 yuanes por kilovatio-hora. Si todos los materiales clave logran las reducciones de costes previstas, el coste instalado de las baterías de flujo puede ser aproximadamente igual o ligeramente superior al de las baterías de litio, pero las baterías de flujo tienen una ventaja absoluta en seguridad y longevidad.

En cuanto a la proporción instalada de futuros escenarios de aplicación del almacenamiento de energía, a finales de 2020, la proporción es de aproximadamente 47,5% en el lado de la potencia (lado de la potencia electroquímica instalada), 17,9% en el lado de la red y 34,6% en el lado del usuario. De la capacidad instalada en 2020, el almacenamiento de energía se está desarrollando principalmente hacia el lado de la alimentación. El año pasado, el 71% de las nuevas instalaciones se realizaron en el lado del suministro eléctrico, el 12% en el lado de la red y el 17% en el lado del consumidor.

En el futuro, será difícil distinguir el lado de la red y el lado del suministro eléctrico. En la actualidad, el proyecto de demostración nacional aprobado por la Oficina de Energía tiene las funciones de amplitud-modulación, frecuencia-modulación, pico-modulación, acceso a nueva energía, suministro de energía de reserva, suministro de energía de emergencia y otras funciones para construir la central eléctrica de forma conjunta.