La capacité installée des batteries d'écoulement devrait connaître une double croissance.

Depuis 2021, les prix de la matière première en amont du batterie lithium-ion augmente et il y a également une pénurie de capacité, ce qui expose au risque d'une dépendance excessive à l'égard d'un seul itinéraire technique :

La libération rapide de la demande en aval pour les batteries au lithium a conduit à la hausse des prix en amont et à la pénurie de capacité d'approvisionnement, ce qui entraîne une situation où le stockage de l'énergie et les véhicules électriques, les deux-roues et la maison intelligente et d'autres en aval pour saisir la batterie et la matière première. En outre, des problèmes tels que la courte durée de vie des batteries au lithium, les incendies et les explosions affectent également l'application des produits de stockage d'énergie à base de batteries au lithium.

En juillet 2021, la Chine a publié un dossier insistant sur la diversification des technologies de stockage de l'énergie, promouvant l'utilisation de l'énergie renouvelable. batterie d'écoulement et d'autres technologies de stockage de l'énergie à long terme dans la phase initiale de développement commercial, le printemps politique des nouvelles batteries de stockage de l'énergie, telles que les batteries d'écoulement, arrive progressivement.

Stockage d'énergie à long terme : les batteries à flux deviendront la nouvelle demande

Le 26 octobre, le Conseil d'État chinois a publié un plan d'action pour le pic de carbone d'ici 2030, proposant que la capacité installée des nouveaux systèmes de stockage d'énergie atteigne plus de 30 millions de kilowatts en 2025, soit 10 fois la nouvelle capacité installée en 2020, avec un taux de croissance annuel moyen de 58%.

En 2020, le nouveau stockage électrochimique de l'énergie en Chine sera de 1,5 G watts ; 120 gigawatts supplémentaires de stockage par pompage seront ajoutés, et 1,5 gigawatts de stockage par pompage seront ajoutés en 2020. L'objectif en matière de stockage de l'énergie est donc plus de deux fois supérieur aux prévisions de certaines autorités du secteur. À l'heure actuelle, les technologies chinoises de production d'énergie éolienne, solaire, hydraulique et nucléaire sont très matures, le goulet d'étranglement étant le stockage de l'énergie. Il s'agit donc d'une année très importante pour le marché du stockage de l'énergie.

Auparavant, la durée de stockage de l'énergie était généralement de deux heures en Chine, mais pour atteindre véritablement l'objectif de double émission de carbone, il faut parvenir à un stockage de l'énergie à long terme. Cette année, la planification du stockage de l'énergie de China Southern Power Grid a exigé plus de 8 heures de stockage de l'énergie, afin de jouer un véritable rôle dans le réseau. À l'avenir, le système d'alimentation électrique fonctionnera selon le mode "nouvelle énergie + nouveau stockage d'énergie", et le stockage d'énergie deviendra la demande du marché.

La batterie de flux peut stocker et libérer de l'énergie électrique en convertissant des ions provenant de différentes sources. électrolyte de batterie l'une à l'autre. Par rapport à la batterie secondaire traditionnelle, le processus de réaction de l'électrode ne présente pas de changement de phase, peut effectuer des charges et des décharges profondes et peut supporter des charges et des décharges à courant élevé.

Par rapport à d'autres technologies de stockage d'énergie électrochimique, la caractéristique la plus marquante de la batterie à flux est sa longue durée de vie, qui peut atteindre un minimum de 10 000 fois, et certaines voies technologiques peuvent même atteindre plus de 20 000 fois, et la durée de vie globale peut atteindre 20 ans ou plus.

Autres avantages de la batterie à flux : sécurité et stabilité élevées, respect de l'environnement.

La substance active de stockage de l'énergie et l'électrode de la batterie à flux sont complètement séparées, et la conception de la puissance et de la capacité sont indépendantes l'une de l'autre, ce qui est pratique pour la conception de la combinaison de modules et la mise en place de la structure de la batterie. L'électrolyte stocké dans le réservoir de stockage ne s'autodécharge pas. Le réacteur fournit uniquement un lieu pour la réaction électrochimique et n'effectue pas lui-même la réaction REDOX.

Le risque que la croissance de la dendrite de l'électrode perce le diaphragme est considérablement réduit dans la batterie à flux. En même temps, l'écoulement de l'électrolyte peut évacuer la chaleur générée par le processus de charge/décharge de la batterie, afin d'éviter les dommages et même la combustion de la structure de la batterie causés par l'échauffement de la batterie ; enfin, l'électrolyte de la batterie d'écoulement peut être recyclé, ce qui ne pollue pas l'environnement par rapport aux batteries d'accumulateurs au plomb.

Selon la classification des produits, la batterie à flux peut être divisée en différents itinéraires techniques tels que le vanadium, le chrome-fer, le zinc et le brome en fonction des différents systèmes de liquide électrolytique.

La batterie à flux entièrement au vanadium est la voie commerciale la plus aboutie en matière de batterie à flux. Tout d'abord, après des années de démonstration et d'évaluation, l'effet technique du stockage d'énergie à grande échelle de la batterie à flux tout vanadium a été entièrement vérifié. Les autres voies doivent encore faire l'objet d'un long cycle de vérification en raison de la brièveté de la période de démonstration.

Par rapport au fer et au chrome et à d'autres itinéraires techniques, la chaîne d'approvisionnement en matières premières telles que l'électrolyte, le diaphragme et l'électrode à membrane de la batterie à flux de vanadium a pris sa forme initiale, et le processus de localisation s'est accéléré. Elle a été en mesure de soutenir la conception et le développement de projets de cent mégawatts, et ses installations industrielles de soutien sont plus matures.

Enfin, le système de batterie à flux entièrement au vanadium (10 MW - configuration de stockage de 4 heures) a permis de contrôler le coût par wattheure à 2-3 RMB, ce qui est prêt pour une première application commerciale. Bien que l'écoulement fer-chrome et d'autres voies disposent d'une plus grande marge de réduction des coûts, la maturité et le niveau de coût des autres voies d'écoulement des batteries dans les cinq prochaines années sont encore difficiles à égaler ceux des batteries d'écoulement au vanadium du point de vue de l'élimination des goulets d'étranglement technologiques, de la culture de la chaîne industrielle et des progrès en matière de construction de capacité.

Comparaison entre la batterie à flux et d'autres technologies de batteries électrochimiques. En résumé, la batterie à flux est plus adaptée à la technologie des batteries de stockage d'énergie à grande échelle et à long terme. Avec la maturité de l'industrie, la batterie à flux de vanadium sera le courant dominant de la batterie à flux. technologie des batteries au cours des cinq prochaines années. Avec l'augmentation rapide de l'échelle installée, les avantages des performances de stockage d'énergie des batteries à flux deviendront plus importants.

Examen du marché des batteries d'écoulement à l'horizon 2020 : le nombre de projets signés a atteint un nouveau sommet

Du côté de la demande, la proportion actuelle de la capacité installée de stockage d'énergie électrochimique par batterie de flux est faible, soit moins de 1% dans le monde et en Chine. Cependant, depuis 2018, le nombre de projets signés et installés par la batterie de flux a atteint un nouveau sommet, et la chaleur du marché a augmenté de manière significative.

Prenons l'exemple de la Chine. Selon des statistiques incomplètes, entre 2020 et 2021, la capacité d'installation prévue des batteries à flux liquide en Chine dépasse 6 GW et la capacité dépasse 20 GWh. Ce lot de projets devrait être mis en œuvre de manière intensive entre 2022 et 2023, et l'échelle globale doublera à partir de 2021, ce qui devrait entraîner une énorme demande de commandes pour le marché national des batteries d'écoulement.

Croissance mondiale des installations de batteries à flux (MWh), 2010-2020

À l'heure actuelle, la taille du marché des batteries d'accumulateurs est faible et la concurrence globale n'est pas encore totalement ouverte. Dalian branch et Beijing puneng se sont engagés depuis longtemps dans le secteur des batteries d'accumulateurs, et grâce à leur capacité itérative en matière de produits de réacteurs électriques, à leur capacité d'intégration de la chaîne d'approvisionnement et à leur capacité opérationnelle temporaire en matière de conception de projets de batteries d'accumulateurs de qualité MW, ils occupent une position de leader en Chine. Toutefois, avec l'arrivée de nouveaux entrants et l'achèvement des projets d'expansion, le modèle de concurrence du marché va encore beaucoup évoluer à l'avenir.

D'un point de vue technique, la batterie à flux est surtout critiquée pour sa faible densité énergétique et son coût de production élevé. Afin de promouvoir l'application généralisée de la technologie de stockage de l'énergie des accumulateurs à flux, il est nécessaire d'améliorer la densité de puissance, la densité d'énergie et l'efficacité de conversion du réacteur à un autre niveau, de manière à réduire le coût de l'accumulateur, à améliorer sa fiabilité et sa stabilité, ce qui constitue le consensus de développement auquel est parvenue l'industrie.

Au cours des cinq prochaines années, le développement technologique de la batterie à flux se concentrera sur quatre aspects : la simulation numérique de la conception de la structure du réacteur, des matières premières de réacteur plus efficaces et moins coûteuses, le développement d'un réacteur à haute densité de puissance et l'innovation en matière de système de liquide électrolytique.

La proportion de stockage d'énergie dans les batteries au lithium va diminuer et celle des batteries à flux va augmenter.

Le stockage de l'énergie est principalement divisé en stockage d'énergie par pompage et en stockage d'énergie électrochimique. Le stockage électrochimique de l'énergie comprend principalement les batteries lithium-ion, les batteries plomb-acide et les batteries à flux.

Selon les statistiques, le stockage d'énergie par pompage représentait 89% de la capacité de stockage d'énergie installée cumulée de la Chine à la fin de 2020, en baisse de quatre points de pourcentage par rapport à 2019. Le stockage d'énergie électrochimique représente 11%, dont 89% sont des batteries lithium-ion, les batteries au plomb représentent environ 10%, et les batteries à flux liquide seulement environ 0,7%.

Les batteries lithium-ion représentaient 97 % des nouvelles capacités de stockage électrochimique en 2020, mais cette croissance devrait diminuer en raison des problèmes de sécurité. Depuis le mois d'avril de cette année, le marché global s'est orienté vers les batteries à flux.

Il est reconnu dans le monde entier que les batteries à flux constituent le principal moyen de stockage d'énergie à long terme. Pour augmenter le temps de stockage des batteries lithium-ion, il faut augmenter l'épaisseur des électrodes et la résistance sera inflammable et explosive. En outre, le coût augmentera de manière exponentielle pour réaliser un stockage de 4 à 8 heures.

Cependant, les batteries au plomb (y compris les batteries plomb-acide et plomb-carbone) ont une faible durée de vie et sont peu acceptées par le marché. En revanche, la batterie à flux ne peut augmenter l'échelle de stockage de l'énergie qu'en ajoutant l'électrolyte, et l'électrolyte peut également être recyclé de manière semi-permanente, ce qui présente des avantages évidents sur le marché du stockage de l'énergie et en termes de coûts.

L'expert prévoit que la capacité des batteries à flux pourrait atteindre 150 mégawatts en 2021, contre 3 mégawatts en 2020, représentant environ 10 % de la nouvelle capacité de stockage d'énergie électrochimique cette année. Auparavant, la baisse du ratio des batteries à flux liquide était principalement due à l'instabilité du prix de la matière première vanadium, qui est passé de plus de 30 000 yuans/tonne à environ 540 000 yuans en 2019, ce qui était difficile à supporter pour le lien de production.

Les prix du vanadium ont baissé au cours des deux dernières années, le pentoxyde de vanadium est fondamentalement stable au niveau normal de 100 000 yuans/tonne, de sorte que le développement futur sera meilleur et plus rapide. La batterie à flux, en particulier la batterie à flux complet de vanadium, passera progressivement de l'échelle actuelle d'environ 10% à 30%~40%.

Pour les investisseurs préoccupés par la réduction des coûts des batteries d'écoulement, le directeur du centre de recherche en ingénierie des batteries d'écoulement de l'université de Tsinghua, Wang Baoguo, a déclaré : " avec le développement de la technologie d'auto-recherche, le prix des batteries d'écoulement sera de 20 000 / KWH, et sera progressivement réduit à environ 12 000. À l'avenir, le prix des batteries d'écoulement pourra atteindre 3 000 à 3 500 yuans/KWH, voire moins, pour une capacité installée comprise entre 1 000 et plus de 100 000 degrés."

En augmentant la densité du circuit du réacteur, il pense qu'il a au moins 40% plus de marge de manœuvre pour réduire les prix. Au fur et à mesure que la technologie se développe, le prix de l'électrolyte pourrait tomber à 900-1 100 yuans par kilowattheure. Si tous les matériaux clés permettent d'atteindre les réductions de coûts prévues, le coût installé des batteries à flux peut être à peu près le même ou légèrement supérieur à celui des batteries au lithium, mais les batteries à flux ont un avantage absolu en matière de sécurité et de longévité.

En ce qui concerne la proportion installée des futurs scénarios d'application du stockage de l'énergie, à la fin de 2020, la proportion est d'environ 47,5% du côté de l'alimentation (puissance électrochimique installée), 17,9% du côté du réseau et 34,6% du côté de l'utilisateur. D'après la capacité installée en 2020, le stockage de l'énergie se développe principalement du côté de l'alimentation électrique. L'année dernière, 71 % des nouvelles installations ont été installées du côté de l'alimentation électrique, 12 % du côté du réseau et 17 % du côté du consommateur.

À l'avenir, il sera difficile de faire la distinction entre le réseau et l'alimentation électrique. Actuellement, le projet de démonstration national approuvé par le Bureau de l'énergie a les fonctions de modulation d'amplitude, de modulation de fréquence, de modulation de crête, d'accès aux nouvelles énergies, d'alimentation de secours, d'alimentation d'urgence et d'autres fonctions pour construire ensemble la centrale électrique.