据中国证券报报道，国家电投拥有自主知识产权的“容和一号”铁-铬液流电池堆量产线投产。每条产线每年可生产5000台30kW“容和一号”电池堆，标志着量化供货的最后堵点已彻底打通，铁-铬液流电池储能技术从实验室迈入商业应用阶段，为电力行业大规模、长时间储能提供了新的解决方案。同时，国家电投在内蒙古霍林河启动全球首个兆瓦级铁-铬液流电池储能示范项目建设，预计今年年底投产，该项目投产后将再次刷新全球铁-铬液流电池储能系统最大实证容量纪录。
铁-铬液流电池储能技术被称为储能时间最长、最安全的电化学储能技术之一，该技术的电解质溶液为水系溶液，不会发生爆炸，可实现功率和容量按需灵活定制，且具有循环寿命长、稳定性好、易回收、运行温度范围广、成本低廉等优势，符合我国大规模、长时间储能需求的新型电力系统。
另据报，2020年，国家电投开发的250 kW/1.5 MWh铁-铬液流电池在张家口光储示范项目中正式投产运行，对于铁-铬液流电池在可再生能源等领域的应用具有里程碑的意义。铁-铬液流电池技术最初是由美国NASA在20世纪70年代研发的，1984年和1986年日本成功制造10kW和60kW的原型系统，此后铁-铬液流电池技术一度消失在大众的视线中，直到国家电投把铁-铬液流电池技术应用在2022年北京冬季奥运会电力保障上，铁-铬液流电池作为储能技术再次回到公众的视野。
为什么冬奥会如此重大的活动，电力保障上没有选择人们更为熟知的锂电池作为备用电源，而是选择铁-铬液流电池作为备用电源，值得我们思考。通过分析发现，铁-铬液流电池与其他电化学电池相比，具有明显的技术优势，被认为是储能寿命最长、最安全的电化学储能技术，是大规模储能技术的首选技术之一，具有广阔的应用前景。
寿命长
铁-铬液流电池的循环使用寿命最低可达到10000次，整体使用寿命可以达到20年或者更长时间。使用寿命远高于其他电化学储能电池。例如，锂离子电池使用寿命是循环充放电4000-5000次，不足铁-铬液流电池使用寿命的一半。
安全性高
当前，锂电池凭借着高能量密度的优势占据较大的电化学储能市场份额，但随着对能源电力安全性要求的不断提高，锂电池的短板越发明显。铁-铬液流电池比锂离子电池具有更高的安全性。铁-铬液流电池的电解质溶液采用水性溶液，电池堆与储液罐分离，没有爆炸风险，安全性高。铁-铬液流电池系统采用模块化设计，电池堆之间一致性好，系统控制简单，性能稳定可靠。
成本低
对于电化学电池大规模储能而言，其低成本是首要考虑因素。锂离子电池与全钒液流电池成本较高，在大规模商用上的竞争力不如铁-铬液流电池。铁-铬液流电池的电解质溶液原材料铁、铬资源丰富，易获取，成本低，不会出现短期内资源制约发展的情况。另外，铁-铬液流电池的电解液可循环利用，进一步降低了使用成本。专家表示，随着铁-铬液流电池技术的不断成熟，未来综合成本接近抽水蓄能。
主要电化学储能关键数据比较
项目 | 铁-铬液流电池 | 全钒液流电池 | 锂离子电池 |
关键原材料 | 铬铁矿 | 五氧化二钒 | 碳酸锂 |
关键原材料全球探明储量 | 铬储量5.1亿吨 | 钒储量2000万吨 | 锂储量1600万吨 |
关键原材料价格/元·kg | 16.7 | 253.9 | 78.5 |
当量价格/元·mol | 1.4 | 23.1 | 2.9 |
耐低温
众所周知，低温是电化学储能电池的克星，在低温下电池能量下降很快。铁-铬液流电池在没有保温的措施下，管道内温度适应范围可以从-20℃至70℃，适应地域广泛，更符合我国电力发展实际。例如，国家电投“容和一号®”大容量电池堆在张家口地区经受-40℃的极寒考验，为冬奥地区持续稳定存储，提供清洁电能超过5万千瓦时。
当前，对于铅酸电池、锂离子电池、液流电池等储能技术哪种将会成为未来主流技术的讨论仍无定论。这些储能技术各有千秋，适用场景略有不同。铁-铬液流电池主要应用场景更多地集中在大规模、长时间储能领域，比如电网侧削峰填谷、发电侧的可再生能源并网等。而锂离子电池应用场景主要是电动汽车，不适合大规模的应用。对于人们质疑铁-铬液流电池能量密度低、体积密度大等问题，这还不是铁-铬液流电池作为储能电池考虑的首要因素，而安全、低廉才是。
铁-铬液流电池技术在政策上得到支持，在商业上也不断取得突破。2021年7月，国家发改委和能源局发布《关于加快推动新型储能发展的指导意见》，文件提出要实现液流电池等长时储能技术进入商业化发展初期。今年年初，国家电投拥有自主知识产权的“容和一号®”铁-铬液流电池堆量生产线投产，每条生产线每年可生产5000台30kW“容和一号®”电池堆，标志着量化供货的最后堵点已彻底打通，铁-铬液流电池储能技术从实验室迈入商业应用阶段，为电力行业大规模、长时间储能提供了新的解决方案。
国家电投数据显示，根据测算，每投运 1GW、储能时长 6 小时的铁-铬液流电池储能系统，年可增加优质风电和光伏发电上网电量 1980GWh，直接减少碳排放量约 196 万吨，减少粉尘排放约 54 万吨，相当于替代标准燃煤约 75 万吨。按照新能源配储能政策要求，每新建 1GW 储能系统可以支持 5GW 新能源新建并网，按照年利用小时数 1500 小时计算，间接减少二氧化碳排放量 748 万吨，减少粉尘排放 204 万吨，节约标煤 286 万吨。
随着技术的成熟与政策的完善，铁-铬液流电池储能技术在我国大规模、长时间储能需求的新型电力系统中具有广阔的发展前景。
可见，铁-铬液流电池与其他电化学电池相比，具有明显的技术优势，被认为是储能寿命最长、最安全的电化学储能技术，是大规模储能技术的首选技术之一，具有广阔的应用前景。
但是，铁-铬液流电池也有以下的缺点：
二、铁-铬液流电池技术
（下文引用： 杨林,王含,李晓蒙等.铁-铬液流电池250 kW/1.5 MW·h示范电站建设案例分析[J].储能科学与技术,2020,09(03):751-756.）
1 铁铬液流电池技术介绍
1.1 液流电池特点
液流电池是一种正、负极活性物质均为液体的电化学电池，其液态活性物质既为电极活性材料，又为电解质溶液，被分别储存在独立的储液罐中，通过外接管路与流体泵使电解质溶液流入电池堆内进行反应。在机械动力作用下，液态活性物质在不同的储液罐与电池堆的闭合回路中循环流动，采用离子交换膜作为电池组的隔膜，电解质溶液平行流过电极表面并发生电化学反应。系统通过双极板收集和传导电流，从而使得储存在溶液中的化学能转换成电能。这个可逆的反应过程使液流电池顺利完成充电、放电和再充电。
液流电池和通常以固体作电极的普通蓄电池不同，液流电池的活性物质以液体形态储存在两个分离的储液罐中，由泵驱动电解质溶液在独立存在的电池堆中反应，电池堆与储液罐分离，在常温常压运行，因此安全性高，没有潜在爆炸风险。此外，液流电池的特点还包括：容易实现规模化（MW级），可以灵活配置功率和容量、组装方便、选址自由、循环寿命长、响应速度快、自放电率低、深度放电性能良好、环境友好、无污染排放、运行与维护费用低等。
1.2 铁铬液流电池发展历史
铁-铬液流电池技术起源于20世纪七八十年代美国国家航空航天局（NASA）的路易斯研究中心（Lewis Research Center），该中心的科学家Thaller发明了氧化还原液流电池的概念，他们在筛选了多种氧化还原体系电对基础上，最终选择了铁-铬液流电池（Fe/Cr RFB）体系作为主要的研发对象，因为其成本低廉、综合电化学特性较好。实验测试结果表明，在碳电极上正极Fe3+/Fe2+离子的氧化还原反应可逆性好，负极Cr3+/Cr2+氧化还原反应可逆性较差，但是经过在负极上沉积催化剂改善其可逆性，电极性能得到显著改善。NASA首先研制出了1 kW的铁-铬液流电池储能系统[13]。后期为了改善系统的性能，在单电池基础上开展了进一步的研发，电解液采用了铁、铬离子的混合溶液，并且升高了操作温度，从而保持了系统容量的相对稳定。同时，也提高了电极的性能。在此基础上，NASA认为铁-铬液流电池储能技术达到了商业化应用的技术程度，开始转入商业公司Standard Oil of Ohio准备产品的开发，但是由于石油危机的减缓或可能其他原因，该公司没有选择将这一技术进行商业应用的发展。NASA的科学家之一Reid对NASA的技术发展做了详细描述。
日本新能源产业技术开发机构（NEDO）于1974年制订了战略性节能规划“月光计划”，把从基础研究到开发阶段的节能技术列为国家的重点科研项目，以保证节能技术的开发和加强国际节能技术合作。在与NASA的研发合同下，NEDO对铁-铬液流电池储能技术开展了进一步研究，于1983年推出了改进型的1 kW的铁-铬液流电池系统。通过改进电极材料，增大电极面积，将电池的能量效率提高到了82.9%。随后，电池制造工艺转移到三井造船公司进行规模放大，并于20世纪80年代后期推出了10 kW的铁-铬液流电池系统。可以说，铁-铬液流电池储能系统的技术基础已经形成。
随着新能源的发展，对储能技术的需求越来越迫切，美国EnerVault公司继承了NASA的技术体系，进行了规模放大，该公司注重于铁-铬液流电池储能技术在大型电网方面的应用，在2014年建成了全球第一座250 kW/1000 kW·h铁-铬液流电池储能电站。
国内在20世纪90年代初期有几家单位对铁-铬液流电池进行了跟踪研究。其中，中科院长春应用化学研究所的江志韫团队对NASA在七八十年代的工作做了细致的综述，中科院大连化学物理研究所的衣宝廉团队于1992年曾经推出过270 W的小型铁-铬液流电池电堆。但是由于铁-铬液流电池技术中关键问题阴极析氢与电解液互混未得到解决，研究一度止步。
目前，国家电投集团科学技术研究院有限公司采用的铁-铬液流电池技术采用混合的铁、铬离子溶液，已经成功解决了电解液互混问题；通过催化剂解决了阴极析氢问题；并且在储能系统中设计安装了再平衡系统，有效解决了电解液的衰减问题，极大地提高了铁-铬液流电池的使用寿命。进一步提升了铁-铬液流电池技术水平。
1.3 铁-铬液流电池原理与优势
铁-铬液流电池储能单元的电解质溶液为盐酸盐的水溶液，其正负极的电化学氧化还原反应分别为：
铁铬液流电池的原理示意图见图1。
图1 铁-铬液流电池基本原理图
铁-铬液流电池与其他电化学电池相比，具有明显的技术优势，具体优点如下。
（1）循环次数多，寿命长。铁-铬液流电池的循环寿命最低可达到10000次，与全钒液流电池持平，寿命远远高于钠硫电池、锂离子电池和铅酸电池。
（2）无爆炸可能，安全性高。铁-铬液流电池的电解质溶液采用水性溶液，没有爆炸风险。且电解质溶液储存在两个分离的储液罐中，电池堆与储液罐分离，在常温常压下运行，安全性高。
（3）电解质溶液毒性和腐蚀性相对较低，稳定性好。铁-铬液流电池的电解质溶液是含铁盐和铬盐的稀盐酸溶液，毒性和腐蚀性相对较低。
（4）环境适应性强，运行温度范围广。相比其他液流电池，铁-铬液流电池的运行温度更加宽，电解质溶液可在-20～70 ℃全范围启动。
（5）储罐设计，无自放电。电能储存在电解质溶液内，而电解质溶液存储在储罐里，因此不存在自放电现象，尤其适用于做备用电源等。
（6）定制化设计，易于扩容。铁-铬液流电池的额定功率和额定容量是独立的，功率大小取决于电池堆，容量大小取决于电解质溶液，可以根据用户需求进行功率和容量的量身定制。在对功率要求不变的情况下，只需要增加电解质溶液即可扩容，十分简便。
（7）模块化设计，系统稳定性与可靠性高。铁-铬液流电池系统采用模块化设计，以250 kW一个模块为例，一个模块是由8个电池堆放置在一个标准集装箱内，因此电池堆之间一致性好，系统控制简单，性能稳定可靠。
（8）废旧电池易于处理，电解质溶液可循环利用。铁-铬液流电池的结构材料、离子交换膜和电极材料分别是金属、塑料（或树脂）和碳材料，容易进行环保处理，电解质溶液理论上是可以永久循环利用的。
（9）资源丰富，成本低廉。电解质溶液原材料资源丰富且成本低，不会出现短期内资源制约发展的情况。铁-铬液流电池的电解质溶液原材料铁、铬资源丰富，易获取，成本低，因而是可持续发展的储能技术。
铁-铬液流电池与其他电化学电池的技术对比见表1，关键原材料的储量及价格对比见表2。
表1 铁-铬液流电池与其他电化学电池技术对比表
注：①年产能300 MW的估算结果。
表2铁铬液流电池与其他电化学电池关键原材料对比表
注：①数据来源于USGS（美国地质勘探局）2018年报告；②关键原材料价格为2019年2月14日价格。
2 铁铬液流电池研究进展
目前，国家电投集团科学技术研究院有限公司正在建设国内首座百千瓦级铁-铬液流电池储能示范电站。系统额定输出功率250 kW，容量1.5 MW·h，由8个31.25 kW的电池堆，以及相应的电解液储罐、电解液输送泵、交直流转换器、控制系统、测量元器件以及管道阀门组成。示范电站的设计参数如下文所述。
电池堆是铁铬液流电池储能系统的核心部件，由多个单电池以叠加的方式组合而成（电池堆工作原理图如图2所示）。250 kW/1.5 MW·h铁-铬液流电池储能示范电站采用8个额定输出功率31.25 kW的电池堆。2019年11月，由国家电投集团科学技术研究院有限公司研发的首个31.25 kW铁-铬液流电池电堆（“容和一号”）成功下线，经测试，性能指标满足设计参数要求。示范项目的其他电池堆正在开展组装及测试工作。
图2电池堆工作原理图表3250 kW/1.5 MW·h铁-铬液流电池储能示范项目设计参数
同时，示范项目现场也正在开展土建施工和设备安装等工作。示范项目将于2020年完成调试并投入运行。示范项目的建成，将是国内首座百千瓦级铁-铬液流电池储能示范电站，对铁-铬液流电池技术的推广应用将起到积极的示范作用。随之而来的大规模商业应用和推广，必将为储能领域带来一种新的技术创新和突破，也将有力促进储能技术的应用和发展，为国家储能战略提供一条更加可靠、经济和安全的技术路线。
在开展示范项目建设的同时，国家电投集团科学技术研究院有限公司也正在开展新一代铁-铬液流电池技术的研发工作。新一代的铁-铬液流电池技术将进一步提高电流密度，降低度电成本，从而具有更好的市场竞争力。
3 结 论
随着中国能源结构的转型和调整，为储能提供了巨大的市场空间，储能面临的是前所未有的机遇和爆发式的需求增长。
在众多的储能技术中，铁-铬液流电池是一种极具发展潜力的大规模储能技术，具有效率高、循环寿命长、使用温度范围大、功率模块化、容量可定制化、安全性高、环境友好、成本低等优点，能够广泛应用在发电侧、电网侧和用户侧，从提供短时间的调频、提高电能质量到长时间的削峰填谷、缓解输电线路阻塞，能够提供能量的时空转移，是解决大规模新能源发电并网所带来的问题和提升电网对其接纳能力的重要措施。
国家电投集团科学技术研究院有限公司正在建设国内首座百千瓦级铁-铬液流电池储能示范电站，对铁-铬液流电池技术的推广应用将起到积极的示范作用。随之而来的大规模商业应用和推广，必将为储能领域带来一种新的技术创新和突破，也将有力促进储能技术的应用和发展，为国家储能战略提供一条更加可靠、经济和安全的技术路线。
此外，液流电池的种类，液流电池根据电极活性物质的不同，可以分为全钒液流电池、锂离子液流电池和铅酸液流电池等，如：
全钒液流电池、
锂离子液流电池
锌溴液流电池
锌铈液流电池
锌镍液流电池
铅液流电池
多硫化钠/溴液流电池
三。研究 铁-铬液流电池蓄能电站的建设与经济回报
（资料待查 候补）
