Waarom Vanadium-Stroombatterijen de toekomst van energieopslag op Nutsschaal kunnen zijn

een Invinity Energy Systems vanadium flow batterij wordt getest bij de National Renewable Energy … Laboratorium (2019).

Invinity Energy Systems

eerder dit jaar publiceerde de California Energy Commission (CEC) een verzoek van 20 miljoen dollar voor de financiering van onderzoeksprojecten voor de invoering van langdurige energieopslag. Het doel was een duidelijk inzicht te krijgen in de rol die langdurige energieopslag (10 uur of meer) kan spelen bij het vervullen van de overheidsopdracht om de elektriciteitssector tegen 2045 koolstofvrij te maken. Lithium-ion batterijen werden uitgesloten van de uitnodiging.

de CEC selecteerde vier energieopslagprojecten met vanadium-stroombatterijen (“VfB ‘ s”) uit Noord-Amerika en het VK invinity Energy Systems plc. De vier locaties zijn allemaal commerciële of industriële faciliteiten die zelf energie willen opwekken (zoals zonne-energie) en in sommige gevallen de mogelijkheid hebben om off-grid te opereren. Invinity ‘ s totale scope is 7,8 megawatt-uur (MWh) van batterijen in de vier projecten. Een deel van de doelstelling is om die installaties voor langere tijd buiten het elektriciteitsnet te kunnen houden, om onderbrekingen van hun stroomvoorziening tijdens stroomuitval te voorkomen.

Wat is een VFB en hoe verschilt deze van de meer alomtegenwoordige lithium-ion batterij? Om deze vragen te beantwoorden en meer te leren over Invinity Energy Systems, sprak ik deze week met Invinity ‘ s Chief Commercial Officer en medeoprichter, Matt Harper en Joe Worthington, de directeur Communicatie van het bedrijf.

Matt is een werktuigbouwkundige van opleiding, en hij legde uit dat hij is het bouwen van schone energie technologie voor 25 jaar. De afgelopen 15 jaar heeft hij stroombatterijen ontwikkeld.

Vanadium is een element dat gewoonlijk in vier verschillende oxidatietoestanden kan bestaan. Dat betekent gewoon dat het kan bestaan als een ion met verschillende ladingen. Bijvoorbeeld, een vanadiumion dat drie elektronen mist zou een lading van V3+hebben. Als je er een elektron aan toevoegt, wordt het omgezet in een V2+ ion. Deze overdracht van elektronen heen en weer is wat VFBs opladen en ontladen, als de vanadiumionen in de batterij schommelen van V2+ naar V5+.

dit verschilt van lithium-ion-batterijen in die zin dat elke keer dat lithium oplaadt en ontlaadt, het lithiummetaal op de kathode wordt geplateerd en afgebroken. Hoewel deze reactie bijna volledig omkeerbaar is, zal het leiden tot degradatie na een paar duizend cycli en de prestaties zullen afnemen.

een VFB bestaat uit twee tanks met elektrolyt opgelost in water en gescheiden door een proton-uitwisselingsmembraan. Beide elektrolyten zijn vanadium-gebaseerd. Als de batterijen worden opgeladen en ontladen, worden vanadium-ionen eenvoudig verplaatst tussen oxidatietoestanden. Volgens Matt kan dit tienduizenden keren worden gedaan over een periode gemeten in decennia, zonder degradatie in het vermogen van de vanadiumoplossingen om lading vast te houden.

zij schatten dat om de 10-20 jaar het membraan dat de Ionische soort kruist, moet worden vervangen. Nogmaals, dit is in tegenstelling tot een lithium-ion batterij waar de hele batterij zou moeten worden vervangen. Ze vergeleken dit met onderhoud aan een auto. Matt gaf aan dat ze producten in het veld hebben die al meer dan 30 jaar fietsen opladen en ontladen.

Li-ion-batterijen hebben een voordeel in de energiedichtheid, daarom zijn VfB ‘ s gericht op stationaire toepassingen. Echter, in vergelijking met Li-ion batterijen voor opslag op netschaal, is er geen brandgevaar met VFBs. Li-ion-accu ‘ s moeten verder uit elkaar liggen of voldoende brandonderdrukking hebben. Zo kunnen VFBs strakker worden verpakt dan lithium, zodat de voetafdruk voor grid-scale werking vergelijkbaar is. Wat de kosten betreft, meldt Invinity dat zij hun batterijen verkopen tegen dezelfde prijs als Li-ion per MWh voor de industriële markt. Het voordeel van Invinity ‘ s VFB komt in de genivelleerde kosten na verloop van tijd als gevolg van de decennia van service een enkel apparaat kan leveren. VFBs kan meerdere volledige cycli dagelijks laden en ontladen gedurende 20 jaar. Hoewel u duizenden cycli met een Li-ion batterij kunt krijgen, voor een nutsbedrijf of commerciële opslagtoepassing waar dagelijkse fietsen nodig is, is dat misschien niet genoeg om Li-ion het voordeel te geven. Invinity ‘ s kerntechnologie – de “cell stack” in de kern van de VFB – is ontwikkeld en geproduceerd in Vancouver, Canada. Het bedrijf heeft ook een leverancier in China die metalen behuizingen doet. De eindmontage gebeurt echter zo dicht mogelijk bij de plaats waar de projecten worden uitgevoerd vanwege de omvang van de installaties. Invinity heeft commerciële toepassingen van zijn VfB ‘ s geïnstalleerd op meer dan 40 locaties in Europa, Noord-Amerika, Afrika, Azië en Australazië. Hieronder staat een 2 MWh project in China dat al twee jaar in bedrijf is.

2 MWh installatie in Huanghe Hydro in China.

Invinity Energy Systems.

ik vroeg me af wat Invinity anders doet dan concurrenten in deze ruimte. Matt vertelde me dat de aanpak die Invinity nam was om de grondbeginselen van de chemie te nemen en ze te leveren als een turn-key product. Ze vertrouwden op high-volume productie om de prijs naar beneden te krijgen en een goede kwaliteitscontrole te krijgen. Sommige VfB-fabrikanten konden geen goedkope producten leveren omdat ze de productie niet standaardiseerden. Invinity heeft ongeveer 250 modules geproduceerd sinds 2017, en ze bouwen momenteel een site, onderdeel van de Energy Superhub Oxford in het Verenigd Koninkrijk, die 162 modules zal hebben.

er zijn momenteel commerciële toepassingen van V-stroombatterijen. De focus ligt op commerciële / industriële toepassingen die piekperiodes compenseren, een eerlijk beetje in de grid-schaal generatie, en ook standalone microgrids waar individuen willen off-grid de hele tijd of tijdens stroomuitval.

tenslotte vroeg ik naar het aanbod van vanadium. Ik heb geleerd dat vanadium het 13de meest voorkomende metalen element is in de aardkorst. Het is overvloediger dan koper. Verder kan de toevoer van vanadium in de batterij vrijwel eindeloos worden gerecycled omdat de vanadium-ionen tussen oxidatietoestanden worden verplaatst en niet worden vernietigd of afgebroken. Behalve dat het vanadium-elektrolyt oneindig herbruikbaar is, is de balans van de VfB van Invinity bijna volledig gemaakt van gangbare materialen, zoals staal en huishoudelijke kunststoffen, die gemakkelijk kunnen worden gerecycled.

er zijn grote vanadium bronnen in de VS momenteel gaat 90% van de levering naar de staalfabricage. Dus, staalproducerende regio ‘ s zoals China zijn momenteel de grootste producenten van vanadium. Tot slot erkende Matt dat Li-ion-batterijen hebben aangetoond dat energieopslag rendabel kan zijn en dat VfB ‘ s van de vooruitgang hebben geprofiteerd. Hij voegde eraan toe dat Li-ion batterijen zijn geweldig voor het opslaan van 2-4 uur energie 50 keer per jaar, maar VfB ‘ s schitteren in langdurige toepassingen waar energie elke dag nodig is; bijvoorbeeld, wanneer het proberen om zonne-energie beschikbaar op aanvraag de klok rond.

maar concentratie rond een specifieke technologie-vooral een zoals de Li-ion-batterij die voor netopslag bijna uitsluitend offshore wordt vervaardigd-is een punt van zorg. VFBs biedt dus diversificatie in de opslagruimte, zowel in de productielocatie, als gericht op een markt die misschien beter past dan voor Li-ion-batterijen.

Geef een antwoord

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd.