爱华网吴正宇带领汇能科技希望通过技术革新降低成本，让液流蓄电设备走出实验室，广泛应用于电能的“削峰填谷”。
文 Echo Yang
在上海，用电始终是一个让工商业者颇为头疼的问题，不仅白天要支付比夜间高出3倍左右的电价，电力紧缺时还要承受拉闸限电带来的损失。另一方面，用电高峰期庞大的用电需求也让电网系统感到压力巨大。为了解决每年100个小时的尖峰需求，上海市要投入上百亿元用于柴油、天然气等发电。但上海并不是24小时都缺电，用电需求在夜间进入低谷，“谷”期的电网负荷甚至不及白天“峰”期的一半。因此发电站夜间不得不降低发电机功率，这相当于闲置了部分发电机组。这种白天和夜间用电不均衡的情况在中国的主要城市普遍存在。 “如果能将夜间的电能储存起来白天用，发电、输电、配电和用电的4个环节都会轻松很多。” 长春汇能科技公司董事长吴正宇说。他创立的汇能科技正致力于大规模电能存储设备——锌溴液流电池的研发和生产。液流电池最早由美国航空航天局（NASA）资助研究，1974年由泰勒（Thaller L H）提出并申请专利。一直以来，液流电池的专利技术掌握在美国、日本、英国等少数发达国家手中，主要用于备用电源、电动汽车等领域。中国的液流电池研究起步较晚，尚处于实验室阶段。近年来，国外技术专利相继到期，但造价昂贵始终是困扰液流电池普及的重要原因。汇能科技的目标就是在通过技术革新降低成本，让其日常大规模应用变为可能。 液流电池又被称为氧化还原液流电池（Redox flow cell）或氧化还原液流蓄能系统（Redox flow system）。与通常蓄电池的活性物质被包容在固态电极内不同，液流电池的正、负极活性物质主要存在于电解液中，通过送液泵流过液流电池，电池内的正、负极电解液由离子交换膜隔开。 与扬水储能和压缩空气储能等物理方式相比，液流电池作为一种化学储能方式具有不受地理条件限制、理论循环寿命较长、安全可靠性高、一次性投入较低等优点，是适宜规模化储能的电池体系（各种储能电池比较请参见图表）。它的主要应用领域包括：风能等可再生能源的蓄电、电网的“调峰”和用电大户的蓄电。 30多年来，各国学者通过变换氧化还原体系，提出了不同的液流电池体系，如全钒体系、钒-溴体系等。锌溴液流电池便是1970年代由埃克森公司（Exxon）和古德公司（Gould）联合提出的。近年来，高性能离子交换隔膜技术的进步加速了液流蓄电的发展。发达国家纷纷将大规模高效液流蓄电技术研发列为国家能源安全和经济可持续发展的重要基础项目，比如日本政府的“新阳光计划”、美国的“DOE项目计划”等。目前，英国、日本等已经建成多座兆瓦（MW）级功率、几十甚至上百兆瓦时（MW*h）容量的示范演示系统。 汇能科技的研发方向是为用电大户提供锌溴液流蓄电设备。由于电费采用分时计价，中国大部分地区的工商业用电的峰谷差价在3.5倍到4倍之间，山东等省份甚至达到4.25倍。这让汇能对广阔的市场前景充满想像，但同时也对其生产成本控制提出了苛刻的要求。“在国外，存储1度电通常要投入250美元的设备，但我们争取控制在50美元以下。”吴正宇说。 为了大幅度降低成本，汇能在隔膜、双极板、电解液等材料方面做出了大量技术突破。隔膜是所有电池中的关键技术之一。在液流电池中，隔膜的作用是一方面隔离电池的正极和负极分子，一方面又要保证活性物质的离子顺利通过。为了提高电池库伦效率，一般要在隔膜生产中添加昂贵的特殊树脂成分，因此导致其成本昂贵。日本进口隔膜每平方米价格高达50美元。汇能通过自主研发、在隔膜生产中找到了替代特殊树脂的原料，并将生产成本控制在1美元左右。吴正宇坦言，为了获取更低的制造成本，汇能牺牲了一部分质量。“我们的隔膜不如日本进口的寿命长。但我们的运输和替换成本低于隔膜本身的生产成本，从而在经济性上可以超越日本的产品。”他说。 汇能的另一个突破是在生产中率先引进了先进激光焊接设备。这不仅增强了双极板的密封性，还大大提高了封装工艺的生产效率。目前，这种特殊激光头设备用于焊接作业的公司在全球不超过8家。 此外，电解液配方也是汇能不断优化、重点保密的核心技术。“这就像做菜，几百种配料，不同的程序，不同的温度，得到的结果都不一样。我们通过反反复复的测试就是要找到最理想的配方。”吴正宇说。在集成工艺等方面，汇能同样遵循着最优经济模型的原则，尽量采用设备成本比较低、人力参与比较多的生产工艺。 比较起现在被工业生产广泛应用的铅酸电池，液流电池更为高效和清洁。锌溴电池和钒流电池是目前中国发展较快的两类液流电池。前者拥有较高的能量密度，每千克约为60-80瓦时，原料便宜，但更新周期短。后者的能量密度仅为15-25瓦时/千克，原料价格较高，但充放电次数多、使用寿命长，更适用于大容量、长时间的非移动存储。现有研发成果主要针对风能发电的存储应用，北京普能科技是其代表公司。 由于没有可借鉴的工业化生产模型，研发液流电池在某种意义上就是研发批量生产电池的生产线。中国工程院杨裕生院士认为，液流电池的原理很简明，中国如果只是想做出一两台演示性样机并不十分困难，但是若要建立一个电化工系统高效地运行若干年，中国还必须围绕提高液流化学蓄电系统的比功率、转换效率和稳定性等主题，深入研究多学科交叉理论和材料等许多基础性问题。汇能的第一条生产线正在紧锣密鼓的准备中，预计今年年底正式投产。 大规模液流蓄电技术已成为国际能源投资领域的“圣杯”，这一趋势也在快速向中国蔓延。今年，中国环境基金 （CEF）、英国石油公司（British Petroleum）等为汇能注入了1,000万美元的第一轮风险投资。“国际能源价格高涨，储能需求迫切，尤其是工、商业的用电大户。我们和BP之所以投资汇能，就是看中他们产品量产的可能性，以及旺盛的实际市场需求。”青云创投的介文治说。此外，施奈德（Schneider）等国际能源技术巨头也在中国积极寻找电能存储领域的种子企业。 今年33岁的吴正宇毕业于上海交通大学电子系，曾经在IBM美国总部效力6年。2005年，他从哥伦比亚大学公共事务管理专业毕业后到湖北省赤壁市担任市长助理，分管当地开发区的新能源项目。在调研中，他发现随着能源需求的不断激增，中国每年用电量的新增部分竟然相当于一个德国的用电量。如果单纯依靠增加火力发电站，中国的环境恶化程度将不堪设想。同时，电网负荷的昼夜变化幅度惊人，如果将低谷的电能储存起来用于白天的用电高峰，这将是一笔巨大的财富。对此，专家的普遍共识是，如果电网上6%-10%的电量通过存储方式解决的话，发电、输电、配电、用电的四大环节将实现共赢。 2007年，吴正宇在纽约创立了汇能，分众传媒创始人江南春是汇能的天使投资人之一。“我的思路就是找到经济模型最合理的液流电池，现在60个研发人员所有的时间都用在如何把成本一分一分地降下来，把过程中不需要的环节全部去掉。”吴正宇认为这正是IT从业经验给他带来的最大的好处。 2009年，汇能的销售目标是1,000万美元，但它并不打算出售自己的储电设备，而是扮演能源管理公司（EMC, Energy management Company）的角色，将设备免费租给客户，针对所节约的电费支出双方按照一定比例分成。 经济型连锁酒店是吴正宇首选的目标客户。目前，中国的20多个酒店集团管理着6,000多家经济型酒店，控制经营成本是酒店应对激烈竞争的关键。以如家为例，每个单体酒店的年平均电费支出在200-300万元之间。汇能为一般经济性酒店量身定做的设备规格是500KW*4H，也就是说，充满电的锌溴电池，在500KW功率的满负荷运转下，能够放电4小时。每套设备的生产成本在100万元以下，占地面积约为40平方米。吴正宇估计，这种设备最多能帮助客户减少40%的电费支出。 除了与酒店等用户的分成收入，汇能公司还能获得一些地方政府的补贴。比如，为了鼓励节能降耗，北京市政府就给予削峰填谷项目每千瓦500元的补贴。此外，写字楼、工厂等用电大户都是汇能的潜在客户。在吴正宇的长远规划中，汇能不仅仅为单个客户提供削峰填谷设备，还要让所服务客户的电能储备联成一个庞大网络，实现储电网络上的调配和互补。 根据杨裕生院士的预测，各种高效率、大容量的储能电池可能在今后5-10年内实现相当规模的产业化，创造巨大的商业利益和社会效应。中国应大力发展有自主知识产权的各种蓄电新体系，突破国外专利的制约，提高能量转换效率，降低蓄电系统的制作和运行成本。“液流电池的研发永无止境，我们已经准备了1亿元的研发经费。”吴正宇说。
