高效储能系统构建是各个国家电网高效且灵活运行的关键，由于目前全球现有的电网系统无法处理大规模间歇性能源整合，间歇性可再生能源的渗透率超过20%会极大地破坏电网系统的稳定性，电网将遭受严重破坏，目前的共识是大规模电能存储系统可以有效缓解电网系统中许多固有的低效率和缺陷，并有助于提高电网可靠性，促进间歇性可再生能源的全面整合，有效管理发电^[1]。用于电网储能应用的液流电池储能系统的成本效益一直都受到广泛关注。Avista Turner EES是美国全钒液流电池实际落地项目的一个典型代表，本文将以该示范项目为案例，对液流电池的落地项目的实际运行情况进行介绍和分析。

Avista Turner EES系统概述

Avista Turner EES系统为1MW/3.2MWh的钒液流电池系统，位于华盛顿州普尔曼的特纳变电站，用于支持华盛顿州立大学的智能校园运营，该系统采购于联合能源技术公司（UET）^[2]。该系统由两个实际输出0.5MW/1.6MWh的子系统组成，每个子系统又由4个电池模块（图2中前4个模块）和带有电池管理系统(BMS)的电源转换系统（图2中第5个独立模块）构成，并且每个子系统都独立运作，互不干扰，并分别配备了储存电解液的外接罐体，单系统额定放电功率为500kW，额定充电功率为400kW，峰值功率600kW。每个电池模块由3个50kW的电池堆栈串联而成，模块中包含50个串联的单电池。单电池对应的开路电压极限为1.25V/单电池（0%SOC）-1.49 V/单电池（100%SOC）。根据华盛顿州立大学的数据，该VRB-EES系统的成本为700美元/千瓦时^[3]。

（图1）

（图2）

Avista Turner EES系统技术参数^[4]

对于用于Avista Turner EES系统的主要技术参数如下表2.1所示。对UET全系统，其标识功率及峰值功率分别为1MW和1.2MW，最大输出能量为3.2MWh，系统效率为65-70%，设计使用寿命为20年，直流电压范围为465V-1000V，交流输出范围为4160V—34.5kV，适宜使用温度区间为-40℃—50℃。

而对下一代用于MESA 2的EES系统，其主要技术参数如下表2.2所示：其交流充放电效率为70%，输出交流电压为12.47kV，响应时间小于100ms，占地78m²，尺寸为12.5m×6.1m×2.9m，总体积为221.125m³，重量为170000kg，体积能量密度为9.9Wh/L，体积功率密度为2.7W/L，质量能量密度为12.9Wh/kg，质量功率密度为3.5W/kg，设计使用寿命超过20年，使用温度区间为-40℃—50℃，自放电率小于储存能量的2%。

Avista Turner EES系统的放电容量及RTE

对于放电容量，在不同的放电速率下（固定600kW充电功率），放电能量随SOC非线性变化，放电能量容量范围在2020-3600kWh。以1000kW的功率放电所提供的能量约为额定能量3200kWh的三分之二，而以520kW的功率放电所提供的能量为额定值的94%，在400kW时放电传递的能量比额定能量高出4%。在PCS DC侧，不包括辅助负载，液流电池ESS系统在520kW的放电功率下提供了全部额定能量，而在400kW的功率下提供了比额定能量高出11%的能量。

Avista Turner EES系统可用性

在测试期间，液流电池ESS的总可用性为56%。总试验持续时间为365天，其中162天，或44%，因各种原因而损失，不同类别的损失天数分布如图ES3所示。其中，由于与电堆相关的问题，包括电堆SOC不匹配和电堆泄漏，损失了16%的测试时间（58天）；由于与PCS相关的问题，损失了11%的测试时间（40天），包括在高SOC充电期间长期使用PCS和暴露于泄漏电解质导致的电子元件腐蚀；与PCS软件相关的问题导致了9天的损失；泵相关问题和泵缸外壳泄漏分别造成了9天和8天的损失；热管理失败导致7天损失，而交流断路器不能远程重启导致7天损失；人为失误和天气分别导致了6天和7天的损失；维护、通信故障和杂项导致11天损失。

主要运行状态结论

（2）可用于放电的能量高度依赖于测试周期中的功率（千瓦）水平。例如，在满额定1MW功率下的可用能量约为在50%额定功率下可释放的能量的三分之二。

（3）响应时间取决于功率水平、模式和SOC。

（4）全钒液流电池ESS系统的可用性系数低于预期。

我们有理由相信，在全钒液流电池技术的不断发展下，全钒液流电池的实用化运行是可以实现并大规模推广的，并在可再生能源与电网的协同运行中发挥巨大作用。