Vanadium Redox Flow Storage Batteries in Electrical Grid
“….Vanadium Redox Battery: VRB ใช้ความสามารถของวาเนเดียม Vanadium ในสารละลายด้วยออกซิเดชั่นที่แตกต่างกัน 4 สถานะ The Ability to Exist in a Solution in Four Different Oxidation States เพื่อสร้างแบตเตอรี่ที่มีองค์ประกอบหนึ่งเดียว Single Electroactive Element แทนที่จะเป็นสอง ..”
แบตเตอรี่วานาเดียมรีดอกซ์ Vanadium Redox Battery : VRB หรือที่เรียกว่า แบตเตอรี่วานาเดียมโฟลว์ Vanadium Flow Battery : VFB หรือแบตเตอรี่วานาเดียมรีดอกซ์โฟลว์ Vanadium Redox Flow Battery : VRFB คือ แบตเตอรี่ชนิดชาร์จซ้ำได้ Rechargeable Flow Battery และทำงานด้วยการใช้ไอออนของวาเนเดียม Vanadium Ions เป็นตัวพาประจุ .. Vanadium Redox Battery : VRB ใช้ความสามารถของวาเนเดียม Vanadium ในสารละลายด้วยออกซิเดชั่นที่แตกต่างกัน 4 สถานะ The Ability to Exist in a Solution in Four Different Oxidation States เพื่อสร้างแบตเตอรี่ที่มีองค์ประกอบหนึ่งเดียว Single Electroactive Element แทนที่จะเป็นสอง ..
อย่างไรก็ตาม ด้วยเหตุผลหลายประการ รวมถึงขนาดที่ใหญ่เทอะทะของพวกมัน โดยทั่วไปแล้วแบตเตอรี่วาเนเดียม Vanadium Redox Flow Battery จึงมักถูกใช้สำหรับระบบจัดเก็บพลังงานขนาดใหญ่ในโรงไฟฟ้า และบนโครงข่ายระบบสายส่ง ..
การตรวจสอบความเป็นไปได้การใช้งานของ Vanadium Redox Flow Battery : VRFB ในช่วงทศวรรษที่ 1930 นั้น นักวิจัยของ NASA รวมทั้งนักวิทยาศาสตร์อีกหลายคน พยายามทดลองใช้งานเมื่อปี 1970 แต่ก็ไม่ประสบความสำเร็จเท่าที่ควร จนเมื่อ Maria Skyllas-Kazacos วิศวกรเคมีชาวออสเตรเลีย นำเสนอการสาธิตที่ประสบความสำเร็จครั้งแรกของวานาเดียม Vanadium ที่ละลายในสารละลายกรดซัลฟิวริก Solution of Sulfuric Acid ในทศวรรษ 1980s .. การออกแบบของ Maria Skyllas-Kazacos ใช้อิเล็กโทรไลต์กรดซัลฟิวริก Sulfuric Acid Electrolytes และได้รับการจดสิทธิบัตรโดยมหาวิทยาลัยนิวเซาธ์เวลส์ University of New South Wales ในประเทศออสเตรเลีย Australia เมื่อปี 2529 ..
ตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา บริษัทฯ และองค์กรจำนวนมากมาย มีส่วนร่วมในการระดมทุน และพัฒนาแบตเตอรี่วานาเดียมรีดอกซ์ Vanadium Redox Batteries : VRB จนมั่นใจได้ว่า แบตเตอรี่วานาเดียมรีดอกซ์โฟลว์ Vanadium Redox Flow Battery : VRFB เป็นหนึ่งในรูปแบบแบตเตอรี่รีดอกซ์โฟลว์ Redox Flow Batteries : RFBs ที่มีความเหมาะสมสำหรับระบบจัดเก็บพลังงานด้วยชุดแบตเตอรี่เคมีไฟฟ้าขนาดใหญ่ระยะทนยาวสำหรับโรงไฟฟ้า Power Plants และบนโครงข่ายระบบสายส่ง Electrical Grids รวมถึงความสามารถในการปรับเพิ่มขนาดความจุได้อย่างง่ายดายด้วยเพียงการเพิ่มจำนวนถังเก็บสารละลายอิเล็กโทรไลต์ Electrolytes เท่านั้น ทั้งนี้ ความปลอดภัย ไม่ติดไฟ และอายุการใช้งานที่ทนยาวนาน คือ ข้อได้เปรียบที่โดดเด่นสำหรับอนาคตระบบจัดเก็บพลังงานระยะทนยาวในอนาคต .. อย่างไรก็ตาม ปัญหาหลักจริง ๆ ยังคงอยู่ที่ความไม่แน่นอนของราคา Vanadium
ทั้งนี้ แม้ว่าที่ผ่านมาจนถึงปัจจุบัน Vanadium Redox Flow Battery : VRFB จะเป็นผู้นำในตลาดชุดแบตเตอรี่ไหล Redox Flow Battery Market แต่ก็มีความจำเป็นต้องหาทางเลือกที่เป็นโลหะอื่น ๆ เช่น Zinc-Bromine Flow Batteries, Iron-Chromium Redox Flow Battery และ/หรือ แบตเตอรี่ไหลรูปแบบที่ใช้เหล็กทั้งหมด All-Iron Flow Batteries ไว้พร้อมด้วย เพื่อใช้ทดแทน Vanadium ที่อาจมีราคาไม่แน่นอน เพื่อให้ต้นทุนเริ่มต้น และต้นทุนพลังงานลดลงได้อีกอย่างมาก ..
การทำงานของแบตเตอรี่เคมีไฟฟ้า Vanadium Flow Redox ด้วยรูปแบบที่แตกต่าง ..
แบตเตอรี่ไหล Flow Battery ขนาดใหญ่ สามารถขับเคลื่อนเมืองทั้งเมืองได้ .. พวกมัน คือ แบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้ ซึ่งใช้อิเล็กโทรไลต์ Electrolyte ที่เป็นของเหลวจะไหลผ่านเซลล์ไฟฟ้าเคมี Electrochemical Cell ตั้งแต่หนึ่งถังขึ้นไป ..
การเพิ่มศักยภาพปริมาณความจุในการจัดเก็บพลังงานของ Flow Batteries เป็นเรื่องง่ายดายมากด้วยเพียงการเพิ่มปริมาณอิเล็กโทรไลต์เหลว Liquid Electrolyte ที่เก็บไว้ในถังเท่านั้น .. และเพราะว่า เซลล์ไฟฟ้าเคมี Electrochemical Cells สามารถเชื่อมต่อทางไฟฟ้าแบบอนุกรม หรือขนานได้ด้วย .. ดังนั้น การปรับเพิ่มลดขนาดความจุกำลังไฟฟ้าชุดแบตเตอรี่ไหล Flow Battery Packs ที่สะดวกกว่า การกำหนดระดับพลังงานที่จัดเก็บไว้ และระยะเวลาการคายประจุแต่ละรอบที่ทนยาวกว่าเหล่านี้ คือ คุณลักษณะสำคัญที่น่าสนใจอย่างยิ่งของระบบแบตเตอรี่ไหล Flow Battery Systems ..
แบตเตอรี่ไหล Flow Battery หรือรีดอกซ์โฟลว์แบตเตอรี่ Redox Flow Battery or Reduction-Oxidation Battery เป็นเซลล์ไฟฟ้าเคมี Electrochemical Cell ชนิดหนึ่งที่พลังงานเคมี ถูกจัดเตรียมโดยส่วนประกอบทางเคมี 2 ชนิดซึ่งละลายอยู่ในของเหลว Dissolved in Liquids ที่บรรจุอยู่ภายในระบบ และคั่นไว้ด้วยเมมเบรนMembrane .. การแลกเปลี่ยนไอออน พร้อมด้วยการไหลของกระแสไฟฟ้า เกิดขึ้นผ่านเมมเบรน Membrane ในขณะที่ของเหลวทั้งสองหมุนเวียนในพื้นที่ของตัวเอง ..
แบตเตอรี่แบบไหล Flow Batteries อาจมีลักษณะการทำงานคล้ายกับเซลล์เชื้อเพลิง Fuel Cells ซึ่งเชื้อเพลิงที่ใช้แล้วถูกสกัด และเพิ่มเชื้อเพลิงใหม่ลงในระบบ หรือเหมือนกับแบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้ ซึ่งแหล่งพลังงานไฟฟ้าขับเคลื่อนการสร้างเชื้อเพลิงใหม่ .. ในขณะที่มีข้อดีทางเทคนิค เมื่อเทียบกับอุปกรณ์ชาร์จแบบธรรมดา เช่น ถังของเหลวที่แยกส่วนได้ และอายุการใช้งานที่ไม่จำกัด .. การใช้งานในปัจจุบัน อาจจะค่อนข้างมีประสิทธิภาพน้อยกว่า และต้องการอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ดูซับซ้อนกว่า แต่การที่พวกมัน ถูกแผนแบบได้ง่าย จึงเหมาะสมสำหรับระบบจัดเก็บพลังงานระยะทนยาวบนโครงข่ายระบบสายส่งกำลังไฟฟ้า ..
ความจุพลังงาน Energy Capacity เป็นฟังก์ชันของปริมาตรอิเล็กโทรไลต์ Electrolyte Volume หรือหมายถึง ปริมาณอิเล็กโทรไลต์เหลว Amount of Liquid Electrolyte .. และรวมถึงกำลังไฟฟ้า Power ก็เป็นฟังก์ชันโดยตรงของพื้นที่ผิวของอิเล็กโทรด Surface Area of the Electrodes อีกด้วย ..
พลังงานเคมี เกิดขึ้นจากส่วนประกอบทางเคมีของ 2 สารละลายที่อยู่ในสถานะของเหลว ซึ่งสูบผ่านระบบโดยแยกด้านของเมมเบรน Membrane .. การแลกเปลี่ยนไอออน และการไหลของกระแสไฟฟ้า เกิดขึ้นผ่านเมมเบรน Membrane ในขณะที่ของเหลวทั้งสองไหลเวียนอยู่ในพื้นที่ของตัวเอง .. แรงดันไฟฟ้าของเซลล์ไฟฟ้าเคมี ถูกกำหนดโดยสมการ และช่วงของ Nernst Equation ซึ่งเกี่ยวข้องกับศักยภาพการเกิด Oxidation/Reduction Potential ในการใช้งานจริง ตั้งแต่ 1.0-2.43 Volts ..
อย่างไรก็ตาม ความแตกต่างพื้นฐานระหว่างแบตเตอรี่ทั่วไป และแบตเตอรี่ไหล คือ ในแบตเตอรี่ทั่วไป พลังงานถูกเก็บไว้ในวัสดุที่เป็นอิเล็กโทรด Electrode Material ในขณะที่เซลล์แบตเตอรี่ไหล Flow Battery นั้น พลังงานจะถูกเก็บไว้ในอิเล็กโทรไลต์เหลว Liquid Electrolyte ด้วย Redox Reaction ..
แบตเตอรี่วานาเดียมรีดอกซ์ Vanadium Redox Flow Battery ให้แรงดันไฟฟ้าเซลล์ที่ค่อนข้างสูง Relatively High Cell Voltage ซึ่งเหมาะสำหรับพลังงาน และความหนาแน่นของพลังงานที่สูงกว่าเมื่อเทียบกับ Redox Flow Battery : RFB ในรูปแบบอื่นๆ เช่น ระบบเหล็ก-โครเมียม Iron-Chromium System .. อย่างไรก็ตาม อิเล็กโทรไลต์ที่แรงดันสูงกว่า Higher Voltage และมีปฏิกิริยาออกซิเดชั่นสูง Highly Oxidative จะทำให้เกิดการกัดกร่อน และความเครียดทางเคมีมากขึ้นกับวัสดุที่ใช้ในอิเล็กโทรดเซลล์ Cell Electrodes, เมมเบรน Membranes และส่วนประกอบในการจัดการของเหลว Fluid Handling Components ..
นอกจากนี้ยังมีการรายงานเกี่ยวกับการเคลื่อนย้ายของไอออนวาเนเดียมผ่านข้ามเมมเบรนว่า เป็นความท้าทาย และต้องใช้เยื่อแลกเปลี่ยนไอออนที่มีราคาแพงพอสมควร เพื่อลดการสูญเสียอันเนื่องมาจากการส่งผ่านข้ามเมมเบรน เยื่อเหล่านี้ อาจเสี่ยงต่อการเปรอะเปื้อน ซึ่งไอออนของวาเนเดียมจะติดค้างอยู่ในเมมเบรน Membrane อย่างไม่สามารถย้อนกลับได้ และเพิ่มการสูญเสียความต้านทานในเซลล์ ในทางกลับกัน เมมเบรนที่มีราคาต่ำกว่านั้น อยู่ระหว่างการพัฒนา ..
ทั้งนี้ แบตเตอรี่วานาเดียมรีดอกซ์ Vanadium Redox Battery ประกอบด้วยชุดเซลล์กำลัง Assembly of Power Cells ซึ่งมีอิเล็กโทรไลต์สองตัว Two Electrolytes คั่นด้วยเมมเบรนแลกเปลี่ยนโปรตอน Proton Exchange Membrane .. อิเล็กโทรด Electrodes ในเซลล์ VRB Cells นั้น ทำขึ้นจากสารอินทรีย์ที่เป็นคาร์บอน ชนิดที่พบมากที่สุด ได้แก่ สักหลาดคาร์บอน Carbon Felt, กระดาษคาร์บอน Carbon Paper, ผ้าคาร์บอน Carbon Cloth, และสักหลาดกราไฟต์ Graphite Felt .. เมื่อเร็ว ๆ นี้อิเล็กโทรดที่ใช้คาร์บอนนาโนทิวบ์ Carbon Nanotube-Based Electrodes ได้รับความสนใจจากชุมชนวิทยาศาสตร์อย่างมาก ..
วาเนเดียม Vanadium เป็นวัสดุที่หาได้ง่าย ซึ่งใช้ในการผลิตเหล็ก และเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาเคมี ซึ่งพบได้ตามธรรมชาติ และยังสามารถกู้คืนจากของเสียต่าง ๆ ได้อีกด้วย อย่างไรก็ตาม ราคาตลาดของวาเนเดียม มีความผันผวนค่อนข้างมากตั้งแต่ปีที่ผ่านมา หลังจากเพลิดเพลินกับราคาที่ต่ำมาก่อนหน้านี้หลายปี ..
ตัวอย่างชุดแบตเตอรี่ไหลวานาเดียม Vanadium Flow Battery Packs ขนาดใหญ่ สามารถขับเคลื่อนเมืองทั้งเมืองได้ ..
แบตเตอรี่รีดอกซ์โฟลว์ Redox Flow Batteries : RFBs ที่ใช้รีดอกซ์คู่ที่ละลายน้ำได้ เช่น วานาเดียมไอออนทั้งหมด All Vanadium Ions รวมทั้งไอออนของเหล็ก และโครเมียม Iron and Chromium Ions กำลังเป็นที่สนใจสำหรับ การจัดเก็บพลังงานหมุนเวียนขนาดใหญ่ Large Scale Energy Storage of Renewables เช่น พลังงานแสงอาทิตย์ และพลังงานลม เนื่องด้วยข้อได้เปรียบที่เป็นเอกลักษณ์ รวมถึงความสามารถในการปรับขนาด ความปลอดภัยที่แท้จริง และอายุการใช้งานที่ยาวนาน .. ข้อพิจารณาต่อเนื่องที่เกี่ยวข้องกับ Redox Flow Battery : RFB ทั้งสองนี้ ได้แก่ แบตเตอรี่วานาเดียมรีดอกซ์โฟลว์ Vanadium Redox Flow Battery : VRFB และแบตเตอรี่ไอรอนโครเมียมรีดอกซ์โฟลว์ Iron-Chromium Redox Flow Battery : ICRFB มีความเหมาะสม สำหรับการเป็นระบบจัดเก็บพลังงานด้วยชุดแบตเตอรี่เคมีไฟฟ้าขนาดใหญ่ให้กับแหล่งพลังงานทางเลือก พลังงานทดแทน และพลังงานหมุนเวียน Renewable Energy : RE ที่สามารถขับเคลื่อนเมืองทั้งเมืองได้เป็นอย่างดี ..
ตัวอย่างการติดตั้งแบตเตอรี่ไหล Redox Flow Battery : RFB ขนาดใหญ่พบได้ในเอเชีย .. จีนกำลังดำเนินโครงการ และแผนงานสร้างชุดแบตเตอรี่วานาเดียมรีดอกซ์โฟลว์ Vanadium Redox Flow Batteries ขนาดใหญ่บนโครงข่ายระบบสายส่ง เพื่อขับเคลื่อนเมืองต่าง ๆ มากมายในอนาคต ..
การพัฒนาในอุตสาหกรรมแบตเตอรี่วานาเดียมรีดอกซ์โฟลว์ Vanadium Redox Flow Battery : VRFB ของจีนคาดว่า ผู้เข้าร่วมตลาดระบบจัดเก็บพลังงานด้วยชุดแบตเตอรี่เคมีไฟฟ้าเหล่านี้ จะกระตุ้นความต้องการวาเนเดียม Vanadium ในอนาคต ..
เป้าหมายของจีนที่จะเร่งการเปลี่ยนผ่านไปสู่การใช้แหล่งพลังงานสะอาด และเพื่อกระตุ้นความต้องการพลังงานหมุนเวียน และผลิตภัณฑ์จัดเก็บพลังงานในช่วงแผนเศรษฐกิจระยะเวลา 5 ปีฉบับที่ 14 ของปี 2564-2568 ได้กระตุ้นให้หลายบริษัทฯ เร่งพัฒนาโครงการ VRFB ใหม่ ๆ เพื่อขับเคลื่อนเมืองใหญ่ ..
เมื่อวันที่ 15 มีนาคมที่ผ่านมา จีนได้ประกาศกรอบข้อตกลงในการก่อสร้างโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ขนาด 100 MW และระบบจัดเก็บพลังงานด้วยชุดแบตเตอรี่ไหลวานาเดียม Vanadium Redox Flow Battery : VRB ขนาด 100 MW/500 MWh ในเมืองเซียงหยาง Xiangyang City มณฑลหูเป่ย Hubei Province ทางตอนกลางของจีน .. ทั้งนี้ บริษัทฯ ยังคงกำลังมุ่งมั่นก่อสร้างโรงไฟฟ้า และระบบจัดเก็บพลังงานบนโครงข่ายระบบกริดอีกหลายแห่งร่วมกับพันธมิตรในหลายจังหวัด ..
บริษัท Shanghai Electric ได้เปิดเผยแผนงานสำหรับโครงการ VRFB ขนาด 100 MW/400 MWh ในเมืองหยานเฉิง Yancheng มณฑลเจียงซู Jiangsu Province ทางตะวันออกของจีน .. บริษัท Rongke Power กำลังจะเปิดตัวโรงงานขนาด 200 MW/800 MWh ในเมืองต้าเหลียน Dalian ในมณฑลเหลียวหนิง Liaoning Province ทางตะวันตกเฉียงเหนือของจีนในปีนี้ ..
Sichuan Xuteng Battery Energy ใน Panzhihua มณฑลเสฉวน Sichuan Province ทางตะวันตกเฉียงใต้ของจีน ได้ลงนามข้อตกลงกับรัฐบาลท้องถิ่นเพื่อสร้างอุทยานอุตสาหกรรมวิจัย และพัฒนาสำหรับโครงการจัดเก็บพลังงาน VRFB .. Jiangxi Yinhui New Energy วางแผนที่จะสร้างโรงงานแห่งใหม่ที่มีกำลังการผลิต 66,000 m³/ปี สำหรับวานาเดียมอิเล็กโทรไลต์ Vanadium Electrolyte ในเมือง Yichun ในมณฑลเจียงซี Jiangxi Province ทางตอนใต้ของจีน ..
Yichun Jinkong ได้ระดมทุน 1.5 ล้านเหรียญสหรัฐฯ เพื่อสนับสนุนโครงการผลิตทางอุตสาหกรรมสำหรับแบตเตอรี่วานาเดียม Vanadium Battery ..
Vanadium Redox Flow Batteries : VRFBs มีความจุการจัดเก็บพลังงาน Energy Storage Capacity ที่สูงกว่าแบตเตอรี่ลิเธี่ยม Lithium Batteries อยู่ค่อนข้างมาก .. ผู้เข้าร่วมในตลาดระบุว่า แผนงานของจีนจะบรรลุเป้าหมายลดการปล่อยคาร์บอนในปี 2573 ด้วยประสิทธิภาพระบบจัดเก็บพลังงานที่เพิ่มขึ้น เพื่อไปสู่ความเป็นกลางของคาร์บอน Carbon Neutrality ภายในปี 2603 .. จีนตั้งเป้าหมายที่จะติดตั้งพลังงานลม และพลังงานแสงอาทิตย์แห่งใหม่อย่างน้อย 120 GW ภายในปี 2565 นี้ ..
ผู้เข้าร่วมในตลาดระบบจัดเก็บพลังงานบนระบบสายส่งในประเทศจีน ประเมินว่า วานาเดียมเพนท็อกไซด์ Vanadium Pentoxide ประมาณ 9.25 ตันจะถูกใช้ในแต่ละ MWh ของแบตเตอรี่ไหลวาเนเดียม Vanadium Redox Flow Battery .. จีน คาดหวังว่า จะสามารถติดตั้งความจุการจัดเก็บพลังงานใหม่ประมาณอย่างน้อย 30-60 GWh ภายในปี 2573 ซึ่งสอดคล้องกับความต้องการวานาเดียมเพนทอกไซด์ Vanadium Pentoxide เพิ่มเติมขึ้นอย่างน้อย 28,000-56,000 ตันต่อปีในช่วงปี 2564-2573 ..
วาเนเดียม Vanadium คิดเป็น 48% ของต้นทุนการผลิต .. VRFB ซัพพลายเออร์สำหรับเกล็ดวานาเดียมเพนออกไซด์ Vanadium Pentoxide จะขายแอมโมเนียมโพลิออร์โธวานาเดต Ammonium Polyorthovanadate หรือผงวานาเดียมเพนท็อกไซด์ Vanadium Pentoxide Powder ให้กับผู้ผลิต VRFB ในราคาที่สูงกว่า 5 เหรียญสหรัฐฯ ต่อน้ำหนัก 1 ปอนด์ .. อย่างไรก็ตาม จะเป็นผลดีทางเศรษฐกิจมากกว่า หากผงวานาเดียม Vanadium Pentoxide Powder มีราคาถูกกว่านี้ มิฉะนั้น แบตเตอรี่ไหลรูปแบบที่ใช้เหล็กทั้งหมด All-Iron Flow Batteries อาจกลายเป็นทางเลือกใหม่ที่เหนือชั้นกว่า ..
การพัฒนาอุตสาหกรรมของ VRFB ในช่วง 2 ปีที่ผ่านมา ได้รับความสนใจมากขึ้นเรื่อย ๆ กับการใช้งานระบบจัดเก็บพลังงานด้วยเซลล์เคมีไฟฟ้าระยะทนยาวบนโครงข่ายระบบสายส่ง คาดการณ์ว่า ทั่วโลกจะสร้างกำลังการผลิต Vanadium Redox Flow Battery : VRFB หรือ Iron-Chromium Redox Flow Battery : ICRFB ใหม่ในตลาดขนาด 1,000 MWh ได้ภายในหนึ่งปี ..
เหล็กกล้า Steel ยังคงมีการบริโภควานาเดียมประมาณ 90% ส่วนที่เหลือ 9% ถูกใช้ในโลหะผสมของอากาศยาน กับตัวเร่งปฏิกิริยาทางเคมี และมีเพียง 1% เท่านั้นที่เข้าสู่กระบวนการผลิต VRFB ..
เทคโนโลยี Vanadium Redox Flow Battery : VRFB ช่วยให้สถานะออกซิเดชัน Oxidation States ที่หลากหลายของวานาเดียมซึ่งละลายในอิเล็กโทรไลต์ สามารถนำมาประยุกต์ใช้งาน เพื่อจัดเก็บ หรือส่งจ่ายกำลังไฟฟ้าได้อย่างยอดเยี่ยม .. อิเล็กโทรไลต์ Vanadium Electrolyte จะถูกป้อนอย่างต่อเนื่องจากระบบถังเข้าสู่เซลล์ปฏิกิริยา Reaction Cell .. แบตเตอรี่สามารถเก็บ หรือคายประจุปริมาณมากได้ ขึ้นอยู่กับความต้องการ ซึ่งทำให้น่าสนใจสำหรับข้อไขระบบจัดเก็บพลังงานที่ทำงานร่วมกับแหล่งพลังงานทางเลือก พลังงานทดแทน และพลังงานหมุนเวียนที่ผันแปรได้เป็นอย่างดี ..
อย่างไรก็ตาม ปัญหาหลักอยู่ที่ประเด็นเรื่องของราคา Vanadium .. ดังนั้น ในอนาคตอันใกล้ แม้ว่า Vanadium Redox Flow Battery : VRFB จะมีศักยภาพการจัดเก็บพลังงานที่เหนือชั้น แต่หากราคา Vanadium ยังคงผันผวนต่อเนื่องเช่นสถานการณ์ในตลาด Vanadium ปัจจุบัน หรือราคาผงวานาเดียมเพนท็อกไซด์ Vanadium Pentoxide Powder เฉลี่ยยังคงสูงกว่า 5 เหรียญสหรัฐฯ ต่อน้ำหนัก 1 ปอนด์ต่อเนื่องต่อไปแล้ว ก็คาดหมายได้ว่า แบตเตอรี่ไหลแบบใช้ธาตุเหล็กทั้งหมด All-Iron Flow Batteries อาจกลายเป็นทางเลือกที่น่าสนใจที่สุดอีกตัวหนึ่งสำหรับระบบจัดเก็บพลังงานด้วยชุดแบตเตอรี่เคมีไฟฟ้าบนโครงข่ายระบบสายส่งสำหรับขับเคลื่อนเมืองทั้งเมืองในตลาดระบบจัดเก็บพลังงานด้วยราคาที่ถูกลงได้ในที่สุด ..
ทั้งนี้ แบตเตอรี่วานาเดียมรีดอกซ์ Vanadium Redox Flow Batteries มีความเหมาะสมสำหรับการเชื่อมต่อทั้งบนโครงข่ายระบบสายส่งกริด และนอกโครงข่ายระบบสายส่ง .. พวกมัน ต่างไปจากแบตเตอรี่ลิเธี่ยมไอออน Lithium-Ion Batteries เป็นอย่างมาก ชุดแบตเตอรี่วานาเดียมรีดอกซ์ Vanadium Redox Batteries สามารถคายประจุจนหมดเกลี้ยง และสามารถนำอิเล็กโทรไลต์ Electrolyte กลับมาใช้ใหม่กี่รอบก็ได้ .. นอกจากนี้ อิเล็กโทรไลต์ของแบตเตอรี่ Battery’s Electrolyte ยังใช้เทคโนโลยีในรูปแบบน้ำ สารละลาย และของเหลวที่ไม่ติดไฟ Non-Flammable จึงปลอดภัยกว่า Lithium-Ion Cells อย่างมากอีกด้วย ..
คาดการณ์ตลาดแบตเตอรี่ไหลวานาเดียมทั่วโลก The Global Vanadium Redox Flow Batteries Market ..
ขนาดธุรกิจในตลาดสำหรับแบตเตอรี่ไหลวานาเดียมรีดอกซ์ Global Vanadium Redox Battery Market ทั่วโลก ประมาณการไว้ที่ 237.5 ล้านเหรียญสหรัฐฯ ในปี 2565 คาดว่าจะพุ่งแตะระดับ 592.4 ล้านเหรียญสหรัฐฯ ในปี 2569 และสูงขึ้นถึงขนาดที่แก้ไขล่าสุดแล้ว อยู่ที่ 734.9 ล้านเหรียญสหรัฐฯ ภายในปี 2570 .. ทั้งนี้ อัตราการเติบโตต่อปี Compound Annual Growth Rate : CAGR หมายถึง อัตราผลตอบแทนสำหรับการลงทุนในตลาดแบตเตอรี่ไหลวานาเดียมรีดอกซ์ทั่วโลก Global Vanadium Redox Flow Battery Market ที่เติบโตจากยอดดุลเริ่มต้นไปถึงยังยอดดุลสิ้นสุด รวมสมมติฐานว่ากำไรจะถูกนำกลับมาลงทุนหมุนเวียนใหม่ทุกสิ้นปีของช่วงอายุการลงทุน อยู่ที่ค่า CAGR 20.9% ในช่วงระยะเวลาคาดการณ์ปี 2565-2570 ..
อย่างไรก็ตาม อ้างถึงการประเมินขั้นต่ำของ Markets and Markets Research Private Ltd. ในประเด็นข้อมูลภาพรวมโดยทั่วไปสำหรับตลาดแบตเตอรี่ไหล Global Flow Battery Market ทั่วโลก ซึ่งรวมถึง Vanadium Redox Flow Battery : VRFB, Iron-Chromium Redox Flow Battery : ICRFB และ Redox Flow Battery: RFB ในรูปแบบอื่น ๆ ไว้ในภาพรวมตลาดด้วยแล้วนั้น คาดหมายว่า ตลาดแบตเตอรี่ไหล Global Flow Battery Market จะเติบโตจากมูลค่า 214 ล้านเหรียญสหรัฐฯ ในปี 2564 เป็น 489 ล้านเหรียญสหรัฐฯ ภายในปี 2569 ด้วยอัตราการเติบโตเฉลี่ยต่อปี อยู่ที่ค่า CAGR 18.0% ในช่วงระยะเวลาคาดการณ์ปี 2564-2569 .. การเติบโตของตลาด เป็นผลมาจากข้อได้เปรียบโดยธรรมชาติของแบตเตอรี่แบบไหล Flow Batteries การลงทุนที่เพิ่มขึ้นในพลังงานหมุนเวียน ความต้องการแบตเตอรี่แบบไหลในระบบสาธารณูปโภคที่สูงขึ้นเรื่อย ๆ ..
แบตเตอรี่รีดอกซ์โฟลว์ Redox Flow Batteries แตกต่างจากแบตเตอรี่ทั่วไปตรงที่การจัดเก็บพลังงานเกิดขึ้นในตัวกลางที่เป็นของเหลว Liquid Media และกระบวนการชาร์จ และการคายประจุ สามารถเกิดขึ้นได้ภายในเซลล์เดียว .. คุณลักษณะที่แตกต่างของแบตเตอรี่รีดอกซ์โฟลว์นี้ ช่วยให้การจัดเก็บ และการแปลงพลังงานสามารถปรับขนาดได้อย่างยืดหยุ่น และแยกจากกันตามความต้องการเฉพาะของการใช้งานที่หลากหลาย และอ่อนตัวอย่างยิ่ง
คล้ายกับระบบจัดเก็บพลังงานไฟฟ้าเคมีรูปแบบอื่น ๆ แบตเตอรี่รีดอกซ์โฟลว์ Redox Flow Batteries : RFBs ยังสามารถพัฒนาในขนาดต่างๆ ได้ ตั้งแต่ระดับพลังงานไม่กี่ 100 MW/MWh ไปจนถึงระบบขนาดและความจุหลาย 1,000 MW/MWh สำหรับใช้งานบนโครงข่ายระบบสายส่งกริดไฟฟ้าขนาดใหญ่ รวมทั้งอุปกรณ์จัดเก็บพลังงานบนระบบอื่น ๆ นอกโครงข่ายระบบสายส่งไปพร้อมด้วย ..
แบตเตอรี่รีดอกซ์โฟลว์ Redox Flow Batteries : RFBs ถูกใช้งานได้อย่างมีประสิทธิภาพสำหรับงานการจัดเก็บพลังงานแบบอยู่กับที่ทุกประเภท Stationary Energy Storage .. แม้ว่าอายุการใช้งานที่สูงขึ้นจะส่งผลให้ต้นทุนการจัดเก็บพลังงานอยู่ในระดับต่ำที่สุด แต่ปัจจุบัน ยังมีแบตเตอรี่รีดอกซ์โฟลว์ RFBs หลายประเภทที่อยู่ระหว่างการประเมินความคุ้มค่า อย่างไรก็ตาม แบตเตอรี่รีดอกซ์ ที่รู้จักกันเป็นอย่างดีที่สุดปัจจุบัน คือ แบตเตอรี่วานาเดียมรีดอกซ์ Vanadium Redox Flow Battery ..
ในส่วนของตลาดอิเล็กโทรด Electrodes ที่ใช้ในแบตเตอรี่วานาเดียมรีดอกซ์ Vanadium Redox Flow Battery นั้น กราไฟท์สักหลาดอิเล็กโทรด Graphite Felt Electrodes ซึ่งเป็นหนึ่งในกลุ่มที่วิเคราะห์เกี่ยวข้องในรายงาน ได้รับการคาดหมายว่าจะเติบโต อยู่ที่ค่า CAGR 21.5% พร้อมกันไป ด้วยมูลค่า 558.6 ล้านเหรียญสหรัฐฯ เมื่อสิ้นสุดระยะเวลาที่คาดการณ์ปี 2569 .. หลังจากการวิเคราะห์อย่างละเอียดถึงนัยทางธุรกิจของการระบาดใหญ่ของโควิด-19 และวิกฤตเศรษฐกิจที่เกิดขึ้น พบว่า อัตราการเติบโตต่อปีในส่วนอิเล็กโทรดกระดาษคาร์บอน Carbon Paper Electrodes ได้ถูกปรับใหม่ อยู่ที่ค่า CAGR 19.4% ในช่วงระยะเวลา 7 ปีข้างหน้าจากนี้ไป .. ปัจจุบัน Electrodes กลุ่มนี้ คิดเป็นส่วนแบ่ง 26.2% ของตลาดแบตเตอรี่วานาเดียมรีดอกซ์ทั่วโลก Global Vanadium Redox Battery Market ซึ่งถือเป็นโอกาสทางธุรกิจที่น่าสนใจด้วยวัสดุที่มีมากมายในธรรมชาติ ..
คาดว่า ระบบจัดเก็บพลังงานหมุนเวียนบนโครงข่ายระบบสายส่ง จะเป็นตลาดแอพพลิเคชั่นหลักสำหรับแบตเตอรี่วานาเดียมรีดอกซ์ อันเนื่องมาจากการติดตั้งกังหันลม Wind Turbines และแผงโซลาร์เซลล์ Solar Panels ที่เพิ่มขึ้น รวมทั้งการปรับใช้ และการติดตั้งเทคโนโลยีการจัดเก็บพลังงานอย่างต่อเนื่อง .. ภาคพลังงานลม และเซลล์แสงอาทิตย์ Wind Energy & Solar PV Sectors ได้รับการคาดหมายว่า กำลังการผลิตเพิ่มขึ้นกว่า 830 GW และ 970 GW ภายในปี 2568 ซึ่งมีแนวโน้มที่จะผลักดันการใช้ชุดแบตเตอรี่วานาเดียมรีดอกซ์ให้เติบโตด้วยความเร่งในอนาคตอีกไม่กี่ปีข้างหน้าอย่างแน่นอนไม่มีข้อสงสัย ..
ตลาดระดับโลกสำหรับกลุ่มการจัดเก็บพลังงานขนาดใหญ่ Global Utility-Scale Energy Storage Systems : ESS Market ในประเด็น End-Use อยู่ที่ประมาณ 198.2 ล้านเหรียญสหรัฐฯ ในปี 2565 และคาดว่าจะพุ่งสูงแตะระดับ 491.7 ล้านเหรียญสหรัฐฯ ภายในปี 2569 ซึ่งสะท้อนถึงอัตราการเติบโตรวม 20.8% ต่อปี ในช่วงระยะเวลาคาดการณ์ปี 2565-2569 ..
ยุโรป ถือเป็นตลาดระดับภูมิภาคที่ใหญ่ที่สุดสำหรับกลุ่มระบบจัดเก็บพลังงานขนาดใหญ่ คิดเป็น 33.7% ของยอดขายทั่วโลก .. จีน มีอัตราการเติบโตแบบทบต้นต่อปีที่เร็วที่สุด อยู่ที่ 25.3% ในช่วงระยะเวลาที่คาดการณ์ และคาดว่า มูลค่าขนาดตลาดระบบจัดเก็บพลังงานขนาดใหญ่ในประเทศจีนชาติเดียว จะสูงถึง 89.2 ล้านเหรียญสหรัฐฯ ภายในช่วงสิ้นสุดของการวิเคราะห์ ปี 2569 ..
สรุปส่งท้าย ..
การแข่งขันระหว่างแบตเตอรี่ไหล Redox Flow Batteries : RFBs และแบตเตอรี่ลิเธี่ยมไอออน Lithium Ion Batteries กำลังจะร้อนแรงขึ้นในทศวรรษหน้า ..
ในบรรดาแบตเตอรี่ไหล Redox Flow Batteries : RFBs ประเภทต่าง ๆ ที่กำลังขยับเข้ามาแทนที่ชุดแบตเตอรี่ลิเธี่ยมไอออน Lithium Ion Battery Packs ในตลาดระบบจัดเก็บพลังงานขนาดใหญ่ระยะทนยาวบนโครงข่ายระบบสายส่งกำลังไฟฟ้านั้น แบตเตอรี่ไหลวานาเดียม Vanadium Redox Flow Battery : VRFB ถือว่าเป็นโอกาสที่ธุรกิจที่โดดเด่นที่สุด ตามมาด้วย Iron-Chromium Redox Flow Batteries และ/หรือ แบตเตอรี่ไหลรูปแบบที่ใช้เหล็กทั้งหมด All-Iron Flow Batteries ซึ่งทั้งหมดจะขึ้นอยู่กับระดับราคาของ Vanadium ในทศวรรษหน้าด้วย ..
อย่างไรก็ตาม โดยทั่วไป การทำงานของ Redox Flow Batteries : RFBs แตกต่างไปจาก Lithium Ion Batteries ค่อนข้างมาก พวกมันอาจไม่เหมาะกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์พกพาขนาดเล็ก แต่เหมาะสมกับระบบจัดเก็บพลังอยู่กับที่ที่ไม่มีปัญหาพื้นที่ติดตั้ง .. ศักยภาพ และความจุพลังงาน Energy Capacity ของ Redox Flow Batteries : RFBs เป็นฟังก์ชันโดยตรงต่อปริมาตรอิเล็กโทรไลต์ Electrolyte Volume หรือหมายถึง ปริมาณอิเล็กโทรไลต์เหลว Amount of Liquid Electrolyte ยิ่งมีมากขึ้นเท่าไร ขนาดความจุกำลังไฟฟ้ายิ่งมากขึ้นเท่านั้น และกำลังไฟฟ้า Power ปล่อยคายของระบบ เป็นฟังก์ชันของพื้นที่ผิวของอิเล็กโทรด Surface Area of the Electrodes ..
รายงานโดย IDTechEx สหราชอาณาจักร ระบุว่า เทคโนโลยีแบตเตอรี่ไหล Redox Flow Battery อาจเริ่มมีการใช้งานทดแทนแบตเตอรี่ลิเธี่ยมไอออน Lithium Ion Battery ในทศวรรษหน้า และได้รับการคาดหมายว่า จะขึ้นแซงหน้าความจุพลังงานของชุดแบตเตอรี่ Lithium Ion Packs ที่ติดตั้งใช้งานบนโครงข่ายระบบสายส่งกริดไฟฟ้า ภายในปี 2574 ..
เมื่อใช้ วาเนเดียม Vanadium, ซิงค์-โพลีไอโอไดด์ Zinc Polyiodide, โพลิซัลไฟด์โบรไมด์ Polysulfide Bromide หรือสารละลายอิเล็กโทรไลต์ยูเรเนียม Uranium Electrolyte Solution ที่เก็บเป็นสารละลายเหลวไว้ในถังเก็บ .. แบตเตอรี่ไหล Redox Flow Batteries สามารถจัดเก็บพลังงานจากแหล่งพลังงานทางเลือก พลังงานทดแทน และพลังงานหมุนเวียน Renewable Energy : RE ซึ่งรวมถึงพลังงานแสงอาทิตย์ Solar Energy พลังงานลม Wind Energy หรือพลังคลื่น Tide Energy และสามารถปล่อยคายพลังงานออกมาใช้งานเมื่อจำเป็นได้ด้วยระยะเวลาทนยาว ..
การคาดการณ์ของ IDTechEx สำหรับระบบจัดเก็บพลังงานรูปแบบนี้ ด้วยข้อเท็จจริงที่ว่า สถานการณ์ด้านพลังงานมีการเปลี่ยนแปลงอันเป็นผลมาจากนโยบายที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมเป็นเวลาหลายปีที่ประเทศต่าง ๆ มุ่งมั่นดำเนินการในระดับนานาชาติทั่วโลก โดยพบว่า ระบบจัดเก็บพลังงาน Energy Storage มีบทบาทสำคัญยิ่งในการผนวกรวมพลังงานหมุนเวียนที่ผันแปร Variable Renewable Energy : VRE บนโครงข่ายระบบสายส่งกำลังไฟฟ้า, Smart Grid และภาพรวมระบบพลังโลกในอนาคต เพื่อแทนที่แหล่งพลังงานเชื้อเพลิงฟอสซิล Fossil Fuel Sources ..
การใช้พลังงานทางเลือก พลังงานหมุนเวียนที่ผันแปรปริมาณมหาศาล ส่งผลกระทบอย่างมากต่อโครงสร้างพื้นฐานของโครงข่ายระบบสายส่งรูปแบบดั้งเดิม ซึ่งคาดหมายว่า แนวโน้มจากนี้ไป จะมีการติดตั้งพลังงานหมุนเวียน Renewable Energy : RE รูปแบบกระจายแยกย่อยเพิ่มเติมในวงกว้างขึ้นอีกอย่างมากมาย .. ดังนั้น การปรับปรุงโครงข่ายระบบสายส่งกำลังไฟฟ้าให้ชาญฉลาดกว่า จะต้องเกิดมากขึ้นตามมา โดยเฉพาะการติดตั้งระบบจัดเก็บพลังงานระยะทนยาวบนระบบกริดไฟฟ้าไว้พร้อมด้วย กลายเป็นความจำเป็นยิ่งยวดในเชิงนโยบายพลังงานภาครัฐสำคัญของทุกประเทศ เพื่อให้การเปลี่ยนผ่านพลัง Energy Transition สามารถบรรลุสู่ความสำเร็จในระบบเศรษฐกิจ และสังคมคาร์บอนต่ำของมนุษยชาติจากนี้ไปนั้น เป็นไปได้ ..
ในขณะที่มีการพัฒนาปรับแต่งอย่างต่อเนื่องในห้องปฏิบัติการ เพื่อให้มีประสิทธิภาพที่ดีขึ้นกว่าเดิม .. เทคโนโลยีแบตเตอรี่วานาเดียมโฟลว์ Vanadium Flow Battery Technology ได้มุ่งเป้าหมายการผลิตเชิงพาณิชย์จำนวนมากระยะทนยาวเป็นเวลานานกว่า 20 ปี .. อย่างไรก็ตาม มันไม่เคยไปได้ถึงขนาดนั้น แต่จนถึงปัจจุบัน ความจุ และกำลังการผลิตที่ติดตั้งได้เติบโตขึ้นอย่างต่อเนื่องในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา จากตัวเลข 2 หลักไปจนถึงหลายร้อย MWh โดยมีโครงการ และแผนงานสำคัญมากมาย ในจีน China, ออสเตรเลีย Australia และแคนาดา Canada ..
ต่างจากแบตเตอรี่ลิเธี่ยมไอออน Lithium-Ion Batteries แบตเตอรีวานาเดียมโฟลว์ Vanadium Flow Batteries จะเก็บพลังงานไว้ในอิเล็กโทรไลต์เหลวที่ไม่ติดไฟ Non-Flammable Liquid Electrolyte และไม่เสื่อมคุณภาพเมื่อนำกลับมาใช้ใหม่ Not Degrade with Cycling .. พวกมัน เสนอการจัดเก็บ และคายประจุด้วยกำลังไฟฟ้าสูงสุดด้วยระยะเวลาทนยาว 10 ชั่วโมง มากกว่า 10,000 รอบการชาร์จและคายประจุ รวมทั้งอายุการใช้งานได้ถึง 25 ปี .. อย่างไรก็ตาม เพื่อให้ใช้งานได้ แบตเตอรี่เหล่านี้ ต้องใช้ปั๊ม และอิเล็กโทรไลต์ที่เป็นน้ำ และสารละลาย ซึ่งมีความหนาแน่นของพลังงานค่อนข้างต่ำ ..
อย่างไรก็ตาม ศักยภาพ และความจุพลังงาน Energy Capacity ของ Redox Flow Batteries : RFBs เป็นฟังก์ชันโดยตรงต่อปริมาตรอิเล็กโทรไลต์ Electrolyte Volume หรือหมายถึง ปริมาณอิเล็กโทรไลต์เหลว Amount of Liquid Electrolyte ยิ่งมีมากขึ้นเท่าไร ขนาดความจุกำลังไฟฟ้ายิ่งมากขึ้นเท่านั้น .. ดังนั้น การแผนแบบขนาด และความต้องการความจุ รวมทั้งการปรับขนาดกำลังไฟฟ้าที่ต้องบนโครงข่ายระบบสายส่งกำลังไฟฟ้า จึงมิใช่เรื่องยาก และตรงกับความต้องการการใช้งานในระบบที่เหนือชั้นกว่า จึงกลายเป็นประเด็นสำคัญที่จะทำให้การแข่งขันระหว่างแบตเตอรี่ไหล Redox Flow Batteries : RFBs และแบตเตอรี่ลิเธี่ยมไอออน Lithium Ion Batteries กำลังจะร้อนแรงขึ้นในทศวรรษหน้าจากนี้ไป เพื่อให้การเปลี่ยนผ่านระบบพลังงาน Energy Transition จากฐานการบริโภคพลังงานหลักด้วยเชื้อเพลิงฟอสซิล Fossil Fuels ไปสู่การใช้ฐานการบริโภคพลังงานหลักที่เป็นพลังงานสีเขียว Green Energy ทดแทน จากแหล่งพลังงานทางเลือก พลังงานทดแทน และพลังงานหมุนเวียน Renewable Energy Sources เพื่อมุ่งเข้าสู่สังคมคาร์บอนต่ำ Low Carbon Society หรือทำให้การปล่อยคาร์บอนเป็นศูนย์สุทธิ Net Zero Emission ให้สำเร็จได้ในที่สุด หรือภายในครึ่งหลังของศตวรรษนี้ ..
…………………………
คอลัมน์ : Energy Key
By โลกสีฟ้า ..
สนับสนุนคอลัมน์ โดย E@ บริษัท พลังงานบริสุทธิ์ จำกัด (มหาชน)
ขอบคุณเอกสารอ้างอิง :-
Vanadium Redox (VRB) Flow Batteries :-
VRB Energy – Renewable Energy Storage Solutions :-
VRB Energy Breaks Ground on 100 MW / 500 MWh Flow Battery and Gigafactory in China :-
Australian Vanadium Battery Technology Gets Fresh Shot at Long Duration Game :-
New US license to bring vanadium redox flow batteries to market :-
Global Vanadium Redox Battery Market to Reach $734.9 | Globe News Wire :-
Energy Transition : A Significant Structural Change in an Energy System :-
https://photos.app.goo.gl/Qnj3eGJobkzRHx7a9
Long – Duration Energy Storage Technologies :-
https://photos.app.goo.gl/pTBnnVx21uvVvZEV6
Redox Flow Battery : Giant Flow Batteries Could Power Your City in The Future :-
