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全釩液流電池支撐新能源大規(guī)模并網(wǎng)

發(fā)布時間: 2016-04-27 09:02:26    來源: 中國能源報
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[摘要]“全釩液流電池儲能技術因其具有儲能規(guī)模大,適合于百千瓦到百兆瓦級的應用范圍;充放電切換應答速度快;儲能介質(zhì)為水溶液,安全可靠;電池均勻性好,使用壽命可達15年以上,而釩電解液可以半永久性地反復使用,壽命周期性價比高,環(huán)境友好等突出優(yōu)勢,是大規(guī)模儲能的首選技術之一。”張華民回憶說。

 

  張華民有多重身份,既是大連融科儲能公司總工程師,也是中科院大連化學物理所研究員。在張華民的帶領下,由兩家機構組成的聯(lián)合研發(fā)團隊針對“全釩液流電池儲能技術及應用”開展了十余年的研發(fā)攻關。在2015年國家科學技術獎中,該成果榮獲國家科學技術發(fā)明二等獎。這是一項怎樣的技術發(fā)明?又開創(chuàng)了一條什么樣的自主創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)化應用之路?本報記者在采訪中得到了答案。

  全釩液流電池滿足新能源并網(wǎng)技術要求

  風能、太陽能等可再生能源發(fā)電具有不連續(xù)、不穩(wěn)定、不可控等特性,大規(guī)模并網(wǎng)會給電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行帶來沖擊,也造成了大量的棄風棄光問題。

  在當初選擇液流電池開發(fā)時,張華民便篤定,可再生能源將逐漸由輔助能源轉(zhuǎn)為主導能源,而風能、太陽能等可再生能源普及應用的瓶頸技術就是儲能。“大規(guī)模儲能技術可以有效實現(xiàn)可再生能源發(fā)電的隨機性、間歇性和波動性等問題,實現(xiàn)調(diào)幅調(diào)頻、平滑功率輸出、跟蹤計劃發(fā)電,從而提高電網(wǎng)對可再生能源發(fā)電的消納能力,解決棄風棄光問題。”張華民說。

  國內(nèi)從2000年開始液流電池技術的開發(fā),在技術路線選擇上,張華民認為,必須滿足三個條件:安全性好、生命周期性價比高、生命周期的環(huán)境負荷低。

  “全釩液流電池儲能技術因其具有儲能規(guī)模大,適合于百千瓦到百兆瓦級的應用范圍;充放電切換應答速度快;儲能介質(zhì)為水溶液,安全可靠;電池均勻性好,使用壽命可達15年以上,而釩電解液可以半永久性地反復使用,壽命周期性價比高,環(huán)境友好等突出優(yōu)勢,是大規(guī)模儲能的首選技術之一。”張華民回憶說。

  在敲定技術路線后,進入到研發(fā)階段,張華民發(fā)現(xiàn)技術門檻還是非常高的。“全釩液流電池儲能系統(tǒng)的開發(fā)要求多學科交叉,涉及到材料學、電化學、化學工程、自動控制等學科,而且技術在國際上都是處在同一位置,無既有經(jīng)驗可資借鑒。”

  在挑戰(zhàn)面前,研發(fā)團隊立足自主創(chuàng)新,十多年來堅持基礎研究與應用開發(fā)并重,關鍵材料、核心部件研發(fā)及電池系統(tǒng)集成創(chuàng)新與示范應用的研究開發(fā)理念,取得了一系列重大技術突破。

  自主產(chǎn)權奠定產(chǎn)業(yè)化基石

  張華民告訴記者,研究團隊始終堅持政產(chǎn)學研用緊密合作的創(chuàng)新研究開發(fā)機制,形成了包括液流電池關鍵材料設計制造、電堆及電池儲能系統(tǒng)設計集成、儲能系統(tǒng)智能控制、工程應用及運行管理、液流電池新體系在內(nèi)的完整自主知識產(chǎn)權體系。

  第一,突破了液流電池關鍵材料包括非氟離子傳導膜、電解質(zhì)溶液、液流電池雙極板的設計與制備技術,原創(chuàng)性地研制成功液流電池用高選擇性、高傳導性、高穩(wěn)定性非氟離子傳導膜,高導電性、高活性碳素復合雙極板材料及高穩(wěn)定性電解質(zhì)溶液。

  第二,突破了全釩液流電池電堆的設計集成技術,發(fā)明了大功率、高功率密度電堆結構設計方法和制造技術,設計集成出32千瓦大功率液流電池單體電堆,突破了單體電堆工程化制造技術。

  第三,突破了高功率、大容量、高集成度全釩液流電池儲能系統(tǒng)設計方法及多體耦合控制技術。原創(chuàng)性地提出了模塊化設計理念,開發(fā)出不同規(guī)模等級、可獨立運行的全釩液流電池單元系統(tǒng)模塊。突破了多系統(tǒng)耦合控制技術,實現(xiàn)了多個液流電池單元系統(tǒng)模塊高效、經(jīng)濟與穩(wěn)定運行。發(fā)明了大規(guī)模儲能系統(tǒng)控制管理策略,實施了迄今世界上最大規(guī)模的5MW/10MWh全釩液流電池儲能系統(tǒng)的商業(yè)化應用工程。

  此外,在技術開發(fā)過程中,張華民非常重視標準的制定,通過全釩液流電池的開發(fā),研究團隊主持起草了3項行業(yè)標準、5項國家標準和1項國際標準,領軍能源行業(yè)國家及國際液流電池標準的制定,引導了全球液流電池技術的發(fā)展。

  產(chǎn)業(yè)應用已見成效

  在液流電池儲能系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化應用上,張華民的夙愿已見成效。通過全釩液流電池儲能系統(tǒng)的開發(fā),實施了為海島、邊遠地區(qū)可再生能源發(fā)電、分布式供電及風電場平滑輸出、計劃發(fā)電等提供儲能解決方案的近30余項商業(yè)化示范工程,積累了豐富的工程技術和運行管理經(jīng)驗。

  與此同時,依托自主知識產(chǎn)權的技術優(yōu)勢和經(jīng)驗積累,積極開展國際合作,開拓國際市場。產(chǎn)品已出口美國、歐洲、日本等多個國家和地區(qū),自2003年至今,大連融科儲能公司的全釩液流電池用電解液已出口300多兆瓦時,約占全球市場份額的75%;2014年,成功中標歐洲首套兆瓦以上級商業(yè)全釩液流電池儲能項目,并已在德國分布式電網(wǎng)中獲得應用。

  對進一步擴大產(chǎn)業(yè)化應用,張華民建議,儲能也應該像其他產(chǎn)業(yè)一樣,有產(chǎn)業(yè)政策的支持。“儲能產(chǎn)業(yè)必將是戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè),是一個萬億美元的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè),現(xiàn)在國家得趕快出臺扶持政策。”

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