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。”