第四届中国(广州)国际电池与储能技术博览会

 

暨第九届中国锂电产业峰会

 


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全钒液流电池支撑新能源大规模并网

发表时间:2016-05-09   浏览次数:
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“全钒液流电池储能技术因其具有储能规模大,适合于百千瓦到百兆瓦级的应用范围;充放电切换应答速度快;储能介质为水溶液,安全可靠;电池均匀性好,使用寿命可达15年以上,而钒电解液可以半永久性地反复使用,寿命周期性价比高,环境友好等突出优势,是大规模储能的首选技术之一。”张华民回忆说。

 

  张华民有多重身份,既是大连融科储能公司总工程师,也是中科院大连化学物理所研究员。在张华民的带领下,由两家机构组成的联合研发团队针对“全钒液流电池储能技术及应用”开展了十余年的研发攻关。在2015年国家科学技术奖中,该成果荣获国家科学技术发明二等奖。这是一项怎样的技术发明?又开创了一条什么样的自主创新与产业化应用之路?本报记者在采访中得到了答案。

  全钒液流电池满足新能源并网技术要求

  风能、太阳能等可再生能源发电具有不连续、不稳定、不可控等特性,大规模并网会给电网安全稳定运行带来冲击,也造成了大量的弃风弃光问题。

  在当初选择液流电池开发时,张华民便笃定,可再生能源将逐渐由辅助能源转为主导能源,而风能、太阳能等可再生能源普及应用的瓶颈技术就是储能。“大规模储能技术可以有效实现可再生能源发电的随机性、间歇性和波动性等问题,实现调幅调频、平滑功率输出、跟踪计划发电,从而提高电网对可再生能源发电的消纳能力,解决弃风弃光问题。”张华民说。

  国内从2000年开始液流电池技术的开发,在技术路线选择上,张华民认为,必须满足三个条件:安全性好、生命周期性价比高、生命周期的环境负荷低。

  “全钒液流电池储能技术因其具有储能规模大,适合于百千瓦到百兆瓦级的应用范围;充放电切换应答速度快;储能介质为水溶液,安全可靠;电池均匀性好,使用寿命可达15年以上,而钒电解液可以半永久性地反复使用,寿命周期性价比高,环境友好等突出优势,是大规模储能的首选技术之一。”张华民回忆说。

  在敲定技术路线后,进入到研发阶段,张华民发现技术门槛还是非常高的。“全钒液流电池储能系统的开发要求多学科交叉,涉及到材料学、电化学、化学工程、自动控制等学科,而且技术在国际上都是处在同一位置,无既有经验可资借鉴。”

  在挑战面前,研发团队立足自主创新,十多年来坚持基础研究与应用开发并重,关键材料、核心部件研发及电池系统集成创新与示范应用的研究开发理念,取得了一系列重大技术突破。

  自主产权奠定产业化基石

  张华民告诉记者,研究团队始终坚持政产学研用紧密合作的创新研究开发机制,形成了包括液流电池关键材料设计制造、电堆及电池储能系统设计集成、储能系统智能控制、工程应用及运行管理、液流电池新体系在内的完整自主知识产权体系。

  第一,突破了液流电池关键材料包括非氟离子传导膜、电解质溶液、液流电池双极板的设计与制备技术,原创性地研制成功液流电池用高选择性、高传导性、高稳定性非氟离子传导膜,高导电性、高活性碳素复合双极板材料及高稳定性电解质溶液。

  第二,突破了全钒液流电池电堆的设计集成技术,发明了大功率、高功率密度电堆结构设计方法和制造技术,设计集成出32千瓦大功率液流电池单体电堆,突破了单体电堆工程化制造技术。

  第三,突破了高功率、大容量、高集成度全钒液流电池储能系统设计方法及多体耦合控制技术。原创性地提出了模块化设计理念,开发出不同规模等级、可独立运行的全钒液流电池单元系统模块。突破了多系统耦合控制技术,实现了多个液流电池单元系统模块高效、经济与稳定运行。发明了大规模储能系统控制管理策略,实施了迄今世界上最大规模的5MW/10MWh全钒液流电池储能系统的商业化应用工程。

  此外,在技术开发过程中,张华民非常重视标准的制定,通过全钒液流电池的开发,研究团队主持起草了3项行业标准、5项国家标准和1项国际标准,领军能源行业国家及国际液流电池标准的制定,引导了全球液流电池技术的发展。

  产业应用已见成效

  在液流电池储能系统产业化应用上,张华民的夙愿已见成效。通过全钒液流电池储能系统的开发,实施了为海岛、边远地区可再生能源发电、分布式供电及风电场平滑输出、计划发电等提供储能解决方案的近30余项商业化示范工程,积累了丰富的工程技术和运行管理经验。

  与此同时,依托自主知识产权的技术优势和经验积累,积极开展国际合作,开拓国际市场。产品已出口美国、欧洲、日本等多个国家和地区,自2003年至今,大连融科储能公司的全钒液流电池用电解液已出口300多兆瓦时,约占全球市场份额的75%;2014年,成功中标欧洲首套兆瓦以上级商业全钒液流电池储能项目,并已在德国分布式电网中获得应用。

  对进一步扩大产业化应用,张华民建议,储能也应该像其他产业一样,有产业政策的支持。“储能产业必将是战略性新兴产业,是一个万亿美元的战略性新兴产业,现在国家得赶快出台扶持政策。”