能源是国民经济可持续发展和国家安全的重要基础。随着经济的发展,对能源需求日益增加,化石能源的大量消耗所造成的环境压力日益突出。大规模利用可再生能源,实现能源多样化成为世界各国能源安全和可持续发展的重要战略。但是,风能、太阳能等可再生能源发电具有不稳定、不可控的特性,可再生能源大规模并入电网会给电网的安全稳定运行带来严重的冲击。大规模储能系统可有效实现可再生能源发电的调幅调频、平滑输出、跟踪计划发电,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。大规模储能技术是解决可再生能源发电不连续、不稳定特征的关键瓶颈技术。全钒液流电池储能技术因其使用寿命长、储能规模大、安全可靠、环境友好等特点,成为规模储能的首选技术之一。
多年来,大连化学物理所全钒液流电池储能技术研究团队,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并举的研发理念,“产、学、研、用”紧密合作的创新研究开发机制,取得了一系列重大技术突破。
全球最大规模5MW/10MWh 全钒液流电池系统
(1)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,原创性地成功研制液流电池用高选择性、高传导性、高稳定性非氟多孔离子传导膜,高导电性、高活性碳素复合双极板材料和高稳定性电解质溶液。突破了关键材料的规模放大技术,实现了关键材料的规模化生产。
(2)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32kW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,实现了批量化生产,并向国外出口。
(3)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系耦合控制技术,发明了大规模储能系统控制管理策略,实施了当时世界上最大规模的5MW/10MWh全钒液流电池储能系统的商业化应用工程,率先实现了液流电池储能技术的产业化。
项目组申请专利150余项,国际专利6项,形成了完整的自主知识产权体系,领军国内外液流电池标准的制定。实施了近20项商业化示范工程,产品成功进军欧美市场。2012年完成全球最大规模5MW/10MWh全钒液流电池商业化示范工程,技术指标和工业化进程均处于国际领先水平。该研究成果对推进我国可再生能源发电的普及应用,实现节能减排重大国策具有十分重要的意义。
专家点评电化学储能技术作为现代智能电网的重要组成部分,是风能、太阳能等可再生能源普及应用的关键核心技术。中国是世界上风能发电和太阳能发电大国,亟需发展大规模储能技术来储存其10%的电能。大连化物所选择了具有储能容量大,寿命长、安全性高等优势的全钒液流电池储能技术进行研究,无论在技术还是产业化方面均达到了国际领先水平。在过去的十几年里,大连化物所在液流电池关键材料、电堆及系统等方面开展了大量深入的研究,完成了从kW到MW级系统的商业化应用示范。利用大连化物所的技术,大连融科储能完成20余项商业化项目,已成为世界领先的从事储能技术的企业。大连化物所在推进世界可再生能源应用及智能电网发展发面发挥了重要的引领作用。
点评专家刘俊(JunLiu),美国西北太平洋国家实验室材料转化科学实验室主任、教授,著名杂志NanoEnergy副主编。主要研究领域包括纳米功能材料的合成与表征,以及在能源储存、化学转换和能源、环境与人类健康方面的应用等。曾获奖100余次,并被评为2007年杰出电池发明家,2012年美国西北太平洋国家实验室发明家。发表学术论文350余篇,研究成果被Science、Nature、 Scientific American等著名杂志亮点评述。