中國儲能網訊：10月30日，由大連化物所儲能技術研究部（DNL17）李先鋒研究員團隊提供技術支撐的迄今全球功率最大、容量最大的百兆瓦級液流電池儲能調峰電站正式并網發(fā)電。該電站由大連恒流儲能電站有限公司建設和運營，電池系統(tǒng)由大連融科儲能技術發(fā)展有限公司設計制造。該項目是國家能源局批準建設的首個國家級大型化學儲能示范項目，總建設規(guī)模為200兆瓦（MW）/800兆瓦時（MWh）。本次并網的是該電站的一期工程，規(guī)模為100兆瓦（MW）/400兆瓦時（MWh）。
可再生能源發(fā)電具有間歇性和波動性，其大規(guī)模接入電網后，要求電力系統(tǒng)必須具備一定的應變和響應能力，才能保證可再生能源供電的可靠性。儲能技術能夠有效解決電力系統(tǒng)的運行安全、電力電量平衡、可再生能源消納等方面的問題，是可再生能源充分開發(fā)利用的必要的技術支撐。
全釩液流電池儲能技術利用不同價態(tài)的釩離子作為活性物質，基于正負極電解液中釩離子發(fā)生的氧化或還原反應，實現電能和化學能的相互轉換，進而實現電能的大規(guī)模儲存和釋放。它的安全性高、可靠性好、輸出功率和儲能容量規(guī)模大、壽命長、性價比高、電解液可循環(huán)利用、對環(huán)境友好，在大規(guī)模儲能領域具有很好的應用前景。
本次并網的大連液流電池儲能調峰電站使用我所自主開發(fā)的全釩液流電池儲能技術，相當于大連市的“電力銀行”，實現電網系統(tǒng)的削峰填谷。主要功能為電網提供調峰、調頻等輔助服務。在一定程度上緩解大規(guī)?？稍偕茉床⒕W帶來的穩(wěn)定性問題，并促進電力系統(tǒng)針對可再生能源發(fā)電的消納，改善電力系統(tǒng)運行經濟性。大連液流電池儲能調峰電站將提升可再生能源并網率、平衡電網穩(wěn)定性并提高電網可靠性，對加快推進我國大規(guī)模儲能在電力調峰及可再生能源并網中的應用具有重要意義。
儲能技術研究部一直以來堅持“產、學、研、用”的創(chuàng)新開發(fā)機制，不斷解決全釩液流電池產業(yè)化過程中存在的關鍵科學與技術問題，突破全釩液流電池儲能關鍵核心技術，取得一系列國際領先的技術成果,在國內外開展了產業(yè)化推廣，實現了我國液流電池儲能技術向發(fā)達國家的輸出，體現了我所在該領域的國際領先地位。
該工作得到中科院A類先導專項“變革性潔凈能源關鍵技術與示范”、國家自然科學基金、中科院電化學儲能技術工程實驗室等項目的支持。
團隊側記
夢想成真！用“水”做的電池
彌補城市電網缺口
10月30日，由中科院大連化學物理研究所（以下簡稱“大連化物所”）儲能技術研究部提供技術支撐的迄今全球功率最大、容量最大的百兆瓦級液流電池儲能調峰電站正式并網發(fā)電。該電站由大連融科儲能技術發(fā)展有限公司設計制造、大連恒流儲能電站有限公司建設和運營，是國家能源局批準建設的首個國家級大型化學儲能示范項目，總建設規(guī)模為200兆瓦（MW）/800兆瓦時（MWh）。本次并網的是該電站的一期工程，規(guī)模為100兆瓦（MW）/400兆瓦時（MWh）。
整個研究工作中，離不開拼搏在一線的科研工作者們，每一位學者都在其中奮斗著、經歷著，在一次次磨練中成長著，奉獻了一代又一代人的青春。
創(chuàng)新：“無中生有”的研究
大連化物所研究員張華民前期在液流儲能電池關鍵材料與系統(tǒng)集成方面做出了重要貢獻，電站正式并網，他感到十分激動。回想之前研究生涯的開端，要追溯到2000年。
張華民時任日本公司能源環(huán)境研究室主任，事業(yè)蒸蒸日上。但他在這一年，卻毅然決然放棄高薪，選擇到大連化物所工作。這次歸國，張華民是帶著“任務”回來的。
“我每年和德國的科學家有很多項目合作，接觸到了可再生能源。那時候，我就意識到了可再生能源將逐步由輔助能源變?yōu)橹鲗茉矗笠?guī)模儲能技術是可再生能源普及應用的瓶頸。”張華民提到。
但是可再生能源具有波動性、不連續(xù)性等特點，這導致必須有大規(guī)模儲能技術與之配套，才能穩(wěn)定運行，也就是說大規(guī)模儲能技術是可再生能源普及應用的瓶頸技術。而大規(guī)模儲能必須具備三個條件：安全性要高；生命周期的性價比要高，循環(huán)壽命要長；電池報廢以后不能對環(huán)境造成惡劣的影響。
想到這里，張華民堅定了要做大容量、大規(guī)模、長時間的儲能技術。帶著這份信念，他從日本飄洋過?；氐酱筮B，開始了儲能領域的新探索。在體系選擇方面，團隊也進行了探究。
“考慮到安全性和容量可恢復性，我們想到了釩?！睆埲A民說。
所有的液流電池都要擁有一個正極電對和一個負極電對，而全釩電池兩邊是同等元素，未來的回收及維護就相對簡單，即使長期運行正負極電解液中釩離子的價態(tài)失衡 ，也可以通過化學反應的方法將其修復。
然而，國際上的“風云變幻”帶給了團隊不小的壓力。
日本住友電工和加拿大VRB能源有限公司在釩液流電池的研發(fā)技術上位居前列。2005年，已經在領域內深耕20余年的日本住友電工因為成本問題突然停止了研究開發(fā)。2008年，加拿大VRB釩液流儲能公司又因為經濟危機而宣布破產。
“作為世界上做的最早的、最好的兩家企業(yè)，一個停止研究一個破產，我們當時壓力很大。”張華民告訴《中國科學報》。
對于團隊來說，全釩液流電池的研究并非是“站在巨人的肩膀上”。整個團隊沒有人在之前做過類似的研究，幾乎從“零”開始的項目對于全體人員來說都是一個莫大的挑戰(zhàn)。
但是為了國家能源的發(fā)展，為了實現“能源夢”，整個團隊堅定信念，向著目標進發(fā)。
經過分析，團隊發(fā)現成本“居高不下”主要是因為電解液的成本無法壓縮。如果團隊能在雙極板、傳導膜等方面有所突破，將可以通過減少材料成本達到降低整體項目成本的效果。而加拿大VRB公司并不掌握產業(yè)鏈的核心技術，這加速了該能源項目走向滅亡。從電解液、電極、膜、雙極板到電堆的系統(tǒng)集成，如果團隊可以掌握全產業(yè)鏈技術，這項困擾也將迎刃而解。
秉承著信念和決心，全體研究組一起開始攀登新的高峰。
探索：由“C”轉“O”的結構拼圖
隨后，電池的研發(fā)作為團隊的“拿手絕活”發(fā)展進入“快車道”，但是如何降低成本、提高性能才是產業(yè)化鏈條應該考慮的“重頭戲”。在這其中，就繞不開電池關鍵材料的攻關和電堆結構的優(yōu)化。
2009年，從比利時留學回來的李先鋒加入大連化物所儲能技術研究團隊。新鮮血液的涌入為項目發(fā)展注入了不竭動力。一回來李先鋒就扛起重擔，直奔“要害”，擔起了液流電池關鍵材料—離子傳導膜的研發(fā)重任。
面對瓶頸，團隊想到了在創(chuàng)新分子結構方面下功夫，通過調控膜的孔徑大小，突破了膜離子傳導性與離子選擇性之間的制衡，開發(fā)出了高性能、低成本的傳導膜材料，并首次提出了不含離子交換基團“離子篩分傳導”機理，成功破解了難題。
除此之外，提高電堆的工作密度也是團隊著重突破的一個核心。電堆就像電池的“心臟”，功能十分重要，往往牽一發(fā)而動全身。而初始階段，在保持電堆的能量轉換效率不低于80%時，其工作電流密度僅有80毫安，造成電堆居高不下，難以滿足產業(yè)化的需要。
研究團隊重點挖掘了電池內的反應及傳遞過程中的每個細節(jié)，有效提高了電堆效率，成功研制出了高功率密度電堆，為“心臟”輸送了“血液”。
解決了上述問題，項目得以順利進行。全釩液流電池具備安全性高、可靠性好、輸出功率和儲能容量規(guī)模大、壽命長、性價比高、電解液可循環(huán)利用、對環(huán)境友好等特點，為大規(guī)模應用在儲能領域奠定了基礎。
隨后，從實驗室到中試放大再到產業(yè)化運用，項目的發(fā)展也進入“快車道”。經過了一段時間的調試，大連全釩液流電池儲能電站成功并網，這標志著全釩液流電池儲能技術產業(yè)化的成功。
該電站相當于城市的“電力銀行”，在整個電力系統(tǒng)中起到“削峰填谷”的作用：在電網用電低谷時，利用風能、太陽能等可再生能源發(fā)電給電池充電，將電能轉化為化學能儲存于電池中；在電網用電高峰時，將儲存于電池中的化學能轉化為電能進行放電。
“大連特殊的地形使得本地電網呈C字型，存在缺口?！贝筮B恒流儲能電站有限公司總經理宮繼禹告訴《中國科學報》，“一旦遇到事故，會導致大規(guī)模停電，無法滿足城市應急需要?！?
而儲能電站規(guī)劃在兩個電網之間，恰好彌補了缺口，將其結構由“C”轉“O”，填補了電網結構上的最后一塊“拼圖”。極端環(huán)境下，儲能電站還可以作為黑啟動電源。啟動停機的發(fā)電機組，幫助電網恢復運行。同時也可以作為備用電源，在電網出現故障時，為大連市區(qū)醫(yī)院、應急救援等重要部門提供四小時左右的持續(xù)供電。
信念：最終目標是國家能源的未來
曾經的荒地上如今矗立起兩個足球場大小的電站，716個大型儲罐、358個集裝箱在這里整齊排列。曾經的荒地“搖身一變”成為大連能源的“希望”，也成為整個團隊心中最值得驕傲的事情。
“無論從產業(yè)規(guī)模還是未來的發(fā)展?jié)摿碇v，我們都很有信心，中國的釩電池技術走在世界前列?！贝筮B融科儲能技術發(fā)展有限公司總經理王曉麗說。
而在整個工作中，也離不開年輕科研人員的身影。整個團隊平均年齡在40歲左右，李先鋒通過日常工作中的點點滴滴，身體力行地感染著周圍的同事，帶領著整個團隊走向成功。
依靠同一個目標同一個信念，兩代人“擰成一股繩”般前行，這才有了儲能電站的成功并網。
提及之后的安排，李先鋒表示，如果能進一步降低成本，提高電池的可靠性，后續(xù)才能真正大規(guī)模產業(yè)化推廣。
“最終目標，是國家能源的未來。”李先鋒說。
大連液流電池儲能調峰電站正式并網發(fā)電了，但是他們的故事遠沒有結束。一代人有一代人的使命，一代人有一代人的擔當，大連化物所儲能技術研究團隊會繼續(xù)不忘初心、秉承信念，堅持“產、學、研、用”的創(chuàng)新開發(fā)機制，書寫屬于他們的新篇章。
