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合研發團隊針對“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明二等獎。這是一項怎樣的技術發明?又開創了一條什么樣的自主創新與產業化應用之路?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技術要求
風能、太陽能等可再生能源發電具有不連續、不穩定、不可控等特性，大規模并網會給電網安全穩定運行帶來沖擊，也造成了大量的棄風棄光問題。
在當初選擇液流電池開發時，張華民便篤定，可再生能源將逐漸由輔助能源轉為主導能源，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。“大規模儲能技術可以有效實現可再生能源發電的隨機性、間歇性和波動性等問題，實現調幅調頻、平滑功率輸出、跟蹤計劃發電，從而提高電網對可再生能源發電的消納能力，解決棄風棄光問題。”張華民說。
國內從2000年開始液流電池技術的開發，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、生命周期的環境負荷低。
“全釩液流電池儲能技術因其具有儲能規模大，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，環境友好等突出優勢，是大規模儲能的首選技術之一。”張華民回憶說。
在敲定技術路線后，進入到研發階段，張華民發現技術門檻還是非常高的。“全釩液流電池儲能系統的開發要求多學科交叉，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，無既有經驗可資借鑒。”
在挑戰面前，研發團隊立足自主創新，十多年來堅持基礎研究與應用開發并重，關鍵材料、核心部件研發及電池系統集成創新與示范應用的研究開發理念，取得了一系列重大技術突破。
自主產權奠定產業化基石
張華民告訴記者，研究團隊始終堅持政產學研用緊密合作的創新研究開發機制，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設計集成、儲能系統智能控制、工程應用及運行管理、液流電池新體系在內的完整自主知識產權體系。
第一，突破了液流電池關鍵材料包括非氟離子傳導膜、電解質溶液、液流電池雙極板的設計與制備技術，原創性地研制成功液流電池用高選擇性、高傳導性、高穩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定性電解質溶液。
第二，突破了全釩液流電池電堆的設計集成技術，發明了大功率、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設計方法及多體耦合控制技術。原創性地提出了模塊化設計理念，開發出不同規模等級、可獨立運行的全釩液流電池單元系統模塊。突破了多系統耦合控制技術，實現了多個液流電池單元系統模塊高效、經濟與穩定運行。發明了大規模儲能系統控制管理策略，實施了迄今世界上最大規模的5MW/10MWh全釩液流電池儲能系統的商業化應用工程。
此外，在技術開發過程中，張華民非常重視標準的制定，通過全釩液流電池的開發，研究團隊主持起草了3項行業標準、5項國家標準和1項國際標準，領軍能源行業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展。
產業應用已見成效
在液流電池儲能系統產業化應用上，張華民的夙愿已見成效。通過全釩液流電池儲能系統的開發，實施了為海島、邊遠地區可再生能源發電、分布式供電及風電場平滑輸出、計劃發電等提供儲能解決方案的近30余項商業化示范工程，積累了豐富的工程技術和運行管理經驗。
與此同時，依托自主知識產權的技術優勢和經驗積累，積極開展國際合作，開拓國際市場。產品已出口美國、歐洲、日本等多個國家和地區，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全釩液流電池儲能項目，并已在德國分布式電網中獲得應用。
對進一步擴大產業化應用，張華民建議，儲能也應該像其他產業一樣，有產業政策的支持。“儲能產業必將是戰略性新興產業，是一個萬億美元的戰略性新興產業，現在國家得趕快出臺扶持政策。”
