716个大型储罐、358个集装箱……近日，位于辽宁省大连市沙河口区的百兆瓦级液流电池储能调峰电站正式并网发电。该电站是首个国家级大型化学储能示范项目，也是迄今为止国内功率最大、容量最大的液流电池储能调峰电站之一，其背后正是多项自主创新技术对我国电池储能及可再生能源发展所起到的重要支撑作用。
自主创新，播下储能“种子”
当前，我国能源结构中化石能源占比约85%，减碳工作任重道远。实现能源结构的低碳转型、增加清洁可再生能源使用比例是实现“双碳”目标的有力手段。当前风能、太阳能等新能源清洁环保，但仍存在不稳定、不连续等问题。那么，如何解决可再生能源供电的可靠性，从而保证电力系统安全运行呢？
中国科学院大连化学物理研究所（下称大连化物所）将目光锁定在化学电池储能这个体系上。“从2000年开始，我们对储能领域相关技术进行探索。到2002年，我们针对全钒液流电池储能技术开始研发。在这一过程中，我们发现利用不同价态的钒离子作为活性物质，基于正负极电解液中钒离子发生的氧化或还原反应，实现电能和化学能的相互转化，进而可以实现电能的大规模储存和释放。”大连化物所研究员张华民告诉中国知识产权报，与传统的抽水蓄能、机械储能相比，以钒为活性物质呈循环流动的氧化还原液流电池技术，可以不受地理位置的限制，在安全性、可靠性、使用寿命等方面具有明显优势。
然而，在多年前，全钒液流电池实现产业化还存在较大的不确定性。当时，在国内并没有多少人进行过类似的研究，而国外的研究状况也并不乐观。例如，日本住友电工和加拿大vrb能源有限公司两家相关领域企业，都面临着停止研究、破产等一系列问题。对此，大连化物所研究团队并没放弃，而是从“零”开始，仍然坚持要做大容量、高安全、长时间的液流电池储能技术，为风能、太阳能等可再生能源发展提供支撑。
产学研用，蹚出产业之路
为了加快全钒液流电池的落地应用，大连化物所与大连恒融新能源有限公司于2008年共同组建了大连融科储能技术发展有限公司（下称融科储能），为大连液流电池储能调峰电站建设奠定了初步的技术基础。
首先要解决的是电池材料的问题。2009年，从比利时留学回来的李先锋加入大连化物所储能技术研究团队，担起了液流电池关键材料——离子传导膜的研发重任。经过几年的时间，研究团队成功突破了离子传导膜、双极板材料的技术瓶颈，拥有“芳香族聚合物离子交换膜及其复合膜在酸性电解液液流储能电池中的应用”“聚苯并咪唑类聚合物离子交换膜及其制备和应用”等多件专利，开发出了高性能、低成本的液流电池非氟离子传导膜材料。与此同时，融科储能研究团队在钒电解液材料批量化技术上不断探索，成功实现了钒电解液的规模化生产，为大连液流电池储能调峰电站提供了自主可控的“存储介质”。
关键材料突破后，全钒液流电池储能技术核心部件的研发工作也被提上了日程。作为实现电能和化学能相互转化的核心部件，电堆可以说是整个电站的“心脏”。怎样在提升电堆性能的同时，降低生产成本呢？融科储能总经理王晓丽介绍，在推进电站建设的过程中，公司与大连化物所等单位紧密合作，组成研发团队，最终形成了高功率密度电堆等创新成果，在保持电堆的能量转换效率不低于80%的同时，将工作电流密度提升了一倍，为大连液流电池储能调峰电站提供了强大的“内核动力”。
“历时十余年，全钒液流电池的相关技术终于实现从实验室到工程示范，再到现在的商业应用阶段。同时，依托这一项目，我们突破了系统集成、电池管理控制、综合能量管理控制等一系列技术，拥有‘液流电池多模式运行控制方法及其系统’‘液流电池系统漏电保护方法、系统及液流电池系统’等诸多专利。”王晓丽表示，凭借着创新技术，在2016年时，公司在全球范围内率先实现了全钒液流电池的产业化，建成了当前全球最大规模的钒电池储能装备生产基地与钒电解液生产基地，形成了包括总部研发、材料基地、装备基地的“三位一体”全产业链发展格局。
“削峰填谷”，补全电网“拼图”
多年来，大连的特殊地形使得该地电网呈“c”字型，存在缺口，一旦遇到严重灾害天气等特殊情况，便会导致大规模停电，无法满足城市应急需要。所幸，液流电池储能调峰电站建设在两个本地电网之间，恰好弥补了缺口，将其结构由“c”转“o”，补上了电网结构上的最后一块“拼图”。
王晓丽表示，大连液流电池储能调峰电站是大连化物所、融科储能、大连恒流储能电站公司以及相关合作方创新技术的集合体。该电站相当于城市的“电力银行”，在整个电力系统中起到“削峰填谷”的作用：在电网用电低谷时给电池充电，将电能转化为化学能储存于电池中；在电网用电高峰时，将储存于电池中的化学能转化为电能进行放电。
据了解，大连液流电池储能调峰电站总建设规模为200兆瓦/800兆瓦时（电站的最大功率为200兆瓦，储存的最大容量为800兆瓦时）。此次投入使用的是该电站的一期工程，规模为100兆瓦/400兆瓦时（最大功率为100兆瓦，储存的最大容量为400兆瓦时），即电站的额定功率为10万度电/小时，最多可存放40万度电。按照我国居民日常生活每日人均用电2度左右计算，电站可供20万居民一天的用电需求，可缓解大连乃至辽宁电网调峰压力，提高大连南部地区供电可靠性。在该电站并网发电后，可作为黑启动电源，启动停机的发电机组，帮助电网恢复运行。同时，该电站也可作为备用电源，在电网出现故障时，为大连市重要负荷提供4小时左右的持续供电。
今年6月，国家发展改革委办公厅、国家能源局综合司印发《关于进一步推动新型储能参与电力市场和调度运用的通知》指出，新型储能具有响应快、配置灵活、建设周期短等优势，可在电力运行中发挥顶峰、填谷、调频、爬坡等多重作用，是构建新型电力系统的重要组成部分。未来，相信在相关政策、双碳赛道加持下，全钒液流电池等新型储能技术以及相关产业，将会发挥出更大的作用，让环境得到更大的改善。（刘弘一）
（编辑：晏如）
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