全钒液流电池储能系统
锂离子电池是这几年储能界的香饽饽。据中关村储能产业技术联盟(CNESA)数据统计，2014年储能技术新增装机中，锂离子电池占比最大达74%。特斯拉的超级电池工厂选择的就是锂离子电池技术进行研发和生产，他们还针对小型储能市场推出了Powerwall，广受市场欢迎。但其实，根据应用领域对储能技术的要求不同，各种储能技术都有其适宜的应用领域。当应对大规模储能应用时，锂离子电池就遇到了对手。据外媒报道，美国能源部正在支持美国UniEnergy Technologies公司执行一个新型液流电池储能项目，目标就是在项目达到大规模和电网一体化时，能够将液流电池和特斯拉电池为主的锂离子电池进行比较和对照。
一般说起储能技术，大家都会觉日本、美国最牛，可是在液流电池领域，中国可以说是全球No.1。目前，全球最大规模的全钒液流电池储能系统就是由中国企业开发，而且国际上液流电池标准体系也是由中国科学家组织研究制定。能豆君拜访了该标准体系制定的负责人、同时也是全球最大规模全钒液流电池系统项目总工程师张华民教授。
张教授现任大连化学物理研究所首席研究员、国家能源液流电池储能技术重点实验室主任、大连融科储能技术发展有限公司副总经理、总工程师。张华民教授是在2000年作为中国科学院百人计划人才，回国到大连化学物理研究所工作，此前在日本留学并从事燃料电池研究工作。回国后，张华民教授先后担任燃料电池研究中心主任、所长助理、储能技术部部长。
张华民教授为何从燃料电池转为液流电池?从2000年开始，中国储能15年发生了什么? 未来储能技术发展前景如何?敬请大家关注无所不能2015年度峰会能者说Energy Talk(点击查看详情)，张华民教授作为特约嘉宾将为能豆粉们分享他的精彩经历与他对储能技术未来蓝海的判断。
今天能豆君先带大家提前科普一下什么是液流电池，看看为什么大规模储能的未来在这里。
液流电池ABC
1什么是液流电池?
液流电池，是一种活性物质存在于液态电解质中的二次电池技术。电解液置于电堆外部，在循环泵的推动下流经电堆，并发生电化学反应，实现化学能与电能的转换，从而实现电能的存储与释放。
2液流电池有什么特点？
① 储能容量易调节规模。电池的输出功率取决于电堆的大小和数量，储能容量取决于电解液容量和浓度，因此液流电池的规模设计非常灵活：只要增加电堆的面积和电堆的数量，就可以增加输出功率;只要增加电解液的体积，就可以增加储能容量。
② 液流电池选址自由度大。系统可全自动封闭运行，无污染，维护简单，操作成本低。
③ 安全性高。电解质溶液为水溶液，电池系统无潜在的爆炸或着火危险，安全性高。
3液流电池的类型
根据活性物质的不同，液流电池可分为全钒、锌/溴、多硫化钠/溴、铁/铬等多种技术路线。发展至今，世界范围内液流电池总装机量约68MW，其中全钒液流电池占40%。从目前技术成熟度和工程应用效果看，全钒液流电池技术进入工程应用、市场开拓阶段，开始实现商业化;锌溴液流电池技术进入应用示范、市场开拓阶段;其他液流电池仍处于研究阶段。
全钒液流储能电池正极电对为VO2+/VO2+，负极电对为V2+/V3+，电极发生如下电化学反应：
4全钒液流电池技术特点
①循环寿命长：全钒液流储能电池的充放电循环寿命可达13,000次以上，日历寿命超过15年。
②充放电特性良好：全钒液流电池储能系统具有快速、深度充放电而不会影响电池的使用寿命的特点，且各单节电池均一性良好。另外，钒离子的电化学可逆性高，电化学极化也小，因而非常适合大电流快速充放电。
③功率和容量独立设计：全钒液流电池的功率由电堆的规格和数量决定，容量由电解液的浓度和体积决定。因此，功率的扩容可通过增大电堆功率和增加电堆数量实现，容量的提高可以通过增加电解液体积实现。
④安全、环保：全钒液流电池储能系统是在常温、常压条件下工作，这不但延长了电池部件的使用寿命，并且表现出非常好的安全性能。另外电解质溶液可循环使用和再生利用，环境友好，节约资源。电池部件多为廉价的碳材料、工程塑料，使用寿命长，材料来源丰富，加工技术成熟，易于回收。
总体看，全钒液流电池在输出功率为数百千瓦至数百兆瓦，储能容量为数百千瓦时至数百兆瓦数时以上级的规模化固定储能场合，液流电池储能具有明显的优势，是大规模高效储能技术的首选技术之一。
5全钒液流电池面临的挑战有哪些?
① 离子交换膜技术。离子交换膜可以影响正、负极电解质之间的离子相互渗透率，从而影响液流电池的能量效率和电池的寿命，需要研究开发高选择性、高导电性的液流电池用离子交换膜。
② 高浓度和高稳定性的电解液制备技术。此前电解液成本占到总成本的近50%。目前由于电池成本下降，电解液成本所占比例更大了。
③ 能量密度偏低、体积较大。电池系统需要配置大量的管路、阀件、电解液循环泵、换热器等辅助部件，使液流电池更为复杂，对电池系统的可靠性提出了更高的要求。
6液流电池发展现状&前景怎么样?
全钒液流电池适用于调峰电源系统、大规模光伏电源系统、风能发电系统的储能以及不间断电源或应急电源系统。
全球范围内全钒液流电池生产企业主要包括：日本的住友电工公司、大连融科储能技术发展有限公司(下称：融科储能公司)、美国UniEnergy Technologies公司和奥地利Gildemeister公司。
日本住友电工公司早在上世纪90年代开始全钒液流电池技术研发，具有领先的系统集成和工程应用技术，但其关键功能性材料和部件依赖外购，成本偏高。美国UniEnergy Technologies公司拥有世界领先的混合酸型全钒液流电池技术，承担建造了美国首个兆瓦时级全钒液流电池储能电站。Gildemeister公司从2002年开始研发全钒液流储能电池，产品主要与太阳能光伏电池配套，用于偏远地区供电、电动车充电站等领域。
我国全钒液流储能技术和产业发展处于世界领先水平。目前，融科储能公司累计实现全钒液流电池装机容量超过12MW，占世界总装机量的40%。2013年，融科储能公司与大连化物所联合研制的全球最大规模的5MW/10MWh 全钒液流电池储能系统成功通过业主的验收，这是目前世界上第一套实际并网运行的5MW级大型工业储能装置，各项指标都处于国际领先水平。
2014年，融科储能公司与德国博世集团(BOSCH)合作，在德国北部风场建造了250kW/1MWh全钒液流电池储能系统。该系统是目前欧洲最大规模的全钒液流电池系统，产品的性能和稳定性受到海外客户的高度评价。融科储能公司还与美国UniEnergy Technologies公司合作，建造了美国首座兆瓦级全钒液流储能电池电站。
