张华民有多重身份，既是大连融科储能公司总工程师，也是中科院大连化学物理所研究员。在张华民的带领下，由两家机构组成的联合研发团队针对“全钒液流电池储能技术及应用”开展了十余年的研发攻关。在2015年国家科学技术奖中，该成果荣获国家科学技术发明二等奖。这是一项怎样的技术发明?又开创了一条什么样的自主创新与产业化应用之路?本报记者在采访中得到了答案。
全钒液流电池满足新能源并网技术要求
风能、太阳能等可再生能源发电具有不连续、不稳定、不可控等特性，大规模并网会给电网安全稳定运行带来冲击，也造成了大量的弃风弃光问题。
在当初选择液流电池开发时，张华民便笃定，可再生能源将逐渐由辅助能源转为主导能源，而风能、太阳能等可再生能源普及应用的瓶颈技术就是储能。“大规模储能技术可以有效实现可再生能源发电的随机性、间歇性和波动性等问题，实现调幅调频、平滑功率输出、跟踪计划发电，从而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。”张华民说。
国内从2000年开始液流电池技术的开发，在技术路线选择上，张华民认为，必须满足三个条件：安全性好、生命周期性价比高、生命周期的环境负荷低。
“全钒液流电池储能技术因其具有储能规模大，适合于百千瓦到百兆瓦级的应用范围;充放电切换应答速度快;储能介质为水溶液，安全可靠;电池均匀性好，使用寿命可达15年以上，而钒电解液可以半永久性地反复使用，寿命周期性价比高，环境友好等突出优势，是大规模储能的首选技术之一。”张华民回忆说。
在敲定技术路线后，进入到研发阶段，张华民发现技术门槛还是非常高的。“全钒液流电池储能系统的开发要求多学科交叉，涉及到材料学、电化学、化学工程、自动控制等学科，而且技术在国际上都是处在同一位置，无既有经验可资借鉴。”
在挑战面前，研发团队立足自主创新，十多年来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的研究开发理念，取得了一系列重大技术突破。
自主产权奠定产业化基石
张华民告诉记者，研究团队始终坚持政产学研用紧密合作的创新研究开发机制，形成了包括液流电池关键材料设计制造、电堆及电池储能系统设计集成、储能系统智能控制、工程应用及运行管理、液流电池新体系在内的完整自主知识产权体系。
第一，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，原创性地研制成功液流电池用高选择性、高传导性、高稳定性非氟离子传导膜，高导电性、高活性碳素复合双极板材料及高稳定性电解质溶液。
第二，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32千瓦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。
第三，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耦合控制技术。原创性地提出了模块化设计理念，开发出不同规模等级、可独立运行的全钒液流电池单元系统模块。突破了多系统耦合控制技术，实现了多个液流电池单元系统模块高效、经济与稳定运行。发明了大规模储能系统控制管理策略，实施了迄今世界上最大规模的5MW/10MWh全钒液流电池储能系统的商业化应用工程。
此外，在技术开发过程中，张华民非常重视标准的制定，通过全钒液流电池的开发，研究团队主持起草了3项行业标准、5项国家标准和1项国际标准，领军能源行业国家及国际液流电池标准的制定，引导了全球液流电池技术的发展。
产业应用已见成效
在液流电池储能系统产业化应用上，张华民的夙愿已见成效。通过全钒液流电池储能系统的开发，实施了为海岛、边远地区可再生能源发电、分布式供电及风电场平滑输出、计划发电等提供储能解决方案的近30余项商业化示范工程，积累了丰富的工程技术和运行管理经验。
与此同时，依托自主知识产权的技术优势和经验积累，积极开展国际合作，开拓国际市场。产品已出口美国、欧洲、日本等多个国家和地区，自2003年至今，大连融科储能公司的全钒液流电池用电解液已出口300多兆瓦时，约占全球市场份额的75%;2014年，成功中标欧洲首套兆瓦以上级商业全钒液流电池储能项目，并已在德国分布式电网中获得应用。
对进一步扩大产业化应用，张华民建议，储能也应该像其他产业一样，有产业政策的支持。“储能产业必将是战略性新兴产业，是一个万亿美元的战略性新兴产业，现在国家得赶快出台扶持政策。”
