從外觀看，液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)包括如下幾部分：電堆單元，由正負(fù)電極和離子傳導(dǎo)膜疊合而成單電池的集合體；電解液單元，包括含有活性物質(zhì)的電解液，及用于電解液盛裝和循環(huán)的儲(chǔ)罐、管路、閥、泵、傳感器等輔助部件；控制系統(tǒng)，包括用于管理整個(gè)系統(tǒng)的電池管理系統(tǒng)、功率變化單元等。就像汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒汽油發(fā)電，液流電池可通過在電堆里轉(zhuǎn)化電解液發(fā)電。不同的是，電解液不會(huì)被消耗掉，能夠進(jìn)行往復(fù)充放電。
根據(jù)發(fā)生反應(yīng)的電對(duì)不同，液流電池可以分為：全釩液流電池、鋅溴液流電池、多硫化鈉/溴液流電池、鋅/鎳液流電池、鐵/鉻液流電池、釩/多鹵化物液流電池、鋅/鈰液流電池、半液流電池。雖然各自的電化學(xué)體系不同，但都具備以下特點(diǎn)。
1.功率和容量相互獨(dú)立，輸出功率由電池模塊的大小和數(shù)量決定，儲(chǔ)能容量由電解液的濃度和體積決定，故可實(shí)現(xiàn)功率與容量的獨(dú)立設(shè)計(jì)；
2.能量轉(zhuǎn)化效率高，啟動(dòng)速度快；
3.具有很強(qiáng)的過載能力和深度放電能力；
4.部件多為廉價(jià)的碳材料、工程塑料，材料來源豐富，易于回收。
不同的液流電池又各具特點(diǎn)。其中，全釩液流電池正負(fù)極活性物質(zhì)都是釩離子，只是價(jià)態(tài)不同，具有更安全、壽命更長、效率更高的優(yōu)勢(shì)，是目前應(yīng)用最廣，最具產(chǎn)業(yè)化前景的液流電池，已經(jīng)成為液流電池家族中的掌門人，具有高安全性、長壽命、高可靠性、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，吸引了政府和電力行業(yè)的高度關(guān)注。
全釩液流電池工作原理示意圖
在實(shí)踐考驗(yàn)中成長起來的液流電池
液流電池發(fā)展至今，實(shí)施的各類項(xiàng)目有百余項(xiàng)，累計(jì)裝機(jī)容量約達(dá)40兆瓦。應(yīng)用領(lǐng)域遍布電力系統(tǒng)的發(fā)、輸、配、用各個(gè)環(huán)節(jié)。液流電池的發(fā)展歷經(jīng)了從實(shí)驗(yàn)室到企業(yè)、從樣機(jī)到標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品、從示范應(yīng)用到商用推廣、規(guī)模從小到大、功能從單一到綜合，目前已經(jīng)處于產(chǎn)業(yè)化的初期階段。
以目前應(yīng)用較多的全釩液流電池為例，在其發(fā)展初期，多以數(shù)千瓦到數(shù)十千瓦規(guī)格的電池系統(tǒng)開發(fā)為主，主要面向于以風(fēng)—光—儲(chǔ)或光—儲(chǔ)方式，為離網(wǎng)或弱電網(wǎng)地區(qū)的通訊基站、邊遠(yuǎn)地區(qū)、邊防海島供電。前加拿大vrb公司、大連融科儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展有限公司（以下簡稱融科儲(chǔ)能）、奧地利的gildermester公司都推出了典型產(chǎn)品。
隨著智能微網(wǎng)和大規(guī)模可再生能源發(fā)電技術(shù)發(fā)展，百千瓦級(jí)到兆瓦級(jí)的電池系統(tǒng)的設(shè)計(jì)技術(shù)得到快速發(fā)展。日本住友電工公司（sei）作為液流電池行業(yè)的領(lǐng)軍企業(yè)，自上個(gè)世紀(jì)80年代就開始進(jìn)行全釩液流電池技術(shù)的研究，并且將液流電池作為其整個(gè)集團(tuán)在能源領(lǐng)域的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)。在2005年建立了4兆瓦/6兆瓦時(shí)全釩液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，這是國際上首套兆瓦級(jí)全釩液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)示范工程，與30.6兆瓦風(fēng)力發(fā)電站匹配，用于風(fēng)電平滑輸出并網(wǎng)和調(diào)幅調(diào)頻的示范驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。該系統(tǒng)運(yùn)行了3年時(shí)間，最為頻繁的電堆的充放電循環(huán)達(dá)到27萬次。該項(xiàng)目充分驗(yàn)證了全釩液流電池優(yōu)異的耐久性，并證明了全釩液流電池是適合風(fēng)力發(fā)電的儲(chǔ)能設(shè)備。2012年，sei應(yīng)用其新一代技術(shù)，以城市智能微電網(wǎng)為目標(biāo)市場(chǎng)，在橫濱建造了一座由200千瓦聚光型太陽能發(fā)電設(shè)備（cpv）和一套1兆瓦/5兆瓦時(shí)全釩液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)構(gòu)成的并與外部商業(yè)電網(wǎng)連接的電站。可以實(shí)現(xiàn)：調(diào)節(jié)電網(wǎng)對(duì)工廠供電量；提高受天氣影響的cpv的供電穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)太陽能發(fā)電的有計(jì)劃使用；對(duì)于橫濱制作所內(nèi)的削峰填谷運(yùn)作以及事先制定用電計(jì)劃，隨著電力負(fù)載的變化對(duì)放電量進(jìn)行調(diào)整。
我國從上世紀(jì)80年代末期開始全釩液流電池的基礎(chǔ)研究工作。2000年開始，在以中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所為代表的研究單位的共同努力下，我國全釩液流電池儲(chǔ)能技術(shù)進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期。在市場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)力作用下，成長出一批以科研院所技術(shù)為基礎(chǔ)，以全釩液流電池產(chǎn)品化和市場(chǎng)化為目標(biāo)的新興企業(yè)，如最具代表性的融科儲(chǔ)能。
融科儲(chǔ)能與大連化物所堅(jiān)持緊密的產(chǎn)學(xué)研合作模式，2012年，設(shè)計(jì)集成出當(dāng)前全球最大規(guī)模的5兆瓦/10兆瓦時(shí)全釩液流電池系統(tǒng)，并在龍?jiān)措娏煞萦邢薰疚挥谶|寧省沈陽市法庫縣臥牛石風(fēng)電場(chǎng)（50兆瓦）實(shí)施商業(yè)應(yīng)用。該系統(tǒng)已穩(wěn)定運(yùn)行一年半時(shí)間，運(yùn)行效果得到電網(wǎng)公司、新能源運(yùn)營商以及國內(nèi)外同行的高度認(rèn)可，標(biāo)志著我國在該領(lǐng)域技術(shù)研發(fā)、成套產(chǎn)品生產(chǎn)等方面處于世界前列。同時(shí)，示范工程的建設(shè)和應(yīng)用證明了兆瓦級(jí)全釩液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)技術(shù)的成熟，開啟了大規(guī)模全釩液流電池儲(chǔ)能商業(yè)應(yīng)用的新篇章。
此后，融科儲(chǔ)能相繼又實(shí)施了位于錦州的風(fēng)電并網(wǎng)用3兆瓦/6兆瓦時(shí)儲(chǔ)能項(xiàng)目和國電和風(fēng)2兆瓦/4兆瓦時(shí)儲(chǔ)能項(xiàng)目，這些項(xiàng)目不僅能實(shí)現(xiàn)風(fēng)電的穩(wěn)定輸出和調(diào)度的可控性，而且豐富了儲(chǔ)能的多種有益價(jià)值，包括節(jié)能降耗、黑啟動(dòng)、孤島運(yùn)行、諧波處理等，為用戶帶來更多收益，是探索儲(chǔ)能商業(yè)模式的重要案例。
在項(xiàng)目的成功案例和各國政策導(dǎo)向下，未來的幾年內(nèi)，將有一定數(shù)量的液流電池項(xiàng)目進(jìn)入電力市場(chǎng)。美國unienergytechnologies（uet）公司得到了美國能源部（doe）的大力支持，在華盛頓清潔基金的支持下，建立3兆瓦項(xiàng)目用于電網(wǎng)側(cè)變電站，延緩變電站擴(kuò)容帶來的建設(shè)投資，并且提高電網(wǎng)的利用效率。日本sei公司與北海道電力公司合作，在日本政府的支持下，將在2015年建成15兆瓦/60兆瓦時(shí)全釩液流電池電站，用于解決北海道局部區(qū)域大規(guī)模太陽能電站并網(wǎng)帶來的調(diào)峰和電能質(zhì)量壓力。另外，奧地利gildmeister公司、英國redt公司、印度deya公司等也將在近期推出多個(gè)全釩液流電池項(xiàng)目。
另外，液流電池的另一個(gè)成員——鋅/溴液流電池，在zbb、primuspower、premiumpower、redflow和安徽美能、百能匯通等企業(yè)的努力下，在技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用上也取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。
臥牛石風(fēng)電場(chǎng)液流電池儲(chǔ)能項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)
主導(dǎo)國際標(biāo)準(zhǔn)贏得市場(chǎng)先機(jī)
所謂產(chǎn)業(yè)發(fā)展、標(biāo)準(zhǔn)先行，中科院大連化學(xué)物理研究所研究員張華民充分認(rèn)識(shí)到標(biāo)準(zhǔn)的重要性，在引領(lǐng)國內(nèi)外液流電池技術(shù)發(fā)展的同時(shí)，也積極推進(jìn)國內(nèi)外液流電池技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化。早在2009年初，張華民與電器工業(yè)協(xié)會(huì)聯(lián)合，開始籌備液流電池標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)。到2012年，國家能源局正式批準(zhǔn)成立能源行業(yè)液流電池標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)（編號(hào)nea/tc23），現(xiàn)已制定了全釩液流電池術(shù)語、關(guān)鍵材料測(cè)試方法及電池系統(tǒng)通用技術(shù)條件等4項(xiàng)國家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)并發(fā)布實(shí)施，為我國液流電池研發(fā)單位及生產(chǎn)廠商提供了統(tǒng)一的檢測(cè)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范液流電池市場(chǎng)。2013年初，經(jīng)多次努力，推動(dòng)國際電工委員會(huì)（iec）成立了液流電池工作組，并提議啟動(dòng)液流電池術(shù)語、通用技術(shù)條件和安全三項(xiàng)行業(yè)急需的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)的制定。
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