從外觀看，液流電池儲能系統(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。

1.功率和容量相互獨立，輸出功率由電池模塊的大小和數(shù)量決定，儲能容量由電解液的濃度和體積決定，故可實現(xiàn)功率與容量的獨立設(shè)計；

2.能量轉(zhuǎn)化效率高，啟動速度快；

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。其中，全釩液流電池正負(fù)極活性物質(zhì)都是釩離子，只是價態(tài)不同，具有更安全、壽命更長、效率更高的優(yōu)勢，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，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

在實踐考驗中成長起來的液流電池

液流電池發(fā)展至今，實施的各類項目有百余項，累計裝機(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、用各個環(huán)節(jié)。液流電池的發(fā)展歷經(jīng)了從實驗室到企業(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—儲或光—儲方式，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、大連融科儲能技術(shù)發(fā)展有限公司（以下簡稱融科儲能）、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)?？稍偕茉窗l(fā)電技術(shù)發(fā)展，百千瓦級到兆瓦級的電池系統(tǒng)的設(shè)計技術(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集團(tuán)在能源領(lǐng)域的經(jīng)濟(jì)增長點。在2005年建立了4兆瓦/6兆瓦時全釩液流電池儲能系統(tǒng)，這是國際上首套兆瓦級全釩液流電池儲能系統(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)頻的示范驗證實驗。該系統(tǒng)運行了3年時間，最為頻繁的電堆的充放電循環(huán)達(dá)到27萬次。該項目充分驗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，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/5兆瓦時全釩液流電池儲能系統(tǒng)構(gòu)成的并與外部商業(yè)電網(wǎng)連接的電站。可以實現(xiàn)：調(diào)節(jié)電網(wǎng)對工廠供電量；提高受天氣影響的cpv的供電穩(wěn)定性，實現(xiàn)太陽能發(fā)電的有計劃使用；對于橫濱制作所內(nèi)的削峰填谷運作以及事先制定用電計劃，隨著電力負(fù)載的變化對放電量進(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能技術(shù)進(jìn)入快速發(fā)展時期。在市場的驅(qū)動力作用下，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)品化和市場化為目標(biāo)的新興企業(yè)，如最具代表性的融科儲能。

融科儲能與大連化物所堅持緊密的產(chǎn)學(xué)研合作模式，2012年，設(shè)計集成出當(dāng)前全球最大規(guī)模的5兆瓦/10兆瓦時全釩液流電池系統(tǒng)，并在龍源電力股份有限公司位于遼寧省沈陽市法庫縣臥牛石風(fēng)電場（50兆瓦）實施商業(yè)應(yīng)用。該系統(tǒng)已穩(wěn)定運行一年半時間，運行效果得到電網(wǎng)公司、新能源運營商以及國內(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，示范工程的建設(shè)和應(yīng)用證明了兆瓦級全釩液流電池儲能系統(tǒng)技術(shù)的成熟，開啟了大規(guī)模全釩液流電池儲能商業(yè)應(yīng)用的新篇章。

此后，融科儲能相繼又實施了位于錦州的風(fēng)電并網(wǎng)用3兆瓦/6兆瓦時儲能項目和國電和風(fēng)2兆瓦/4兆瓦時儲能項目，這些項目不僅能實現(xiàn)風(fēng)電的穩(wěn)定輸出和調(diào)度的可控性，而且豐富了儲能的多種有益價值，包括節(jié)能降耗、黑啟動、孤島運行、諧波處理等，為用戶帶來更多收益，是探索儲能商業(yè)模式的重要案例。

在項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)量的液流電池項目進(jìn)入電力市場。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全釩液流電池項目。

另外，液流電池的另一個成員——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)用上也取得實質(zhì)性進(jìn)展。

臥牛石風(fēng)電場液流電池儲能項目現(xiàn)場

主導(dǎo)國際標(biāo)準(zhǔn)贏得市場先機(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，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)會聯(lián)合，開始籌備液流電池標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會。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（編號nea/tc23），現(xiàn)已制定了全釩液流電池術(shù)語、關(guān)鍵材料測試方法及電池系統(tǒng)通用技術(shù)條件等4項國家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)并發(fā)布實施，為我國液流電池研發(fā)單位及生產(chǎn)廠商提供了統(tǒng)一的檢測評價標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范液流電池市場。2013年初，經(jīng)多次努力，推動國際電工委員會（iec）成立了液流電池工作組，并提議啟動液流電池術(shù)語、通用技術(shù)條件和安全三項行業(yè)急需的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)的制定。