電動(dòng)載人汽車、鋰電池、太陽能電池已成為外貿(mào)“新三樣”，2024年一季度，這三類產(chǎn)品合計(jì)出口增長66.9%，占我國出口總值比重達(dá)到4.7%。它們關(guān)聯(lián)一個(gè)關(guān)鍵產(chǎn)業(yè)：新型儲(chǔ)能。
伏林鈉離子電池儲(chǔ)能電站工作人員正在仔細(xì)檢查滅火抑爆裝置。 馬華斌 攝
新型儲(chǔ)能作為支撐新能源發(fā)揮主體電源作用的關(guān)鍵技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要保障。
在新型儲(chǔ)能領(lǐng)域，不同技術(shù)呈現(xiàn)多元化發(fā)展，為產(chǎn)業(yè)升級(jí)注入新動(dòng)能。5月11日，伏林鈉離子電池儲(chǔ)能電站(以下簡稱“電站”)在廣西南寧建成投運(yùn)，這是國內(nèi)首次將鈉離子電池技術(shù)應(yīng)用于大容量儲(chǔ)能電站，是我國鈉離子電池儲(chǔ)能技術(shù)首次規(guī)?；瘧?yīng)用。
電站由廣西電網(wǎng)公司投資建設(shè)，是國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“百兆瓦時(shí)級(jí)鈉離子電池儲(chǔ)能技術(shù)”項(xiàng)目示范工程的一期工程。團(tuán)隊(duì)依托國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目，圍繞高性能電芯規(guī)模制備、系統(tǒng)集成和安全防控等關(guān)鍵技術(shù)開展攻關(guān)，形成了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的鈉離子電池制備及儲(chǔ)能系統(tǒng)集成技術(shù)。
近日，記者來到電站現(xiàn)場，深入了解鈉離子電池儲(chǔ)能技術(shù)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)如何創(chuàng)新突破，摸索出新技術(shù)新路徑，未來又有哪些應(yīng)用場景。
開啟新型儲(chǔ)能新賽道
走進(jìn)伏林鈉離子電池儲(chǔ)能電站，仿佛來到一座戶外倉庫，一臺(tái)臺(tái)白色的“集裝箱”整齊排放，這些正是電站的電池艙、變流器艙和升壓艙。
作為新型儲(chǔ)能技術(shù)之一的鈉離子電池近年來受到國內(nèi)外廣泛關(guān)注。“鈉離子電池原材料儲(chǔ)量豐富、易于提取、成本低廉、低溫性能好，能量轉(zhuǎn)換效率超過鋰電池，在大規(guī)模儲(chǔ)能方面優(yōu)勢明顯，有望應(yīng)用于大規(guī)模電化學(xué)儲(chǔ)能、電動(dòng)汽車、工程機(jī)械等領(lǐng)域。”南方電網(wǎng)儲(chǔ)能公司技術(shù)專家李勇琦表示。
國家能源局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，截至2024年一季度末，全國已建成投運(yùn)新型儲(chǔ)能項(xiàng)目累計(jì)裝機(jī)規(guī)模達(dá)3530萬千瓦/7768萬千瓦時(shí)，較2023年一季度末增長超過210%;我國已建成投運(yùn)的新型儲(chǔ)能項(xiàng)目中，鋰離子電池儲(chǔ)能占比超過95%。
據(jù)了解，鋰離子電池和鈉離子電池都是在上世紀(jì)70年代發(fā)現(xiàn)的可充電電池，早期的市場需求主要集中在計(jì)算機(jī)、通信和消費(fèi)類電子產(chǎn)品。但由于能量密度高等特性，鋰離子電池在市場需求的推動(dòng)下得到快速發(fā)展。
近年來，儲(chǔ)能和電動(dòng)汽車快速發(fā)展，鋰離子電池存在關(guān)鍵材料進(jìn)口依賴度較高、資源短缺等問題，難以支撐我國新型儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)可持續(xù)快速發(fā)展，產(chǎn)業(yè)急需能與鋰離子電池儲(chǔ)能形成互補(bǔ)和有效替代的新材料。
鼓勵(lì)新型儲(chǔ)能技術(shù)多元化發(fā)展，有利于產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，助力新型電力系統(tǒng)建設(shè)，保障國家能源安全。
隨著新型電力系統(tǒng)發(fā)展，新型儲(chǔ)能需求為鈉離子電池發(fā)展提供了空間：儲(chǔ)能領(lǐng)域?qū)δ芰棵芏让舾卸容^低，出于對資源的可持續(xù)性和成本的考慮，鈉離子電池重新受到關(guān)注，推動(dòng)鈉離子電池儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展的政策陸續(xù)出臺(tái)。
2022年11月，廣西電網(wǎng)公司承擔(dān)了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目子課題“百兆瓦時(shí)級(jí)鈉離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)集成技術(shù)及應(yīng)用示范”研究任務(wù)，聯(lián)合中國科學(xué)院物理研究所、南方電網(wǎng)儲(chǔ)能股份有限公司、中科海鈉科技有限責(zé)任公司等多家單位組成項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)進(jìn)行攻關(guān)。
攻克安全能效兩大難題
電池的安全問題一直備受關(guān)注，“萬一鈉離子電池儲(chǔ)能電站發(fā)生火災(zāi)，該用哪種滅火劑?”記者提出這樣的疑問。
廣西電網(wǎng)公司創(chuàng)新管理部副總經(jīng)理高立克從容給出答案：“全氟己酮。”
要給出這個(gè)答案并不容易。高立克介紹，此前鈉離子電池大規(guī)模應(yīng)用產(chǎn)熱性能和火災(zāi)危險(xiǎn)性不明，不同滅火劑對鈉離子電池火災(zāi)的抑制效果及系統(tǒng)滅火和防爆方案空白。“項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)重點(diǎn)關(guān)注鈉離子電池?zé)崾Э靥匦约鞍踩揽?，如何保障電池模塊間、電池簇間不發(fā)生熱失控，如何有效預(yù)防火災(zāi)，如何滅火及抑制復(fù)燃是該項(xiàng)目的重大難題。”
而高安全性，只是項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)面臨研發(fā)挑戰(zhàn)之一。高立克介紹，鈉離子電池儲(chǔ)能技術(shù)的難點(diǎn)在于兼顧高能量密度、長循環(huán)壽命、低成本和高安全性的電池的開發(fā)和規(guī)模化制造技術(shù)，同時(shí)需要開發(fā)與之理化性能相適應(yīng)的系統(tǒng)集成技術(shù)和安全防控技術(shù)。
以鈉離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)效率提升為例，由于鈉離子電池獨(dú)有特性及系統(tǒng)集成經(jīng)驗(yàn)的缺乏，如何通過熱管理策略優(yōu)化、電池管理優(yōu)化、一體化監(jiān)控及協(xié)調(diào)控制等協(xié)同提升其效率成為關(guān)鍵。廣西電力科學(xué)研究院領(lǐng)軍級(jí)技術(shù)專家唐彬博士介紹，項(xiàng)目組運(yùn)用了新的儲(chǔ)能變流技術(shù)、智能溫控技術(shù)和安全防控技術(shù)，讓該鈉離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠在實(shí)現(xiàn)能量整體轉(zhuǎn)換效率超過92%的同時(shí)，22000多個(gè)電池溫差不超過3攝氏度，轉(zhuǎn)換效率、安全性等多項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)優(yōu)于同類鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)。
經(jīng)過一年多的研究，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)研制了全國首款210安時(shí)長壽命、寬溫區(qū)、高安全性的鈉離子儲(chǔ)能電池，研制了國內(nèi)首套十兆瓦時(shí)鈉離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，并運(yùn)用這些技術(shù)建設(shè)了全國首座電力儲(chǔ)能用鈉離子電池儲(chǔ)能電站——伏林鈉離子電池儲(chǔ)能電站，形成了從材料—電池單體—儲(chǔ)能系統(tǒng)—工程建設(shè)的成套解決方案。
2024年1月28日，經(jīng)中國工程院蔣劍春院士，中國科學(xué)院程時(shí)杰院士、張躍院士、歐盟科學(xué)院孫金華院士等專家組成的中國機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會(huì)鑒定委員會(huì)評審鑒定：該項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)研制的“十兆瓦時(shí)電力儲(chǔ)能電站用鈉離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)”整體技術(shù)處于國際領(lǐng)先水平。
儲(chǔ)能成本約為鋰的一半
在電站的主控樓里，隨著調(diào)度系統(tǒng)發(fā)出放電指令，調(diào)度大屏幕顯示，電池艙內(nèi)儲(chǔ)存的1萬千瓦時(shí)新能源電量正在通過輸電線路送向用電客戶。廣西電網(wǎng)公司南寧供電局高級(jí)工程師羅傳勝介紹，電站一次完整的充放過程，大約能滿足1500戶家庭一天的用電需求。
電站順利投運(yùn)為鈉離子儲(chǔ)能技術(shù)大范圍應(yīng)用提供了實(shí)證支撐。“研發(fā)的鈉離子電池材料體系、系統(tǒng)集成技術(shù)和安全防控技術(shù)可以作為鈉離子電池儲(chǔ)能技術(shù)在工商業(yè)、分布式儲(chǔ)能領(lǐng)域應(yīng)用的重要參考。”高立克介紹，儲(chǔ)能系統(tǒng)還可以靈活地進(jìn)行模塊化組合擴(kuò)展，就像搭積木，積木越多規(guī)模越大，該系統(tǒng)通過模塊化組合擴(kuò)展，可以達(dá)到百兆瓦時(shí)級(jí)以上規(guī)模。
中國工程院院士陳立泉表示：“目前新型儲(chǔ)能裝置里重要的裝置就是鋰離子電池和鈉離子電池，鈉電池現(xiàn)在發(fā)展趨勢就是產(chǎn)業(yè)化，將來肯定會(huì)有很大的經(jīng)濟(jì)效益。”
“由于鈉離子電池與鋰離子電池生產(chǎn)工藝類同，所以產(chǎn)業(yè)線轉(zhuǎn)換成本相對較低，可推動(dòng)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模風(fēng)電、光伏發(fā)電經(jīng)濟(jì)并網(wǎng)。”中國科學(xué)院物理研究所研究員胡勇勝介紹。
隨著關(guān)鍵技術(shù)的突破，鈉離子電池有望成為成本最低的電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)，和其他儲(chǔ)能技術(shù)一起，加快我國新型儲(chǔ)能電站向集中式大型化趨勢發(fā)展，促進(jìn)新能源大規(guī)模、高比例消納。
“鈉離子電池儲(chǔ)能進(jìn)入規(guī)?；l(fā)展階段，成本造價(jià)可降低20%至30%，在充分改進(jìn)電池結(jié)構(gòu)和工藝、提高材料利用率和循環(huán)壽命的前提下，度電成本可下探至0.2元/千瓦時(shí)，約為目前鋰離子度電成本的50%，是推動(dòng)新型儲(chǔ)能經(jīng)濟(jì)應(yīng)用的重要技術(shù)方向。”全國電力儲(chǔ)能標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)副秘書長、南方電網(wǎng)戰(zhàn)略級(jí)技術(shù)專家陳滿介紹。
“我們還會(huì)進(jìn)一步研發(fā)更低成本、更高性能的鈉離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，聯(lián)合上下游企業(yè)，推動(dòng)形成鈉離子電池儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)鏈。”高立克說。
南網(wǎng)報(bào)記者 劉文慧 劉德欣 通訊員 陳欽榮 黃昉 梁磊 易春芳
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