近年來,鈉離子電池作為儲能領(lǐng)域“新晉選手”嶄露頭角,其具有原材料儲量豐富、易于提取、成本低廉、自主可控等優(yōu)勢,有望與鋰離子電池在儲能等領(lǐng)域形成互補。今年5月,全國首座大容量鈉離子電池儲能電站在廣西建成投運,標(biāo)志著鈉離子電池大規(guī)模儲能工程技術(shù)取得關(guān)鍵性突破,鈉離子電池規(guī)?;瘧?yīng)用或步入“快車道”。
大規(guī)模儲能工程技術(shù)取得突破
在廣西南寧市武鳴區(qū),剛投入使用“滿月”的伏林鈉離子電池儲能電站坐落在綠野之中。從空中俯瞰,電池艙、儲能變流艙、升壓艙等組成白綠格子方陣。電站主控樓里,技術(shù)人員通過電子大屏可實時監(jiān)控儲能電站運行情況,電池總?cè)萘俊㈦姵亟】刀取⒊浞烹姷男阅苤笜?biāo),以及頻率、電壓、有功功率等實時參數(shù)清晰可見。
近年來,隨著新能源裝機容量占比持續(xù)提升,風(fēng)電、光伏等新能源發(fā)電方式具有間歇性,電力調(diào)峰壓力不斷增大,對于引入新型儲能作為靈活性調(diào)節(jié)資源的需求十分迫切。伏林鈉離子電池儲能電站投運后,有效提升了電力系統(tǒng)對新能源的消納能力。
南方電網(wǎng)廣西南寧供電局高級工程師羅傳勝告訴記者,該儲能電站8小時能完成一次充放電,可通過相連的線路,智能化參與電力調(diào)峰,實現(xiàn)靈活存儲和釋放新能源電量,起到電網(wǎng)安全運行的“穩(wěn)定器”“調(diào)節(jié)器”作用。
業(yè)內(nèi)人士介紹,盡管鈉離子電池工作原理、生產(chǎn)工藝與鋰離子電池類似,并兼具高性能、高安全、長壽命、寬溫區(qū)、高功率等優(yōu)勢,但要把鈉離子電池技術(shù)應(yīng)用于大容量儲能電站,仍需要攻克很多新難題。
“主要是電池技術(shù)、系統(tǒng)集成和安全防控三方面的技術(shù)難題。”南方電網(wǎng)廣西電網(wǎng)公司創(chuàng)新管理部副總經(jīng)理高立克說,一是要在高性能材料和電芯規(guī)模制備上取得突破,二是要研發(fā)出完全適用于大容量鈉離子電池電熱特性的儲能系統(tǒng)集成技術(shù),三是大容量鈉離子電池儲能成套火災(zāi)防控技術(shù)。
經(jīng)過技術(shù)攻關(guān),項目團隊研制出210安時容量、長壽命、寬溫區(qū)、高安全性的鈉離子儲能電池,以及國內(nèi)首套十兆瓦時鈉離子電池儲能系統(tǒng),并應(yīng)用于伏林鈉離子電池儲能電站,形成從“材料—電池單體—儲能系統(tǒng)—工程建設(shè)”的成套解決方案。項目團隊共獲得26項發(fā)明專利,填補了鈉離子電池材料、鈉離子電池集成技術(shù)以及鈉離子電池儲能安全防控技術(shù)三方面的空白。
成本優(yōu)勢尚未凸顯 上下游產(chǎn)業(yè)鏈待完善
業(yè)內(nèi)人士認為,隨著關(guān)鍵技術(shù)的突破,鈉離子電池儲能有望成為成本最低的電化學(xué)儲能技術(shù),發(fā)展前景可期。但其作為一項新型儲能技術(shù),距離真正規(guī)?;瘧?yīng)用還有較長一段路要走。
記者了解到,鈉離子電池和鋰離子電池都是20世紀(jì)70年代發(fā)現(xiàn)的可充電電池,但早期市場需求主要集中在3C產(chǎn)品,對電池能量密度要求高,在這方面更具優(yōu)勢的鋰離子電池率先得到快速發(fā)展。出于對資源的可持續(xù)性和成本的考慮,鈉離子電池近幾年才重新受到學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的廣泛關(guān)注。
目前鈉離子電池在儲能領(lǐng)域的應(yīng)用,在性能和成本方面還需對標(biāo)鋰離子電池,進一步提升技術(shù)經(jīng)濟性。在性能層面,鈉離子電池能量密度偏低,技術(shù)成熟度有待提高;在成本層面,隨著鋰價下行,鈉離子電池的綜合成本優(yōu)勢需要進一步挖掘。
“當(dāng)前鈉離子電池的能量密度較磷酸鐵鋰電池低20%左右。我們要在保證安全性能的前提下,進一步加大研發(fā)力度,提高鈉離子電池的能量密度,從而降低其制造成本和系統(tǒng)成本。”高立克說,隨著技術(shù)逐步成熟,鈉離子電池的能量密度提升速度很快,預(yù)計將會在一至兩年內(nèi)追平鋰離子電池。
發(fā)揮鈉離子電池的成本優(yōu)勢,需要以大規(guī)模量產(chǎn)為前提。中國科學(xué)院院士、清華大學(xué)化學(xué)系教授李景虹說,盡管鈉離子電池原材料豐富且成本低廉,但現(xiàn)在整體產(chǎn)量較小,配套的原材料、制造過程、應(yīng)用技術(shù)配套等成本都較高,導(dǎo)致其實際生產(chǎn)成本較當(dāng)前的鋰電子電池偏高。
多名受訪人士表示,雖然當(dāng)前我國鈉離子電池已取得一定領(lǐng)先地位,但總體上仍處于產(chǎn)業(yè)化初期階段,其技術(shù)路線和市場定位未明確,市場認同度和接納度有待提升,形成上下游產(chǎn)業(yè)鏈還需要一定的時間。但對于行業(yè)而言,鈉離子電池與鋰離子電池在使用上可以通用互換,制造上可以與鋰離子電池共線,產(chǎn)業(yè)線轉(zhuǎn)換成本相對較低。
推進鈉離子電池產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展
受訪人士認為,新型儲能行業(yè)的發(fā)展需要政府、企業(yè)和社會等各方面的共同努力和支持。應(yīng)通過綜合施策,圍繞難點協(xié)同創(chuàng)新,加快鈉離子電池儲能等新型儲能技術(shù)的創(chuàng)新和應(yīng)用,為促進新能源大規(guī)模、高比例消納,構(gòu)建新型電力系統(tǒng)和新型能源體系、助推實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)提供有力支撐。
中關(guān)村儲能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟副秘書長李臻建議,鈉離子電池在正負極材料、電解液、電芯生產(chǎn)、電池集成等關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié),需要國家持續(xù)重點支持,保持我國在鈉離子電池技術(shù)方面先進性的同時,針對鈉離子電池不同的技術(shù)路線給予支持,推動不同規(guī)模、不同場景的示范應(yīng)用,加快技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展,推動集成應(yīng)用。
推動產(chǎn)業(yè)化需要建立完整的儲能產(chǎn)業(yè)鏈,對此,高立克建議,加強鈉離子電池儲能企業(yè)與電力、能源、交通等產(chǎn)業(yè)協(xié)同發(fā)展,實現(xiàn)儲能技術(shù)的多元化應(yīng)用,通過技術(shù)創(chuàng)新和規(guī)模效應(yīng),降低新型儲能技術(shù)的成本,提高經(jīng)濟性。
李景虹認為,應(yīng)打造鈉離子電池儲能產(chǎn)業(yè)集群,支持產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)加強協(xié)同合作,推動產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)化升級,解決規(guī)模較小和產(chǎn)業(yè)鏈不完善導(dǎo)致的成本問題,提高產(chǎn)業(yè)鏈整體競爭力。同時,加強鈉離子電池技術(shù)開發(fā)與產(chǎn)業(yè)應(yīng)用之間的銜接,解決鈉離子電池上下游應(yīng)用脫節(jié)、技術(shù)配套不完善的問題。
當(dāng)前,鈉離子電池產(chǎn)業(yè)還處于發(fā)展初期,為長遠發(fā)展考慮,李臻、高立克等人建議,制定鈉離子電池等新型儲能技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、質(zhì)量規(guī)范,建立產(chǎn)品測試認證體系,促進產(chǎn)業(yè)鏈下游的規(guī)模化應(yīng)用,推動行業(yè)高質(zhì)量規(guī)范發(fā)展。同時,指導(dǎo)電力企業(yè)開展鈉離子電池儲能電站全生命周期的監(jiān)督和管理。此外,完善相關(guān)法律法規(guī),明確新型儲能技術(shù)的準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)、安全要求和監(jiān)管機制,保障鈉離子電池儲能技術(shù)的可靠性和安全性。
來源: 經(jīng)濟參考報 記者 陳一帆 徐海濤
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