電動載人汽車、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)一個關(guān)鍵產(chǎn)業(yè)：新型儲能。
伏林鈉離子電池儲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)，是實現(xiàn)電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的重要保障。
在新型儲能領(lǐng)域，不同技術(shù)呈現(xiàn)多元化發(fā)展，為產(chǎn)業(yè)升級注入新動能。5月11日，伏林鈉離子電池儲能電站(以下簡稱“電站”)在廣西南寧建成投運，這是國內(nèi)首次將鈉離子電池技術(shù)應(yīng)用于大容量儲能電站，是我國鈉離子電池儲能技術(shù)首次規(guī)模化應(yīng)用。
電站由廣西電網(wǎng)公司投資建設(shè)，是國家重點研發(fā)計劃“百兆瓦時級鈉離子電池儲能技術(shù)”項目示范工程的一期工程。團隊依托國家重點研發(fā)計劃項目，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產(chǎn)權(quán)的鈉離子電池制備及儲能系統(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能技術(shù)項目團隊如何創(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。
開啟新型儲能新賽道
走進伏林鈉離子電池儲能電站，仿佛來到一座戶外倉庫，一臺臺白色的“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)模儲能方面優(yōu)勢明顯，有望應(yīng)用于大規(guī)模電化學(xué)儲能、電動汽車、工程機械等領(lǐng)域。”南方電網(wǎng)儲能公司技術(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，全國已建成投運新型儲能項目累計裝機規(guī)模達(dá)3530萬千瓦/7768萬千瓦時，較2023年一季度末增長超過210%;我國已建成投運的新型儲能項目中，鋰離子電池儲能占比超過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算機、通信和消費類電子產(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下得到快速發(fā)展。
近年來，儲能和電動汽車快速發(fā)展，鋰離子電池存在關(guān)鍵材料進口依賴度較高、資源短缺等問題，難以支撐我國新型儲能產(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能形成互補和有效替代的新材料。
鼓勵新型儲能技術(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，新型儲能需求為鈉離子電池發(fā)展提供了空間：儲能領(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，推動鈉離子電池儲能技術(shù)發(fā)展的政策陸續(xù)出臺。
2022年11月，廣西電網(wǎng)公司承擔(dān)了國家重點研發(fā)計劃項目子課題“百兆瓦時級鈉離子電池儲能系統(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目團隊進行攻關(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。“項目團隊重點關(guān)注鈉離子電池?zé)崾Э靥匦约鞍踩揽兀绾伪Ｕ想姵啬K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)燃是該項目的重大難題。”
而高安全性，只是項目團隊面臨研發(fā)挑戰(zhàn)之一。高立克介紹，鈉離子電池儲能技術(shù)的難點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)。
以鈉離子電池儲能系統(tǒng)效率提升為例，由于鈉離子電池獨有特性及系統(tǒng)集成經(jīng)驗的缺乏，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)軍級技術(shù)專家唐彬博士介紹，項目組運用了新的儲能變流技術(shù)、智能溫控技術(shù)和安全防控技術(shù)，讓該鈉離子電池儲能系統(tǒng)能夠在實現(xiàn)能量整體轉(zhuǎn)換效率超過92%的同時，22000多個電池溫差不超過3攝氏度，轉(zhuǎn)換效率、安全性等多項關(guān)鍵指標(biāo)優(yōu)于同類鋰離子電池儲能系統(tǒng)。
經(jīng)過一年多的研究，項目團隊研制了全國首款210安時長壽命、寬溫區(qū)、高安全性的鈉離子儲能電池，研制了國內(nèi)首套十兆瓦時鈉離子電池儲能系統(tǒng)，并運用這些技術(shù)建設(shè)了全國首座電力儲能用鈉離子電池儲能電站——伏林鈉離子電池儲能電站，形成了從材料—電池單體—儲能系統(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械工業(yè)聯(lián)合會鑒定委員會評審鑒定：該項目團隊研制的“十兆瓦時電力儲能電站用鈉離子電池儲能系統(tǒng)”整體技術(shù)處于國際領(lǐng)先水平。
儲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)儲存的1萬千瓦時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。
電站順利投運為鈉離子儲能技術(shù)大范圍應(yīng)用提供了實證支撐。“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能技術(shù)在工商業(yè)、分布式儲能領(lǐng)域應(yīng)用的重要參考。”高立克介紹，儲能系統(tǒng)還可以靈活地進行模塊化組合擴展，就像搭積木，積木越多規(guī)模越大，該系統(tǒng)通過模塊化組合擴展，可以達(dá)到百兆瓦時級以上規(guī)模。
中國工程院院士陳立泉表示：“目前新型儲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，將來肯定會有很大的經(jīng)濟效益。”
“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，可推動實現(xiàn)大規(guī)模風(fēng)電、光伏發(fā)電經(jīng)濟并網(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)儲能技術(shù)，和其他儲能技術(shù)一起，加快我國新型儲能電站向集中式大型化趨勢發(fā)展，促進新能源大規(guī)模、高比例消納。
“鈉離子電池儲能進入規(guī)模化發(fā)展階段，成本造價可降低20%至30%，在充分改進電池結(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，約為目前鋰離子度電成本的50%，是推動新型儲能經(jīng)濟應(yīng)用的重要技術(shù)方向。”全國電力儲能標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會副秘書長、南方電網(wǎng)戰(zhàn)略級技術(shù)專家陳滿介紹。
“我們還會進一步研發(fā)更低成本、更高性能的鈉離子電池儲能系統(tǒng)，聯(lián)合上下游企業(yè)，推動形成鈉離子電池儲能產(chǎn)業(yè)鏈。”高立克說。
南網(wǎng)報記者 劉文慧 劉德欣 通訊員 陳欽榮 黃昉 梁磊 易春芳
作者：劉文慧 劉德欣
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