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南方电网破局新型储能 全国首个钠离子电池储能电站投运,“钠”有望成为成本最低电化学储能技术

来源: 南方电网报    更新: 2024-05-31    浏览: 171    字体:

  电动载人汽车、锂电池、太阳能电池已成为外贸新三样2024年一季度,这三类产品合计出口增长66.9%,占我国出口总值比重达到4.7%。它们关联一个关键产业:新型储能。

  新型储能作为支撑新能源发挥主体电源作用的关键技术,是实现电力系统安全稳定运行的重要保障。

  在新型储能领域,不同技术呈现多元化发展,为产业升级注入新动能。511日,伏林钠离子电池储能电站(以下简称电站)在广西南宁建成投运,这是国内首次将钠离子电池技术应用于大容量储能电站,是我国钠离子电池储能技术首次规模化应用。

  电站由广西电网公司投资建设,是国家重点研发计划百兆瓦时级钠离子电池储能技术项目示范工程的一期工程。团队依托国家重点研发计划项目,围绕高性能电芯规模制备、系统集成和安全防控等关键技术开展攻关,形成了具有自主知识产权的钠离子电池制备及储能系统集成技术。

  近日,记者来到电站现场,深入了解钠离子电池储能技术项目团队如何创新突破,摸索出新技术新路径,未来又有哪些应用场景。

  开启新型储能新赛道

  走进伏林钠离子电池储能电站,仿佛来到一座户外仓库,一台台白色的集装箱整齐排放,这些正是电站的电池舱、变流器舱和升压舱。

  作为新型储能技术之一的钠离子电池近年来受到国内外广泛关注。钠离子电池原材料储量丰富、易于提取、成本低廉、低温性能好,能量转换效率超过锂电池,在大规模储能方面优势明显,有望应用于大规模电化学储能、电动汽车、工程机械等领域。南方电网储能公司技术专家李勇琦表示。

  国家能源局数据显示,截至2024年一季度末,全国已建成投运新型储能项目累计装机规模达3530万千瓦/7768万千瓦时,较2023年一季度末增长超过210%;我国已建成投运的新型储能项目中,锂离子电池储能占比超过95%

  据了解,锂离子电池和钠离子电池都是在上世纪70年代发现的可充电电池,早期的市场需求主要集中在计算机、通信和消费类电子产品。但由于能量密度高等特性,锂离子电池在市场需求的推动下得到快速发展。

  近年来,储能和电动汽车快速发展,锂离子电池存在关键材料进口依赖度较高、资源短缺等问题,难以支撑我国新型储能产业可持续快速发展,产业急需能与锂离子电池储能形成互补和有效替代的新材料。

  鼓励新型储能技术多元化发展,有利于产业可持续发展,助力新型电力系统建设,保障国家能源安全。

  随着新型电力系统发展,新型储能需求为钠离子电池发展提供了空间:储能领域对能量密度敏感度较低,出于对资源的可持续性和成本的考虑,钠离子电池重新受到关注,推动钠离子电池储能技术发展的政策陆续出台。

  202211月,广西电网公司承担了国家重点研发计划项目子课题百兆瓦时级钠离子电池储能系统集成技术及应用示范研究任务,联合中国科学院物理研究所、南方电网储能股份有限公司、中科海钠科技有限责任公司等多家单位组成项目团队进行攻关。

  攻克安全能效两大难题

  电池的安全问题一直备受关注,万一钠离子电池储能电站发生火灾,该用哪种灭火剂?记者提出这样的疑问。

  广西电网公司创新管理部副总经理高立克从容给出答案:全氟己酮。

  要给出这个答案并不容易。高立克介绍,此前钠离子电池大规模应用产热性能和火灾危险性不明,不同灭火剂对钠离子电池火灾的抑制效果及系统灭火和防爆方案空白。项目团队重点关注钠离子电池热失控特性及安全防控,如何保障电池模块间、电池簇间不发生热失控,如何有效预防火灾,如何灭火及抑制复燃是该项目的重大难题。

  而高安全性,只是项目团队面临研发挑战之一。高立克介绍,钠离子电池储能技术的难点在于兼顾高能量密度、长循环寿命、低成本和高安全性的电池的开发和规模化制造技术,同时需要开发与之理化性能相适应的系统集成技术和安全防控技术。

  以钠离子电池储能系统效率提升为例,由于钠离子电池独有特性及系统集成经验的缺乏,如何通过热管理策略优化、电池管理优化、一体化监控及协调控制等协同提升其效率成为关键。广西电力科学研究院领军级技术专家唐彬博士介绍,项目组运用了新的储能变流技术、智能温控技术和安全防控技术,让该钠离子电池储能系统能够在实现能量整体转换效率超过92%的同时,22000多个电池温差不超过3摄氏度,转换效率、安全性等多项关键指标优于同类锂离子电池储能系统。

  经过一年多的研究,项目团队研制了全国首款210安时长寿命、宽温区、高安全性的钠离子储能电池,研制了国内首套十兆瓦时钠离子电池储能系统,并运用这些技术建设了全国首座电力储能用钠离子电池储能电站——伏林钠离子电池储能电站,形成了从材料电池单体储能系统工程建设的成套解决方案。

  2024128日,经中国工程院蒋剑春院士,中国科学院程时杰院士、张跃院士、欧盟科学院孙金华院士等专家组成的中国机械工业联合会鉴定委员会评审鉴定:该项目团队研制的十兆瓦时电力储能电站用钠离子电池储能系统整体技术处于国际领先水平。

  储能成本约为锂的一半

  在电站的主控楼里,随着调度系统发出放电指令,调度大屏幕显示,电池舱内储存的1万千瓦时新能源电量正在通过输电线路送向用电客户。广西电网公司南宁供电局高级工程师罗传胜介绍,电站一次完整的充放过程,大约能满足1500户家庭一天的用电需求。

  电站顺利投运为钠离子储能技术大范围应用提供了实证支撑。研发的钠离子电池材料体系、系统集成技术和安全防控技术可以作为钠离子电池储能技术在工商业、分布式储能领域应用的重要参考。高立克介绍,储能系统还可以灵活地进行模块化组合扩展,就像搭积木,积木越多规模越大,该系统通过模块化组合扩展,可以达到百兆瓦时级以上规模。

  中国工程院院士陈立泉表示:目前新型储能装置里重要的装置就是锂离子电池和钠离子电池,钠电池现在发展趋势就是产业化,将来肯定会有很大的经济效益。

  由于钠离子电池与锂离子电池生产工艺类同,所以产业线转换成本相对较低,可推动实现大规模风电、光伏发电经济并网。中国科学院物理研究所研究员胡勇胜介绍。

  随着关键技术的突破,钠离子电池有望成为成本最低的电化学储能技术,和其他储能技术一起,加快我国新型储能电站向集中式大型化趋势发展,促进新能源大规模、高比例消纳。

  钠离子电池储能进入规模化发展阶段,成本造价可降低20%30%,在充分改进电池结构和工艺、提高材料利用率和循环寿命的前提下,度电成本可下探至0.2/千瓦时,约为目前锂离子度电成本的50%,是推动新型储能经济应用的重要技术方向。全国电力储能标准化技术委员会副秘书长、南方电网战略级技术专家陈满介绍。

  我们还会进一步研发更低成本、更高性能的钠离子电池储能系统,联合上下游企业,推动形成钠离子电池储能产业链。高立克说。


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