近日，我國首個大容量鈉離子電池儲能電站——伏林鈉離子電池儲能電站在廣西南寧投運。這是國家重點研發(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，裝機規(guī)模為2.5兆瓦/10兆瓦時。
該電站由南方電網(wǎng)廣西電網(wǎng)公司投資建設(shè)，本期投產(chǎn)規(guī)模為十兆瓦時。項目整體建成規(guī)模將達到百兆瓦時，每年能發(fā)出清潔電能7300萬度，相應(yīng)減少二氧化碳排放5萬噸，滿足3.5萬居民用戶的用電需求。
相對于鋰離子電池儲能，“親兄弟”鈉離子電池儲能原材料儲量豐富、易于提取、成本低廉，低溫條件下性能更好，在大規(guī)模儲能方面具有明顯優(yōu)勢?！扳c離子電池儲能進入規(guī)?；l(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，是推動新型儲能經(jīng)濟應(yīng)用的重要技術(shù)方向”，全國電力儲能標準化技術(shù)委員會副秘書長、南方電網(wǎng)戰(zhàn)略級技術(shù)專家陳滿表示。
盡管我國在鈉離子電池產(chǎn)品研發(fā)制造、標準制定以及市場推廣應(yīng)用等方面的工作已經(jīng)全面展開，但把鈉離子電池技術(shù)運用于大容量儲能電站國際上還沒有先例。
2022年11月，廣西電網(wǎng)公司聯(lián)合南網(wǎng)儲能公司、中國科學(xué)院物理研究所、中科海鈉科技有限責(zé)任公司等多家單位組成的項目團隊，正式啟動了國家重點研發(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”研究攻關(guān)任務(wù)?！拔覀儑@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系統(tǒng)集成技術(shù)”，項目負責(zé)人、南方電網(wǎng)廣西電網(wǎng)公司創(chuàng)新部副主任高立克介紹。
高性能電芯是整套鈉離子電池儲能系統(tǒng)的基礎(chǔ)單元。經(jīng)過長達一年半的研究，項目團隊研制出了全球首款長壽命、寬溫區(qū)、高安全 210安時鈉離子儲能電池?！皬男阅芸?，我們這種鈉離子電池具有工作溫區(qū)寬、快充和倍率性好等優(yōu)點，12分鐘可以充電90%”，中國科學(xué)院物理研究所研究員胡勇勝介紹。
作為項目的主要技術(shù)參與方，南網(wǎng)儲能公司儲能科研院在鋰電池儲能的系統(tǒng)集成和安全防控等領(lǐng)域有著較為豐富的研究經(jīng)驗，承擔(dān)了國家重點研發(fā)計劃“鋰離子電池儲能系統(tǒng)全壽命周期應(yīng)用安全技術(shù)”?！半m然鈉電和鋰電的反應(yīng)原理相似，但要結(jié)合鈉電充放電特性研制出成套儲能系統(tǒng)，卻需要攻克很多新的難題”，南網(wǎng)儲能公司技術(shù)專家李勇琦感慨地說到。
△工程建設(shè)期，南網(wǎng)儲能公司儲能科研院“鈉離子電池儲能系統(tǒng)研制攻堅”黨員突擊隊成員合影留念
以系統(tǒng)集成為例，項目團隊創(chuàng)新采用了基于鈉離子電池寬電壓的分散式儲能架構(gòu)，整套系統(tǒng)一體集成了88個模塊化變流器，實現(xiàn)與電池簇的“一一對應(yīng)”，而傳統(tǒng)鋰電分散式架構(gòu)的儲能系統(tǒng)僅需集成40多個變流器即可。變流器數(shù)量成倍增長直接目的是提高容量可用率和能量轉(zhuǎn)換效率。這套鈉電池儲能系統(tǒng)的能量整體轉(zhuǎn)換效率超過92%，鋰電池一般低于90%，有望與鋰電池形成互補和有效替代，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。
而在安全防控方面，團隊開發(fā)了液冷系統(tǒng)熱管理策略以及模組級熱阻隔、高效滅火等鈉離子電池儲能系統(tǒng)成套火災(zāi)防控技術(shù)。
整套系統(tǒng)的22000多個鈉電池單體的溫度差控制在3攝氏度以內(nèi)。運用兼?zhèn)渖岷蜔崾Э刈韪舻牟ＡЮw維氣凝膠作為電芯間的熱阻隔材料后，可將電池單體熱失控蔓延時間由30分鐘延長至2小時，足足延長至4倍，大大提升了電池模塊的安全性。
而團隊研發(fā)的液氮高效滅火、降溫、抗復(fù)燃技術(shù)，能夠在5秒內(nèi)撲滅電池初期火災(zāi)，做到24小時不復(fù)燃不爆炸?！爱?dāng)前鋰電和鈉電儲能技術(shù)之間的互促提升特征明顯，這套鈉離子電池儲能系統(tǒng)研究實用的液氮高效滅火、降溫、抗復(fù)燃技術(shù)由鋰離子電池儲能系統(tǒng)全壽命周期應(yīng)用安全技術(shù)轉(zhuǎn)化應(yīng)用，在鋰電、鈉電儲能系統(tǒng)同步首次工程應(yīng)用”，李勇琦表示。
2024年1月28日，由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)合會鑒定委員會對項目成果作出評審鑒定：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。
