5月11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。這是國家重點研發計劃“百兆瓦時級鈉離子電池儲能技術”項目示范工程的一期工程，裝機規模為2.5兆瓦/10兆瓦時。工程的投產標志著鈉離子電池大規模儲能工程技術研制取得關鍵性突破，我國新型儲能發展開啟了鈉離子電池技術新紀元。

　　從鋰到鈉

　　電力儲能落地新技術路線

　　在南寧市武鳴區，投運已28年的伏林變電站迎來了“新鄰居”。穿過變電站的設備區域，進入鈉離子電池儲能電站，2排看似“彩色集裝箱”的電池艙和變流器艙整齊排列，與右側墻壁涂有綠色元素繪畫的3層中控大樓相映矗立。而這片占地僅10余畝的儲能裝置投入運行后，我國具有完全自主知識產權的大容量鈉離子儲能技術也實現了在電力工程的首次應用。
 

　　在電站中控樓里，技術人員正在通過電子大屏實時監控剛投產的儲能電站運行情況。“本期投產規模為十兆瓦時，項目整體建成規模將達到百兆瓦時。通過大屏，我們可以看到儲能電站運行設備的實時參數，通過相連的線路，儲能電站可以智能化參與電力調峰，實現靈活存儲和釋放新能源電量，把清潔電力送到千家萬戶”，南方電網廣西電網公司南寧供電局高級工程師羅傳勝介紹。

　　該電站由南方電網廣西電網公司投資建設，本期投產規模為十兆瓦時。項目整體建成規模將達到百兆瓦時，每年能發出清潔電能7300萬度，相應減少二氧化碳排放5萬噸，滿足3.5萬居民用戶的用電需求。

　　當前，我國正加快推動新型儲能多元化高質量發展，在產業規模化增長的同時，新技術不斷涌現，技術路線“百花齊放”。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模達到3530萬千瓦。其中，以鋰電池為代表的電化學儲能占比超過95%，處于絕對主導地位。然而，鋰離子電池原材料依賴進口、資源短缺，難以支撐我國新型儲能產業可持續快速發展，能與鋰電池儲能形成互補和有效替代的新材料需求迫切。

　　據了解，鈉離子電池與鋰離子電池具有相似的電化學機理，都是通過陽離子在正負極之間的可逆脫出和嵌入實現能量的存儲和釋放。兩種電池的負極都是碳材料，不同的是，鋰離子電池的正極材料含有鋰離子，而鈉離子電池的正極材料含有鈉離子。充電時，鈉離子從電池正極脫出，經電解液和隔膜進入負極，正極電勢升高，負極電勢降低，把能量儲存到電池中;放電時，鈉離子運動方向與充電過程相反，正極電勢降低，負極電勢升高，把電池中的能量釋放到電力系統。

　　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，在大規模儲能方面具有明顯優勢。“鈉離子電池儲能進入規模化發展階段，成本造價可降低20%至30%，在充分改進電池結構和工藝、提高材料利用率和循環壽命的前提下，度電成本可下探至0.2元/千瓦時，是推動新型儲能經濟應用的重要技術方向”，全國電力儲能標準化技術委員會副秘書長、南方電網戰略級技術專家陳滿表示。

　　從技術研究到工程應用

　　攻關成果實現產業化落地

　　盡管我國在鈉離子電池產品研發制造、標準制定以及市場推廣應用等方面的工作已經全面展開，但把鈉離子電池技術運用于大容量儲能電站國際上還沒有先例。

　　2022年11月，廣西電網公司聯合南網儲能公司、中國科學院物理研究所、中科海鈉科技有限責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計劃項目子課題“百兆瓦時級鈉離子電池儲能系統集成技術及應用示范”研究攻關任務。“我們圍繞高性能電芯規模制備、系統集成和安全防控等關鍵技術開展攻關，形成了具有自主知識產權的鈉離子電池制備及系統集成技術”，項目負責人、南方電網廣西電網公司創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的基礎單元。經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、高安全 210安時鈉離子儲能電池。“從性能看，我們這種鈉離子電池具有工作溫區寬、快充和倍率性好等優點，12分鐘可以充電90%”，中國科學院物理研究所研究員胡勇勝介紹。

　　作為項目的主要技術參與方，南網儲能公司儲能科研院在鋰電池儲能的系統集成和安全防控等領域有著較為豐富的研究經驗，承擔了國家重點研發計劃“鋰離子電池儲能系統全壽命周期應用安全技術”。“雖然鈉電和鋰電的反應原理相似，但要結合鈉電充放電特性研制出成套儲能系統，卻需要攻克很多新的難題”，南網儲能公司技術專家李勇琦感慨地說到。

　　以系統集成為例，項目團隊創新采用了基于鈉離子電池寬電壓的分散式儲能架構，整套系統一體集成了88個模塊化變流器，實現與電池簇的“一一對應”，而傳統鋰電分散式架構的儲能系統僅需集成40多個變流器即可。變流器數量成倍增長直接目的是提高容量可用率和能量轉換效率。這套鈉電池儲能系統的能量整體轉換效率超過92%，鋰電池一般低于90%，有望與鋰電池形成互補和有效替代，應用于大規模電化學儲能、電動汽車、工程機械等領域。

　　而在安全防控方面，團隊開發了液冷系統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成套火災防控技術。整套系統的22000多個鈉電池單體的溫度差控制在3攝氏度以內。運用兼備散熱和熱失控阻隔的玻璃纖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。而團隊研發的液氮高效滅火、降溫、抗復燃技術，能夠在5秒內撲滅電池初期火災，做到24小時不復燃不爆炸。“當前鋰電和鈉電儲能技術之間的互促提升特征明顯，這套鈉離子電池儲能系統研究實用的液氮高效滅火、降溫、抗復燃技術由鋰離子電池儲能系統全壽命周期應用安全技術轉化應用，在鋰電、鈉電儲能系統同步首次工程應用”，李勇琦表示。

　　2024年1月28日，由中國工程院蔣劍春院士，中國科學院程時杰院士、張躍院士，歐盟科學院孫金華院士等專家組成的中國機械工業聯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”整體技術處于國際領先水平。

　　從十兆瓦時到百兆瓦時

　　大規模發展前景廣闊

　　隨著關鍵技術的突破，鈉離子電池有望

　　成為成本最低的電化學儲能技術，將加快推動我國新型儲能電站向集中式、大型化趨勢發展，促進新能源發電高比例消納，以新型儲能新質生產力發展助力新型電力系統和新型能源體系構建。“我們研發的這個系統可以靈活地進行模塊化組合擴展，好比搭積木，積木越多，規模越大。”高立克介紹，該系統通過模塊化組合實現靈活擴展，可以達到百兆瓦時級以上規模。

　　未來，鈉離子電池突破方向主要在能量密度、循環壽命方面，進而實現度電成本的持續降低。隨著電站運行數據積累和分析，項目在系統集成技術方面還可以持續優化，進一步降低儲能系統投資成本，有利于鈉電池儲能的規模化應用。(黃昉 陳欽榮)




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