全國首個鈉離子電池儲能電站投運，“鈉”有望成為成本最低電化學儲能技術

　　電動載人汽車、鋰電池、太陽能電池已成為外貿“新三樣”，2024年一季度，這三類產品合計出口增長66.9%，占我國出口總值比重達到4.7%。它們關聯一個關鍵產業：新型儲能。

伏林鈉離子電池儲能電站工作人員正在仔細檢查滅火抑爆裝置。 馬華斌 攝

　　新型儲能作為支撐新能源發揮主體電源作用的關鍵技術，是實現電力系統安全穩定運行的重要保障。

　　在新型儲能領域，不同技術呈現多元化發展，為產業升級注入新動能。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，這是國內首次將鈉離子電池技術應用于大容量儲能電站，是我國鈉離子電池儲能技術首次規模化應用。

　　電站由廣西電網公司投資建設，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。團隊依托國家重點研發計劃項目，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儲能系統集成技術。

　　近日，記者來到電站現場，深入了解鈉離子電池儲能技術項目團隊如何創新突破，摸索出新技術新路徑，未來又有哪些應用場景。

　　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。

　　作為新型儲能技術之一的鈉離子電池近年來受到國內外廣泛關注。“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，能量轉換效率超過鋰電池，在大規模儲能方面優勢明顯，有望應用于大規模電化學儲能、電動汽車、工程機械等領域。”南方電網儲能公司技術專家李勇琦表示。

　　國家能源局數據顯示，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模達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%。

　　據了解，鋰離子電池和鈉離子電池都是在上世紀70年代發現的可充電電池，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展。

　　近年來，儲能和電動汽車快速發展，鋰離子電池存在關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業可持續快速發展，產業急需能與鋰離子電池儲能形成互補和有效替代的新材料。

　　鼓勵新型儲能技術多元化發展，有利于產業可持續發展，助力新型電力系統建設，保障國家能源安全。

　　隨著新型電力系統發展，新型儲能需求為鈉離子電池發展提供了空間：儲能領域對能量密度敏感度較低，出于對資源的可持續性和成本的考慮，鈉離子電池重新受到關注，推動鈉離子電池儲能技術發展的政策陸續出臺。

　　2022年11月，廣西電網公司承擔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”研究任務，聯合中國科學院物理研究所、南方電網儲能股份有限公司、中科海鈉科技有限責任公司等多家單位組成項目團隊進行攻關。

　　攻克安全能效兩大難題

　　電池的安全問題一直備受關注，“萬一鈉離子電池儲能電站發生火災，該用哪種滅火劑?”記者提出這樣的疑問。

　　廣西電網公司創新管理部副總經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模應用產熱性能和火災危險性不明，不同滅火劑對鈉離子電池火災的抑制效果及系統滅火和防爆方案空白。“項目團隊重點關注鈉離子電池熱失控特性及安全防控，如何保障電池模塊間、電池簇間不發生熱失控，如何有效預防火災，如何滅火及抑制復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挑戰之一。高立克介紹，鈉離子電池儲能技術的難點在于兼顧高能量密度、長循環壽命、低成本和高安全性的電池的開發和規?；圃旒夹g，同時需要開發與之理化性能相適應的系統集成技術和安全防控技術。

　　以鈉離子電池儲能系統效率提升為例，由于鈉離子電池獨有特性及系統集成經驗的缺乏，如何通過熱管理策略優化、電池管理優化、一體化監控及協調控制等協同提升其效率成為關鍵。廣西電力科學研究院領軍級技術專家唐彬博士介紹，項目組運用了新的儲能變流技術、智能溫控技術和安全防控技術，讓該鈉離子電池儲能系統能夠在實現能量整體轉換效率超過92%的同時，22000多個電池溫差不超過3攝氏度，轉換效率、安全性等多項關鍵指標優于同類鋰離子電池儲能系統。

　　經過一年多的研究，項目團隊研制了全國首款210安時長壽命、寬溫區、高安全性的鈉離子儲能電池，研制了國內首套十兆瓦時鈉離子電池儲能系統，并運用這些技術建設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—工程建設的成套解決方案。

　　2024年1月28日，經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。

　　儲能成本約為鋰的一半

　　在電站的主控樓里，隨著調度系統發出放電指令，調度大屏幕顯示，電池艙內儲存的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大范圍應用提供了實證支撐。“研發的鈉離子電池材料體系、系統集成技術和安全防控技術可以作為鈉離子電池儲能技術在工商業、分布式儲能領域應用的重要參考。”高立克介紹，儲能系統還可以靈活地進行模塊化組合擴展，就像搭積木，積木越多規模越大，該系統通過模塊化組合擴展，可以達到百兆瓦時級以上規模。

　　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，鈉電池現在發展趨勢就是產業化，將來肯定會有很大的經濟效益。”

　　“由于鈉離子電池與鋰離子電池生產工藝類同，所以產業線轉換成本相對較低，可推動實現大規模風電、光伏發電經濟并網。”中國科學院物理研究所研究員胡勇勝介紹。

　　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，和其他儲能技術一起，加快我國新型儲能電站向集中式大型化趨勢發展，促進新能源大規模、高比例消納。

　　“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，約為目前鋰離子度電成本的50%，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介紹。

　　“我們還會進一步研發更低成本、更高性能的鈉離子電池儲能系統，聯合上下游企業，推動形成鈉離子電池儲能產業鏈。”高立克說。

　　南網報記者 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