5月11日，我國(guó)大容量鈉離子電池儲(chǔ)能電站——伏林鈉離子電池儲(chǔ)能電站在廣西南寧投運(yùn)。這是國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“百兆瓦時(shí)級(jí)鈉離子電池儲(chǔ)能技術(shù)”項(xiàng)目示范工程的一期工程，裝機(jī)規(guī)模為2.5兆瓦/10兆瓦時(shí)。工程的投產(chǎn)標(biāo)志著鈉離子電池大規(guī)模儲(chǔ)能工程技術(shù)研制取得關(guān)鍵性突破，我國(guó)新型儲(chǔ)能發(fā)展開啟了鈉離子電池技術(shù)新紀(jì)元。

從鋰到鈉，電力儲(chǔ)能落地新技術(shù)路線

該電站本期投產(chǎn)規(guī)模為十兆瓦時(shí)，項(xiàng)目整體建成規(guī)模將達(dá)到百兆瓦時(shí)，每年能發(fā)出清潔電能7300萬(wàn)度，相應(yīng)減少二氧化碳排放5萬(wàn)噸，滿足3.5萬(wàn)居民用戶的用電需求。而這片占地10余畝的儲(chǔ)能裝置投入運(yùn)行后，我國(guó)具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的大容量鈉離子儲(chǔ)能技術(shù)也實(shí)現(xiàn)了在電力工程的應(yīng)用。

當(dāng)前，我國(guó)正加快推動(dòng)新型儲(chǔ)能多元化高質(zhì)量發(fā)展，在產(chǎn)業(yè)規(guī)?；鲩L(zhǎng)的同時(shí)，新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，技術(shù)路線“百花齊放”。截至2024年一季度末，全國(guó)已建成投運(yùn)新型儲(chǔ)能項(xiàng)目累計(jì)裝機(jī)規(guī)模達(dá)到3530萬(wàn)千瓦。其中，以鋰電池為主的電化學(xué)儲(chǔ)能占比超過(guò)95%，處于主導(dǎo)地位。然而，鋰離子電池原材料依賴進(jìn)口、資源短缺，難以支撐我國(guó)新型儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)可持續(xù)快速發(fā)展，能與鋰電池儲(chǔ)能形成互補(bǔ)和有效替代的新材料需求迫切。

鈉離子電池與鋰離子電池具有相似的電化學(xué)機(jī)理，都通過(guò)陽(yáng)離子在正負(fù)極之間的可逆脫出和嵌入實(shí)現(xiàn)能量的存儲(chǔ)和釋放。兩種電池的負(fù)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(shí)，鈉離子從電池正極脫出，經(jīng)電解液和隔膜進(jìn)入負(fù)極，正極電勢(shì)升高，負(fù)極電勢(shì)降低，把能量?jī)?chǔ)存到電池中；放電時(shí)，鈉離子運(yùn)動(dòng)方向與充電過(guò)程相反，正極電勢(shì)降低，負(fù)極電勢(shì)升高，把電池中的能量釋放到電力系統(tǒng)。

相對(duì)于鋰離子電池儲(chǔ)能，“親兄弟”鈉離子電池儲(chǔ)能原材料儲(chǔ)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(chǔ)能方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。鈉離子電池儲(chǔ)能進(jìn)入規(guī)?；l(fā)展階段，成本造價(jià)可降低20%至30%，在充分改進(jìn)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(shí)，是推動(dòng)新型儲(chǔ)能經(jīng)濟(jì)應(yīng)用的重要技術(shù)方向。  

從技術(shù)研究到工程應(yīng)用，攻關(guān)成果實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化落地

盡管我國(guó)在鈉離子電池產(chǎn)品研發(fā)制造、標(biāo)準(zhǔn)制定以及市場(chǎng)推廣應(yīng)用等方面的工作已經(jīng)展開，但把鈉離子電池技術(shù)運(yùn)用于大容量?jī)?chǔ)能電站國(guó)際上還沒有先例。

雖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(chǔ)能系統(tǒng)，卻需要攻克很多新的難題”，以系統(tǒng)集成為例，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新采用了基于鈉離子電池寬電壓的分散式儲(chǔ)能架構(gòu)，整套系統(tǒng)一體集成了88個(gè)模塊化變流器，實(shí)現(xiàn)與電池簇的“一一對(duì)應(yīng)”，而傳統(tǒng)鋰電分散式架構(gòu)的儲(chǔ)能系統(tǒng)需集成40多個(gè)變流器即可。變流器數(shù)量成倍增長(zhǎng)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(chǔ)能系統(tǒng)的能量整體轉(zhuǎn)換效率超過(guò)92%，鋰電池一般低于90%，有望與鋰電池形成互補(bǔ)和有效替代，應(yīng)用于大規(guī)模電化學(xué)儲(chǔ)能、電動(dòng)汽車、工程機(jī)械等領(lǐng)域。

而在安全防控方面，團(tuán)隊(duì)開發(fā)了液冷系統(tǒng)熱管理策略以及模組級(jí)熱阻隔、高效滅火等鈉離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)成套火災(zāi)防控技術(shù)。整套系統(tǒng)的22000多個(gè)鈉電池單體的溫度差控制在3攝氏度以內(nèi)。運(yùn)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(shí)間由30分鐘延長(zhǎng)至2小時(shí)，足足延長(zhǎng)至4倍，提升了電池模塊的安全性。

從十兆瓦時(shí)到百兆瓦時(shí)，大規(guī)模發(fā)展前景廣闊

隨著關(guān)鍵技術(shù)的突破，鈉離子電池有望成為成本低的電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)，將加快推動(dòng)我國(guó)新型儲(chǔ)能電站向集中式、大型化趨勢(shì)發(fā)展，促進(jìn)新能源發(fā)電高比例消納，以新型儲(chǔ)能新質(zhì)生產(chǎn)力發(fā)展助力新型電力系統(tǒng)和新型能源體系構(gòu)建?！拔覀冄邪l(fā)的這個(gè)系統(tǒng)可以靈活地進(jìn)行模塊化組合擴(kuò)展，好比搭積木，積木越多，規(guī)模越大?！备吡⒖私榻B，該系統(tǒng)通過(guò)模塊化組合實(shí)現(xiàn)靈活擴(kuò)展，可以達(dá)到百兆瓦時(shí)級(jí)以上規(guī)模。

未來(lái)，鈉離子電池突破方向主要在能量密度、循環(huán)壽命方面，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)度電成本的持續(xù)降低。隨著電站運(yùn)行數(shù)據(jù)積累和分析，項(xiàng)目在系統(tǒng)集成技術(shù)方面還可以持續(xù)優(yōu)化，進(jìn)一步降低儲(chǔ)能系統(tǒng)投資成本，有利于鈉電池儲(chǔ)能的規(guī)?；瘧?yīng)用。