近日，由“武漢設(shè)計”代表企業(yè)長江設(shè)計集團機電院承擔(dān)總承包的大唐湖北50兆瓦/100兆瓦時鈉離子新型儲能電站科技創(chuàng)新示范項目（下稱“大唐湖北儲能電站項目”）成功實現(xiàn)50兆瓦滿功率充、放電，這是已建成的全國乃至全球規(guī)模最大的鈉離子電池儲能電站。
充分利用國內(nèi)鈉資源，改變鋰電“一家獨大”局面
“開辟儲能市場新的突破口，鈉離子這個‘賽道’值得去闖”，長江設(shè)計集團機電院副總工程師朱宜飛介紹，目前，鈉離子儲能技術(shù)主要運用于電動自行車充電電池領(lǐng)域，此次建設(shè)新型儲能電站，是鈉離子儲能技術(shù)的首個規(guī)模化運用。
“鈉離子電池儲能技術(shù)成功運用，鋰電‘一家獨大’的局面將由此改變。”朱宜飛說，早在20世紀(jì)80年代，國外就已經(jīng)將鈉離子用于充電電池生產(chǎn)中，但相比鋰離子電池市場的高速發(fā)展，鈉離子技術(shù)沒有成為市場主流。近年來，我國電化學(xué)儲能技術(shù)以鋰離子電池為絕對主導(dǎo)，但受新能源汽車高速增長影響，碳酸鋰價格頻繁大幅波動。這一現(xiàn)象在一定程度上對新能源產(chǎn)業(yè)的持續(xù)健康發(fā)展構(gòu)成了挑戰(zhàn)。同時，當(dāng)前我國鋰鹽高度依賴進口，這也限制了產(chǎn)業(yè)的自主性和發(fā)展速度。
相對于鋰離子電池，我國鈉資源儲量占全球的22%，資源豐富、價格低廉。同時，鈉離子電池內(nèi)阻比鋰離子在短路等安全性試驗中瞬間發(fā)熱量少、溫升低，安全性能更好，同時鈉離子電池具有更長的預(yù)期使用壽命，易于回收再利用，更利于環(huán)境保護。
據(jù)悉，大唐湖北儲能電站項目是湖北省能源局首批公示的21個新型儲能電站項目中進展最快的一個，項目位于湖北省潛江市熊口管理區(qū)，建設(shè)范圍包括一套50兆瓦/100兆瓦時鈉離子儲能系統(tǒng)及配套的一座110千伏升壓站。
創(chuàng)新組串式設(shè)計，建504個獨立充放電通道
大唐湖北儲能電站項目位于潛江市城郊寬闊平整的場地上，63個長方形箱體設(shè)備整齊排列，項目如同一套龐大且結(jié)構(gòu)嚴(yán)密的巨型電池組。
“這一項目之‘大’，首先在于儲能容量異常強大。”朱宜飛告訴記者，大唐湖北儲能電站項目共有21組儲電單元，同時存儲時，最多可以存儲10萬度電，相當(dāng)于1.2萬戶家庭一天的用電量。
該儲能站最小的儲電單元是185安時的電芯，這已是目前容量最大的鈉離子電池電芯。一個電芯充滿電能有多少電？他形象地打了個比方：“相當(dāng)于18.5個市民常隨身攜帶的10000毫安的充電寶。”
儲能站為何分為63個箱體設(shè)備？朱宜飛介紹，鈉離子電池組裝按“包”“簇”“艙”劃分結(jié)構(gòu)：每52個電芯組成一個“包”，每7個電池包組成一個“簇”，每12個“簇”組成一個電池艙，63個箱體即為42個電池艙和與之配套的21個變流器艙。
朱宜飛指出，組串式設(shè)計是該項目設(shè)計亮點，即將儲能單元以“簇”為單位劃分為504個相對獨立且容量相同的儲能、放電通道。“一旦某個‘簇’發(fā)生故障，其他‘簇’絲毫不受影響，能持續(xù)穩(wěn)定完成充放電。”
反復(fù)實驗遴選性能最佳電池建設(shè)項目
在國內(nèi)，鈉離子儲能技術(shù)尚屬創(chuàng)新，如何將18萬余個鈉離子電芯集成設(shè)計、保障性能穩(wěn)定？
朱宜飛介紹，大容量鈉離子電芯屬新產(chǎn)品，本項目是其首次大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用，同時，鈉離子儲能設(shè)備零部件及配套產(chǎn)品也基本處于試驗階段。由此，鈉離子新型儲能電站的設(shè)計重點圍繞零部件生產(chǎn)與技術(shù)匹配展開。
為防止鈉離子電池因過度充放發(fā)生故障問題，設(shè)計團隊聯(lián)合國內(nèi)多家生產(chǎn)企業(yè)進行科研合作，測試了多個主流產(chǎn)品，通過數(shù)據(jù)對比篩選出性能最穩(wěn)定的產(chǎn)品，投入應(yīng)用。
鈉離子電池性能也是關(guān)系到儲能站安全生產(chǎn)的重要因素。為此，設(shè)計團隊對電池進行了200余項試驗，其中包括模擬過充、過放、擠壓、跌落、加熱等各種極端條件，“人為”制造電池內(nèi)短路，模擬電池?zé)崾Э剡^程，以評估電池短路后是否會引發(fā)火災(zāi)或爆炸等危險。設(shè)計團隊對不同廠家電池反復(fù)試驗，遴選出性能最穩(wěn)定的產(chǎn)品，還對電池進行模擬3000次以上充放電性能測試，通過電流曲線圖分析電池性能，確保項目投產(chǎn)后，性能穩(wěn)定、安全生產(chǎn)。
“如同一個大型蓄電池，隨時為電網(wǎng)調(diào)配電力。”朱宜飛介紹，該項目建成后將吸納更多太陽能、風(fēng)能等綠色電能，根據(jù)電網(wǎng)需要，每年可完成300—600次充放電，一次充放電可將10萬度電能在2小時內(nèi)回補電網(wǎng)，參與電網(wǎng)“削峰填谷”，緩解電網(wǎng)壓力，保持平衡，并提高綠色能源在電網(wǎng)中的消納比例。
充分利用國內(nèi)鈉資源，改變鋰電“一家獨大”局面
“開辟儲能市場新的突破口，鈉離子這個‘賽道’值得去闖”，長江設(shè)計集團機電院副總工程師朱宜飛介紹，目前，鈉離子儲能技術(shù)主要運用于電動自行車充電電池領(lǐng)域，此次建設(shè)新型儲能電站，是鈉離子儲能技術(shù)的首個規(guī)模化運用。
“鈉離子電池儲能技術(shù)成功運用，鋰電‘一家獨大’的局面將由此改變。”朱宜飛說，早在20世紀(jì)80年代，國外就已經(jīng)將鈉離子用于充電電池生產(chǎn)中，但相比鋰離子電池市場的高速發(fā)展，鈉離子技術(shù)沒有成為市場主流。近年來，我國電化學(xué)儲能技術(shù)以鋰離子電池為絕對主導(dǎo)，但受新能源汽車高速增長影響，碳酸鋰價格頻繁大幅波動。這一現(xiàn)象在一定程度上對新能源產(chǎn)業(yè)的持續(xù)健康發(fā)展構(gòu)成了挑戰(zhàn)。同時，當(dāng)前我國鋰鹽高度依賴進口，這也限制了產(chǎn)業(yè)的自主性和發(fā)展速度。
相對于鋰離子電池，我國鈉資源儲量占全球的22%，資源豐富、價格低廉。同時，鈉離子電池內(nèi)阻比鋰離子在短路等安全性試驗中瞬間發(fā)熱量少、溫升低，安全性能更好，同時鈉離子電池具有更長的預(yù)期使用壽命，易于回收再利用，更利于環(huán)境保護。
據(jù)悉，大唐湖北儲能電站項目是湖北省能源局首批公示的21個新型儲能電站項目中進展最快的一個，項目位于湖北省潛江市熊口管理區(qū)，建設(shè)范圍包括一套50兆瓦/100兆瓦時鈉離子儲能系統(tǒng)及配套的一座110千伏升壓站。
創(chuàng)新組串式設(shè)計，建504個獨立充放電通道
大唐湖北儲能電站項目位于潛江市城郊寬闊平整的場地上，63個長方形箱體設(shè)備整齊排列，項目如同一套龐大且結(jié)構(gòu)嚴(yán)密的巨型電池組。
“這一項目之‘大’，首先在于儲能容量異常強大。”朱宜飛告訴記者，大唐湖北儲能電站項目共有21組儲電單元，同時存儲時，最多可以存儲10萬度電，相當(dāng)于1.2萬戶家庭一天的用電量。
該儲能站最小的儲電單元是185安時的電芯，這已是目前容量最大的鈉離子電池電芯。一個電芯充滿電能有多少電？他形象地打了個比方：“相當(dāng)于18.5個市民常隨身攜帶的10000毫安的充電寶。”
儲能站為何分為63個箱體設(shè)備？朱宜飛介紹，鈉離子電池組裝按“包”“簇”“艙”劃分結(jié)構(gòu)：每52個電芯組成一個“包”，每7個電池包組成一個“簇”，每12個“簇”組成一個電池艙，63個箱體即為42個電池艙和與之配套的21個變流器艙。
朱宜飛指出，組串式設(shè)計是該項目設(shè)計亮點，即將儲能單元以“簇”為單位劃分為504個相對獨立且容量相同的儲能、放電通道。“一旦某個‘簇’發(fā)生故障，其他‘簇’絲毫不受影響，能持續(xù)穩(wěn)定完成充放電。”
反復(fù)實驗遴選性能最佳電池建設(shè)項目
在國內(nèi)，鈉離子儲能技術(shù)尚屬創(chuàng)新，如何將18萬余個鈉離子電芯集成設(shè)計、保障性能穩(wěn)定？
朱宜飛介紹，大容量鈉離子電芯屬新產(chǎn)品，本項目是其首次大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用，同時，鈉離子儲能設(shè)備零部件及配套產(chǎn)品也基本處于試驗階段。由此，鈉離子新型儲能電站的設(shè)計重點圍繞零部件生產(chǎn)與技術(shù)匹配展開。
為防止鈉離子電池因過度充放發(fā)生故障問題，設(shè)計團隊聯(lián)合國內(nèi)多家生產(chǎn)企業(yè)進行科研合作，測試了多個主流產(chǎn)品，通過數(shù)據(jù)對比篩選出性能最穩(wěn)定的產(chǎn)品，投入應(yīng)用。
鈉離子電池性能也是關(guān)系到儲能站安全生產(chǎn)的重要因素。為此，設(shè)計團隊對電池進行了200余項試驗，其中包括模擬過充、過放、擠壓、跌落、加熱等各種極端條件，“人為”制造電池內(nèi)短路，模擬電池?zé)崾Э剡^程，以評估電池短路后是否會引發(fā)火災(zāi)或爆炸等危險。設(shè)計團隊對不同廠家電池反復(fù)試驗，遴選出性能最穩(wěn)定的產(chǎn)品，還對電池進行模擬3000次以上充放電性能測試，通過電流曲線圖分析電池性能，確保項目投產(chǎn)后，性能穩(wěn)定、安全生產(chǎn)。
“如同一個大型蓄電池，隨時為電網(wǎng)調(diào)配電力。”朱宜飛介紹，該項目建成后將吸納更多太陽能、風(fēng)能等綠色電能，根據(jù)電網(wǎng)需要，每年可完成300—600次充放電，一次充放電可將10萬度電能在2小時內(nèi)回補電網(wǎng)，參與電網(wǎng)“削峰填谷”，緩解電網(wǎng)壓力，保持平衡，并提高綠色能源在電網(wǎng)中的消納比例。
