Kürzlich wurde in Nanning, Guangxi, Chinas erstes Natrium-Ionen-Batterie-Energiespeicherkraftwerk mit großer Kapazität – das Volin-Natrium-Ionen-Batterie-Energiespeicherkraftwerk – in Betrieb genommen. Es handelt sich um ein Demonstrationsprojekt der ersten Phase des nationalen Forschungs- und Entwicklungsprogramms „100-Megawattstunden-Natrium-Ionen-Batterie-Energiespeichertechnologie“ mit einer installierten Leistung von 2,5 Megawatt/10 Megawattstunden.
Das Kraftwerk wurde von der Guangxi Power Grid Company von Southern Power Grid finanziert und gebaut. Die Kapazität dieser Phase beträgt 10 MWh. Die Gesamtkapazität des Projekts wird 100 MWh erreichen und jährlich 73 Millionen Grad sauberen Strom erzeugen. Das Kraftwerk wurde von der Guangxi Power Grid Company von Southern Power Grid finanziert und gebaut. Die Kapazität dieser Phase beträgt 10 MWh. Die Gesamtkapazität des Projekts wird 100 MWh erreichen und jährlich 73 Millionen Grad sauberen Strom erzeugen, was zu einer entsprechenden Reduzierung der Kohlendioxidemissionen um 50.000 Tonnen führt und den Strombedarf von 35.000 Privathaushalten deckt.
Im Vergleich zu Lithium-Ionen-Batteriespeichern sind Natrium-Ionen-Batterien, die „Brüder“, aufgrund ihrer Rohstoffreserven leicht zu gewinnen, kostengünstig und bieten eine bessere Leistung bei niedrigen Temperaturen, was sie bei der Energiespeicherung im großen Maßstab offensichtliche Vorteile bietet. „Im Entwicklungsstadium von Natrium-Ionen-Batteriespeichern können die Kosten um 20 bis 30 % gesenkt werden. Unter der Voraussetzung einer umfassenden Verbesserung der Batteriestruktur und -verarbeitung sowie einer Verbesserung der Materialausnutzung und der Lebensdauer können die Stromkosten auf 0,2 Yuan/kWh gesenkt werden. Dies ist eine wichtige Technologierichtung, um die wirtschaftliche Anwendung neuer Speichertypen zu fördern“, sagte Chen Man, stellvertretender Generalsekretär des National Electric Power Storage Technical Committee und technischer Experte auf strategischer Ebene bei Southern Power Grid.
Obwohl in China die Forschung und Entwicklung, Produktion, Standardisierung, Marktförderung und Anwendung von Natrium-Ionen-Batterieprodukten auf Hochtouren läuft, gibt es keinen internationalen Präzedenzfall für die Anwendung der Natrium-Ionen-Batterietechnologie in Energiespeicherkraftwerken mit großer Kapazität.
Im November 2022 startete die Guangxi Power Grid Company in Zusammenarbeit mit der South Grid Energy Storage Company, dem Institut für Physik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, Zhongkehai Sodium Technology Co., Ltd. und anderen Einheiten des Projektteams offiziell das Forschungsunterthema „Integrationstechnologie und Anwendungsdemonstration für Energiespeichersysteme für 100-Megawattstunden-Natrium-Ionen-Batterien“. „Wir konzentrieren uns bei der Forschung auf die Herstellung von Hochleistungs-Elektrokernen, Systemintegration sowie Sicherheitsvorkehrungen und -kontrollen und betreiben dabei unabhängige geistige Eigentumsrechte an der Herstellung von Natrium-Ionen-Batterien und der Systemintegrationstechnologie“, stellte Gao Lik, Projektleiter und stellvertretender Direktor der Innovationsabteilung der South China Grid Guangxi Grid Company, vor.
Die Hochleistungsbatteriezelle bildet die Basiseinheit des gesamten Natrium-Ionen-Batteriespeichersystems. Nach eineinhalbjähriger Forschungsarbeit entwickelte das Projektteam die weltweit erste langlebige, hochsichere 210-Ah-Natrium-Ionen-Speicherbatterie mit großem Temperaturbereich. „Aus Leistungssicht bietet unsere Natrium-Ionen-Batterie die Vorteile eines großen Temperaturbereichs, schneller Ladezeiten und hoher Ladekapazität. Sie kann in 12 Minuten zu 90 % geladen werden“, so Hu Yongsheng, Forscher am Physikalischen Institut der Chinesischen Akademie der Wissenschaften.
Als wichtigster technischer Teilnehmer des Projekts verfügt das Energy Storage Research Institute der SouthGrid Energy Storage Company über umfangreiche Forschungserfahrung im Bereich der Integration von Lithiumbatterie-Energiespeichersystemen sowie der Sicherheitsvorsorge und -kontrolle und führt das nationale Schlüsselforschungs- und -entwicklungsprogramm „Anwendung von Sicherheitstechnologie über den Lebenszyklus von Lithium-Ionen-Batterie-Energiespeichersystemen“ durch. „Auch wenn Natrium- und Lithiumbatterien ähnliche Reaktionsprinzipien aufweisen, erfordert die Entwicklung eines vollständigen Energiespeichersystems, das die Lade- und Entladeeigenschaften von Natriumbatterien vereint, die Überwindung vieler neuer Herausforderungen“, erklärte Li Yongqi, ein technischer Experte der SouthGrid Energy Storage Company, gerührt.
Am Beispiel der Systemintegration setzt das Projektteam auf eine innovative verteilte Energiespeicherarchitektur, die auf der Hochspannung von Natrium-Ionen-Batterien basiert. Das gesamte System integriert 88 modulare Konverter, wodurch eine 1:1-Verbindung zwischen den Batterieclustern hergestellt wird, während die traditionelle verteilte Architektur eines Lithium-Ionen-Energiespeichersystems lediglich über 40 Konverter benötigt. Die Verdoppelung der Konverterzahl dient unmittelbar der Steigerung der Kapazitätsverfügbarkeit und der Energieumwandlungseffizienz. Die Gesamteffizienz der Energieumwandlung dieses Natriumbatterie-Energiespeichersystems liegt bei über 92 %, während Lithiumbatterien im Allgemeinen weniger als 90 % erreichen. Es wird erwartet, dass dieses System Lithiumbatterien ergänzen und effektiv ersetzen und in der elektrochemischen Energiespeicherung im großen Maßstab, in Elektrofahrzeugen, Baumaschinen und anderen Bereichen eingesetzt werden kann.
Was die Sicherheitsvorsorge und -kontrolle betrifft, hat das Team eine Wärmemanagementstrategie für das Flüssigkeitskühlsystem sowie einen vollständigen Satz von Brandschutz- und -kontrolltechnologien für das Natrium-Ionen-Batterie-Energiespeichersystem entwickelt, wie etwa eine Wärmebarriere auf Modulebene und eine hocheffiziente Feuerlöschanlage.
Der Temperaturunterschied zwischen den über 22.000 Natriumbatteriezellen im gesamten System wird auf 3 Grad Celsius genau kontrolliert. Der Einsatz von Wärmeableitung und thermischer DurchgehensbarriereGlasfaser-Aerogel-DeckeAls Wärmebarrierematerial zwischen den elektrischen Kernen verlängert sich die Ausbreitungszeit des thermischen Durchgehens des Batteriemonomers von 30 Minuten auf 2 Stunden, also auf das Vierfache, was die Sicherheit des Batteriemoduls erheblich verbessert.
Das Team entwickelte eine effiziente Feuerlösch-, Kühl- und Rückzündungsschutztechnologie mit flüssigem Stickstoff, die einen anfänglichen Batteriebrand innerhalb von 5 Sekunden löschen kann und 24 Stunden lang ohne Rückzündung und Explosion auskommt. „Die Verbesserung der aktuellen Lithium- und Natrium-Energiespeichertechnologien ist offensichtlich. Dieses Set aus Forschung und Praxis in Bezug auf die effiziente Feuerlösch-, Kühl- und Rückzündungsschutztechnologie mit flüssigem Stickstoff wird durch die Anwendung der Sicherheitstechnologieumstellung über den Lebenszyklus von Lithium-Ionen-Batterie-Energiespeichersystemen erstmals in der technischen Anwendung synchronisiert“, sagte LiYongQi.
Am 28. Januar 2024 haben Jiang Jianchun, Akademiker der Chinesischen Akademie für Ingenieurwissenschaften, Cheng Shijie, Zhang Yue, Akademiker der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, Sun Jinhua, Akademiker der Europäischen Akademie der Wissenschaften und andere Experten des Bewertungsausschusses der Chinesischen Maschinenindustrievereinigung eine Bewertung der Projektergebnisse abgegeben: Die Gesamttechnologie des vom Projektteam entwickelten „10-MWh-Natrium-Ionen-Batterie-Energiespeichersystems für elektrische Energiespeicherkraftwerke“ befindet sich auf international führendem Niveau.
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Veröffentlichungszeit: 23. Mai 2024