La centrale de stockage d'énergie par batteries sodium-ion de Volin, première centrale chinoise de grande capacité, a récemment été mise en service à Nanning, dans la province du Guangxi. Ce projet, d'une puissance installée de 2,5 mégawatts (10 mégawattheures), constitue la première phase du programme national de recherche et développement « Technologie de stockage d'énergie par batteries sodium-ion de 100 mégawattheures ».
La centrale électrique, construite et financée par Guangxi Power Grid Company (filiale de Southern Power Grid), a pour première phase une capacité de 10 MWh. Le projet, d'une capacité totale de 100 MWh, permettra de produire 73 millions d'heures d'électricité propre par an, réduisant ainsi les émissions de dioxyde de carbone de 50 000 tonnes et répondant aux besoins en électricité de 35 000 foyers.
Comparativement aux batteries lithium-ion, les batteries sodium-ion, grâce à leurs réserves de matières premières abondantes, faciles d'extraction, peu coûteuses et performantes à basse température, présentent des avantages indéniables pour le stockage d'énergie à grande échelle. « Au stade de développement actuel, le coût de production des batteries sodium-ion peut être réduit de 20 à 30 %. En optimisant la structure et le procédé de fabrication, le taux d'utilisation des matériaux et la durée de vie des cycles, le coût de l'électricité pourrait atteindre 0,2 yuan/kWh, ce qui représente une voie prometteuse pour le développement économique de ce nouveau type de stockage », a déclaré Chen Man, secrétaire général adjoint du Comité technique national du stockage d'énergie électrique et expert technique de haut niveau du Réseau électrique du Sud.
Bien que les travaux de la Chine en matière de recherche et développement, de production, de normalisation, de promotion du marché et d'application des produits de batteries sodium-ion soient en plein essor, il n'existe aucun précédent international pour l'application de la technologie des batteries sodium-ion aux centrales de stockage d'énergie de grande capacité.
En novembre 2022, la Guangxi Power Grid Company, en collaboration avec la South Grid Energy Storage Company, l'Institut de physique de l'Académie chinoise des sciences, Zhongkehai Sodium Technology Co., Ltd. et d'autres entités du groupe de projet, a officiellement lancé le sous-thème du projet national clé de recherche et développement intitulé « Intégration technologique et démonstration d'application d'un système de stockage d'énergie par batterie sodium-ion de 100 mégawattheures ». « Nos recherches portent sur la préparation à grande échelle du noyau électrique haute performance, l'intégration du système, la prévention et le contrôle de la sécurité, ainsi que sur d'autres technologies clés, afin de constituer un portefeuille de droits de propriété intellectuelle indépendant pour la préparation et l'intégration du système de batterie sodium-ion », a expliqué Gao Lik, chef de projet et directeur adjoint du département de l'innovation de la South China Grid Guangxi Grid Company.
La cellule de batterie haute capacité est l'unité de base de tout système de stockage d'énergie par batterie sodium-ion. Après un an et demi de recherche, l'équipe du projet a mis au point la première batterie sodium-ion de 210 Ah au monde, caractérisée par une longue durée de vie, une large plage de températures de fonctionnement et une sécurité élevée. « Du point de vue des performances, notre batterie sodium-ion présente l'avantage d'une large plage de températures de fonctionnement, d'une charge rapide et d'une grande polyvalence ; elle peut être chargée à 90 % en seulement 12 minutes », a déclaré Hu Yongsheng, chercheur à l'Institut de physique de l'Académie chinoise des sciences.
En tant que principal acteur technique du projet, l'Institut de recherche sur le stockage d'énergie de SouthGrid Energy Storage Company possède une vaste expérience en matière d'intégration des systèmes de stockage d'énergie par batteries lithium-ion, ainsi que de prévention et de contrôle des risques. Il participe notamment au programme national clé de recherche et développement intitulé « Application des technologies de sécurité tout au long du cycle de vie des systèmes de stockage d'énergie par batteries lithium-ion ». « Bien que les principes de réaction des batteries sodium-ion et lithium-ion soient similaires, le développement d'un système de stockage d'énergie complet, combinant les caractéristiques de charge et de décharge des batteries sodium-ion, nécessite de relever de nombreux défis inédits », a déclaré avec émotion Li Yongqi, expert technique chez SouthGrid Energy Storage Company.
Prenons l'exemple de l'intégration système : l'équipe projet adopte de manière novatrice une architecture de stockage d'énergie distribuée basée sur la haute tension des batteries sodium-ion. Le système complet intègre 88 convertisseurs modulaires, assurant une correspondance directe avec les groupes de batteries. À titre de comparaison, l'architecture distribuée traditionnelle des systèmes de stockage d'énergie lithium-ion ne nécessite qu'une quarantaine de convertisseurs. Le doublement du nombre de convertisseurs vise à accroître la capacité disponible et le rendement de conversion énergétique. Le rendement global de ce système de stockage d'énergie par batteries sodium dépasse 92 %, contre moins de 90 % pour les batteries lithium. Ce système devrait compléter, voire remplacer efficacement, les batteries lithium et trouver des applications dans le stockage électrochimique d'énergie à grande échelle, les véhicules électriques, les engins de chantier et d'autres domaines.
En matière de prévention et de contrôle de la sécurité, l'équipe a développé une stratégie de gestion thermique pour le système de refroidissement liquide ainsi qu'un ensemble complet de technologies de prévention et de contrôle des incendies pour le système de stockage d'énergie par batterie sodium-ion, telles qu'une barrière thermique au niveau du module et un système d'extinction d'incendie à haute efficacité.
L'écart de température entre les plus de 22 000 cellules de batterie au sodium du système est maintenu à moins de 3 degrés Celsius. Ce système utilise à la fois un dispositif de dissipation thermique et une barrière anti-emballement thermique.couverture en aérogel de fibres de verreUtilisé comme matériau de barrière thermique entre le noyau électrique, le temps d'emballement thermique du monomère de la batterie passe de 30 minutes à 2 heures, soit quatre fois plus, ce qui améliore considérablement la sécurité du module de batterie.
L'équipe a mis au point une technologie d'extinction, de refroidissement et de prévention de réinflammation efficace à l'azote liquide, capable d'éteindre un début d'incendie de batterie en 5 secondes et de fonctionner pendant 24 heures sans réinflammation ni explosion. « Les technologies actuelles de stockage d'énergie au lithium et au sodium favorisent mutuellement l'amélioration de leurs caractéristiques respectives. Cette recherche sur les systèmes de stockage d'énergie par batteries sodium-ion et l'application pratique de cette technologie d'extinction, de refroidissement et de prévention de réinflammation efficace à l'azote liquide, grâce à une conversion technologique de sécurité appliquée au cycle de vie des systèmes de stockage d'énergie lithium-ion, constituent une première dans la synchronisation des systèmes de stockage d'énergie lithium-ion et sodium », a déclaré LiYongQi.
Le 28 janvier 2024, le Comité d'évaluation de la Fédération chinoise de l'industrie des machines, composé de Jiang Jianchun, académicien de l'Académie chinoise d'ingénierie, de Cheng Shijie, académicien de l'Académie chinoise des sciences, de Zhang Yue, académicien de l'Académie des sciences de l'Union européenne, de Sun Jinhua, académicien de l'Académie des sciences de l'Union européenne, et d'autres experts, a examiné les résultats du projet et a conclu que la technologie globale du « système de stockage d'énergie par batterie sodium-ion de 10 MWh pour les centrales électriques » développée par l'équipe du projet est de niveau international.
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Date de publication : 23 mai 2024