Di recente, è entrata in funzione a Nanning, nel Guangxi, la prima centrale elettrica cinese ad accumulo di energia con batterie agli ioni di sodio ad alta capacità, la centrale elettrica ad accumulo di energia con batterie agli ioni di sodio Volin. Si tratta del progetto dimostrativo del programma nazionale di ricerca e sviluppo chiave "Tecnologia di accumulo di energia con batterie agli ioni di sodio da 100 megawattora", che rappresenta la prima fase del progetto, con una potenza installata di 2,5 megawatt/10 megawattora.
La centrale elettrica è stata finanziata e costruita dalla Guangxi Power Grid Company di Southern Power Grid e la sua capacità in questa fase è di 10 MWh. La capacità totale del progetto raggiungerà i 100 MWh, generando 73 milioni di gradi di elettricità pulita all'anno, riducendo di conseguenza le emissioni di anidride carbonica di 50.000 tonnellate e soddisfacendo il fabbisogno elettrico di 35.000 utenti residenziali.
Rispetto all'accumulo di energia con batterie agli ioni di litio, le riserve di materie prime per l'accumulo di energia con batterie agli ioni di sodio "fratelli", facili da estrarre, a basso costo, con prestazioni migliori a basse temperature, offrono evidenti vantaggi nell'accumulo di energia su larga scala. "L'accumulo di energia con batterie agli ioni di sodio, nella fase di sviluppo, può ridurre i costi del 20-30%, con il presupposto di migliorare completamente la struttura e il processo della batteria, aumentare il tasso di utilizzo dei materiali e la durata del ciclo, e portare il costo dell'elettricità a 0,2 yuan/kWh. Ciò promuove l'applicazione economica di nuovi tipi di accumulo in un'importante direzione tecnologica", ha affermato Chen Man, vicesegretario generale del Comitato Tecnico Nazionale per l'Accumulo di Energia Elettrica ed esperto tecnico di livello strategico della Southern Power Grid.
Sebbene la Cina sia in pieno svolgimento nel campo della ricerca e sviluppo, della produzione, della standardizzazione, della promozione sul mercato e dell'applicazione di prodotti a base di batterie agli ioni di sodio, non esiste un precedente internazionale per l'applicazione della tecnologia delle batterie agli ioni di sodio alle centrali elettriche di accumulo di energia ad alta capacità.
A novembre 2022, la Guangxi Power Grid Company, in collaborazione con la South Grid Energy Storage Company, l'Istituto di Fisica dell'Accademia Cinese delle Scienze, la Zhongkehai Sodium Technology Co., Ltd. e altre unità del team di progetto, ha lanciato ufficialmente il sottotema del progetto del programma nazionale di ricerca e sviluppo chiave "Tecnologia di integrazione del sistema di accumulo di energia con batterie agli ioni di sodio da 100 megawattora e dimostrazione applicativa". "Ci concentriamo sulla preparazione su scala del nucleo elettrico ad alte prestazioni, sull'integrazione del sistema e sulla prevenzione e il controllo della sicurezza e su altre tecnologie chiave per condurre la ricerca, formate con diritti di proprietà intellettuale indipendenti sulla tecnologia di preparazione e integrazione del sistema delle batterie agli ioni di sodio", ha introdotto il responsabile del progetto, la South China Grid Guangxi Grid Company, vicedirettore del Dipartimento per l'Innovazione, Gao Lik.
La cella della batteria ad alta capacità è l'unità base dell'intero sistema di accumulo di energia a ioni di sodio. Dopo un anno e mezzo di ricerca, il team di progetto ha sviluppato la prima batteria di accumulo di energia agli ioni di sodio da 210 Ah al mondo a lunga durata, con un ampio intervallo di temperatura e un'elevata sicurezza. "Dal punto di vista delle prestazioni, il nostro tipo di batteria agli ioni di sodio offre i vantaggi di un ampio intervallo di temperatura di esercizio, una ricarica rapida e una buona molteplicità, e può essere caricata al 90% in 12 minuti", ha affermato Hu Yongsheng, ricercatore presso l'Istituto di Fisica dell'Accademia Cinese delle Scienze.
In qualità di principali partecipanti tecnici al progetto, l'Energy Storage Research Institute della SouthGrid Energy Storage Company, con una vasta esperienza di ricerca nell'integrazione di sistemi di accumulo di energia con batterie al litio e nella prevenzione e controllo della sicurezza, ha intrapreso il programma nazionale di ricerca e sviluppo "Applicazione della tecnologia di sicurezza al ciclo di vita dei sistemi di accumulo di energia con batterie agli ioni di litio". "Sebbene i principi di reazione delle batterie al sodio e al litio siano simili, lo sviluppo di un sistema di accumulo di energia completo che combini le caratteristiche di carica e scarica delle batterie al sodio richiede il superamento di numerose nuove sfide", ha affermato con commozione Li Yongqi, esperto tecnico della SouthGrid Energy Storage Company.
Prendendo come esempio l'integrazione di sistema, il team di progetto adotta in modo innovativo un'architettura di accumulo di energia distribuita basata sull'alta tensione delle batterie agli ioni di sodio, e l'intero sistema integra 88 convertitori modulari, realizzando una "corrispondenza uno a uno" con i cluster di batterie, mentre la tradizionale architettura distribuita dei sistemi di accumulo di energia agli ioni di litio richiede solo più di 40 convertitori. L'obiettivo immediato del raddoppio del numero di convertitori è aumentare la capacità disponibile e l'efficienza di conversione energetica. L'efficienza di conversione energetica complessiva di questo sistema di accumulo di energia a batterie al sodio è superiore al 92%, mentre le batterie al litio sono generalmente inferiori al 90%. Si prevede che questo sistema integrerà e sostituirà efficacemente le batterie al litio e troverà applicazione in sistemi di accumulo di energia elettrochimica su larga scala, veicoli elettrici, macchinari edili e altri settori.
Per quanto riguarda la prevenzione e il controllo della sicurezza, il team ha sviluppato una strategia di gestione termica per il sistema di raffreddamento a liquido, nonché un set completo di tecnologie di prevenzione e controllo degli incendi per il sistema di accumulo di energia delle batterie agli ioni di sodio, come la barriera termica a livello di modulo e l'estinzione degli incendi ad alta efficienza.
La differenza di temperatura tra le oltre 22.000 celle di batterie al sodio dell'intero sistema è controllata entro 3 gradi Celsius. L'utilizzo combinato di dissipazione del calore e barriera termica in fugacoperta di aerogel in fibra di vetrocome materiale di barriera termica tra il nucleo elettrico, il tempo di propagazione della fuga termica del monomero della batteria è passato da 30 minuti a 2 ore, estendendosi fino a 4 volte, migliorando notevolmente la sicurezza del modulo batteria.
Il team ha sviluppato una tecnologia di estinzione incendi, raffreddamento e anti-riaccensione ad azoto liquido efficiente, in grado di estinguere l'incendio iniziale della batteria entro 5 secondi, per 24 ore senza riaccensione o esplosione. "L'attuale tecnologia di accumulo di energia al litio e al sodio promuove il miglioramento reciproco delle rispettive caratteristiche, e questo insieme di ricerca sui sistemi di accumulo di energia alle batterie agli ioni di sodio e la pratica tecnologia di estinzione incendi, raffreddamento e anti-riaccensione ad azoto liquido efficiente, attraverso l'applicazione del ciclo di vita dei sistemi di accumulo di energia alle batterie agli ioni di litio, della tecnologia di conversione di sicurezza applicata ai sistemi di accumulo di energia al litio e al sodio, sincronizzandosi per la prima volta in un'applicazione ingegneristica", ha affermato LiYongQi.
28 gennaio 2024, dall'accademico Jiang Jianchun dell'Accademia cinese di ingegneria, dall'accademico Cheng Shijie dell'Accademia cinese delle scienze, dall'accademico Zhang Yue, dall'accademico Sun Jinhua dell'Accademia delle scienze dell'Unione europea e da altri esperti del Comitato di valutazione della Federazione dell'industria dei macchinari cinese sui risultati del progetto per effettuare una revisione della valutazione: la tecnologia complessiva del "sistema di accumulo di energia con batteria agli ioni di sodio da 10 MWh per centrali elettriche di accumulo di energia elettrica" sviluppato dal team di progetto è all'avanguardia a livello internazionale.
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Data di pubblicazione: 23 maggio 2024