最近、中国初の大容量ナトリウムイオン電池エネルギー貯蔵発電所であるヴォリン・ナトリウムイオン電池エネルギー貯蔵発電所が広西チワン族自治区南寧市で稼働を開始しました。これは国家重点研究開発計画「100メガワット時ナトリウムイオン電池エネルギー貯蔵技術」プロジェクトにおける第一期実証プロジェクトであり、設置規模は2.5メガワット/10メガワット時です。
この発電所は、南方電力網傘下の広西電力網公司が投資・建設し、今期の発電規模は10MWhです。プロジェクト総発電量は100MWhに達し、年間7,300万度のクリーン電力を発電し、二酸化炭素排出量を5万トン削減し、3万5,000世帯の家庭の電力需要を満たすことができます。
リチウムイオン電池エネルギー貯蔵と比較すると、「兄弟」であるナトリウムイオン電池エネルギー貯蔵は、原料の埋蔵量が多く、抽出しやすく、コストが低く、低温での性能が優れており、大規模なエネルギー貯蔵において明らかな利点がある。「ナトリウムイオン電池エネルギー貯蔵は、大規模開発段階では、電池の構造とプロセスを全面的に改良し、材料の利用率とサイクル寿命を向上させるという前提の下、電気代を0.2元/kWhまで低減できる。これは、新型ストレージの経済応用を促進する重要な技術方向である」と、国家電力貯蔵技術委員会副秘書長で、南方電力網戦略級技術専門家の陳曼氏は述べた。
中国ではナトリウムイオン電池製品の研究開発、生産、標準化、市場促進、応用の取り組みが本格化しているものの、ナトリウムイオン電池技術を大容量エネルギー貯蔵発電所に応用した国際的な前例はない。
2022年11月、広西華南電力網公司は、華南電力網エネルギー貯蔵公司、中国科学院物理研究所、中科海ナトリウムテクノロジー株式会社などのプロジェクトチームと共同で、国家重点研究開発計画プロジェクトのサブテーマ「100メガワット時ナトリウムイオン電池エネルギー貯蔵システム統合技術と応用実証」の研究に正式に取り組みました。「高性能の電芯規模製造、システム統合、安全予防制御などのキーテクノロジーの研究に焦点を当て、独自の知的財産権を持つナトリウムイオン電池製造およびシステム統合技術を構築します」と、プロジェクトリーダーである華南電力網公司イノベーション部の高力副部長は紹介しました。
高容量電池セルは、ナトリウムイオン電池エネルギー貯蔵システム全体の基本単位です。1年半の研究を経て、プロジェクトチームは世界初の長寿命、広い温度範囲、高い安全性を備えた210Ahナトリウムイオンエネルギー貯蔵電池を開発しました。「性能面から見ると、当社のナトリウムイオン電池は、広い動作温度範囲、急速充電、優れた多重度といった利点があり、12分で90%まで充電できます」と、中国科学院物理研究所の胡永生研究員は述べています。
本プロジェクトの主な技術参加者であるサウスグリッドエネルギー貯蔵会社エネルギー貯蔵研究所は、リチウム電池エネルギー貯蔵システムの統合および安全予防制御分野において豊富な研究経験を有し、国家重点研究開発計画「リチウムイオン電池エネルギー貯蔵システムのライフサイクル応用安全技術」を担っています。サウスグリッドエネルギー貯蔵会社の技術専門家である李勇奇氏は、「ナトリウム電池とリチウム電池の反応原理は類似していますが、ナトリウム電池の充放電特性を兼ね備えた完全なエネルギー貯蔵システムの開発には、多くの新たな課題を克服する必要があります」と感慨深げに語りました。
システム統合を例に挙げると、プロジェクトチームはナトリウムイオン電池の高電圧をベースとした分散型エネルギー貯蔵アーキテクチャを革新的に採用し、システム全体で88個のモジュール型コンバータを統合し、電池クラスターとの「1対1対応」を実現しました。一方、従来のリチウムイオンエネルギー貯蔵システムの分散型アーキテクチャでは、40個以上のコンバータを統合するだけで済みました。コンバータの数を2倍にする当面の目的は、容量の可用性とエネルギー変換効率を向上させることです。このナトリウム電池エネルギー貯蔵システム全体のエネルギー変換効率は92%以上ですが、リチウム電池は一般的に90%未満です。これはリチウム電池を補完し、効果的に置き換えることが期待され、大規模な電気化学エネルギー貯蔵、電気自動車、建設機械などの分野に応用されます。
安全予防・制御に関しては、チームは液体冷却システムの熱管理戦略のほか、モジュールレベルの熱バリアや高効率消火など、ナトリウムイオン電池エネルギー貯蔵システムの完全な火災予防・制御技術を開発しました。
システム全体で22,000個以上のナトリウム電池セル間の温度差は3℃以内に制御されています。放熱と熱暴走防止バリアの両方を活用することで、ガラス繊維エアロゲルブランケット電気コア間の熱遮断材として使用することで、バッテリーモノマーの熱暴走拡散時間が30分から2時間に4倍に延長され、バッテリーモジュールの安全性が大幅に向上します。
研究チームは液体窒素の効率的な消火、冷却、再燃防止技術を開発し、電池の初期火災を5秒以内に消火し、24時間再燃・爆発を起こさないことを可能にした。李勇奇氏は、「現在のリチウム電池とナトリウム蓄電技術は互いの特性向上を促進しており、今回のナトリウムイオン電池蓄電システムの研究と実用化を合わせた液体窒素の効率的な消火、冷却、再燃防止技術は、リチウムイオン電池蓄電システムのライフサイクル安全技術への転換応用を通じて、リチウム、ナトリウム蓄電システムの同期工学応用に初めて応用される」と述べた。
2024年1月28日、中国工程院の江建春院士、中国科学院の程世傑院士、張岳院士、欧州科学院の孫金華院士など専門家が中国機械工業連合会評価委員会のプロジェクト結果について審査を行い、プロジェクトチームが開発した「電力貯蔵発電所向け10MWhナトリウムイオン電池エネルギー貯蔵システム」の全体的な技術は国際的にトップレベルにあると評価された。
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投稿日時: 2024年5月23日