Recentemente, a primeira usina de armazenamento de energia de baterias de íons de sódio de grande capacidade da China, a Volin, entrou em operação em Nanning, Guangxi. Trata-se do principal projeto de demonstração da primeira fase do programa nacional de pesquisa e desenvolvimento "Tecnologia de armazenamento de energia de baterias de íons de sódio de 100 megawatts-hora", com capacidade instalada de 2,5 megawatts/10 megawatts-hora.
A usina elétrica conta com o investimento e a construção da Guangxi Power Grid Company, da Southern Power Grid, e a escala desta fase é de 10 MWh. A escala total do projeto atingirá 100 MWh, o que pode gerar 73 milhões de graus Celsius de eletricidade limpa anualmente, reduzindo, consequentemente, as emissões de dióxido de carbono em 50.000 toneladas e atendendo às necessidades de eletricidade de 35.000 usuários residenciais.
Comparado ao armazenamento de energia de baterias de íons de lítio, as reservas de matéria-prima para armazenamento de energia de baterias de íons de sódio "irmãs", são fáceis de extrair, de baixo custo, com melhor desempenho em baixas temperaturas e apresentam vantagens óbvias em armazenamento de energia em larga escala. "O armazenamento de energia de baterias de íons de sódio, em fase de desenvolvimento em larga escala, pode reduzir o custo em 20% a 30%, sob a premissa de aprimorar completamente a estrutura e o processo da bateria, aumentar a taxa de utilização dos materiais e a vida útil do ciclo, e o custo da eletricidade pode ser explorado para 0,2 yuan/kWh, o que promove a aplicação econômica de novos tipos de armazenamento em uma direção importante da tecnologia", afirmou Chen Man, Secretário-Geral Adjunto do Comitê Técnico Nacional de Armazenamento de Energia Elétrica e especialista técnico de nível estratégico da Southern Power Grid.
Embora o trabalho da China em pesquisa e desenvolvimento, produção, padronização, promoção de mercado e aplicação de produtos de baterias de íons de sódio esteja a todo vapor, não há precedente internacional para a aplicação da tecnologia de baterias de íons de sódio em usinas de armazenamento de energia de grande capacidade.
Em novembro de 2022, a Guangxi Power Grid Company, em conjunto com a South Grid Energy Storage Company, o Instituto de Física da Academia Chinesa de Ciências, a Zhongkehai Sodium Technology Co., Ltd. e outras unidades da equipe do projeto, lançou oficialmente o subtema do projeto do programa nacional de pesquisa e desenvolvimento chave "Tecnologia de integração e demonstração de aplicação do sistema de armazenamento de energia de bateria de íons de sódio de 100 megawatts-hora". "Estamos focados na preparação de escala de núcleo elétrico de alto desempenho, integração de sistemas e prevenção e controle de segurança, além de outras tecnologias-chave para realizar pesquisas, formando com direitos de propriedade intelectual independentes a tecnologia de preparação e integração de sistemas de bateria de íons de sódio", apresentou o líder do projeto, Gao Lik, vice-diretor do Departamento de Inovação da South China Grid Guangxi Grid Company.
A célula de bateria de alta capacidade é a unidade básica de todo o sistema de armazenamento de energia da bateria de íons de sódio. Após um ano e meio de pesquisa, a equipe do projeto desenvolveu a primeira bateria de armazenamento de energia de íons de sódio de 210 Ah, de longa duração, ampla faixa de temperatura e alta segurança do mundo. "Em termos de desempenho, nosso tipo de bateria de íons de sódio apresenta as vantagens de ampla faixa de temperatura de trabalho, carregamento rápido e boa multiplicidade, podendo ser carregada até 90% em 12 minutos", disse Hu Yongsheng, pesquisador do Instituto de Física da Academia Chinesa de Ciências.
Como principal participante técnico do projeto, o Instituto de Pesquisa em Armazenamento de Energia da SouthGrid Energy Storage Company possui vasta experiência em pesquisa na integração de sistemas de armazenamento de energia de baterias de lítio e na prevenção e controle de segurança em campo, realizando o principal programa nacional de pesquisa e desenvolvimento "Aplicação da tecnologia de segurança no ciclo de vida do sistema de armazenamento de energia de baterias de íons de lítio". "Embora os princípios de reação das baterias de sódio e lítio sejam semelhantes, o desenvolvimento de um sistema completo de armazenamento de energia que combine as características de carga e descarga das baterias de sódio exige a superação de muitos novos desafios", afirmou Li Yongqi, especialista técnico da SouthGrid Energy Storage Company, com entusiasmo.
Tomando a integração do sistema como exemplo, a equipe do projeto adotou de forma inovadora uma arquitetura de armazenamento de energia distribuída baseada na alta tensão de baterias de íons de sódio, e todo o sistema integra 88 conversores modulares, realizando uma "correspondência um-para-um" com os clusters de baterias, enquanto a arquitetura distribuída tradicional do sistema de armazenamento de energia de íons de lítio precisa integrar apenas mais de 40 conversores. O objetivo imediato de dobrar o número de conversores é aumentar a disponibilidade de capacidade e a eficiência de conversão de energia. A eficiência geral de conversão de energia deste sistema de armazenamento de energia de bateria de sódio é superior a 92%, enquanto as baterias de lítio são geralmente inferiores a 90%, o que deve complementar e substituir efetivamente as baterias de lítio e ser aplicado em armazenamento de energia eletroquímica em larga escala, veículos elétricos, máquinas de construção e outros campos.
Quanto à prevenção e controle de segurança, a equipe desenvolveu uma estratégia de gerenciamento térmico para o sistema de resfriamento líquido, bem como um conjunto completo de tecnologias de prevenção e controle de incêndio para o sistema de armazenamento de energia da bateria de íons de sódio, como barreira térmica em nível de módulo e extinção de incêndio de alta eficiência.
A diferença de temperatura entre mais de 22.000 células de bateria de sódio em todo o sistema é controlada em até 3 graus Celsius. O uso de dissipação de calor e barreira de fuga térmicamanta de aerogel de fibra de vidrocomo um material de barreira térmica entre o núcleo elétrico, o tempo de propagação da fuga térmica do monômero da bateria de 30 minutos para 2 horas, estendido para 4 vezes, melhorando muito a segurança do módulo da bateria.
A equipe desenvolveu a tecnologia de extinção de incêndio, resfriamento e antirreignição eficientes com nitrogênio líquido, capaz de extinguir o incêndio inicial da bateria em 5 segundos, mantendo-a sem reignição e explosão por 24 horas. "A atual tecnologia de armazenamento de energia de lítio e sódio promove a melhoria das características uma da outra, sendo óbvio que este conjunto de pesquisas sobre sistemas de armazenamento de energia de baterias de íons de sódio e tecnologias práticas de extinção de incêndio, resfriamento e antirreignição eficientes com nitrogênio líquido, por meio da aplicação do ciclo de vida do sistema de armazenamento de energia de baterias de íons de lítio, converte a aplicação da tecnologia de segurança na sincronização do sistema de armazenamento de energia de lítio e sódio pela primeira vez em aplicações de engenharia", afirmou LiYongQi.
28 de janeiro de 2024, pelo acadêmico Jiang Jianchun da Academia Chinesa de Engenharia, pela Academia Chinesa de Ciências, pelo acadêmico Cheng Shijie, pelo acadêmico Zhang Yue, pelo acadêmico Sun Jinhua da Academia de Ciências da União Europeia e outros especialistas do Comitê de Avaliação da Federação da Indústria de Máquinas da China sobre os resultados do projeto para fazer uma revisão da avaliação: a tecnologia geral do “sistema de armazenamento de energia de bateria de íons de sódio de 10 MWh para estações de energia de armazenamento de energia elétrica” desenvolvida pela equipe do projeto está no nível de liderança internacional.
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Horário de publicação: 23 de maio de 2024