Recentemente, a primeira usina de armazenamento de energia em baterias de íon-sódio de grande capacidade da China – a usina de armazenamento de energia em baterias de íon-sódio Volin – entrou em operação em Nanning, Guangxi. Este projeto faz parte da primeira fase do programa nacional de pesquisa e desenvolvimento "Tecnologia de armazenamento de energia em baterias de íon-sódio de 100 megawatts-hora", com capacidade instalada de 2,5 megawatts/10 megawatts-hora.
A usina foi investida e construída pela 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 poderá gerar 73 milhões de toneladas de energia limpa anualmente, reduzindo as emissões de dióxido de carbono em 50.000 toneladas e atendendo às necessidades de eletricidade de 35.000 usuários residenciais.
Em comparação com o armazenamento de energia em baterias de íon-lítio, as baterias de íon-sódio, conhecidas como "irmãs", possuem reservas de matéria-prima, são fáceis de extrair, têm baixo custo e melhor desempenho em baixas temperaturas, apresentando vantagens óbvias para o armazenamento de energia em larga escala. "No estágio de desenvolvimento em larga escala do armazenamento de energia em baterias de íon-sódio, o custo pode ser reduzido em 20% a 30%. Com a melhoria completa da estrutura e do processo de fabricação das baterias, além do aumento da taxa de utilização dos materiais e da vida útil, o custo da eletricidade pode chegar a 0,2 yuan/kWh, o que representa uma importante direção tecnológica para a promoção da aplicação econômica desse novo tipo de armazenamento", afirmou Chen Man, vice-secretário-geral 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 baterias de íon-sódio esteja a todo vapor, não há precedentes internacionais para a aplicação da tecnologia de baterias de íon-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 projeto do programa nacional de pesquisa e desenvolvimento, sob o subtópico “Tecnologia de integração e demonstração de aplicação de sistemas de armazenamento de energia com baterias de íon-sódio de 100 megawatts-hora”. “Nosso foco é a preparação em escala de núcleo elétrico de alto desempenho, a integração de sistemas e a prevenção e controle de segurança, entre outras tecnologias-chave, para realizar pesquisas que resultem em direitos de propriedade intelectual independentes para a preparação de baterias de íon-sódio e a tecnologia de integração de sistemas”, explicou Gao Lik, vice-diretor do Departamento de Inovação da South China Grid Guangxi Grid Company e líder do projeto.
A célula de bateria de alta capacidade é a unidade básica de todo o sistema de armazenamento de energia de íon-sódio. Após um ano e meio de pesquisa, a equipe do projeto desenvolveu a primeira bateria de íon-sódio de 210Ah do mundo com longa vida útil, ampla faixa de temperatura de operação e alta segurança. "Do ponto de vista do desempenho, nosso tipo de bateria de íon-sódio apresenta as vantagens de ampla faixa de temperatura de operação, carregamento rápido e boa multiplicidade, podendo ser carregada a 90% em 12 minutos", afirmou Hu Yongsheng, pesquisador do Instituto de Física da Academia Chinesa de Ciências.
Como principal participante técnico do projeto, o Instituto de Pesquisa de Armazenamento de Energia da SouthGrid Energy Storage Company possui vasta experiência em integração de sistemas de armazenamento de energia com baterias de lítio e em prevenção e controle de segurança na área, participando do programa nacional de pesquisa e desenvolvimento "Aplicação de tecnologia de segurança ao longo do ciclo de vida de sistemas de armazenamento de energia com baterias de íon-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 como exemplo a integração do sistema, a equipe do projeto adotou de forma inovadora uma arquitetura de armazenamento de energia distribuída baseada na alta tensão das baterias de íon-sódio. O sistema integra 88 conversores modulares, estabelecendo uma correspondência direta com os clusters de baterias, enquanto a arquitetura distribuída tradicional de sistemas de armazenamento de energia com íon-lítio necessita de pouco 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 com baterias de sódio é superior a 92%, enquanto a das baterias de lítio geralmente é inferior a 90%. Espera-se que este sistema complemente e substitua efetivamente as baterias de lítio, podendo ser aplicado em sistemas de armazenamento de energia eletroquímica em larga escala, veículos elétricos, máquinas de construção e outros campos.
Em termos de 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 de baterias de íon-sódio, como barreira térmica em nível de módulo e sistema de 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. Isso é possível graças ao uso de dissipação de calor e barreira contra fuga térmica.manta de aerogel de fibra de vidroComo material de barreira térmica entre o núcleo elétrico, o tempo de propagação da fuga térmica do monômero da bateria aumentou de 30 minutos para 2 horas, um aumento de 4 vezes, melhorando significativamente a segurança do módulo da bateria.
A equipe desenvolveu uma tecnologia eficiente de extinção de incêndio, resfriamento e prevenção de reignição com nitrogênio líquido, capaz de extinguir o foco inicial de incêndio em baterias em 5 segundos e funcionar por 24 horas sem reignição ou explosão. "As tecnologias atuais de armazenamento de energia de lítio e sódio promovem o aprimoramento das características uma da outra de forma evidente. Este conjunto de pesquisa e aplicação prática da tecnologia de extinção de incêndio, resfriamento e prevenção de reignição com nitrogênio líquido, aplicada ao longo do ciclo de vida do sistema de armazenamento de energia de íon-lítio, representa a primeira aplicação em engenharia da sincronização dos sistemas de armazenamento de energia de lítio e sódio", afirmou LiYongQi.
Em 28 de janeiro de 2024, o Comitê de Avaliação da Federação da Indústria Mecânica da China, composto por Jiang Jianchun, da Academia Chinesa de Engenharia, Cheng Shijie, da Academia Chinesa de Ciências, Zhang Yue, Sun Jinhua, da Academia de Ciências da União Europeia, e outros especialistas, realizou uma revisão dos resultados do projeto, concluindo que a tecnologia geral do “Sistema de armazenamento de energia de bateria de íon-sódio de 10 MWh para usinas de armazenamento de energia elétrica” desenvolvida pela equipe do projeto está em um nível de liderança internacional.
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Data da publicação: 23 de maio de 2024