Недавно в городе Наньнин, провинция Гуанси, была введена в эксплуатацию первая в Китае электростанция с натрий-ионными батареями большой мощности – электростанция «Волинь». Это демонстрационный проект первого этапа национальной ключевой научно-исследовательской программы «Технология хранения энергии на основе натрий-ионных батарей мощностью 100 мегаватт-часов», установленная мощность которой составляет 2,5 мегаватт/10 мегаватт-часов.
Электростанция построена и эксплуатируется компанией Guangxi Power Grid Company, входящей в состав Southern Power Grid, и ее мощность на данном этапе составляет 10 МВт·ч. Общая мощность проекта достигнет 100 МВт·ч, что позволит ежегодно вырабатывать 73 миллиона единиц чистой электроэнергии, соответственно сократит выбросы углекислого газа на 50 000 тонн и обеспечит электроэнергией 35 000 бытовых потребителей.
По сравнению с литий-ионными батареями, «братья» натрий-ионные батареи обладают значительными запасами сырья, легкостью добычи, низкой стоимостью и лучшими характеристиками при низких температурах, что делает их очевидными преимуществами в крупномасштабном хранении энергии. «На этапе масштабного развития натрий-ионных батарей стоимость может быть снижена на 20-30%, при условии полного улучшения конструкции и процесса батареи, повышения коэффициента использования материалов и срока службы, стоимость электроэнергии может быть снижена до 0,2 юаня/кВтч, что является важным направлением развития технологий для стимулирования экономического применения нового типа накопителей энергии», — заявил Чэнь Ман, заместитель генерального секретаря Национального технического комитета по хранению электроэнергии и стратегический технический эксперт Южной энергетической сети.
Несмотря на то, что в Китае полным ходом идет работа по исследованиям и разработкам, производству, стандартизации, продвижению на рынке и применению натрий-ионных аккумуляторных батарей, в международном мире нет прецедентов применения технологии натрий-ионных батарей в электростанциях с крупными накопителями энергии.
В ноябре 2022 года компания Guangxi Power Grid Company совместно с компанией South Grid Energy Storage Company, Институтом физики Китайской академии наук, компанией Zhongkehai Sodium Technology Co., Ltd. и другими подразделениями проектной группы официально запустила проект в рамках национальной ключевой программы исследований и разработок по подтеме «Технология интеграции и демонстрация применения системы хранения энергии на основе натрий-ионных батарей мощностью 100 мегаватт-часов». «Мы сосредоточимся на разработке высокоэффективных технологий для создания электроядер, системной интеграции, предотвращения и контроля безопасности, а также других ключевых технологий, и создадим систему натрий-ионных батарей с независимыми правами интеллектуальной собственности», — представил руководитель проекта, заместитель директора департамента инноваций компании South China Grid Guangxi Grid Company Гао Лик.
Высокоемкостный аккумуляторный элемент является базовым элементом всей системы хранения энергии на основе натрий-ионных батарей. После полутора лет исследований проектная группа разработала первую в мире долговечную, высоконадежную натрий-ионную батарею емкостью 210 Ач с широким температурным диапазоном. «С точки зрения производительности, наша натрий-ионная батарея обладает преимуществами широкого рабочего температурного диапазона, быстрой зарядки и хорошей воспроизводимости, и может быть заряжена до 90% за 12 минут», — сказал Ху Юншэн, научный сотрудник Института физики Китайской академии наук.
Будучи основными техническими участниками проекта, Научно-исследовательский институт систем хранения энергии компании SouthGrid Energy Storage Company, обладающий богатым опытом исследований в области интеграции литиевых батарей в системы хранения энергии, а также предотвращения и контроля безопасности, реализует национальную ключевую программу исследований и разработок «Технологии безопасности применения литий-ионных батарей в течение всего жизненного цикла системы хранения энергии». «Хотя принципы реакции натриевых и литиевых батарей схожи, разработка комплексной системы хранения энергии, сочетающей в себе характеристики зарядки и разрядки натриевых батарей, требует преодоления множества новых проблем», — с волнением отметил Ли Юнци, технический эксперт компании SouthGrid Energy Storage Company.
В качестве примера системной интеграции, проектная группа инновационно применяет распределенную архитектуру хранения энергии на основе высоковольтных натрий-ионных батарей. Вся система интегрирует 88 модульных преобразователей, обеспечивая «однозначное соответствие» с кластерами батарей, в то время как традиционная распределенная архитектура литий-ионных систем хранения энергии требует интеграции более 40 преобразователей. Непосредственная цель удвоения количества преобразователей — увеличение доступной емкости и эффективности преобразования энергии. Общая эффективность преобразования энергии этой системы хранения энергии на основе натриевых батарей составляет более 92%, в то время как у литиевых батарей она обычно составляет менее 90%. Ожидается, что эта система дополнит и эффективно заменит литиевые батареи и найдет применение в крупномасштабных электрохимических системах хранения энергии, электромобилях, строительной технике и других областях.
Что касается мер по предотвращению и контролю пожарной безопасности, команда разработала стратегию терморегулирования для системы жидкостного охлаждения, а также полный набор технологий предотвращения и контроля пожаров для системы хранения энергии на основе натрий-ионных батарей, таких как тепловые барьеры на уровне модулей и высокоэффективные системы пожаротушения.
Разница температур между более чем 22 000 натриевыми аккумуляторными элементами во всей системе контролируется в пределах 3 градусов Цельсия. Используется как система отвода тепла, так и барьер против теплового разгона.одеяло из стекловолоконного аэрогеляВ качестве теплоизоляционного материала между электрическим сердечником время распространения теплового разгона монослоя батареи увеличивается с 30 минут до 2 часов, что в 4 раза повышает безопасность аккумуляторного модуля.
Команда разработала эффективную технологию пожаротушения, охлаждения и предотвращения повторного возгорания с использованием жидкого азота, способную потушить первоначальный пожар в батарее в течение 5 секунд и обеспечить работу в течение 24 часов без повторного возгорания и взрыва. «Современные технологии хранения энергии на основе лития и натрия явно способствуют улучшению характеристик друг друга. Впервые в инженерном применении в сочетании технологий обеспечения безопасности в течение всего жизненного цикла системы хранения энергии на основе натрий-ионных батарей и технологии эффективного пожаротушения, охлаждения и предотвращения повторного возгорания с использованием жидкого азота», — сказал Ли Юнци.
28 января 2024 года эксперты из оценочной комиссии Китайской федерации машиностроения, в состав которой вошли академик Цзян Цзяньчунь, академик Чэн Шицзе, академик Чжан Юэ, академик Сунь Цзиньхуа из Европейской академии наук и другие, провели оценку результатов проекта: разработанная проектной группой система хранения энергии на основе натрий-ионных батарей мощностью 10 МВт·ч для электростанций, использующих накопление энергии, находится на ведущем международном уровне.
Shanghai Orisen New Material Technology Co., Ltd
М: +86 18683776368 (также WhatsApp)
Тел.: +86 08383990499
Email: grahamjin@jhcomposites.com
Адрес: № 398, Новая Зеленая Дорога, поселок Синьбан, район Сунцзян, Шанхай.
Дата публикации: 23 мая 2024 г.