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钠离子电池储能“崭露头角” 规模化应用还有多远?

  近年来,钠离子电池作为储能领域“新晋选手”崭露头角,其具有原材料储量丰富、易于提取、成本低廉、自主可控等优势,有望与锂离子电池在储能等领域形成互补。今年5月,全国首座大容量钠离子电池储能电站在广西建成投运,标志着钠离子电池大规模储能工程技术取得关键性突破,钠离子电池规模化应用或步入“快车道”。

  大规模储能工程技术取得突破

  在广西南宁市武鸣区,刚投入使用“满月”的伏林钠离子电池储能电站坐落在绿野之中。从空中俯瞰,电池舱、储能变流舱、升压舱等组成白绿格子方阵。电站主控楼里,技术人员通过电子大屏可实时监控储能电站运行情况,电池总容量、电池健康度、充放电的性能指标,以及频率、电压、有功功率等实时参数清晰可见。

  近年来,随着新能源装机容量占比持续提升,风电、光伏等新能源发电方式具有间歇性,电力调峰压力不断增大,对于引入新型储能作为灵活性调节资源的需求十分迫切。伏林钠离子电池储能电站投运后,有效提升了电力系统对新能源的消纳能力。

  南方电网广西南宁供电局高级工程师罗传胜告诉记者,该储能电站8小时能完成一次充放电,可通过相连的线路,智能化参与电力调峰,实现灵活存储和释放新能源电量,起到电网安全运行的“稳定器”“调节器”作用。

  业内人士介绍,尽管钠离子电池工作原理、生产工艺与锂离子电池类似,并兼具高性能、高安全、长寿命、宽温区、高功率等优势,但要把钠离子电池技术应用于大容量储能电站,仍需要攻克很多新难题。

  “主要是电池技术、系统集成和安全防控三方面的技术难题。”南方电网广西电网公司创新管理部副总经理高立克说,一是要在高性能材料和电芯规模制备上取得突破,二是要研发出完全适用于大容量钠离子电池电热特性的储能系统集成技术,三是大容量钠离子电池储能成套火灾防控技术。

  经过技术攻关,项目团队研制出210安时容量、长寿命、宽温区、高安全性的钠离子储能电池,以及国内首套十兆瓦时钠离子电池储能系统,并应用于伏林钠离子电池储能电站,形成从“材料—电池单体—储能系统—工程建设”的成套解决方案。项目团队共获得26项发明专利,填补了钠离子电池材料、钠离子电池集成技术以及钠离子电池储能安全防控技术三方面的空白。

  成本优势尚未凸显 上下游产业链待完善

  业内人士认为,随着关键技术的突破,钠离子电池储能有望成为成本最低的电化学储能技术,发展前景可期。但其作为一项新型储能技术,距离真正规模化应用还有较长一段路要走。

  记者了解到,钠离子电池和锂离子电池都是20世纪70年代发现的可充电电池,但早期市场需求主要集中在3C产品,对电池能量密度要求高,在这方面更具优势的锂离子电池率先得到快速发展。出于对资源的可持续性和成本的考虑,钠离子电池近几年才重新受到学术界和产业界的广泛关注。

  目前钠离子电池在储能领域的应用,在性能和成本方面还需对标锂离子电池,进一步提升技术经济性。在性能层面,钠离子电池能量密度偏低,技术成熟度有待提高;在成本层面,随着锂价下行,钠离子电池的综合成本优势需要进一步挖掘。

  “当前钠离子电池的能量密度较磷酸铁锂电池低20%左右。我们要在保证安全性能的前提下,进一步加大研发力度,提高钠离子电池的能量密度,从而降低其制造成本和系统成本。”高立克说,随着技术逐步成熟,钠离子电池的能量密度提升速度很快,预计将会在一至两年内追平锂离子电池。

  发挥钠离子电池的成本优势,需要以大规模量产为前提。中国科学院院士、清华大学化学系教授李景虹说,尽管钠离子电池原材料丰富且成本低廉,但现在整体产量较小,配套的原材料、制造过程、应用技术配套等成本都较高,导致其实际生产成本较当前的锂电子电池偏高。

  多名受访人士表示,虽然当前我国钠离子电池已取得一定领先地位,但总体上仍处于产业化初期阶段,其技术路线和市场定位未明确,市场认同度和接纳度有待提升,形成上下游产业链还需要一定的时间。但对于行业而言,钠离子电池与锂离子电池在使用上可以通用互换,制造上可以与锂离子电池共线,产业线转换成本相对较低。

  推进钠离子电池产业高质量发展

  受访人士认为,新型储能行业的发展需要政府、企业和社会等各方面的共同努力和支持。应通过综合施策,围绕难点协同创新,加快钠离子电池储能等新型储能技术的创新和应用,为促进新能源大规模、高比例消纳,构建新型电力系统和新型能源体系、助推实现“双碳”目标提供有力支撑。

  中关村储能产业技术联盟副秘书长李臻建议,钠离子电池在正负极材料、电解液、电芯生产、电池集成等关键技术环节,需要国家持续重点支持,保持我国在钠离子电池技术方面先进性的同时,针对钠离子电池不同的技术路线给予支持,推动不同规模、不同场景的示范应用,加快技术的产业化发展,推动集成应用。

  推动产业化需要建立完整的储能产业链,对此,高立克建议,加强钠离子电池储能企业与电力、能源、交通等产业协同发展,实现储能技术的多元化应用,通过技术创新和规模效应,降低新型储能技术的成本,提高经济性。

  李景虹认为,应打造钠离子电池储能产业集群,支持产业链上下游企业加强协同合作,推动产业链优化升级,解决规模较小和产业链不完善导致的成本问题,提高产业链整体竞争力。同时,加强钠离子电池技术开发与产业应用之间的衔接,解决钠离子电池上下游应用脱节、技术配套不完善的问题。

  当前,钠离子电池产业还处于发展初期,为长远发展考虑,李臻、高立克等人建议,制定钠离子电池等新型储能技术标准、质量规范,建立产品测试认证体系,促进产业链下游的规模化应用,推动行业高质量规范发展。同时,指导电力企业开展钠离子电池储能电站全生命周期的监督和管理。此外,完善相关法律法规,明确新型储能技术的准入标准、安全要求和监管机制,保障钠离子电池储能技术的可靠性和安全性。