近年來(lái)，鈉離子電池作為儲(chǔ)能領(lǐng)域“新晉選手”嶄露頭角，其具有原材料儲(chǔ)量豐富、易于提取、成本低廉、自主可控等優(yōu)勢(shì)，有望與鋰離子電池在儲(chǔ)能等領(lǐng)域形成互補(bǔ)。今年5月，全國(guó)首座大容量鈉離子電池儲(chǔ)能電站在廣西建成投運(yùn)，標(biāo)志著鈉離子電池大規(guī)模儲(chǔ)能工程技術(shù)取得關(guān)鍵性突破，鈉離子電池規(guī)模化應(yīng)用或步入“快車(chē)道”。
大規(guī)模儲(chǔ)能工程技術(shù)取得突破
在廣西南寧市武鳴區(qū)，剛投入使用“滿(mǎn)月”的伏林鈉離子電池儲(chǔ)能電站坐落在綠野之中。從空中俯瞰，電池艙、儲(chǔ)能變流艙、升壓艙等組成白綠格子方陣。電站主控樓里，技術(shù)人員通過(guò)電子大屏可實(shí)時(shí)監(jiān)控儲(chǔ)能電站運(yùn)行情況，電池總?cè)萘俊㈦姵亟】刀?、充放電的性能指?biāo)，以及頻率、電壓、有功功率等實(shí)時(shí)參數(shù)清晰可見(jiàn)。
近年來(lái)，隨著新能源裝機(jī)容量占比持續(xù)提升，風(fēng)電、光伏等新能源發(fā)電方式具有間歇性，電力調(diào)峰壓力不斷增大，對(duì)于引入新型儲(chǔ)能作為靈活性調(diào)節(jié)資源的需求十分迫切。伏林鈉離子電池儲(chǔ)能電站投運(yùn)后，有效提升了電力系統(tǒng)對(duì)新能源的消納能力。
南方電網(wǎng)廣西南寧供電局高級(jí)工程師羅傳勝告訴記者，該儲(chǔ)能電站8小時(shí)能完成一次充放電，可通過(guò)相連的線(xiàn)路，智能化參與電力調(diào)峰，實(shí)現(xiàn)靈活存儲(chǔ)和釋放新能源電量，起到電網(wǎng)安全運(yùn)行的“穩(wěn)定器”“調(diào)節(jié)器”作用。
業(yè)內(nèi)人士介紹，盡管鈉離子電池工作原理、生產(chǎn)工藝與鋰離子電池類(lèi)似，并兼具高性能、高安全、長(zhǎng)壽命、寬溫區(qū)、高功率等優(yōu)勢(shì)，但要把鈉離子電池技術(shù)應(yīng)用于大容量?jī)?chǔ)能電站，仍需要攻克很多新難題。
“主要是電池技術(shù)、系統(tǒng)集成和安全防控三方面的技術(shù)難題。”南方電網(wǎng)廣西電網(wǎng)公司創(chuàng)新管理部副總經(jīng)理高立克說(shuō)，一是要在高性能材料和電芯規(guī)模制備上取得突破，二是要研發(fā)出完全適用于大容量鈉離子電池電熱特性的儲(chǔ)能系統(tǒng)集成技術(shù)，三是大容量鈉離子電池儲(chǔ)能成套火災(zāi)防控技術(shù)。
經(jīng)過(guò)技術(shù)攻關(guān)，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)研制出210安時(shí)容量、長(zhǎng)壽命、寬溫區(qū)、高安全性的鈉離子儲(chǔ)能電池，以及國(guó)內(nèi)首套十兆瓦時(shí)鈉離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，并應(yīng)用于伏林鈉離子電池儲(chǔ)能電站，形成從“材料—電池單體—儲(chǔ)能系統(tǒng)—工程建設(shè)”的成套解決方案。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)共獲得26項(xiàng)發(fā)明專(zhuān)利，填補(bǔ)了鈉離子電池材料、鈉離子電池集成技術(shù)以及鈉離子電池儲(chǔ)能安全防控技術(shù)三方面的空白。
成本優(yōu)勢(shì)尚未凸顯 上下游產(chǎn)業(yè)鏈待完善
業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，隨著關(guān)鍵技術(shù)的突破，鈉離子電池儲(chǔ)能有望成為成本最低的電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)，發(fā)展前景可期。但其作為一項(xiàng)新型儲(chǔ)能技術(shù)，距離真正規(guī)?；瘧?yīng)用還有較長(zhǎng)一段路要走。
記者了解到，鈉離子電池和鋰離子電池都是20世紀(jì)70年代發(fā)現(xiàn)的可充電電池，但早期市場(chǎng)需求主要集中在3C產(chǎn)品，對(duì)電池能量密度要求高，在這方面更具優(yōu)勢(shì)的鋰離子電池率先得到快速發(fā)展。出于對(duì)資源的可持續(xù)性和成本的考慮，鈉離子電池近幾年才重新受到學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的廣泛關(guān)注。
目前鈉離子電池在儲(chǔ)能領(lǐng)域的應(yīng)用，在性能和成本方面還需對(duì)標(biāo)鋰離子電池，進(jìn)一步提升技術(shù)經(jīng)濟(jì)性。在性能層面，鈉離子電池能量密度偏低，技術(shù)成熟度有待提高；在成本層面，隨著鋰價(jià)下行，鈉離子電池的綜合成本優(yōu)勢(shì)需要進(jìn)一步挖掘。
“當(dāng)前鈉離子電池的能量密度較磷酸鐵鋰電池低20%左右。我們要在保證安全性能的前提下，進(jìn)一步加大研發(fā)力度，提高鈉離子電池的能量密度，從而降低其制造成本和系統(tǒng)成本。”高立克說(shuō)，隨著技術(shù)逐步成熟，鈉離子電池的能量密度提升速度很快，預(yù)計(jì)將會(huì)在一至兩年內(nèi)追平鋰離子電池。
發(fā)揮鈉離子電池的成本優(yōu)勢(shì)，需要以大規(guī)模量產(chǎn)為前提。中國(guó)科學(xué)院院士、清華大學(xué)化學(xué)系教授李景虹說(shuō)，盡管鈉離子電池原材料豐富且成本低廉，但現(xiàn)在整體產(chǎn)量較小，配套的原材料、制造過(guò)程、應(yīng)用技術(shù)配套等成本都較高，導(dǎo)致其實(shí)際生產(chǎn)成本較當(dāng)前的鋰電子電池偏高。
多名受訪(fǎng)人士表示，雖然當(dāng)前我國(guó)鈉離子電池已取得一定領(lǐng)先地位，但總體上仍處于產(chǎn)業(yè)化初期階段，其技術(shù)路線(xiàn)和市場(chǎng)定位未明確，市場(chǎng)認(rèn)同度和接納度有待提升，形成上下游產(chǎn)業(yè)鏈還需要一定的時(shí)間。但對(duì)于行業(yè)而言，鈉離子電池與鋰離子電池在使用上可以通用互換，制造上可以與鋰離子電池共線(xiàn)，產(chǎn)業(yè)線(xiàn)轉(zhuǎn)換成本相對(duì)較低。
推進(jìn)鈉離子電池產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展
受訪(fǎng)人士認(rèn)為，新型儲(chǔ)能行業(yè)的發(fā)展需要政府、企業(yè)和社會(huì)等各方面的共同努力和支持。應(yīng)通過(guò)綜合施策，圍繞難點(diǎn)協(xié)同創(chuàng)新，加快鈉離子電池儲(chǔ)能等新型儲(chǔ)能技術(shù)的創(chuàng)新和應(yīng)用，為促進(jìn)新能源大規(guī)模、高比例消納，構(gòu)建新型電力系統(tǒng)和新型能源體系、助推實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)提供有力支撐。
中關(guān)村儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟副秘書(shū)長(zhǎng)李臻建議，鈉離子電池在正負(fù)極材料、電解液、電芯生產(chǎn)、電池集成等關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)，需要國(guó)家持續(xù)重點(diǎn)支持，保持我國(guó)在鈉離子電池技術(shù)方面先進(jìn)性的同時(shí)，針對(duì)鈉離子電池不同的技術(shù)路線(xiàn)給予支持，推動(dòng)不同規(guī)模、不同場(chǎng)景的示范應(yīng)用，加快技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，推動(dòng)集成應(yīng)用。
推動(dòng)產(chǎn)業(yè)化需要建立完整的儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)鏈，對(duì)此，高立克建議，加強(qiáng)鈉離子電池儲(chǔ)能企業(yè)與電力、能源、交通等產(chǎn)業(yè)協(xié)同發(fā)展，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能技術(shù)的多元化應(yīng)用，通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新和規(guī)模效應(yīng)，降低新型儲(chǔ)能技術(shù)的成本，提高經(jīng)濟(jì)性。
李景虹認(rèn)為，應(yīng)打造鈉離子電池儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)集群，支持產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)加強(qiáng)協(xié)同合作，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)化升級(jí)，解決規(guī)模較小和產(chǎn)業(yè)鏈不完善導(dǎo)致的成本問(wèn)題，提高產(chǎn)業(yè)鏈整體競(jìng)爭(zhēng)力。同時(shí)，加強(qiáng)鈉離子電池技術(shù)開(kāi)發(fā)與產(chǎn)業(yè)應(yīng)用之間的銜接，解決鈉離子電池上下游應(yīng)用脫節(jié)、技術(shù)配套不完善的問(wèn)題。
當(dāng)前，鈉離子電池產(chǎn)業(yè)還處于發(fā)展初期，為長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展考慮，李臻、高立克等人建議，制定鈉離子電池等新型儲(chǔ)能技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、質(zhì)量規(guī)范，建立產(chǎn)品測(cè)試認(rèn)證體系，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)鏈下游的規(guī)?；瘧?yīng)用，推動(dòng)行業(yè)高質(zhì)量規(guī)范發(fā)展。同時(shí)，指導(dǎo)電力企業(yè)開(kāi)展鈉離子電池儲(chǔ)能電站全生命周期的監(jiān)督和管理。此外，完善相關(guān)法律法規(guī)，明確新型儲(chǔ)能技術(shù)的準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)、安全要求和監(jiān)管機(jī)制，保障鈉離子電池儲(chǔ)能技術(shù)的可靠性和安全性。
大規(guī)模儲(chǔ)能工程技術(shù)取得突破
在廣西南寧市武鳴區(qū)，剛投入使用“滿(mǎn)月”的伏林鈉離子電池儲(chǔ)能電站坐落在綠野之中。從空中俯瞰，電池艙、儲(chǔ)能變流艙、升壓艙等組成白綠格子方陣。電站主控樓里，技術(shù)人員通過(guò)電子大屏可實(shí)時(shí)監(jiān)控儲(chǔ)能電站運(yùn)行情況，電池總?cè)萘俊㈦姵亟】刀?、充放電的性能指?biāo)，以及頻率、電壓、有功功率等實(shí)時(shí)參數(shù)清晰可見(jiàn)。
近年來(lái)，隨著新能源裝機(jī)容量占比持續(xù)提升，風(fēng)電、光伏等新能源發(fā)電方式具有間歇性，電力調(diào)峰壓力不斷增大，對(duì)于引入新型儲(chǔ)能作為靈活性調(diào)節(jié)資源的需求十分迫切。伏林鈉離子電池儲(chǔ)能電站投運(yùn)后，有效提升了電力系統(tǒng)對(duì)新能源的消納能力。
南方電網(wǎng)廣西南寧供電局高級(jí)工程師羅傳勝告訴記者，該儲(chǔ)能電站8小時(shí)能完成一次充放電，可通過(guò)相連的線(xiàn)路，智能化參與電力調(diào)峰，實(shí)現(xiàn)靈活存儲(chǔ)和釋放新能源電量，起到電網(wǎng)安全運(yùn)行的“穩(wěn)定器”“調(diào)節(jié)器”作用。
業(yè)內(nèi)人士介紹，盡管鈉離子電池工作原理、生產(chǎn)工藝與鋰離子電池類(lèi)似，并兼具高性能、高安全、長(zhǎng)壽命、寬溫區(qū)、高功率等優(yōu)勢(shì)，但要把鈉離子電池技術(shù)應(yīng)用于大容量?jī)?chǔ)能電站，仍需要攻克很多新難題。
“主要是電池技術(shù)、系統(tǒng)集成和安全防控三方面的技術(shù)難題。”南方電網(wǎng)廣西電網(wǎng)公司創(chuàng)新管理部副總經(jīng)理高立克說(shuō)，一是要在高性能材料和電芯規(guī)模制備上取得突破，二是要研發(fā)出完全適用于大容量鈉離子電池電熱特性的儲(chǔ)能系統(tǒng)集成技術(shù)，三是大容量鈉離子電池儲(chǔ)能成套火災(zāi)防控技術(shù)。
經(jīng)過(guò)技術(shù)攻關(guān)，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)研制出210安時(shí)容量、長(zhǎng)壽命、寬溫區(qū)、高安全性的鈉離子儲(chǔ)能電池，以及國(guó)內(nèi)首套十兆瓦時(shí)鈉離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，并應(yīng)用于伏林鈉離子電池儲(chǔ)能電站，形成從“材料—電池單體—儲(chǔ)能系統(tǒng)—工程建設(shè)”的成套解決方案。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)共獲得26項(xiàng)發(fā)明專(zhuān)利，填補(bǔ)了鈉離子電池材料、鈉離子電池集成技術(shù)以及鈉離子電池儲(chǔ)能安全防控技術(shù)三方面的空白。
成本優(yōu)勢(shì)尚未凸顯 上下游產(chǎn)業(yè)鏈待完善
業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，隨著關(guān)鍵技術(shù)的突破，鈉離子電池儲(chǔ)能有望成為成本最低的電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)，發(fā)展前景可期。但其作為一項(xiàng)新型儲(chǔ)能技術(shù)，距離真正規(guī)?；瘧?yīng)用還有較長(zhǎng)一段路要走。
記者了解到，鈉離子電池和鋰離子電池都是20世紀(jì)70年代發(fā)現(xiàn)的可充電電池，但早期市場(chǎng)需求主要集中在3C產(chǎn)品，對(duì)電池能量密度要求高，在這方面更具優(yōu)勢(shì)的鋰離子電池率先得到快速發(fā)展。出于對(duì)資源的可持續(xù)性和成本的考慮，鈉離子電池近幾年才重新受到學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的廣泛關(guān)注。
目前鈉離子電池在儲(chǔ)能領(lǐng)域的應(yīng)用，在性能和成本方面還需對(duì)標(biāo)鋰離子電池，進(jìn)一步提升技術(shù)經(jīng)濟(jì)性。在性能層面，鈉離子電池能量密度偏低，技術(shù)成熟度有待提高；在成本層面，隨著鋰價(jià)下行，鈉離子電池的綜合成本優(yōu)勢(shì)需要進(jìn)一步挖掘。
“當(dāng)前鈉離子電池的能量密度較磷酸鐵鋰電池低20%左右。我們要在保證安全性能的前提下，進(jìn)一步加大研發(fā)力度，提高鈉離子電池的能量密度，從而降低其制造成本和系統(tǒng)成本。”高立克說(shuō)，隨著技術(shù)逐步成熟，鈉離子電池的能量密度提升速度很快，預(yù)計(jì)將會(huì)在一至兩年內(nèi)追平鋰離子電池。
發(fā)揮鈉離子電池的成本優(yōu)勢(shì)，需要以大規(guī)模量產(chǎn)為前提。中國(guó)科學(xué)院院士、清華大學(xué)化學(xué)系教授李景虹說(shuō)，盡管鈉離子電池原材料豐富且成本低廉，但現(xiàn)在整體產(chǎn)量較小，配套的原材料、制造過(guò)程、應(yīng)用技術(shù)配套等成本都較高，導(dǎo)致其實(shí)際生產(chǎn)成本較當(dāng)前的鋰電子電池偏高。
多名受訪(fǎng)人士表示，雖然當(dāng)前我國(guó)鈉離子電池已取得一定領(lǐng)先地位，但總體上仍處于產(chǎn)業(yè)化初期階段，其技術(shù)路線(xiàn)和市場(chǎng)定位未明確，市場(chǎng)認(rèn)同度和接納度有待提升，形成上下游產(chǎn)業(yè)鏈還需要一定的時(shí)間。但對(duì)于行業(yè)而言，鈉離子電池與鋰離子電池在使用上可以通用互換，制造上可以與鋰離子電池共線(xiàn)，產(chǎn)業(yè)線(xiàn)轉(zhuǎn)換成本相對(duì)較低。
推進(jìn)鈉離子電池產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展
受訪(fǎng)人士認(rèn)為，新型儲(chǔ)能行業(yè)的發(fā)展需要政府、企業(yè)和社會(huì)等各方面的共同努力和支持。應(yīng)通過(guò)綜合施策，圍繞難點(diǎn)協(xié)同創(chuàng)新，加快鈉離子電池儲(chǔ)能等新型儲(chǔ)能技術(shù)的創(chuàng)新和應(yīng)用，為促進(jìn)新能源大規(guī)模、高比例消納，構(gòu)建新型電力系統(tǒng)和新型能源體系、助推實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)提供有力支撐。
中關(guān)村儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟副秘書(shū)長(zhǎng)李臻建議，鈉離子電池在正負(fù)極材料、電解液、電芯生產(chǎn)、電池集成等關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)，需要國(guó)家持續(xù)重點(diǎn)支持，保持我國(guó)在鈉離子電池技術(shù)方面先進(jìn)性的同時(shí)，針對(duì)鈉離子電池不同的技術(shù)路線(xiàn)給予支持，推動(dòng)不同規(guī)模、不同場(chǎng)景的示范應(yīng)用，加快技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，推動(dòng)集成應(yīng)用。
推動(dòng)產(chǎn)業(yè)化需要建立完整的儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)鏈，對(duì)此，高立克建議，加強(qiáng)鈉離子電池儲(chǔ)能企業(yè)與電力、能源、交通等產(chǎn)業(yè)協(xié)同發(fā)展，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能技術(shù)的多元化應(yīng)用，通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新和規(guī)模效應(yīng)，降低新型儲(chǔ)能技術(shù)的成本，提高經(jīng)濟(jì)性。
李景虹認(rèn)為，應(yīng)打造鈉離子電池儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)集群，支持產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)加強(qiáng)協(xié)同合作，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)化升級(jí)，解決規(guī)模較小和產(chǎn)業(yè)鏈不完善導(dǎo)致的成本問(wèn)題，提高產(chǎn)業(yè)鏈整體競(jìng)爭(zhēng)力。同時(shí)，加強(qiáng)鈉離子電池技術(shù)開(kāi)發(fā)與產(chǎn)業(yè)應(yīng)用之間的銜接，解決鈉離子電池上下游應(yīng)用脫節(jié)、技術(shù)配套不完善的問(wèn)題。
當(dāng)前，鈉離子電池產(chǎn)業(yè)還處于發(fā)展初期，為長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展考慮，李臻、高立克等人建議，制定鈉離子電池等新型儲(chǔ)能技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、質(zhì)量規(guī)范，建立產(chǎn)品測(cè)試認(rèn)證體系，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)鏈下游的規(guī)?；瘧?yīng)用，推動(dòng)行業(yè)高質(zhì)量規(guī)范發(fā)展。同時(shí)，指導(dǎo)電力企業(yè)開(kāi)展鈉離子電池儲(chǔ)能電站全生命周期的監(jiān)督和管理。此外，完善相關(guān)法律法規(guī)，明確新型儲(chǔ)能技術(shù)的準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)、安全要求和監(jiān)管機(jī)制，保障鈉離子電池儲(chǔ)能技術(shù)的可靠性和安全性。
