近日，由“武漢設計”代表企業長江設計集團機電院承擔總承包的大唐湖北50兆瓦/100兆瓦時鈉離子新型儲能電站科技創新示范項目（下稱“大唐湖北儲能電站項目”）成功實現50兆瓦滿功率充、放電，這是已建成的全國乃至全球規模最大的鈉離子電池儲能電站。

充分利用國內鈉資源，改變鋰電“一家獨大”局面
“開辟儲能市場新的突破口，鈉離子這個‘賽道’值得去闖”，長江設計集團機電院副總工程師朱宜飛介紹，目前，鈉離子儲能技術主要運用于電動自行車充電電池領域，此次建設新型儲能電站，是鈉離子儲能技術的首個規模化運用。
“鈉離子電池儲能技術成功運用，鋰電‘一家獨大’的局面將由此改變。”朱宜飛說，早在20世紀80年代，國外就已經將鈉離子用于充電電池生產中，但相比鋰離子電池市場的高速發展，鈉離子技術沒有成為市場主流。近年來，我國電化學儲能技術以鋰離子電池為絕對主導，但受新能源汽車高速增長影響，碳酸鋰價格頻繁大幅波動。這一現象在一定程度上對新能源產業的持續健康發展構成了挑戰。同時，當前我國鋰鹽高度依賴進口，這也限制了產業的自主性和發展速度。
相對于鋰離子電池，我國鈉資源儲量占全球的22%，資源豐富、價格低廉。同時，鈉離子電池內阻比鋰離子在短路等安全性試驗中瞬間發熱量少、溫升低，安全性能更好，同時鈉離子電池具有更長的預期使用壽命，易于回收再利用，更利于環境保護。
據悉，大唐湖北儲能電站項目是湖北省能源局首批公示的21個新型儲能電站項目中進展最快的一個，項目位于湖北省潛江市熊口管理區，建設范圍包括一套50兆瓦/100兆瓦時鈉離子儲能系統及配套的一座110千伏升壓站。
創新組串式設計，建504個獨立充放電通道
大唐湖北儲能電站項目位于潛江市城郊寬闊平整的場地上，63個長方形箱體設備整齊排列，項目如同一套龐大且結構嚴密的巨型電池組。
“這一項目之‘大’，首先在于儲能容量異常強大。”朱宜飛告訴記者，大唐湖北儲能電站項目共有21組儲電單元，同時存儲時，最多可以存儲10萬度電，相當于1.2萬戶家庭一天的用電量。
該儲能站最小的儲電單元是185安時的電芯，這已是目前容量最大的鈉離子電池電芯。一個電芯充滿電能有多少電？他形象地打了個比方：“相當于18.5個市民常隨身攜帶的10000毫安的充電寶。”
儲能站為何分為63個箱體設備？朱宜飛介紹，鈉離子電池組裝按“包”“簇”“艙”劃分結構：每52個電芯組成一個“包”，每7個電池包組成一個“簇”，每12個“簇”組成一個電池艙，63個箱體即為42個電池艙和與之配套的21個變流器艙。
朱宜飛指出，組串式設計是該項目設計亮點，即將儲能單元以“簇”為單位劃分為504個相對獨立且容量相同的儲能、放電通道。“一旦某個‘簇’發生故障，其他‘簇’絲毫不受影響，能持續穩定完成充放電。”
反復實驗遴選性能最佳電池建設項目
在國內，鈉離子儲能技術尚屬創新，如何將18萬余個鈉離子電芯集成設計、保障性能穩定？
朱宜飛介紹，大容量鈉離子電芯屬新產品，本項目是其首次大規模商業化應用，同時，鈉離子儲能設備零部件及配套產品也基本處于試驗階段。由此，鈉離子新型儲能電站的設計重點圍繞零部件生產與技術匹配展開。
為防止鈉離子電池因過度充放發生故障問題，設計團隊聯合國內多家生產企業進行科研合作，測試了多個主流產品，通過數據對比篩選出性能最穩定的產品，投入應用。
鈉離子電池性能也是關系到儲能站安全生產的重要因素。為此，設計團隊對電池進行了200余項試驗，其中包括模擬過充、過放、擠壓、跌落、加熱等各種極端條件，“人為”制造電池內短路，模擬電池熱失控過程，以評估電池短路后是否會引發火災或爆炸等危險。設計團隊對不同廠家電池反復試驗，遴選出性能最穩定的產品，還對電池進行模擬3000次以上充放電性能測試，通過電流曲線圖分析電池性能，確保項目投產后，性能穩定、安全生產。
“如同一個大型蓄電池，隨時為電網調配電力。”朱宜飛介紹，該項目建成后將吸納更多太陽能、風能等綠色電能，根據電網需要，每年可完成300—600次充放電，一次充放電可將10萬度電能在2小時內回補電網，參與電網“削峰填谷”，緩解電網壓力，保持平衡，并提高綠色能源在電網中的消納比例。