孤單的鈉硫電池產業
與鋰離子電池、液流電池相比,鈉硫電池產業絕對可以稱得上是一個“孤單”的產業。這個產業的參與者嚴格意義上說只有兩家。
全球市場上,除日本NGK公司已經實現了批量化生產外,只有我國在2011年10月成立了上海電氣鈉硫儲能技術有限公司(以下簡稱“上海電氣鈉硫儲能”)。另外,韓國鋼鐵業巨頭浦項(POSCO)正在著手布局鈉硫電池的生產應用。
“我們現在是具有鈉硫電池生產能力的第二家也是倒數第一家。”上海電氣鈉硫儲能技術總監劉宇半開玩笑地對記者說。
倒數第一的第二名
據了解,鈉硫電池比能量密度高,且具有較大提升空間;生產所用原材料豐富,主要為鈉、硫、氧化鋁,如果在制備工藝方面趨于成熟和規?;杀居写罅肯陆悼臻g。這將使其在相當長一段時期內具有較強生命力。上海電網智能化規劃明確提出,“十二五”期間鈉硫儲能電池將作為重點建設方向之一。
鈉硫電池的目標市場十分廣闊,主要可定位于城市電網、發電廠、居住小區、醫院、大型企業、可再生能源優化等領域。它的“蓄洪”性能非常優異,即使輸入的電流突然超過額定功率5~10倍也能泰然承受,再以穩定的功率釋放到電網中。
2010年7月25日,在上海硅酸鹽研究所和上海電力歷時5年合作城網儲能鈉硫電池的基礎上,為進一步推動鈉硫電池產業化,在上海市政府的推動下,上海電氣集團、上海電力公司、上海硅酸鹽研究所三方簽訂了合作意向協議。2011年10月即成立了合資公司——上海電氣鈉硫儲能,落戶在嘉定工業園區。
目前該企業正在根據此前上海硅酸鹽研究所和上海電力公司2009年貫通的2 MW鈉硫電池單體試驗線成果,進一步加快電池產品化和一致性工藝、加快具備機械化/自動化性能的設備平臺設計與建設等工作。
顯然,這是一個技術、市場與裝備的“黃金組合”。 上海硅酸鹽研究所從1968年就已經開始研究鈉硫電池,當時主要用于電動車;上海電力公司可以為鈉硫電池提供實際應用的機會;而上海電氣集團在機械制造方面的優勢也是新合資企業所亟需的。
“當前我們的工作重點之一就是面向產業化的制備技術與平臺的設計和建設,由于國外的技術封鎖,生產電池所需的大量設備,包括陶瓷制備、高溫封裝設備、活性物質組裝設備、電池集成設備等無法直接購買,我們正在依靠各方力量,尤其是上海電氣集團在制造方面的優勢進行自主研發與整合?!眲⒂罱榻B說,“另一項重點工作是將電池從實驗品變成產品,這需要我們考慮成本和性能的平衡后,確定產品采用的結構、工藝以及產品系列等。按照規劃,2012年下半年設備將逐步到位,而產品化則會在2012年年中完成。”
這只是該企業的初步計劃,在成立之初,考慮到市場需求情況和自身的技術能力,該企業制定了三個階段的產業化目標。
據介紹,2012年是第一階段,任務是加大原鈉硫中試基地已開展的各項工程的攻關力度,提高單體電池的產品化性能;第二階段為2013年或2014年,計劃貫通具備5-10?MW生產能力的產品中試線,配合國家、上海市的示范項目,建立兆瓦級儲能示范電站;第三階段將在2014年年底完成,目標是貫通50?MW生產線,達到產業化目標,形成規?;a能力。
商業化路遙遙
談到造成鈉硫電池企業數量少的原因,劉宇認為,這與國外公司的技術封鎖不無關系。
據悉,NGK公司作為目前國際上唯一將鈉硫電池實現商業化運作的公司,它瞄準的市場是電站負荷調平、UPS應急電源及瞬間補償電源等應用,2002年開始進入商品化實施階段。截至2008年底,其全球商業用鈉硫電池系統運行規模達200個場所以上,累計安裝容量超過300?MW,最大系統達到34?MW,用于51?MW風電場。NGK公司的電池儲能模塊在日本和美國等國家創造了不少成功的應用案例。2010年NGK公司的年產量達150?MW。
而除了這一孤例,全球再也沒出現第二家實現商業化的公司。
“我們最深刻的體會是,這一技術的封鎖性太強了,在一定程度上對鈉硫電池技術的進步造成了障礙。其實,我們希望有更多的企業加入到這個行列,共同推進鈉硫電池產業的發展和應用?!眲⒂罡袊@道。
盡管很有可能成為第二家能夠批量生產鈉硫電池的企業,但不得不正視的是,目前我國在技術成熟度上與NGK公司之間仍有較大差距。這種差距不僅來源于技術本身,即所能達到的單體電池的一致性、電池的壽命、安全性等,還來自于實際的生產應用能力與經驗。
據了解,NGK公司已經將單體鈉硫電池的循環壽命做到了100%充放電2500次,80%充放電4000次以上,而且這種壽命是已經經過實際運行檢驗的。它的鈉硫電池生產線已經實現了自動化,產品可控性比較強,一致性較好。最可貴的是大量的運行經驗積累,這對一家企業對市場的開拓是至關重要的。
“必須承認,我們之間是有差距的。國內鈉硫電池產業應該通過自力更生加快形成自己的核心產業技術。首先要依靠政府強力扶持,加快產業化技術突破。另外,我們的鈉硫電池產業不能被NGK公司牽著鼻子走,應當有所區別,我們會考慮根據市場應用情況進行產品細分,然后根據市場需求調整電池結構以及集成技術。”劉宇表示。
然而再好的技術,要得到大發展最終也要靠市場說話。與其他儲能方式類似,目前我國對鈉硫電池的應用還主要局限于示范性項目。上海電氣鈉硫儲能已經落實參與的示范項目達幾兆瓦,主要是集中在上海,比如上海虹橋商務示范區、崇明島項目等。
作為一種產品,最終應用當然不能只限于示范項目。那么何時我國能夠實現鈉硫電池的商業化運行?哪些因素會阻礙未來鈉硫電池的推廣呢?
劉宇對此表示:“對真正合理化的商業推廣模式的探索是所有儲能電池大規模應用都需要做的工作,也是推廣的障礙之一。同時該電池的制造門檻高,對相關產業基礎要求較高;而且鈉硫電池需要高溫運行,對于高溫、安全的恐懼也造成其市場接受程度較低。從技術水平、市場接受方面判斷,國內能夠達到鈉硫電池的商業化還有很長一段路并需要很多的努力?!?nbsp;
上海硅酸鹽研究所鈉硫電池研究史
該研究所從1968年開始研究鈉硫電池,當時目標為電動車等用途,獲得了國家多個項目的支持,“九五”和“十五”期間,為有關單位研制成功各種類型的Na-beta-Al2O3陶瓷電解質管,研制了不同功率的車用鈉硫電池組并進行了應用示范,研制的30Ah單體電池最高壽命近千次。
2005年9月起,該研究所開始與上海電力公司合作,開展儲能用大容量鈉硫電池技術的研究,進行了相關的粉體、陶瓷、單電池的技術研究和相應的制備和檢測設備建立工作。2007年1月試制成功650Ah的大容量單體電池,2009年貫通了2MW鈉硫電池單體的實驗性中試線,其提供的鈉硫電池百千瓦級儲能電站在2010年5月起在上海世博會期間并網運行。