כשנכנסים לתחנת הכוח הלאומית להדגמה של אחסון והולכה של רוח ושמש במחוז ז’אנגביי, תוכלו לראות שורות של טורבינות רוח לבנות ולוחות פוטו-וולטאיים כחולים בוהקים על אדמת העשב הירוק.

זהו פרויקט ההדגמה הגדול ביותר של אחסון והעברה רוח-סולרית במדינה שלי. היא מאמצת את רעיונות הבנייה וההעברה הרוח-סולארית הראשונה בעולם בשילוב ייצור חשמל ומסלולים טכניים. זהו פרויקט הדגמת אנרגיה חדש ומקיף המשלב כוח רוח, פוטו, התקני אחסון אנרגיה והעברת כוח חכמה. .

תחנת כוח זו יכולה “לאחסן” את משאבי הרוח והשמש ש”קשים לניבוי, קשים לשליטה וקשים לשיגור”, ולהמיר אותם לאנרגיה חשמלית ירוקה איכותית ואמינה לכניסה לרשת, ויכולה לפעול. ב”תנודות חלקות” ו”גילוח שיא ומילוי עמקים” מעבר גמיש בין המצבים. במקרה של אובדן אספקת חשמל חיצונית מרשת החשמל, תחנת הכוח לאגירת אנרגיה יכולה לשמור על הפעולה הרגילה של רשת החשמל באמצעות יכולת התנעה עצמית פנימית.

פיתוח טכנולוגיית אגירת האנרגיה היא אחת מטכנולוגיות הליבה המרכזיות לקידום ייצור אנרגיה חדש ולשיפור האבטחה והיציבות של רשת החשמל. בין סוגים שונים של טכנולוגיות אחסון אנרגיה אלקטרוכימית, לסוללות ליתיום טיטנאט יש מאפיינים של חיי מחזור ארוכים וביצועי בטיחות טובים, המתאימות היטב לתרחישי היישום של אחסון אנרגיה ברשת. עם זאת, העלות הגבוהה של סוללות ליתיום טיטנאט אינה מתאימה ליישומי אחסון אנרגיה בקנה מידה גדול.

בהקשר זה, מכון המחקר החשמלי של סין התאחד עם מספר יחידות כדי ליצור במשותף צוות פרויקט “פיתוח סוללות ליתיום טיטנאט בעלות נמוכה לאחסון אנרגיה ופיתוח ויישום של טכנולוגיית אינטגרציה של מערכות”. לאחר שנים של מחקר, צוות הפרויקט, המבוסס על סוללת הליתיום טיטנאט המקורית, הציע מערכת חומרי סוללת ליתיום טיטנאט ועקרונות שחזור תהליך ייצור ופתרונות טכניים כדי לענות על הצרכים של יישומי אחסון אנרגיה, ופיתח חומר ליתיום טיטנאט ברמת תת-מיקרון . סוללת הליתיום טיטנאט לאחסון אנרגיה שפותחה על ידי הפרויקט שומרת על המאפיינים הפנימיים של חיים ארוכים, בעוד שהעלות מופחתת מאוד. בפרסי המדע והטכנולוגיה של בייג’ינג לשנת 2017, הפרויקט זכה בפרס השני.

המוצא הבא לאנרגיה חדשה

אגירת אנרגיה נחשבת למוצא הבא לאנרגיה חדשה. כטכנולוגיה צופה פני עתיד לקידום הפיתוח של תעשיית האנרגיה החדשה בעתיד, תעשיית אגירת האנרגיה תמלא תפקיד ענק בחיבור לרשת אנרגיה חדשה, רכבי אנרגיה חדשים, רשתות חכמות, רשתות מיקרו, מערכות אנרגיה מבוזרות ואנרגיה ביתית מערכות אחסון.

“הסיבה לפיתוח של אגירת אנרגיה היא שייצור כוח פוטו וולטאי ורוח הם לסירוגין ולא יציב. לכן, יש צורך בשיתוף פעולה של מערכות אגירת אנרגיה כדי לספק כוח יציב ואמין”. מנהל משרד המחקר לאונטולוגיה של סוללות אחסון אנרגיה, מכון המחקר החשמלי של סין יאנג קאי אמר לכתבים.

השימוש בטכנולוגיית אגירת אנרגיה בקנה מידה גדול יכול לקדם את הפיתוח של אנרגיה מתחדשת, לשפר את הבטיחות והיציבות של רשת החשמל, לשפר את איכות אספקת החשמל ולהקל ביעילות על הסתירה בין אספקת החשמל לביקוש.

מערכות אחסון אנרגיה בקנה מידה גדול פועלות בכל ההיבטים של ייצור, הולכה, הפצה ושימוש של מערכות חשמל. היישום שלו יכול לא רק לשפר את הביצועים של מערכות חשמל מסורתיות, אלא גם להביא מהפכה בתכנון, עיצוב, פריסה, תפעול וניהול ושימוש ברשתות חשמל. במובן זה, טכנולוגיית אגירת האנרגיה היא רמה טכנולוגית בעלת משמעות אסטרטגית לאומית, ופיתוח טכנולוגיית אגירת האנרגיה היא למעשה “מאחסן את העתיד”.

“פרח נפלא” בסוללות ליתיום-יון

מובן שטכנולוגיית אגירת אנרגיה מחולקת בעיקר לאגירת אנרגיה מכנית, אגירת אנרגיה אלקטרוכימית, אגירת אנרגיה אלקטרומגנטית ואחסון אנרגיה בשינוי פאזה. בשנים האחרונות, לטכנולוגיית אגירת אנרגיה אלקטרוכימית המיוצגת על ידי סוללות ליתיום-יון יש מאפיינים של קנה מידה אנרגיה גדול, בחירת מיקום גמישה ומהירות תגובה מהירה, העומדת בדרישות הטכניות של מערכות החשמל ובמגמת הפיתוח של רשתות חכמות, והפכה נחשב למוקד המחקר של מוסדות מחקר במדינות שונות. הפוך לטכנולוגיית אחסון האנרגיה של מערכת החשמל הצומחת ביותר. סוללת ליתיום-יון היא מעין “סוללת כיסא נדנדה”. האלקטרודות החיוביות והשליליות מורכבות משתי תרכובות או חומרים פשוטים שיכולים לבטל ליתיום מספר פעמים. בעת הטעינה, חומר האלקטרודה החיובית עובר דה-ליטיום, ויוני ליתיום נכנסים לאלקטרוליט וחודרים למפריד כדי להיות מוטבע באלקטרודה השלילית. האלקטרודה החיובית עוברת תגובת חמצון. ההיפך הוא הנכון בזמן השחרור.

טכנולוגיית סוללת ליתיום-יון נמצאת במצב של התפתחות מהירה עם המחקר של חומרי אלקטרודות הסוללה. כעת הוא התרחב מסוללות ליתיום קובלט אוקסיד למערכות טרינריות, ליתיום מנגנט, ליתיום ברזל פוספט, ליתיום טיטנאט ומערכות סוללות אחרות המתקיימות במקביל. סוללת הליתיום-יון החדשה עם ליתיום טיטנאט כאלקטרודה השלילית פורצת את המגבלות המובנות של גרפיט בתור האלקטרודה השלילית, ובעלת ביצועים טובים משמעותית מסוללות ליתיום-יון מסורתיות, מה שהופך אותה לאחת מסוללות אגירת האנרגיה המבטיחות ביותר. לשם כך, יאנג קאי הציג לכתבים ארבעה יתרונות מרכזיים של סוללות ליתיום טיטנאט שיכולות להתבלט:

בטיחות ויציבות טובים. מכיוון שלחומר האנודה של ליתיום טיטנאט יש פוטנציאל החדרת ליתיום גבוה, נמנעים יצירה ומשקעים של ליתיום מתכתי במהלך תהליך הטעינה. ומכיוון שפוטנציאל שיווי המשקל שלו גבוה מפוטנציאל ההפחתה של רוב ממיסי האלקטרוליטים, הוא אינו מגיב עם האלקטרוליט ואינו יוצר מוצק – סרט הפסיבציה על ממשק הנוזל מונע התרחשות של תגובות לוואי רבות, ובכך משפר מאוד את הבטיחות . “תחנות כוח לאחסון אנרגיה זהות לרכבים חשמליים, ובטיחות ויציבות הן האינדיקטורים החשובים ביותר”. אמר יאנג קאי.

ביצועי טעינה מהירה מעולים. זמן טעינה ארוך מדי היה מאז ומתמיד מכשול שקשה להתגבר עליו בפיתוח כלי רכב חשמליים. בדרך כלל, נעשה שימוש באוטובוסים חשמליים טהורים בטעינה איטית, וזמן הטעינה הוא לפחות 4 שעות, וזמן הטעינה של מכוניות נוסעים חשמליות טהורות רבות הוא עד 8 שעות. סוללת הליתיום טיטנאט ניתנת לטעינה מלאה תוך כעשר דקות, שהיא קפיצת מדרגה איכותית מהסוללות המסורתיות.

חיי מחזור ארוכים. בהשוואה לחומרי הגרפיט הנפוצים בסוללות ליתיום-יון מסורתיות, חומרי ליתיום טיטנאט כמעט ולא מתכווצים או מתרחבים במבנה המסגרת במהלך תהליך הטעינה והפריקה של ליתיום. / בעיית הנזק למבנה האלקטרודה שנגרם על ידי מתח נפח התא בעת שילוב יוני ליתיום, ולכן יש לו ביצועי מחזור מצוינים מאוד. על פי נתונים ניסיוניים, חיי המחזור הממוצעים של סוללות ליתיום ברזל פוספט רגילות הוא פי 4000-6000, בעוד שחיי המחזור של סוללות ליתיום טיטנאט יכולים להגיע ליותר מפי 25000.

ביצועים טובים בעמידות טמפרטורה רחבה. בדרך כלל, לרכבים חשמליים יהיו בעיות בעת טעינה ופריקה ב-10 מעלות צלזיוס. לסוללות ליתיום טיטנאט יש עמידות טובה לטמפרטורה רחבה ועמידות חזקה. ניתן לטעון ולפרוק אותם כרגיל ב-40 מעלות צלזיוס עד 70 מעלות צלזיוס, לא משנה במדינה הצפונית הקפואה, עדיין בדרום החם, הרכב לא ישפיע על העבודה בגלל “הלם סוללה”, מה שמבטל את דאגות המשתמשים .

בדיוק על בסיס היתרונות הללו הפכו סוללות ליתיום טיטנאט ל”פלא” מסנוור בפיתוח טכנולוגיית סוללת הליתיום-יון.