เมื่อเดินเข้าไปในสถานีพลังงานสาธิตแห่งชาติของการจัดเก็บและถ่ายทอดพลังงานลมและแสงอาทิตย์ในเขตจางเป่ย คุณจะเห็นกังหันลมสีขาวเรียงเป็นแถวและแผงเซลล์แสงอาทิตย์สีฟ้าแวววาวบนทุ่งหญ้าสีเขียว

นี่เป็นโครงการสาธิตการจัดเก็บและส่งผ่านพลังงานแสงอาทิตย์ที่ใหญ่ที่สุดในประเทศของฉัน ใช้การจัดเก็บและส่งผ่านพลังงานแสงอาทิตย์แบบแรกของโลกที่รวมแนวคิดการก่อสร้างการผลิตไฟฟ้าและเส้นทางทางเทคนิคเข้าด้วยกัน เป็นโครงการสาธิตพลังงานใหม่ที่ครอบคลุมซึ่งรวมพลังงานลม เซลล์แสงอาทิตย์ อุปกรณ์กักเก็บพลังงาน และระบบส่งกำลังอัจฉริยะ .

โรงไฟฟ้านี้สามารถ “เก็บ” แหล่งพลังงานลมและพลังงานแสงอาทิตย์ที่ “คาดเดายาก ควบคุมยาก และจัดส่งยาก” และแปลงเป็นพลังงานไฟฟ้าสีเขียวคุณภาพสูงและเชื่อถือได้สำหรับป้อนเข้าสู่กริด และสามารถทำงานได้ ใน “การผันผวนที่ราบรื่น” และ “การโกนและการเติมหุบเขาสูงสุด” การสลับระหว่างโหมดต่างๆ ที่ยืดหยุ่น ในกรณีของการสูญเสียพลังงานภายนอกจากโครงข่ายไฟฟ้า สถานีพลังงานเก็บพลังงานสามารถรักษาการทำงานปกติของโครงข่ายไฟฟ้าผ่านความสามารถในการสตาร์ทตัวเองภายใน

การพัฒนาเทคโนโลยีการจัดเก็บพลังงานเป็นหนึ่งในเทคโนโลยีหลักที่สำคัญในการส่งเสริมการผลิตพลังงานใหม่ และปรับปรุงความปลอดภัยและความเสถียรของโครงข่ายไฟฟ้า ในบรรดาเทคโนโลยีการจัดเก็บพลังงานเคมีไฟฟ้าประเภทต่างๆ แบตเตอรี่ลิเธียมไททาเนตมีลักษณะเฉพาะของอายุการใช้งานที่ยาวนานและประสิทธิภาพด้านความปลอดภัยที่ดี ซึ่งเหมาะสมกับสถานการณ์การใช้งานของการจัดเก็บพลังงานกริด อย่างไรก็ตาม แบตเตอรี่ลิเธียมไททาเนตที่มีราคาสูงไม่เอื้อต่อการจัดเก็บพลังงานขนาดใหญ่

ในเรื่องนี้ สถาบันวิจัยพลังงานไฟฟ้าแห่งประเทศจีนได้ร่วมกับหน่วยงานจำนวนหนึ่งเพื่อร่วมกันจัดตั้งทีมโครงการ “การพัฒนาแบตเตอรี่ลิเธียมไททาเนตราคาประหยัดสำหรับการจัดเก็บและพัฒนาพลังงานและการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีการรวมระบบ” หลังจากหลายปีของการวิจัย ทีมงานโครงการซึ่งใช้แบตเตอรี่ลิเธียมไททาเนตดั้งเดิมได้เสนอระบบวัสดุแบตเตอรี่ลิเธียมไททาเนตและหลักการสร้างกระบวนการผลิตใหม่และการแก้ปัญหาทางเทคนิคเพื่อตอบสนองความต้องการของแอพพลิเคชั่นการจัดเก็บพลังงาน และพัฒนาวัสดุลิเธียมไททาเนตระดับย่อยไมครอน . แบตเตอรี่ลิเธียมไททาเนตสำหรับการจัดเก็บพลังงานที่พัฒนาโดยโครงการจะรักษาลักษณะที่แท้จริงของอายุการใช้งานที่ยาวนาน ในขณะที่ต้นทุนลดลงอย่างมาก ในงาน Beijing Science and Technology Awards ประจำปี 2017 โครงการได้รับรางวัลที่สอง

ทางออกถัดไปสำหรับพลังงานใหม่

การจัดเก็บพลังงานถือเป็นแหล่งพลังงานใหม่ต่อไป ในฐานะที่เป็นเทคโนโลยีที่มองไปข้างหน้าเพื่อส่งเสริมการพัฒนาอุตสาหกรรมพลังงานใหม่ในอนาคต อุตสาหกรรมการจัดเก็บพลังงานจะมีบทบาทอย่างมากในการเชื่อมต่อโครงข่ายพลังงานใหม่ ยานพาหนะพลังงานใหม่ สมาร์ทกริด ไมโครกริด ระบบพลังงานแบบกระจาย และพลังงานในบ้าน ระบบจัดเก็บข้อมูล

“เหตุผลในการพัฒนาการจัดเก็บพลังงานก็คือการผลิตไฟฟ้าโซลาร์เซลล์และพลังงานลมนั้นไม่สม่ำเสมอและไม่เสถียร ดังนั้นความร่วมมือของระบบกักเก็บพลังงานจึงเป็นสิ่งจำเป็นเพื่อให้มีพลังงานที่มั่นคงและเชื่อถือได้” ผู้อำนวยการสำนักงานวิจัยอภิปรัชญาแบตเตอรี่เก็บพลังงาน สถาบันวิจัยพลังงานไฟฟ้าของจีน Yang Kai กล่าวกับผู้สื่อข่าว

การใช้เทคโนโลยีการจัดเก็บพลังงานขนาดใหญ่สามารถส่งเสริมการพัฒนาพลังงานหมุนเวียน ปรับปรุงความปลอดภัยและความเสถียรของโครงข่ายไฟฟ้า ปรับปรุงคุณภาพของแหล่งจ่ายไฟ และบรรเทาความขัดแย้งระหว่างแหล่งจ่ายไฟและความต้องการอย่างมีประสิทธิภาพ

ระบบกักเก็บพลังงานขนาดใหญ่ดำเนินการในทุกด้านของการผลิต การส่ง การกระจาย และการใช้งานระบบไฟฟ้า แอพพลิเคชั่นนี้ไม่เพียงแต่ปรับปรุงประสิทธิภาพของระบบไฟฟ้าแบบดั้งเดิมเท่านั้น แต่ยังนำการปฏิวัติมาสู่การวางแผน การออกแบบ เค้าโครง การทำงานและการจัดการและการใช้โครงข่ายไฟฟ้า ในแง่นี้ เทคโนโลยีการจัดเก็บพลังงานเป็นเทคโนโลยีขั้นสูงที่มีความสำคัญเชิงกลยุทธ์ระดับประเทศ และการพัฒนาเทคโนโลยีการจัดเก็บพลังงานจริง ๆ แล้วเป็น “การเก็บอนาคต”

“ดอกไม้วิเศษ” ในแบตเตอรี่ลิเทียมไอออน

เป็นที่เข้าใจว่าเทคโนโลยีการจัดเก็บพลังงานส่วนใหญ่แบ่งออกเป็นการจัดเก็บพลังงานกลการจัดเก็บพลังงานไฟฟ้าเคมีการจัดเก็บพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าและการจัดเก็บพลังงานเปลี่ยนเฟส ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา เทคโนโลยีการจัดเก็บพลังงานเคมีไฟฟ้าซึ่งแสดงโดยแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนมีลักษณะของระดับพลังงานขนาดใหญ่ การเลือกตำแหน่งที่ยืดหยุ่น และความเร็วในการตอบสนองที่รวดเร็ว ซึ่งตรงตามข้อกำหนดทางเทคนิคของระบบไฟฟ้าและแนวโน้มการพัฒนาของสมาร์ทกริด ถือเป็นจุดเน้นการวิจัยของสถาบันวิจัยในประเทศต่างๆ มาเป็นเทคโนโลยีการจัดเก็บพลังงานของระบบไฟฟ้าที่เติบโตเร็วที่สุด แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเป็น “แบตเตอรี่สำหรับเก้าอี้โยก” อิเล็กโทรดบวกและลบประกอบด้วยสารประกอบสองชนิดหรือสารธรรมดาที่สามารถขจัดประจุลิเธียมได้หลายครั้ง เมื่อชาร์จ วัสดุอิเล็กโทรดบวกจะถูกทำให้แตกตัวเป็นก้อน และลิเธียมไอออนจะเข้าสู่อิเล็กโทรไลต์และทะลุผ่านตัวคั่นเพื่อฝังในอิเล็กโทรดลบ อิเล็กโทรดบวกเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชัน ตรงกันข้ามกับความเป็นจริงในระหว่างการปลดประจำการ

เทคโนโลยีแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนได้รับการพัฒนาอย่างรวดเร็วด้วยการวิจัยวัสดุอิเล็กโทรดของแบตเตอรี่ ขณะนี้ได้ขยายจากแบตเตอรี่ลิเธียมโคบอลต์ออกไซด์ไปยังระบบไตรภาค, ลิเธียมแมงกาเนต, ลิเธียมไอรอนฟอสเฟต, ลิเธียมไททาเนตและระบบแบตเตอรี่อื่น ๆ ที่มีอยู่ร่วมกัน แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนใหม่ที่มีลิเธียมไททาเนตเป็นอิเล็กโทรดลบทะลุข้อจำกัดโดยธรรมชาติของกราไฟต์ในฐานะอิเล็กโทรดเชิงลบ และมีประสิทธิภาพที่ดีกว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแบบเดิมอย่างมาก ทำให้เป็นหนึ่งในแบตเตอรี่เก็บพลังงานที่มีแนวโน้มมากที่สุด ด้วยเหตุนี้ หยางไค่จึงได้แนะนำข้อดีหลักสี่ประการของแบตเตอรี่ลิเธียมไททาเนตให้นักข่าวทราบ:

ความปลอดภัยและความมั่นคงที่ดี เนื่องจากวัสดุลิเธียมไททาเนตแอโนดมีศักยภาพในการแทรกลิเธียมสูง จึงหลีกเลี่ยงการสร้างและการตกตะกอนของลิเธียมโลหะในระหว่างกระบวนการชาร์จ และเนื่องจากศักย์สมดุลของมันสูงกว่าศักยภาพการรีดักชันของตัวทำละลายอิเล็กโทรไลต์ส่วนใหญ่ จึงไม่ทำปฏิกิริยากับอิเล็กโทรไลต์และไม่เกิดเป็นของแข็ง — ฟิล์มทู่บนส่วนต่อประสานของเหลวช่วยหลีกเลี่ยงการเกิดปฏิกิริยาข้างเคียงมากมาย ดังนั้นจึงช่วยเพิ่มความปลอดภัยได้อย่างมาก . “สถานีพลังงานกักเก็บพลังงานก็เหมือนกับรถยนต์ไฟฟ้า และความปลอดภัยและความเสถียรเป็นตัวชี้วัดที่สำคัญที่สุด” หยางไค่กล่าว

ประสิทธิภาพการชาร์จที่รวดเร็วดีเยี่ยม เวลาในการชาร์จนานเกินไปมักเป็นอุปสรรคที่ยากจะเอาชนะในการพัฒนารถยนต์ไฟฟ้า โดยทั่วไปแล้ว รถโดยสารไฟฟ้าบริสุทธิ์ที่ชาร์จช้าจะใช้ และเวลาในการชาร์จอย่างน้อย 4 ชั่วโมง และเวลาในการชาร์จของรถยนต์นั่งไฟฟ้าบริสุทธิ์จำนวนมากนั้นยาวนานถึง 8 ชั่วโมง แบตเตอรี่ลิเธียมไททาเนตสามารถชาร์จจนเต็มได้ในเวลาประมาณสิบนาที ซึ่งเป็นการก้าวกระโดดเชิงคุณภาพจากแบตเตอรี่แบบเดิม

วงจรชีวิตยาว เมื่อเทียบกับวัสดุกราไฟท์ที่ใช้กันทั่วไปในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแบบดั้งเดิม วัสดุลิเธียมไททาเนตแทบจะไม่หดตัวหรือขยายตัวในโครงสร้างเฟรมเวิร์กในระหว่างกระบวนการชาร์จและปล่อยลิเธียม / ปัญหาของความเสียหายของโครงสร้างอิเล็กโทรดที่เกิดจากความเครียดของปริมาตรเซลล์เมื่อทำการสอดประสานลิเธียมไอออน จึงมีประสิทธิภาพของวงจรที่ยอดเยี่ยมมาก ตามข้อมูลการทดลอง อายุการใช้งานเฉลี่ยของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนฟอสเฟตทั่วไปอยู่ที่ 4000-6000 เท่า ในขณะที่อายุการใช้งานของแบตเตอรี่ลิเธียมไททาเนตสามารถเข้าถึงได้มากกว่า 25000 ครั้ง

ประสิทธิภาพที่ดีในการทนต่ออุณหภูมิที่กว้าง โดยทั่วไป รถยนต์ไฟฟ้าจะมีปัญหาในการชาร์จและคายประจุที่อุณหภูมิ -10°C แบตเตอรี่ลิเธียมไททาเนตมีความทนทานต่ออุณหภูมิที่กว้างและมีความทนทานสูง สามารถชาร์จและคายประจุได้ตามปกติที่อุณหภูมิ -40°C ถึง 70°C ไม่ว่าจะอยู่ทางเหนือที่เย็นยะเยือก ยังคงอยู่ทางใต้ที่ร้อนระอุ รถจะไม่กระทบต่อการทำงานเนื่องจากแบตเตอรี่ “ช็อต” หมดความกังวลของผู้ใช้ .

ขึ้นอยู่กับข้อดีเหล่านี้อย่างแม่นยำ ทำให้แบตเตอรี่ลิเธียมไททาเนตกลายเป็น “สิ่งมหัศจรรย์” ที่ตระการตาในการพัฒนาเทคโนโลยีแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน