1. Oblast skladování energie: Řešení chlazení kapalin se stává hlavním trendem
Teplota ovlivňuje kapacitu, bezpečnost, životnost a další výkon elektrochemických systémů skladování energie, takže je vyžadováno tepelné řízení systémů skladování energie. Systém skladování energie je komplexní systém složený z velkého množství baterií, PCS, BMS, EMS, řízení teploty, požární ochrany a dalších subsystémů, mezi nimiž je baterie stěžejní součástí systému.
Vliv teploty na systém skladování energie se odráží ve dvou aspektech:
(1) Teplota ovlivňuje výkon jednoho článku baterie. Příliš vysoká nebo příliš nízká teplota ovlivní normální používání článku baterie;
(2) Teplota ovlivňuje výkon bateriového systému. Teplotní rozdíl mezi více bateriemi ovlivní konzistenci systému. Problém konzistence ovlivní bezpečnost, účinnost a životnost systému.
Vliv teploty na výkon baterie se odráží v:
(1) Kapacita: Vysoká teplota zvýší vnitřní odpor baterie a způsobí ztrátu aktivních iontů lithia. Pokud je baterie dlouhodobě udržována ve vysoké teplotě, kapacita se výrazně odchyluje od jmenovité kapacity. Čím vyšší je teplota, tím rychleji klesá kapacita lithium-iontové baterie. V prostředí s nízkou teplotou je přenosový výkon elektrolytu značně snížen, což také povede ke snížení kapacity lithiové baterie. Míra zachování kapacity lithium-železofosfátových baterií je 60 % až 70 % při 0 °C a je snížena na 20 % až 40 % při -20 °C.
(2) Životnost: Změny teploty způsobují změny vnitřního odporu a napětí baterie, což má vliv na životnost baterie. Studie zjistily, že s každým zvýšením teploty o 1 °C se životnost baterie zkrátí asi o 60 dní.
(3) Tepelná stabilita: Vysoká teplota způsobí rozkladné reakce ve vnitřních materiálech baterie, což ovlivní bezpečný a stabilní provoz baterie. V prostředí s vysokou teplotou se může SEI film rozkládat, což povede k okluzi lithiového iontového kanálu, zkratu kladných a záporných elektrod a generování velkého množství tepla. Současně se bude generovat velké množství plynu, což vede k tepelným únikům, jako je vyboulení a prasknutí baterie. V prostředí s nízkou teplotou se na záporné elektrodě baterie mohou objevit lithiové dendrity a dokonce prorazit SEI film, což ovlivňuje bezpečnost baterie.
Obecně se má za to, že optimální rozsah provozních teplot pro lithiové baterie je 10-35℃.
Rozsah provozních teplot lithiové baterie
Vliv teploty na bateriový systém se odráží v konzistenci článků baterie. Během provozu na baterie způsobí rozdíly ve stavu nabití a vybití každého článku baterie, rozdíly ve vnitřním odporu, kolísání proudu a další faktory rozdíly ve stavu stárnutí jedné baterie po několika cyklech, což následně způsobí rozdíly ve výkonu mezi jednotlivými bateriemi. baterie. Studie ukázaly, že teplotní gradient mezi moduly snižuje kapacitu a životnost celé bateriové sady, takže je nutné udržovat teplotní rovnoměrnost mezi každou jednotlivou baterií v bateriové sadě. Aby byla zachována konzistence jedné baterie v baterii, je požadováno, aby teplotní rozdíl mezi články baterie nepřesáhl 5°C.
Rozložení teploty baterie ve vzduchem chlazeném systému při rychlosti vybíjení 1.5C
Existují čtyři řešení tepelného managementu pro systémy skladování energie: chlazení vzduchem, chlazení kapalinou, chlazení tepelnými trubicemi a chlazení s fázovou změnou. V současné době se do rozsáhlých aplikací dostalo pouze chlazení vzduchem a chlazení kapalinou, zatímco chlazení tepelnými trubicemi a chlazení s fázovou změnou jsou stále v laboratorní fázi.
(1) chlazení vzduchem: Jako médium je použit vzduch, vyznačuje se jednoduchou konstrukcí a snadnou údržbou. Vzduch má však nízkou měrnou tepelnou kapacitu a nízkou tepelnou vodivost, což je vhodné pro scénáře s nízkými požadavky na účinnost chlazení.
(2) Tekuté chlazení: Jako chladicí médium se používá kapalina. Běžně používaná kapalná chladicí média zahrnují vodu, vodný roztok ethylenglykolu, čistý ethylenglykol, chladivo pro klimatizaci a silikonový olej. Chladicí médium má vysoký koeficient přenosu tepla, velkou specifickou tepelnou kapacitu, vysokou rychlost chlazení, dobrý chladicí účinek a kompaktní strukturu.
(3) Chlazení tepelným potrubím: Účinný prvek tepelné výměny, který se spoléhá na změnu fáze pracovní tekutiny v uzavřeném plášti a trubce, aby se dosáhlo výměny tepla. Tepelné trubice mají výhody vysoké tepelné vodivosti, izotermie, reverzibilního směru tepelného toku, proměnné hustoty tepelného toku a konstantní teploty.
(4) Chlazení se změnou fáze: Teplo je absorbováno použitím fázových změn materiálů s fázovou změnou. Výběr materiálů s velkou měrnou tepelnou kapacitou a vysokým koeficientem prostupu tepla dosáhne dobrého chladicího účinku. Materiály s fázovou změnou však samy o sobě nemají schopnost odvádět teplo a je třeba je kombinovat s jinými metodami odvodu tepla.
Řešení tepelného managementu skladování energie
Charakteristika typických technologií tepelného hospodářství akumulace energie
| Položka | chlazení vzduchem | Tekuté chlazení | Chlazení tepelným potrubím | Chlazení se změnou fáze | |
| Pasivní | Aktivní | Chlazení studeného konce vzduchem | Chlazení kapalinou na studeném konci | Materiál s fázovou změnou + tepelně vodivý materiál | |
| Účinnost chlazení | Střední | Vyšší | Vyšší | Vysoký | Vysoký |
| Rychlost chlazení | Střední | Vysoký | Vysoký | Vysoký | Vyšší |
| Pokles teploty | Střední | Vyšší | Vyšší | Vysoký | Vysoký |
| Teplotní rozdíl | Vyšší | Nízké | Nízké | Nízké | Nízké |
| Komplexita | Střední | Střední | Střední | Vyšší | Střední |
| Životnost | Dlouho | Dlouho | Dlouho | Dlouho | Dlouho |
| Stát | Nízké | Vyšší | Vyšší | Vysoký | Vyšší |
Tekuté chlazení Řešení se postupně vyvinula v hlavní řešení ve scénářích přírůstkového skladování energie.
Ze strany dodávky má řešení kapalinového chlazení výhody vysoké technické vyspělosti, dobrého chladicího účinku a pozitivního vlivu na výkon systému.
(1) Bezpečnost: Kapalné chladicí řešení má vysokou účinnost odvodu tepla a vysokou úroveň ochrany. Dokáže si poradit se složitějšími pracovními prostředími, snížit možnost tepelného úniku a zlepšit bezpečnost provozu systému. Data ukazují, že kapacita odvádění tepla kapaliny je 3,000krát větší než u stejného objemu vzduchu a tepelná vodivost je 25krát větší než u vzduchu. Kapalinový chladicí systém má navíc vyšší úroveň ochrany a dokáže si poradit s náročnějším provozním prostředím.
(2) Ekonomická účinnost: Pro dosažení stejného regulačního efektu má řešení kapalného chlazení nižší spotřebu energie, což může snížit provozní investice a zlepšit hospodárnost celého životního cyklu. Aby bylo dosaženo stejné průměrné teploty baterie, vzduchové chlazení vyžaduje 2-3krát vyšší spotřebu energie než kapalinové chlazení. Při stejné spotřebě energie je maximální teplota akumulátoru o 3-5 stupňů Celsia vyšší pro chlazení vzduchem než pro chlazení kapalinou. Systém kapalinového chlazení může ušetřit energii až o 50 % ve srovnání se systémem chlazení vzduchem.
(3) Vysoká integrace: Díky lepšímu chladicímu účinku kapalinového chladicího řešení je integrace systému skladování energie v nádobě vyšší. Vezmeme-li jako příklad kapalinou chlazený systém skladování energie SmartPropel Energy, kapacita tradičního vzduchem chlazeného 40stopého kontejneru je 3.44 MWh, zatímco kapacita kapalinou chlazeného řešení pro stejný 40stopý kontejner může dosáhnout 6.88 MWh. . U energetických akumulačních elektráren stejné kapacity ušetří použití kapalinou chlazeného bateriového systému více než 40 % podlahové plochy.
Ze strany poptávky má vývojový směr systémů skladování energie s větší kapacitou a více scénáři stále vyšší požadavky na tepelný management a výkon řešení chlazení kapalin je s tím více kompatibilní.
(1) Rozsah energetických akumulačních elektráren je stále větší a větší. Jak se podíl nové energie v energetické soustavě zvyšuje, poptávka po špičkových zdrojích, jako je skladování energie, je stále významnější a dispečerský výkon velkokapacitních energetických akumulačních elektráren je lepší než výkon malokapacitních elektráren. . Velkokapacitní elektrárny proto vykazují trend velké kapacity. V současné době rozsah nezávislých projektů skladování energie rychle proráží 100 MWh a směřuje ke GWh.
V roce 2023 budou uvedeny do provozu čtyři samostatné elektrárny o výkonu 200 MW/400 MWh. K září 2023 je již naplánováno a spuštěno 30 projektů skladování energie s rozsahem více než 500 MWh, s celkovým rozsahem 12.2 GW/33 GWh. Velkokapacitní elektrárny obvykle využívají velkokapacitní bateriové články. S rostoucí velikostí a kapacitou bateriových článků se zhoršuje odvod tepla samotných bateriových článků, takže požadavky na schopnosti tepelného managementu systému budou stále vyšší a vyšší.
(2)Aplikační scénáře energetických akumulačních elektráren jsou rozmanitější. Podle požadavků na různé doby skladování energie lze aplikační scénáře skladování energie rozdělit do čtyř kategorií: typ kapacity (≥4 hodiny), typ energie (asi 1~2 hodiny), typ napájení (≤30 minut) a zálohování typu (≥15 minut). Ve scénářích typu kapacity a typu energie se akumulace energie používá pro funkce, jako je ořezávání špiček a plnění údolí, skladování energie mimo síť a nouzové zálohování, což ukazuje trend velké kapacity. Zvyšuje se výroba tepla jednoho projektu a zvyšují se požadavky na tepelné hospodářství. Ve scénáři typu napájení je požadováno, aby systém ukládání energie absorboval nebo uvolňoval energii okamžitě a poskytoval rychlou podporu napájení. Rychlé nabíjení a vybíjení vyžaduje vyšší regulaci teploty baterie a je zdůrazněn význam tepelného managementu.
2. Kapalné chlazení akumulující energii: Očekává se, že míra penetrace dosáhne v roce 45 přibližně 2025 %.
Domácí mainstreamoví výrobci uvedli na trh řešení kapalinového chlazení, což dokazuje popularitu kapalinového chlazení. Mezi stávajícími projekty akumulace energie představují řešení chlazení vzduchem vyšší podíl, zejména proto, že chlazení vzduchem je jednoduché z hlediska konstrukce a má nízké náklady. S rostoucím rozsahem a hustotou energie systémů skladování energie se však výhody technologie chlazení kapaliny stávají významnějšími.
V současné době působí společnosti jako CATL, BYD, Envision Group, SUNGROW, HyperStrong, Zhengtai New Energy a SmartPropel Energy uvedla na trh produkty pro kapalinové chlazení.
| Produkty pro kapalinové chlazení uváděné na trh různými společnostmi | ||
| Společnost | Model | dostupnost |
| CATL | EnerOne | 2020 |
| BYD | BYD kostka | 2020.8 |
| Energie SVOLT | Kapalinou chlazený systém ukládání energie integrovaný JU | 2021.4 |
| HyperStrong | HyperStrong | 2021.4 |
| Clou Electronics | E30 | 2021.5 |
| Skupina Chint | Kapalinou chlazený systém ukládání energie TELOGY 1500V | 2021.6 |
| Skupina Envision | Chytré produkty pro skladování energie chlazené kapalinou | 2021.1 |
| Technologie Kehua | Kehua S3 Kapalinou chlazený systém ukládání energie | 2022.5 |
| Sungrow | PowerTitanlPowerStack | 2022.5 |
| SmartPropel Energy | 372KWh+200KW Kapalný chladicí systém pro ukládání energie | 2023.9 |
| Clou Electronics | Kapalné chladicí produkty řady Aqua | 2023.4 |
| Technologie Zhongtian | MUSE1.0 | 2022.6 |
| JD Energy | Distribuovaná modulární skříň pro skladování energie kapalinového chlazení Integrovaná | 2022.9 |
| Narada Power Sour | Systém ukládání energie kapalinového chlazení CenterL | 2022.9 |
Mezi základní komponenty akumulačního kapalinového chladicího systému patří: kapalinová chladicí deska, kapalinová chladicí jednotka (volitelně ohřívač), potrubí kapalinového chlazení (včetně teplotního čidla, ventilu), kabelový svazek vysokého a nízkého napětí; chladicí kapalina (vodný roztok etylenglykolu) atd. Podle kontaktní metody mezi chladicí kapalinou a baterií existují dvě schémata: jedno je přímý kontakt, bateriový článek nebo modul je ponořen do kapaliny (např. elektricky izolační silikonový olej), ponechání kapaliny přímo chladit baterii; druhým je nastavení chladicího kanálu nebo studené desky mezi bateriemi, což umožňuje kapalině nepřímo chladit baterii.
Kapalinový chladicí systém akumulující energii je bezpečný, účinný a flexibilní. Vezměte SmartPropel Energy „372KWh+200KW Kapalný systém skladování energie chlazení“ jako příklad:
(1) Bezpečnost: Systém využívá krytí IP55 + antikondenzační + strukturální seizmický + šestirozměrný limitní design. Každé balení má vestavěnou perfluorhexanonovou ohebnou trubku + detekci požáru. Systémová úroveň přejímá konstrukční koncept tříúrovňové ochrany proti výbuchu + tříúrovňové požární ochrany pro dosažení trojité kontroly izolace a ochrany.
(2) Účinnost: Regulátory na úrovni clusteru se používají v systémech skladování energie kapalinového chlazení. Prostřednictvím inteligentního řízení proudu správcem na úrovni clusteru je dosaženo aktivního vyvažování, inteligentního přepínání a reakce na alarm na úrovni milisekund bateriových clusterových jednotek. Experimenty ukázaly, že pod vyrovnávací efektem regulátoru na úrovni clusteru se kapacita nabíjení a vybíjení během celého životního cyklu zvyšuje o více než 6 %. Současně je pomocí spínací funkce ovladače na úrovni clusteru dosaženo inteligentního řízení vyvážení clusteru baterií a roční dostupnost systému je > 99 %. V kombinaci s inteligentním řízením teploty a technologií vyváženého řízení, patentovanou konstrukcí kapalinového chlazení „Tongcheng“, systémovým odvodem tepla „dvojitou cirkulací“ a víceúrovňovým rozvodem potrubí kapalinového chlazení je teplotní rozdíl uvnitř kontejnerového systému konzistentní. a nepřesahuje 5 °C a teplotní rozdíl mezi jakýmikoli baleními nepřesahuje 3 °C. Díky inteligentnímu řízení teploty a technologii vyváženého řízení je účinně potlačena pravděpodobnost tepelného úniku a životnost systému je zvýšena o 13 %.
(3) Flexibilita: Hustota výkonu systému skladování energie kapalného chlazení je zvýšena o 100 % a kapacita 40 stop může dosáhnout 372 Kwh. Vezmeme-li příklad uspořádání systému skladování energie s 200KW/372KWh, použití bateriového systému s kapalinovým chlazením ušetří více než 40 % podlahové plochy. Použití prefabrikované modulární konstrukce snižuje počáteční investiční náklady o více než 2 %.
Ve srovnání řešení vzduchového a kapalinového chlazení jsou náklady na zařízení pro řízení teploty pro kapalinové chlazení 0.09 RMB/wh a pro vzduchové chlazení 0.025 RMB/wh. Očekává se, že celkové náklady na kapalinové chlazení se sníží.
(1) Chlazení vzduchem: Tradiční 40stopý zásobník energie s kapacitou 3.5 MWh obvykle používá čtyři klimatizační systémy o výkonu 12.5 kW. Cena jednoho klimatizačního systému je asi 22,000 88,000 RMB a cena za řízení teploty kontejnerového systému je vypočítána na 0.025 25 RMB, což odpovídá jednotkové ceně XNUMX RMB/wh a hodnotě XNUMX milionů RMB za GWh.
(2) Kapalinové chlazení: 40stopý kontejner s kapacitou 5-6MWh vyžaduje dva 40kw kapalinové chladicí systémy. Cena jednoho systému je asi 270,000 540,000 RMB a cena za řízení teploty kontejneru je 0.09 90 RMB, což odpovídá jednotkové ceně XNUMX RMB/wh a hodnotě XNUMX milionů RMB za GWh. Nicméně, vezmeme-li v úvahu vysokou hustotu integrace kapalinového chladicího systému, stejná kapacita zabírá menší plochu, sníží se náklady na civilní výstavbu, stejná kapacita spotřebuje méně pomocných materiálů, jako jsou konektory, a sníží se celkové náklady na systém.
Podle odhadů GGII bude hodnota odvětví regulace teploty skladování energie v roce 2.4 přibližně 2021 miliardy RMB (včetně vývozu do zahraničí) a očekává se, že v roce 16.5 dosáhne téměř 2025 miliardy RMB. asi 45 % v roce 2025.
Dodavatelé řešení pro řízení teploty kapalinového chlazení pro skladování energie pocházejí především od výrobců řízení teploty datových center, průmyslového řízení teploty a řízení teploty v automobilech. Klíč ke konkurenci spočívá v konstrukční schopnosti nestandardních produktů, protože různí integrátoři pro ukládání energie mají různá řešení designu produktů. Řízení teploty kapalinového chlazení musí být vyvinuto společně s uspořádáním bateriové sady, designem potrubí kapalinového chlazení atd. a integrováno s bateriemi, takže je vyžadován vysoce přizpůsobený design.
| Hlavní dodavatel řízení teploty kapalinového chlazení pro skladování energie | ||
| Původní průmysl | Společnost | Hlavní zákazníci |
| Řízení teploty datového centra | Envicool | CATL, BYD, Narada Power Sour, Clou Electronics, SmartPropel Energy, Sungrow, HyperStrong a související mainstreamoví systémoví integrátoři a výrobci baterií v zahraničí. |
| henling Envirn | Státní mřížka atd. | |
| Průmyslová regulace teploty | Sanhe Tongfei | Společnost začala v roce 2020 zavádět podnikání v oblasti regulace teploty skladování energie a rozšířila zákazníky, jako jsou Sungrow, Clou Electronics, Narada Power Sour, Trina Solar atd. |
| Goaland Energy | Hlavními zákazníky jsou výrobci distribuovaných bateriových kontejnerů a výrobci baterií, v současnosti spolupracuje s CATL a dalšími. | |
| Automobilový tepelný management | Jialeng Songzhi | CATL, SmartPropel Energy atd. |
| Jiangsu Kingfield | Dceřiná společnost Air Conditioning International Energy Storage související produkty začala dodávat společnosti CATL atd. v roce 2020. | |
SmartPropel Energy Company
SmartPropel Energy pokračuje v investicích do výzkumu a vývoje technologie tepelného managementu akumulátorů. V současné době má technické rezervy a řešení pro jednoskříňové produkty pro kapalinové chlazení akumulující energii na bázi lithiových baterií, systémy kapalinového chlazení pro velkokapacitní elektrárny a prefabrikované produkty pro kapalinové chlazení pro akumulaci energie v kabině. Společnost má všechny možnosti vývoje systémů kapalinového chlazení, od jednorozměrného a trojrozměrného simulačního návrhu až po vývoj jedné desky, a nakonec má schopnost poskytovat komplexní řešení systému kapalinového chlazení.
