1. Las soluciones de refrigeración líquida aceleran su penetración y amplían el mercado de gestión térmica del almacenamiento de energía
1.1 El enfriamiento por aire domina la gestión térmica del almacenamiento de energía actual, el enfriamiento por líquido emerge como tendencia futura
Existen diversas formas de gestión térmica para el almacenamiento de energía, y la refrigeración por aire y la refrigeración por líquido son relativamente maduras. Los métodos de gestión térmica actuales incluyen la refrigeración por aire, la refrigeración por líquido, la refrigeración por tubo de calor y la refrigeración por cambio de fase. En la actualidad, la aplicación de la refrigeración por aire y la refrigeración por líquido está relativamente extendida, mientras que el grado de industrialización de la refrigeración por tubo de calor y la refrigeración por cambio de fase es relativamente bajo. Entre ellos, la refrigeración por cambio de fase es un método de refrigeración que utiliza el cambio de fase de los materiales de cambio de fase para absorber el calor. Tiene las ventajas de una estructura compacta, una baja resistencia térmica de contacto y un buen efecto de enfriamiento. Sin embargo, el coste de los materiales de cambio de fase es relativamente alto y la velocidad de almacenamiento y disipación de calor es relativamente lenta. Actualmente se utiliza menos en el campo del control de temperatura del almacenamiento de energía. La refrigeración por tubo de calor se basa en el cambio de fase del medio de refrigeración encerrado en el tubo para lograr el intercambio de calor. Tiene las ventajas de una alta eficiencia de disipación de calor, seguridad y fiabilidad, pero el coste también es elevado. Rara vez se utiliza en sistemas de baterías de gran capacidad como el almacenamiento de energía. Teniendo en cuenta la madurez de la tecnología y el grado de industrialización, creemos que la refrigeración por aire y la refrigeración por líquido seguirán siendo las principales formas de control de la temperatura del almacenamiento de energía a medio y largo plazo.
| Métodos clave de gestión térmica para sistemas de almacenamiento de energía | |||||
| Asunto | Aire acondicionado | Enfriamiento líquido | Refrigeración por tubo de calor | Enfriamiento por cambio de fase | |
| Pasiva | Activo(s) | Refrigeración por aire en el extremo frío | Refrigeración líquida en el extremo frío | Material de cambio de fase + material conductor térmico | |
| Eficiencia de enfriamiento | Media | Más alto | Más alto | Alta | Alta |
| Velocidad de enfriamiento | Media | Alta | Alta | Alta | Más alto |
| Caída de temperatura | Media | Más alto | Más alto | Alta | Alta |
| Diferencia de temperatura | Más alto | Baja | Baja | Baja | Baja |
| Complejidad: | Media | Media | Media | Más alto | Media |
| Costo | Baja | Más alto | Más alto | Alta | Más alto |
El sistema de enfriamiento por aire tiene un costo inicial bajo y es seguro y confiable, y actualmente es la principal forma de control de temperatura de almacenamiento de energía. El enfriamiento por aire es un método de enfriamiento que utiliza el aire como medio de enfriamiento y utiliza la transferencia de calor por convección para reducir la temperatura de la batería. Se usa ampliamente en escenarios de control de temperatura como refrigeración industrial, estaciones base de comunicaciones y centros de datos. La madurez y confiabilidad de la tecnología son relativamente altas. Además, la estructura general del sistema de enfriamiento por aire es relativamente simple y fácil de mantener, y el costo de inversión inicial es relativamente bajo. Considerando sus ventajas en costo y confiabilidad, el enfriamiento por aire es actualmente la solución más común en el campo del control de temperatura del almacenamiento de energía.
El sistema de enfriamiento por aire tiene una baja eficiencia de disipación de calor, un control deficiente de la diferencia de temperatura y ocupa un espacio grande, y su alcance de aplicación es relativamente limitado. En primer lugar, debido a la baja capacidad calorífica específica y la conductividad térmica del aire en sí, la eficiencia de disipación de calor del sistema de enfriamiento de aire no es alta. Aunque puede cumplir con los requisitos de control de temperatura de la mayoría de las centrales eléctricas de almacenamiento de energía actuales, con la mejora continua de la escala de una sola unidad y la densidad energética de los proyectos de almacenamiento de energía, las deficiencias del sistema de enfriamiento de aire en la eficiencia de disipación de calor se harán evidentes gradualmente. Además, en los sistemas de enfriamiento de aire comunes, el aire siempre fluye unidireccionalmente desde la entrada de aire hasta la salida de aire, lo que provocará una gran diferencia de temperatura entre las baterías ubicadas en la entrada y la salida de aire, lo que provocará un gran impacto en la consistencia de las baterías. Aunque actualmente existen soluciones de mejora como los acondicionadores de aire de cadena, esto no resuelve fundamentalmente las desventajas del enfriamiento de aire en el control de la diferencia de temperatura. Finalmente, el sistema de enfriamiento de aire requiere el despliegue de una gran área de canales de disipación de calor, lo que afectará significativamente la utilización del espacio de la central eléctrica de almacenamiento de energía, restringiendo así la escala del contenedor de almacenamiento de energía y la mejora de la densidad de energía. Por las razones expuestas anteriormente, el ámbito de aplicación del sistema de refrigeración por aire en el campo del almacenamiento de energía presenta ciertas limitaciones.
Los sistemas de refrigeración líquida tienen fuertes capacidades de disipación de calor y bajos costos de ciclo de vida, y se espera que se conviertan en una tendencia de desarrollo futura. El enfriamiento por líquido es un método de enfriamiento que utiliza líquidos como agua y etilenglicol como medio para reducir la temperatura de la batería a través de la convección de calor. En comparación con el enfriamiento por aire, la estructura del sistema de enfriamiento por líquido es más compleja y compacta, no requiere el despliegue de una gran área de canales de disipación de calor y ocupa un área relativamente pequeña. Al mismo tiempo, debido a que el coeficiente de transferencia de calor y la capacidad calorífica específica del refrigerante son más altos y no se ven afectados por factores como la altitud y la presión del aire, el sistema de enfriamiento por líquido tiene una capacidad de disipación de calor más fuerte que el sistema de enfriamiento por aire, y es más adaptable a la tendencia de desarrollo de proyectos de almacenamiento de energía a gran escala y de alta densidad energética. Desde una perspectiva de costos, según la investigación relevante, bajo el mismo efecto de enfriamiento, el consumo de energía del sistema de enfriamiento por líquido suele ser mucho menor que el del sistema de enfriamiento por aire. Por lo tanto, aunque el costo de inversión inicial del sistema de enfriamiento por líquido es alto, su costo integral durante todo el ciclo de vida del sistema de almacenamiento de energía puede ser menor que el del sistema de enfriamiento por aire. En resumen, creemos que en algunos escenarios, se espera que el enfriamiento líquido reemplace gradualmente al enfriamiento por aire y se convierta en la forma principal de control de temperatura de almacenamiento de energía.
Con un consumo de energía equivalente, el sistema de refrigeración líquida muestra un efecto de enfriamiento superior en los módulos de batería de litio en comparación con la refrigeración por aire
Los sistemas de refrigeración líquida aún enfrentan ciertos desafíos en términos de confiabilidad y otros aspectos. Anteriormente, la refrigeración líquida se utilizaba con relativa poca frecuencia en el campo del control de temperatura del almacenamiento de energía, y la madurez técnica aún estaba algo por detrás de la refrigeración por aire, especialmente en términos de estabilidad operativa y fiabilidad. En concreto, las tuberías del sistema de refrigeración líquida son propensas a la corrosión y la deposición, lo que puede provocar bloqueos o fugas del refrigerante, mientras que los refrigerantes comunes como el agua, el etilenglicol y el aceite de silicona pueden dañar la batería o provocar un cortocircuito en el sistema, lo que genera riesgos de seguridad en las centrales eléctricas de almacenamiento de energía. Además, la vida útil de diseño del sistema de almacenamiento de energía suele ser de 15 años, pero la vida útil de las bombas y válvulas dentro del sistema de refrigeración líquida suele ser de unos 7 años. Existe un cierto desajuste entre ambos, por lo que durante la operación del proyecto de almacenamiento de energía, es muy probable que sea necesario realizar un mantenimiento del sistema de refrigeración líquida o sustituir los componentes del sistema mediante el apagado, lo que afecta a la viabilidad económica del proyecto. Por supuesto, con el avance de la tecnología de enfriamiento líquido, creemos que se espera que estos problemas se resuelvan uno tras otro, y el enfriamiento líquido general seguirá siendo la tendencia de desarrollo futura del control de temperatura del almacenamiento de energía.
1.2 El mercado de gestión térmica del almacenamiento de energía está preparado para un rápido crecimiento
Las soluciones de refrigeración líquida están acelerando su penetración y se espera que el valor unitario del control de temperatura del almacenamiento de energía continúe aumentando. En resumen, desde la perspectiva del rendimiento de refrigeración y el costo del ciclo de vida completo, las ventajas del sistema de refrigeración líquida actual han comenzado a manifestarse gradualmente. A juzgar por los nuevos productos lanzados por los principales fabricantes de baterías e integradores de sistemas de almacenamiento de energía en 2021, la refrigeración líquida se ha convertido en la solución de control de temperatura principal. Esperamos que la tasa de aplicación de la refrigeración líquida en los sistemas de almacenamiento de energía aumente rápidamente a partir de 2025. En la actualidad, el precio unitario del sistema de refrigeración líquida es aproximadamente 2-3 veces mayor que el del sistema de refrigeración por aire. Por lo tanto, con la penetración acelerada de la refrigeración líquida, se espera que el valor unitario general del sistema de control de temperatura de almacenamiento de energía muestre una tendencia al alza.
| La refrigeración líquida surge como la solución principal en los nuevos productos de los principales integradores de sistemas y baterías de almacenamiento de energía | ||
| 2023 | 2024 | |
| CATL | Se lanzó el primer producto de almacenamiento de energía refrigerado por líquido, EnerOne, que fue certificado por TÜV SÜD. | EnerOne se entregó en lotes y se lanzó el sistema de cabina prefabricada para exteriores refrigerada por líquido EnerC. |
| BYD | Se lanzó el primer producto de almacenamiento de energía refrigerado por líquido, Cube 28, que cubre un área de 16.66 metros cuadrados y tiene una capacidad de 2.8 MWh. | La versión mejorada de la batería de cuchillas, Cube 28, está en desarrollo y su capacidad equivalente en un contenedor de 40 pies superará los 6 MWh. |
| Visualización de la energía | Los productos de almacenamiento de energía adoptan básicamente una solución de refrigeración por aire. | Se lanzó el primer producto de almacenamiento de energía inteligente refrigerado por líquido con una duración de batería de +20% y un consumo de energía -20%. |
| Poder de crecimiento solar | Lanzar un nuevo sistema de almacenamiento de energía refrigerado por líquido para reducir el costo de la suplementación del almacenamiento de energía y disminuir el LCOS. | |
| Energía SmartPropel | Lanzado SPP1 Sistema de almacenamiento de energía refrigerado por líquido (372 Kwh + 200 Kw), con densidad energética +80% y vida útil +20%. | |
| CHINT Nueva Energía | Se lanzó el sistema de almacenamiento de energía refrigerado por líquido TELOGY Camelback 1500V, orientado principalmente al lado de la fuente de alimentación. | |
| Clou Electrónica | Se lanzó el sistema integrado de almacenamiento de energía refrigerado por líquido E30, 2.5 MWh 1CP, compatible con versiones anteriores. | |
El volumen y el precio del control de temperatura de almacenamiento de energía están aumentando, y se espera que el espacio de mercado global supere los 13 mil millones de RMB en 2025. Como se calculó anteriormente, se espera que la nueva capacidad instalada de almacenamiento de energía global supere los 300 GWh en 2025, y se espera que la proporción de almacenamiento de energía de baterías de litio se mantenga en alrededor del 95% en los últimos años. Con base en esto, asumimos que la tasa de penetración de los sistemas de enfriamiento líquido aumentará de aproximadamente el 10% en 2021 a aproximadamente el 40% en 2025, y el volumen de envío de sistemas de enfriamiento de aire/enfriamiento líquido de almacenamiento de energía en 2025 alcanzará 175/117 GWh respectivamente. En la actualidad, el valor unitario de los sistemas de enfriamiento de aire/enfriamiento líquido es de aproximadamente 30 millones de RMB/90 millones/GWh. Si ambos mantienen una disminución anual de alrededor del 3%/5% en el futuro, se espera que el tamaño del mercado global de control de temperatura de almacenamiento de energía supere los 13 mil millones de RMB en 2025, y el valor unitario general aumentará de 36 millones de RMB/GWh a 45 millones de RMB/GWh en 2025. Se espera que la industria logre un crecimiento "tanto en cantidad como en precio".
| Análisis del mercado de gestión térmica del almacenamiento de energía a nivel mundial | |||||||
| Unidad | 2020 | 2021 | 2022 | 2023 | 2024 | 2025E | |
| Capacidad instalada de almacenamiento de nueva energía a nivel mundial | GWh | 10.8 | 29.30 | 91.30 | 140.30 | 207.80 | 306.90 |
| Cuota de almacenamiento de energía de baterías de litio | % | 95% | 95% | 95% | 95% | 95% | 95% |
| Nueva capacidad instalada de almacenamiento de energía con baterías de litio a nivel mundial | Gwh | 10.2 | 27.8 | 86.7 | 133.3 | 197.4 | 291.6 |
| Sistema de refrigeración por aire compartido | % | 95% 9.7 | 90% | 85% | 80% | 70% | 60% |
| Envíos de sistemas de refrigeración por aire | GWh | 0.3 | 25.1 | 73.7 | 106.7 | 138.2 | 175 |
| Valor unitario del sistema de refrigeración por aire | Miles de millones de RMB/GWh | 2.9 | 0.3 | ol29 | 0.28 | 0.27 | 0.27 |
| Tamaño del mercado de sistemas de refrigeración por aire | Mil millones de RMB | 5 | 750% | 21.5 | 30.1 | 37.8 | 46.5 |
| Sistema de refrigeración líquida compartir | % | 0.5 | 10% | 15% | 20% | 30% | 40% |
| Envíos de sistemas de refrigeración líquida | Gwh | 0.9 | 2.8 | 1300% | 26.7 | 59.2 | 116.6 |
| Valor unitario del sistema de refrigeración líquida | Miles de millones de RMB/GWh | 0.5 | 0.9 | 0.86 | 0.81 | 0.77 | 0.73 |
| Tamaño del mercado de sistemas de refrigeración líquida | Mil millones de RMB | 0.33 | 2.5 | 11.1 | 21.7 | 45.7 | 85.5 |
| Valor de la unidad de control de temperatura de almacenamiento de energía | Miles de millones de RMB/GWh | 3.4 | 0.36 | 0.38 | 0.39 | 0.42 | 0.45 |
| Tamaño del mercado de control de temperatura de almacenamiento de energía | Mil millones de RMB | 10 | 32.6 | 51.8 | 83.5 | 132 | |
| Tasa de crecimiento | % | 197% | 225% | 59% | 61% | 58% | |
2. Panorama de mercado favorable para la gestión térmica del almacenamiento de energía: los actores líderes ganan ventaja
2.1 Gestión térmica: un nicho pero un segmento clave en la cadena de valor del almacenamiento de energía con un panorama competitivo favorable
El sistema de control de temperatura de almacenamiento de energía tiene una participación de valor baja pero es de importancia excepcional y la presión de reducción de costos subsiguiente es relativamente pequeña. Al igual que en otras nuevas industrias energéticas, la reducción continua de los costos es un requisito previo importante para abrir el espacio a la demanda de almacenamiento de energía. Teniendo en cuenta que las baterías representan alrededor del 60% del costo de los sistemas de almacenamiento de energía, se espera que las baterías se conviertan en el vínculo clave para reducir el costo de los sistemas de almacenamiento de energía en el futuro. Según el pronóstico de BNEF, el costo de referencia del almacenamiento de energía a nivel de central eléctrica de cuatro horas caerá de US$299/kWh en 2020 a US$167 en 2030, y la contribución de las baterías a la reducción de costos alcanzará más del 70%. En comparación, el control de temperatura representa solo alrededor del 3%-5% del costo total de los sistemas de almacenamiento de energía y desempeña un papel vital en la seguridad y confiabilidad generales del sistema. Por lo tanto, creemos que los integradores de almacenamiento de energía o los propietarios de proyectos están más inclinados a elegir soluciones de control de temperatura de rendimiento estable y de alta calidad en lugar de simplemente reducir los costos. Se espera que la presión de reducción de costos a la que se enfrenta el control de temperatura del almacenamiento de energía se relaje relativamente en el futuro.
Los requisitos de precisión de control y confiabilidad operativa de los sistemas de control de temperatura de almacenamiento de energía son significativamente más altos que los de los campos de refrigeración civil e industrial en general, y existen altas barreras técnicas en la industria. Como se mencionó anteriormente, el sistema de control de temperatura es una garantía importante para el funcionamiento seguro y eficiente de los proyectos de almacenamiento de energía, por lo que existen requisitos relativamente estrictos en términos de precisión de control y confiabilidad operativa. Tomando la solución de enfriamiento de aire como ejemplo, en comparación con los acondicionadores de aire civiles comunes, los acondicionadores de aire de precisión utilizados en el sistema de enfriamiento de aire deben actualizarse en consecuencia en términos de circulación de aire, eficiencia de disipación de calor, estabilidad, vida útil, confiabilidad, etc. Para las soluciones de enfriamiento líquido, cómo garantizar el efecto de disipación de calor evitando problemas como fugas de refrigerante también es una gran dificultad técnica. Por lo tanto, para las empresas de aire acondicionado civil en general, no es fácil pasar al campo del control de temperatura de almacenamiento de energía, y existen ciertas barreras técnicas en la industria.
| Comparación entre el aire acondicionado de precisión y el aire acondicionado residencial | ||
| Proyectos | Aire acondicionado de precisión | Aire acondicionado residencial |
| Área de aplicación | Centrándose en el entorno de trabajo del equipo, el objetivo es proteger el funcionamiento confiable del equipo, mejorar la eficiencia y reducir los costos operativos. | Entorno de vida, para proteger la salud física y mental, mejorar la eficiencia del trabajo y la calidad de vida. |
| Circulación aérea | Los parámetros ambientales espaciales requeridos son muy uniformes y el número de circulaciones de aire por unidad de tiempo es grande. | La uniformidad de todo el espacio no es alta y el número de ciclos es pequeño. |
| Gestión térmica | Centrándose en la gestión térmica, el diseño tiene una alta relación de calor sensible y características de pequeña diferencia de entalpía. | La relación de carga húmeda es grande y el diseño tiene las características de baja relación de calor sensible y gran diferencia de entalpía. |
| Estabilidad térmica | Fluctuación de temperatura ≤±1℃ | Generalmente controlado a +3℃~5℃. |
| Gestión de la humedad | El entorno tiene altos requisitos de precisión de humedad, lo que requiere que la humedad se establezca en ±5 %. | Según los requisitos de higiene y comodidad, se controla entre 40% y 65% de humedad relativa, con un amplio rango. |
| Entorno de funcionamiento | Entorno de funcionamiento: -40℃~+45℃ Modo de funcionamiento: funcionamiento continuo “24 horas × 7 días” | Entorno operativo: -5℃~+45℃ Modo de trabajo: funcionamiento intermitente “8 horas x 7 días”. |
| Vida útil | Más | Short |
| Fiabilidad | Satisfacer las necesidades de trabajo sin supervisión y requisitos de alta confiabilidad. | Fiabilidad relativamente baja. |
El sistema de control de temperatura de almacenamiento de energía tiene un alto grado de personalización, lo que requiere suficiente experiencia en proyectos y acumulación de relaciones con los clientes. Los fabricantes líderes tienen una fuerte ventaja de ser pioneros. El almacenamiento de energía se usa ampliamente en los sistemas de energía. Los requisitos para los sistemas de almacenamiento de energía en diferentes escenarios suelen ser bastante diferentes. Incluso para escenarios de aplicación similares, las soluciones técnicas de diferentes integradores de sistemas de almacenamiento de energía pueden ser diferentes. Por lo tanto, el sistema de control de temperatura de almacenamiento de energía no es un producto estandarizado, sino que generalmente debe personalizarse de acuerdo con los requisitos específicos de diferentes proyectos o las soluciones técnicas de diferentes fabricantes. Ya sea un sistema enfriado por aire o por líquido, los compresores, ventiladores, tuberías, bombas y válvulas utilizados son en su mayoría dispositivos estandarizados. Creemos que la competitividad central de los fabricantes de control de temperatura de almacenamiento de energía radica en las capacidades de diseño e integración del sistema general, y existe una fuerte adherencia entre ellos y los clientes de baterías o integradores posteriores. Por un lado, los fabricantes de control de temperatura de almacenamiento de energía deben mantener una comunicación profunda con los clientes en la etapa de diseño del producto / solución para comprender completamente las necesidades del cliente; Por otro lado, los integradores de sistemas de almacenamiento de energía también se inclinan más por aquellos fabricantes de control de temperatura que han formado relaciones de cooperación a largo plazo y cuya confiabilidad del producto ha sido verificada por proyectos reales. Por lo tanto, desde la perspectiva de la acumulación de tecnología y las relaciones con los clientes, los principales fabricantes de control de temperatura de almacenamiento de energía que comenzaron temprano y tienen una rica experiencia en proyectos tendrán una fuerte ventaja de pioneros.
Almacenamiento de energía SmartPropel Energy Productos de control de temperatura
Shenzhen SmartPropel Energy System Co., Ltd. tiene una sólida capacidad de I+D y una gran capacidad de producción basada en años de acumulación tecnológica. Ha combinado productos de refrigeración líquida y refrigeración por aire relevantes para clientes en el campo del almacenamiento de energía. En el futuro, ampliará aún más el mercado de productos de control de temperatura de almacenamiento de energía a través de ventajas integrales como control de temperatura preciso, alta confiabilidad, alta seguridad y uniformidad de temperatura.
