1. Энергияны сақтау өрісі: Сұйық салқындату ерітіндісі негізгі трендке айналады
Температура электрохимиялық энергия сақтау жүйелерінің сыйымдылығына, қауіпсіздігіне, қызмет ету мерзіміне және басқа да көрсеткіштеріне әсер етеді, сондықтан энергия сақтау жүйелерінің жылумен басқаруы қажет. Энергияны сақтау жүйесі - бұл көптеген батареялардан, PCS, BMS, EMS, температураны бақылау, өртке қарсы қорғаныс және басқа ішкі жүйелерден тұратын күрделі жүйе, олардың ішінде батарея жүйенің негізгі құрамдас бөлігі болып табылады.
Температураның энергия сақтау жүйесіне әсері екі аспектіде көрінеді:
(1) Температура бір батарея ұяшығының жұмысына әсер етеді. Тым жоғары немесе тым төмен температура батарея ұяшығын қалыпты пайдалануға әсер етеді;
(2) Температура батарея жүйесінің жұмысына әсер етеді. Бірнеше батареялар арасындағы температура айырмашылығы жүйенің тұрақтылығына әсер етеді. Сәйкестік мәселесі жүйенің қауіпсіздігіне, тиімділігіне және қызмет ету мерзіміне әсер етеді.
Температураның батарея ұяшығының жұмысына әсері мынада көрінеді:
(1) Сыйымдылық: Жоғары температура батареяның ішкі кедергісін арттырады және белсенді литий иондарының жоғалуына әкеледі. Егер батарея ұзақ уақыт бойы жоғары температурада сақталса, сыйымдылық номиналды сыйымдылықтан айтарлықтай ауытқиды. Температура неғұрлым жоғары болса, литий-ионды батареяның сыйымдылығы соғұрлым тезірек ыдырайды. Төмен температуралы ортада электролиттің беріліс өнімділігі айтарлықтай төмендейді, бұл литий батареясының сыйымдылығының төмендеуіне әкеледі. Литий темір фосфатты батареялардың сыйымдылығын сақтау жылдамдығы 60°C температурада 70%-дан 0%-ға дейін, ал −20°C температурада ол 40%-дан 20%-ға дейін төмендейді.
(2) Қызмет ету мерзімі: Температураның өзгеруі батареяның ішкі кедергісі мен кернеуінің өзгеруіне әкеледі, бұл батареяның қызмет ету мерзіміне әсер етеді. Зерттеулер көрсеткендей, температураның әрбір 1°C жоғарылауы батареяның қызмет ету мерзімі шамамен 60 күнге қысқарады.
(3) Термиялық тұрақтылық: Жоғары температура батареяның ішкі материалдарында ыдырау реакцияларын тудырады, бұл батареяның қауіпсіз және тұрақты жұмысына әсер етеді. Жоғары температуралық ортада SEI пленкасы ыдырауы мүмкін, бұл литий-иондық арнаның бітелуіне, оң және теріс электродтардың қысқа тұйықталуына және көп мөлшерде жылудың пайда болуына әкеледі. Бұл ретте көп мөлшерде газ пайда болады, бұл батареяның дөңесуі және жарылуы сияқты термиялық қашу құбылыстарына әкеледі. Төмен температуралы орталарда литий дендриттері аккумулятордың теріс электродында пайда болуы және тіпті SEI пленкасын тесіп, батарея қауіпсіздігіне әсер етуі мүмкін.
Әдетте литий батареялары үшін оңтайлы жұмыс температурасы диапазоны 10-35 ℃ деп есептеледі.
Литий батареясының жұмыс температурасының диапазоны
Температураның аккумулятор жүйесіне әсері батарея ұяшықтарының консистенциясында көрінеді. Батареяның жұмысы кезінде әрбір батарея ұяшығының зарядтау және разряд күйіндегі айырмашылықтар, ішкі кедергідегі айырмашылықтар, ток ауытқулары және басқа факторлар бірнеше циклден кейін жалғыз батареяның қартаю күйінде айырмашылықтарды тудырады, бұл өз кезегінде бір батареяның өнімділігінде айырмашылықтарды тудырады. батареялар. Зерттеулер көрсеткендей, модульдер арасындағы температура градиенті бүкіл аккумулятор жинағының сыйымдылығы мен қызмет ету мерзімін азайтады, сондықтан батарея жинағындағы әрбір жеке батарея арасындағы температураның біркелкілігін сақтау қажет. Батареядағы жалғыз батареяның консистенциясын сақтау үшін батарея ұяшықтары арасындағы температура айырмашылығы 5°C аспауы керек.
1.5С разряд жылдамдығында ауамен салқындатылған жүйеде батареялар жинағындағы температураны бөлу
Энергияны сақтау жүйелері үшін термиялық басқарудың төрт шешімі бар: ауаны салқындату, сұйық салқындату, жылу құбырын салқындату және фазалық өзгерістерді салқындату. Қазіргі уақытта тек ауамен салқындату және сұйық салқындату кең ауқымды қолданбаларға енді, ал жылу құбырларын салқындату және фазалық ауыспалы салқындату әлі зертханалық сатыда.
(1) Ауа салқындату: Қарапайым құрылым және техникалық қызмет көрсетудің қарапайым сипаттамалары бар орта ретінде ауа пайдаланылады. Дегенмен, ауаның төмен меншікті жылу сыйымдылығы және төмен жылу өткізгіштігі бар, бұл салқындату тиімділігі төмен талаптары бар сценарийлер үшін қолайлы.
(2) Сұйық салқындату: Салқындату ортасы ретінде сұйықтық пайдаланылады. Жиі қолданылатын сұйық салқындату құралдарына су, этиленгликоль сулы ерітіндісі, таза этиленгликоль, кондиционердің салқындатқыш агенті және силикон майы жатады. Салқындату ортасының жоғары жылу беру коэффициенті, үлкен меншікті жылу сыйымдылығы, жылдам салқындату жылдамдығы, жақсы салқындату әсері және ықшам құрылымы бар.
(3) Жылу құбырын салқындату: Жылу алмасуға қол жеткізу үшін жабық қабықтағы және түтіктегі жұмыс сұйықтығының фазалық өзгеруіне негізделген тиімді жылу алмасу элементі. Жылу құбырларының артықшылығы жоғары жылу өткізгіштік, изотермиялық, қайтымды жылу ағынының бағыты, айнымалы жылу ағынының тығыздығы және тұрақты температура.
(4) Фазаны өзгерту салқындату: Жылу фазалық ауыспалы материалдардың фазалық өзгеруі арқылы жұтылады. Үлкен меншікті жылу сыйымдылығы және жоғары жылу беру коэффициенті бар материалдарды таңдау жақсы салқындату әсерін береді. Дегенмен, фазалық ауыспалы материалдардың өздері жылуды тарату қабілетіне ие емес және оларды жылуды бөлудің басқа әдістерімен біріктіру қажет.
Энергияны сақтау бойынша жылуды басқару шешімдері
Энергияны сақтаудың типтік жылумен басқару технологияларының сипаттамасы
| тармақ | Ауа салқындату | Сұйық салқындату | Жылу құбырын салқындату | Фазаны өзгерту салқындату | |
| Пассивті | белсенді | Салқын ауаны салқындату | Суық сұйықтықты салқындату | Фазаны өзгерту материалы + жылу өткізгіш материал | |
| Салқындату тиімділігі | орта | Жоғары | Жоғары | биік | биік |
| Салқындату жылдамдығы | орта | биік | биік | биік | Жоғары |
| Температураның төмендеуі | орта | Жоғары | Жоғары | биік | биік |
| Температура айырмашылығы | Жоғары | төмен | төмен | төмен | төмен |
| Күрделілік | орта | орта | орта | Жоғары | орта |
| Өмірдің ұзақтығы | ұзақ | ұзақ | ұзақ | ұзақ | ұзақ |
| құны | төмен | Жоғары | Жоғары | биік | Жоғары |
Сұйық салқындату шешімдер біртіндеп энергияны қосымша сақтау сценарийлерінде негізгі шешімге айналды.
Жеткізу жағынан сұйық салқындатқыш ерітіндінің жоғары техникалық жетілу, жақсы салқындату әсері және жүйенің жұмысына оң әсер ету артықшылықтары бар.
(1) Қауіпсіздік: сұйық салқындату ерітіндісінің жылуды тарату тиімділігі жоғары және қорғаныс деңгейі жоғары. Ол күрделірек жұмыс орталарына төтеп бере алады, термиялық қашу мүмкіндігін азайтады және жүйе жұмысының қауіпсіздігін жақсартады. Деректер сұйықтың жылуды тарату қабілеті бірдей ауа көлемінен 3,000 есе, ал жылу өткізгіштігі ауадан 25 есе көп екенін көрсетеді. Бұған қоса, сұйық салқындату жүйесі жоғарырақ қорғаныс деңгейіне ие және одан да ауыр жұмыс орталарына төтеп бере алады.
(2) Экономикалық тиімділік: Бірдей басқару әсеріне қол жеткізу үшін сұйық салқындатқыш ерітіндінің энергия тұтынуы аз болады, ол операциялық инвестицияларды азайтады және бүкіл өмірлік циклдің экономикасын жақсартады. Батареяның бірдей орташа температурасына жету үшін ауаны салқындату сұйық салқындатуға қарағанда 2-3 есе көп энергия шығынын қажет етеді. Бірдей қуат тұтыну кезінде батарея жинағының максималды температурасы сұйық салқындатуға қарағанда ауаны салқындату үшін 3-5 градус Цельсий жоғары болады. Сұйық салқындату жүйесі ауамен салқындату жүйесімен салыстырғанда энергияны шамамен 50%-ға дейін үнемдей алады.
(3) Жоғары интеграция: сұйық салқындатқыш ерітіндінің жақсы салқындату әсері арқасында контейнердегі энергия сақтау жүйесінің интеграциясы жоғарырақ. Мысал ретінде SmartPropel Energy сұйық салқындатылған энергияны сақтау жүйесін алсақ, дәстүрлі ауамен салқындатылған 40 футтық контейнердің сыйымдылығы 3.44 МВт сағ құрайды, ал сол 40 футтық контейнерге арналған сұйық салқындатылған ерітіндінің сыйымдылығы 6.88 МВт сағ жетуі мүмкін. . Бірдей қуаттылықтағы энергияны сақтайтын электр станциялары үшін сұйық салқындатқыш батарея жүйесін пайдалану еден кеңістігін 40%-дан астам үнемдейді.
Сұраныс жағынан, қуаттылығы үлкенірек және сценарийлері көп энергия сақтау жүйелерінің даму бағыты жылуды басқаруға барған сайын жоғары талаптарға ие және сұйық салқындату шешімдерінің өнімділігі осыған сәйкес келеді.
(1) Энергия жинақтаушы электр станцияларының ауқымы кеңейіп келеді. Энергия жүйесіндегі жаңа энергияның үлесі артқан сайын, энергияны сақтау сияқты ең жоғары қырынатын ресурстарға сұраныс барған сайын маңызды бола түсуде және үлкен қуатты энергия сақтау электр станцияларының диспетчерлік өнімділігі шағын қуатты электр станцияларына қарағанда жақсырақ. . Сондықтан ауқымды энергия жинақтаушы электр станциялары үлкен қуаттылық үрдісін көрсетеді. Қазіргі уақытта энергияны сақтаудың тәуелсіз жобаларының ауқымы 100 МВт/сағ жылдамдықпен өтіп, ГВт/сағ.
2023 жылы төрт 200МВт/400МВт бір электр станциясы іске қосылады. 2023 жылдың қыркүйегіндегі жағдай бойынша жалпы ауқымы 30 ГВт/500 ГВт сағ болатын, жоспарланған және іске қосылған 12.2 МВт/сағ асатын 33 энергия сақтау жобасы бар. Үлкен қуатты электр станциялары әдетте үлкен сыйымдылықтағы батарея ұяшықтарын пайдаланады. Батарея ұяшықтарының көлемі мен сыйымдылығы ұлғайған сайын, батарея ұяшықтарының жылуды тарату өнімділігі нашарлайды, сондықтан жүйенің жылуды басқару мүмкіндіктеріне қойылатын талаптар жоғарырақ және жоғары болады.
(2) Энергия жинақтаушы электр станцияларын қолдану сценарийлері әртүрлі. Энергияны сақтаудың әртүрлі ұзақтығының талаптарына сәйкес энергияны сақтаудың қолдану сценарийлерін төрт санатқа бөлуге болады: сыйымдылық түрі (≥4 сағат), қуат түрі (шамамен 1~2 сағат), қуат түрі (≤30 минут) және резервтік түрі (≥15 минут). Сыйымдылық түрі мен қуат түрі сценарийлерінде қуатты сақтау ең жоғары қырыну және алқапты толтыру, желіден тыс энергияны сақтау және үлкен сыйымдылық үрдісін көрсететін төтенше резервтік көшіру сияқты функциялар үшін пайдаланылады. Бір жобаның жылу өндіруі артады, ал жылуды басқаруға қойылатын талаптар артады. Қуат түрінің сценарийінде қуат сақтау жүйесі энергияны лезде сіңіру немесе босату және жылдам қуат қолдауын қамтамасыз ету үшін қажет. Жылдам зарядтау және зарядсыздандыру батареяның температурасын жоғарырақ реттеуді талап етеді және жылуды басқарудың маңыздылығы атап өтіледі.
2. Энергияны сақтау сұйықтығын салқындату: ену жылдамдығы 45 жылы шамамен 2025% жетеді деп күтілуде.
Отандық негізгі өндірушілер сұйық салқындатудың танымалдылығын дәлелдейтін сұйық салқындату шешімдерін шығарды. Қолданыстағы энергияны сақтау жобаларының ішінде ауаны салқындату шешімдері жоғарырақ үлесті құрайды, себебі ауаны салқындату дизайны қарапайым және құны төмен. Дегенмен, энергия сақтау жүйелерінің масштабы мен энергия тығыздығы ұлғайған сайын, сұйық салқындату технологиясының артықшылықтары көбірек көрінеді.
Қазіргі уақытта CATL, BYD, Envision Group, SUNGROW, HyperStrong, Zhengtai New Energy және SmartPropel энергиясы сұйық салқындату өнімдерін шығарды.
| Әртүрлі компаниялар шығаратын сұйық салқындату өнімдері | ||
| компания | Өнім үлгісі | болуы |
| CATL | EnerOne | 2020 |
| BYD | BYD текшесі | 2020.8 |
| SVOLT энергиясы | JU-Кіріктірілген сұйықтықпен салқындатылған энергия сақтау жүйесі | 2021.4 |
| HyperStrong | HyperStrong | 2021.4 |
| Clou Electronics | E30 | 2021.5 |
| Чинт тобы | TELOGY 1500V сұйық салқындатылған энергия сақтау жүйесі | 2021.6 |
| Envision тобы | Ақылды сұйықтықпен салқындатылған энергия сақтау өнімдері | 2021.1 |
| Kehua технологиясы | Kehua S3 сұйық салқындатылған энергияны сақтау жүйесі | 2022.5 |
| Күнбағыс | PowerTitanlPowerStack | 2022.5 |
| SmartPropel энергиясы | 372KWh+200KW сұйық салқындатқыш энергияны сақтау жүйесі | 2023.9 |
| Clou Electronics | Aqua Series сұйық салқындату өнімдері | 2023.4 |
| Чжунтян технологиясы | MUSE1.0 | 2022.6 |
| JD Energy | Бөлінген модульдік сұйық салқындатқыш энергияны сақтау шкафы біріктірілген | 2022.9 |
| Нарада күшті қышқыл | CenterL сұйық салқындату энергиясын сақтау жүйесі | 2022.9 |
Энергияны сақтау сұйықтығын салқындату жүйесінің негізгі құрамдас бөліктеріне мыналар жатады: сұйық салқындату пластинасы, сұйық салқындатқыш қондырғы (қыздырғыш қосымша), сұйық салқындату құбыры (оның ішінде температура сенсоры, клапан), жоғары және төмен вольтты электр сымдары; салқындатқыш сұйықтық (этиленгликоль сулы ерітіндісі) және т.б. Салқындату сұйықтығы мен аккумулятор арасындағы байланыс әдісіне сәйкес екі схема бар: бірі тікелей жанасу, батарея ұяшығы немесе модуль сұйықтыққа батырылады (мысалы, электр оқшаулағыш силикон майы), сұйықтықтың батареяны тікелей салқындатуына мүмкіндік беру; екіншісі - сұйықтықтың батареяны жанама салқындатуына мүмкіндік беретін салқындату арнасын немесе батареялар арасында салқын тақтаны орнату.
Энергияны сақтайтын сұйықтықты салқындату жүйесі қауіпсіз, тиімді және икемді. алыңыз SmartPropel Energy «372KWh+200KW сұйық салқындату энергиясын сақтау жүйесі» мысал ретінде:
(1) Қауіпсіздік: жүйе IP55 қорғаныс + конденсацияға қарсы + құрылымдық сейсмикалық + алты өлшемді шекті дизайнды қабылдайды. Әрбір қаптамада перфторгексанонның кірістірілген икемді құбыры + өртті анықтау мүмкіндігі бар. Жүйе деңгейі үш реттік оқшаулауды бақылау мен қорғауға қол жеткізу үшін үш деңгейлі жарылыстан қорғалған + үш деңгейлі өрт қорғанысының дизайн тұжырымдамасын қабылдайды.
(2) Тиімділік: кластер деңгейіндегі контроллерлер сұйық салқындату энергиясын сақтау жүйелерінде қолданылады. Кластер деңгейіндегі менеджердің токты интеллектуалды басқаруы арқылы аккумуляторлық кластерлік блоктардың белсенді теңгеріміне, интеллектуалды ауысуына және миллисекундтық деңгейдегі дабылға жауап береді. Тәжірибе көрсеткендей, кластер деңгейіндегі контроллердің теңдестіру әсері кезінде бүкіл өмірлік циклдің зарядтау және разрядтау қабілеті 6%-дан астамға артады. Сонымен қатар, кластер деңгейіндегі контроллердің коммутация функциясының астында батарея кластерін интеллектуалды теңгерім басқаруына қол жеткізіледі және жүйенің жылдық қолжетімділігі >99% құрайды. Температураны интеллектуалды бақылаумен және теңгерімді басқару технологиясымен, «Тонгчэнг» сұйық салқындату пакетінің патенттелген дизайнымен, жүйе жылуды «қос айналыммен» және сұйық салқындату құбырларының көп деңгейлі таралуымен үйлескенде, контейнер жүйесінің ішіндегі температура айырмашылығы сәйкес келеді. және 5°C аспайды, ал кез келген қаптамалар арасындағы температура айырмашылығы 3°C аспайды. Температураны интеллектуалды бақылау және теңдестірілген басқару технологиясы кезінде термиялық қашу ықтималдығы тиімді түрде жойылады және жүйенің қызмет ету мерзімі 13%-ға артады.
(3) Икемділік: сұйық салқындату энергиясын сақтау жүйесінің қуат тығыздығы 100% ұлғайып, 40 фут сыйымдылығы 372 кВт/сағ жетуі мүмкін. Мысал ретінде 200 кВт/372 кВт/сағ энергия сақтау жүйесінің схемасын алсақ, сұйық салқындатқыш батареялар жүйесін пайдалану еден кеңістігін 40%-дан астам үнемдейді. Құрастырылған модульдік конструкцияны пайдалану бастапқы инвестициялық шығындарды 2%-дан астамға төмендетеді.
Ауаны салқындату және сұйық салқындату ерітінділерін салыстыратын болсақ, сұйық салқындату үшін температураны реттеу жабдығының құны 0.09 юань/сағ, ал ауаны салқындату үшін 0.025 юань/сағ. Сұйық салқындатудың жалпы құны төмендейді деп күтілуде.
(1) Ауаны салқындату: сыйымдылығы 40 МВт сағ болатын дәстүрлі 3.5 футтық энергия сақтау контейнері әдетте төрт 12.5 кВт ауаны баптау жүйесін пайдаланады. Бір кондиционерлеу жүйесінің бағасы шамамен 22,000 88,000 юань, ал контейнерлік жүйенің температураны бақылау бағасы 0.025 юан/сағ бірлік бағасына және ГВт/сағ үшін 25 миллион юань мәніне сәйкес келетін XNUMX XNUMX юань болып есептеледі.
(2) Сұйық салқындату: 40-5 МВт/сағ сыйымдылығы бар 6 футтық контейнер екі 40 кВт сұйық салқындату жүйесін қажет етеді. Бір жүйенің бағасы шамамен 270,000 540,000 юань, ал контейнердің температураны бақылау бағасы 0.09 90 юань құрайды, бұл бірлік бағасына XNUMX юан/сағ және бір ГВт/сағ үшін XNUMX миллион юань мәніне сәйкес келеді. Дегенмен, сұйық салқындату жүйесінің жоғары интеграциялық тығыздығын ескере отырып, бірдей қуаттылық кішірек жер аумағын алады, азаматтық құрылыс құны төмендейді, бірдей қуат қосқыштар сияқты қосалқы материалдарды аз пайдаланады және жалпы жүйе құны төмендейді.
GGII бағалауларына сәйкес, энергия сақтау температурасын бақылау өнеркәсібінің құны 2.4 жылы шамамен 2021 миллиард юаньды құрайды (шетелдік экспортты қосқанда) және 16.5 жылы шамамен 2025 миллиард юань жетеді деп күтілуде. Олардың ішінде сұйық салқындату нарығы 45 жылы шамамен 2025%.
Энергияны сақтау сұйықтығын салқындату температурасын бақылау шешімдерін жеткізушілер негізінен деректер орталығының температуралық бақылауынан, өнеркәсіптік температураны бақылаудан және автомобиль температурасын бақылау өндірушілерінен келеді. Бәсекелестіктің кілті стандартты емес өнімдердің жобалық қабілетінде жатыр, өйткені энергияны сақтаудың әртүрлі интеграторларында өнімнің дизайн шешімдері әртүрлі. Сұйық салқындату температурасын реттеуді аккумулятор жинағы схемасымен, сұйық салқындату құбырының дизайнымен және т.б. бірге әзірлеу және батареялармен біріктіру қажет, сондықтан жоғары теңшелген дизайн қажет.
| Энергияны сақтау сұйықтығының салқындату температурасын бақылаудың негізгі жеткізушісі | ||
| Түпнұсқа индустрия | компания | Негізгі тұтынушылар |
| Деректер орталығының температурасын бақылау | Envicool | CATL, BYD, Narada Power Sour, Clou Electronics, SmartPropel Energy, Sungrow, HyperStrong және шетелдегі тиісті негізгі жүйе интеграторлары мен аккумулятор өндірушілері. |
| Хенлинг Энвирн | Мемлекеттік тор және т.б. | |
| Өндірістік температураны реттеу | Санхэ Тонгфэй | Компания Sungrow, Clou Electronics, Narada Power Sour, Trina Solar және т. |
| Goaland Energy | Негізгі тұтынушылар бөлінген аккумуляторлық контейнерлерді біріктіретін өндірушілер мен аккумулятор өндірушілері болып табылады және қазіргі уақытта ол CATL және басқалармен ынтымақтасады. | |
| Автомобильді жылумен басқару | Цзялен Сонджи | CATL, SmartPropel Energy және т.б. |
| Цзянсу Кингфилд | Air Conditioning International Energy Storage еншілес компаниясы CATL және т.б.-ға 2020 жылы жеткізіле бастады. | |
SmartPropel энергетикалық компаниясы
SmartPropel Energy энергия сақтау батареясының жылуды басқару технологиясын зерттеуге және дамытуға инвестициялауды жалғастыруда. Қазіргі уақытта оның литий батареяларына негізделген бір шкафты энергия сақтау сұйықтығын салқындату өнімдеріне, кең ауқымды энергия сақтаушы электр станцияларының сұйық салқындату жүйелеріне және құрама кабинаның энергия сақтау сұйықтығын салқындату өнімдеріне арналған техникалық резервтері мен шешімдері бар. Компания бір өлшемді және үш өлшемді модельдеу дизайнынан бір тақтаны әзірлеуге дейін сұйық салқындату жүйесін әзірлеудің барлық мүмкіндіктеріне ие және сайып келгенде, бір реттік сұйық салқындату жүйесінің шешімдерін қамтамасыз ету мүмкіндігіне ие.
