1. Energijos kaupimo sritis. Skysčio aušinimo sprendimas tampa pagrindine tendencija
Temperatūra turi įtakos elektrocheminių energijos kaupimo sistemų pajėgumui, saugai, tarnavimo laikui ir kitiems veiksmams, todėl reikalingas energijos kaupimo sistemų terminis valdymas. Energijos kaupimo sistema yra sudėtinga sistema, sudaryta iš daugybės baterijų, PCS, BMS, EMS, temperatūros kontrolės, priešgaisrinės apsaugos ir kitų posistemių, tarp kurių akumuliatorius yra pagrindinis sistemos komponentas.
Temperatūros įtaka energijos kaupimo sistemai atsispindi dviem aspektais:
(1) Temperatūra turi įtakos vieno akumuliatoriaus elemento veikimui. Per aukšta arba per žema temperatūra turės įtakos normaliam akumuliatoriaus elemento naudojimui;
(2) Temperatūra turi įtakos akumuliatoriaus sistemos veikimui. Temperatūros skirtumas tarp kelių baterijų turės įtakos sistemos nuoseklumui. Nuoseklumo problema turės įtakos sistemos saugai, efektyvumui ir tarnavimo laikui.
Temperatūros įtaka akumuliatoriaus elementų veikimui atsispindi:
(1) Talpa: Aukšta temperatūra padidins vidinį akumuliatoriaus atsparumą ir sukels aktyvių ličio jonų praradimą. Jei akumuliatorius ilgą laiką laikomas aukštoje temperatūroje, jo talpa labai skirsis nuo nominalios talpos. Kuo aukštesnė temperatūra, tuo greičiau nyksta ličio jonų akumuliatoriaus talpa. Esant žemai temperatūrai, elektrolito perdavimo efektyvumas labai sumažėja, todėl sumažės ličio akumuliatoriaus talpa. Ličio geležies fosfato baterijų talpos išlaikymo koeficientas 60 °C temperatūroje yra nuo 70% iki 0%, o esant -20 °C sumažinamas iki 40% iki 20%.
(2) Eksploatavimo laikas: Temperatūros pokyčiai keičia akumuliatoriaus vidinę varžą ir įtampą, o tai turi įtakos akumuliatoriaus veikimo laikui. Tyrimai parodė, kad kiekvieną kartą pakėlus temperatūrą 1°C, baterijos veikimo laikas sutrumpėja maždaug 60 dienų.
(3) Terminis stabilumas: aukšta temperatūra sukels skilimo reakcijas vidinėse akumuliatoriaus medžiagose, o tai turės įtakos saugiam ir stabiliam akumuliatoriaus veikimui. Aukštos temperatūros aplinkoje SEI plėvelė gali suirti, o tai sukels ličio jonų kanalo užsikimšimą, teigiamo ir neigiamo elektrodų trumpąjį jungimą ir didelio šilumos kiekio susidarymą. Tuo pačiu metu bus generuojamas didelis kiekis dujų, dėl kurių gali atsirasti šiluminių reiškinių, tokių kaip akumuliatoriaus išsipūtimas ir plyšimas. Esant žemai temperatūrai, prie neigiamo akumuliatoriaus elektrodo gali atsirasti ličio dendritų ir netgi prasiskverbti į SEI plėvelę, o tai turi įtakos akumuliatoriaus saugai.
Paprastai manoma, kad optimalus ličio baterijų veikimo temperatūros diapazonas yra 10-35 ℃.
Ličio baterijos veikimo temperatūros diapazonas
Temperatūros įtaka akumuliatoriaus sistemai atsispindi akumuliatoriaus elementų konsistencijoje. Akumuliatoriaus veikimo metu dėl kiekvieno akumuliatoriaus elemento įkrovimo ir iškrovimo būsenų skirtumų, vidinės varžos skirtumai, srovės svyravimai ir kiti veiksniai lems atskiro akumuliatoriaus senėjimo būsenos skirtumus po kelių ciklų, o tai savo ruožtu lemia atskirų baterijų veikimo skirtumus. baterijos. Tyrimai parodė, kad temperatūros gradientas tarp modulių sumažina viso akumuliatoriaus bloko talpą ir eksploatavimo laiką, todėl būtina išlaikyti vienodą temperatūrą tarp kiekvienos baterijos baterijoje. Norint išlaikyti vieno akumuliatoriaus vientisumą baterijoje, temperatūros skirtumas tarp akumuliatoriaus elementų turi būti ne didesnis kaip 5°C.
Akumuliatoriaus temperatūros pasiskirstymas oru aušinimo sistemoje esant 1.5 C iškrovimo greičiui
Energijos kaupimo sistemoms yra keturi šilumos valdymo sprendimai: aušinimas oru, aušinimas skysčiu, aušinimas šilumos vamzdžiais ir fazių kaitos aušinimas. Šiuo metu tik aušinimas oru ir aušinimas skysčiais yra plačiai naudojami, o šilumos vamzdžių aušinimas ir fazių kaitos aušinimas vis dar yra laboratorijos stadijoje.
(1) Oro aušinimas: Oras naudojamas kaip terpė, pasižyminti paprastos struktūros ir lengvos priežiūros savybėmis. Tačiau oras turi mažą specifinę šiluminę galią ir žemą šilumos laidumą, o tai tinka scenarijams, kai aušinimo efektyvumo reikalavimai yra žemi.
(2) Skystas aušinimas: Skystis naudojamas kaip aušinimo terpė. Dažniausiai naudojamos skystos aušinimo priemonės yra vanduo, etilenglikolio vandeninis tirpalas, grynas etilenglikolis, oro kondicionavimo šaltnešis ir silikoninė alyva. Aušinimo terpė turi aukštą šilumos perdavimo koeficientą, didelę specifinę šilumos talpą, greitą aušinimo greitį, gerą aušinimo efektą ir kompaktišką struktūrą.
(3) Šilumos vamzdžio aušinimas: efektyvus šilumos mainų elementas, kuris priklauso nuo darbinio skysčio fazės pasikeitimo uždarame korpuse ir vamzdyje, kad būtų pasiektas šilumos mainas. Šilumos vamzdžiai turi aukšto šilumos laidumo, izoterminio, grįžtamojo šilumos srauto krypties, kintamo šilumos srauto tankio ir pastovios temperatūros privalumus.
(4) Fazių keitimo aušinimas: Šiluma sugeriama naudojant fazės keitimo medžiagas. Pasirinkus medžiagas, turinčias didelę specifinę šiluminę galią ir aukštą šilumos perdavimo koeficientą, bus pasiektas geras vėsinimo efektas. Tačiau pačios fazių keitimo medžiagos neturi galimybės išsklaidyti šilumos ir jas reikia derinti su kitais šilumos išsklaidymo būdais.
Energijos saugojimo terminio valdymo sprendimai
Tipinių energijos kaupimo šiluminio valdymo technologijų charakteristikos
| Punktas | Oro aušinimas | Skystas aušinimas | Šilumos vamzdžio aušinimas | Fazių keitimo aušinimas | |
| Pasyvus | Aktyvūs | Šalto galo oro aušinimas | Šalto galo skysčio aušinimas | Fazių keitimo medžiaga + šilumai laidžioji medžiaga | |
| Aušinimo efektyvumas | vidutinis | Aukštesnis | Aukštesnis | aukštas | aukštas |
| Aušinimo greitis | vidutinis | aukštas | aukštas | aukštas | Aukštesnis |
| Temperatūros kritimas | vidutinis | Aukštesnis | Aukštesnis | aukštas | aukštas |
| Temperatūros skirtumas | Aukštesnis | žemas | žemas | žemas | žemas |
| sudėtingumas | vidutinis | vidutinis | vidutinis | Aukštesnis | vidutinis |
| Tarnavimo laikas | ilgai | ilgai | ilgai | ilgai | ilgai |
| Kaina | žemas | Aukštesnis | Aukštesnis | aukštas | Aukštesnis |
Skystas aušinimas sprendimai palaipsniui tapo pagrindiniu sprendimu papildomos energijos kaupimo scenarijuose.
Iš tiekimo pusės skysčio aušinimo sprendimas turi aukšto techninio brandumo, gero aušinimo efekto ir teigiamo poveikio sistemos veikimui pranašumus.
(1) Sauga: Skysčio aušinimo tirpalas pasižymi dideliu šilumos išsklaidymo efektyvumu ir aukštu apsaugos lygiu. Jis gali susidoroti su sudėtingesnėmis darbo aplinkomis, sumažinti šiluminio pabėgimo galimybę ir pagerinti sistemos veikimo saugą. Duomenys rodo, kad skysčio šilumos išsklaidymo pajėgumas yra 3,000 kartų didesnis nei tokio paties tūrio oro, o šilumos laidumas yra 25 kartus didesnis nei oro. Be to, skysčio aušinimo sistema turi aukštesnį apsaugos lygį ir gali susidoroti su sunkesnėmis darbo sąlygomis.
(2) Ekonominis efektyvumas: norint pasiekti tą patį valdymo efektą, skysčio aušinimo tirpalas sunaudoja mažiau energijos, o tai gali sumažinti investicijas į eksploataciją ir pagerinti viso gyvavimo ciklo ekonomiją. Norint pasiekti vienodą vidutinę akumuliatoriaus temperatūrą, oro aušinimas reikalauja 2–3 kartus daugiau energijos nei aušinimas skysčiu. Esant tokioms pačioms energijos sąnaudoms, maksimali akumuliatoriaus temperatūra yra 3–5 laipsniais Celsijaus aukštesnė aušinant oru nei aušinant skysčiu. Skysčio aušinimo sistema gali sutaupyti energijos iki maždaug 50%, palyginti su oro aušinimo sistema.
(3) Didelė integracija: dėl geresnio skysčio aušinimo tirpalo aušinimo efekto energijos kaupimo sistemos integracija talpykloje yra didesnė. Pavyzdžiui, skysčiu aušinamą energijos kaupimo sistemą SmartPropel Energy, tradicinio oru aušinamo 40 pėdų konteinerio talpa yra 3.44 MWh, o skysčiu aušinamo tirpalo talpa tokiam pat 40 pėdų konteineriui gali siekti 6.88 MWh. . Tokios pat galios energiją kaupiančiose elektrinėse naudojant skysčiu aušinamą akumuliatorių sistemą sutaupoma daugiau nei 40 % grindų ploto.
Žvelgiant iš paklausos pusės, didesnės talpos ir daugiau scenarijų energijos kaupimo sistemų plėtros kryptis kelia vis aukštesnius šilumos valdymo reikalavimus, o aušinimo skysčiu sprendimų veikimas su tuo labiau dera.
(1) Energiją kaupiančių elektrinių mastai vis didėja. Didėjant naujos energijos daliai energetikos sistemoje, didėja didžiausio skutimosi išteklių, tokių kaip energijos kaupimas, paklausa, o didelės talpos energijos kaupimo elektrinių dispečerinės savybės yra geresnės nei mažos galios elektrinių. . Todėl didelio masto energijos kaupimo jėgainės rodo didelio pajėgumo tendenciją. Šiuo metu nepriklausomų energijos kaupimo projektų mastas sparčiai peržengia 100 MWh ir juda GWh link.
2023 metais bus pradėtos eksploatuoti keturios 200MW/400MWh vienos elektrinės. 2023 m. rugsėjo mėn. jau suplanuota ir pradėta įgyvendinti 30 daugiau nei 500 MWh energijos kaupimo projektų, kurių bendras mastas yra 12.2 GW/33 GWh. Didelės talpos elektrinėse dažniausiai naudojami didelės talpos baterijų elementai. Didėjant akumuliatoriaus elementų dydžiui ir talpai, prastėja pačių baterijų elementų šilumos išsklaidymo charakteristikos, todėl reikalavimai sistemos šilumos valdymo galimybėms taps vis aukštesni.
(2) Energijos kaupimo jėgainių taikymo scenarijai yra įvairesni. Pagal skirtingos energijos kaupimo trukmės reikalavimus energijos kaupimo taikymo scenarijus galima suskirstyti į keturias kategorijas: talpos tipą (≥4 val.), energijos tipą (apie 1-2 val.), galios tipą (≤30 min.) ir atsarginį. tipo (≥15 minučių). Galios tipo ir energijos tipo scenarijuose energijos kaupimas naudojamas tokioms funkcijoms kaip skutimasis ir slėnio užpildymas, energijos kaupimas ne tinkle ir avarinis atsarginis kopijavimas, o tai rodo didelės talpos tendenciją. Padidėja vieno projekto šilumos gamyba, didėja reikalavimai šilumos tvarkymui. Pagal galios tipo scenarijų energijos kaupimo sistema turi akimirksniu sugerti arba išleisti energiją ir užtikrinti greitą galios palaikymą. Greitam įkrovimui ir iškrovimui reikalingas aukštesnis akumuliatoriaus temperatūros reguliavimas, taip pat pabrėžiama šilumos valdymo svarba.
2. Energijos kaupimo skysčio aušinimas: tikimasi, kad 45 m. skverbtis sieks apie 2025 %
Vidaus pagrindiniai gamintojai pristatė aušinimo skysčiais sprendimus, įrodančius skysčių aušinimo populiarumą. Tarp esamų energijos kaupimo projektų oro aušinimo sprendimai sudaro didesnę dalį, daugiausia dėl to, kad oro aušinimas yra paprastos konstrukcijos ir pigus. Tačiau didėjant energijos kaupimo sistemų mastui ir energijos tankiui, aušinimo skysčiais technologijos pranašumai tampa ryškesni.
Šiuo metu tokios įmonės kaip CATL, BYD, Envision Group, SUNGROW, HyperStrong, Zhengtai New Energy ir SmartPropel energija išleido skysto aušinimo produktus.
| Įvairių įmonių išleisti aušinimo skysčiais produktai | ||
| Bendrovė | produkto modelis | Prieinamumas |
| KATL | EnerOne | 2020 |
| BYD | BYD kubas | 2020.8 |
| SVOLT energija | JU-integruota skysčiu aušinama energijos kaupimo sistema | 2021.4 |
| HyperStrong | HyperStrong | 2021.4 |
| „Clou Electronics“. | E30 | 2021.5 |
| Chint grupė | TELOGY 1500V skysčiu aušinama energijos kaupimo sistema | 2021.6 |
| Įsivaizdavimo grupė | Išmanieji skysčiu aušinami energijos saugojimo produktai | 2021.1 |
| Kehua technologija | „Kehua S3“ skysčiu aušinama energijos kaupimo sistema | 2022.5 |
| Saulėgrąža | PowerTitanlPowerStack | 2022.5 |
| SmartPropel energija | 372KWh+200KW skysčio aušinimo energijos kaupimo sistema | 2023.9 |
| „Clou Electronics“. | Aqua serijos skysto aušinimo produktai | 2023.4 |
| Zhongtian technologija | MUSE1.0 | 2022.6 |
| JD energija | Integruota paskirstyta modulinė skysčio aušinimo energijos kaupimo spinta | 2022.9 |
| Narada Power Sour | „CenterL“ skysčio aušinimo energijos kaupimo sistema | 2022.9 |
Pagrindiniai energijos kaupimo skysčio aušinimo sistemos komponentai yra: skysčio aušinimo plokštė, skysčio aušinimo blokas (šildytuvas pasirenkamas), skysčio aušinimo vamzdynas (įskaitant temperatūros jutiklį, vožtuvą), aukštos ir žemos įtampos laidų pynė; aušinimo skystis (etilenglikolio vandeninis tirpalas) ir kt. Pagal aušinimo skysčio ir akumuliatoriaus kontakto metodą yra dvi schemos: viena yra tiesioginis kontaktas, akumuliatoriaus elementas arba modulis panardinamas į skystį (pvz., elektrą izoliuojančią silikoninę alyvą), leisti skysčiui tiesiogiai atvėsti akumuliatorių; kita – tarp baterijų nustatyti aušinimo kanalą arba šaldymo plokštę, leidžiančią skysčiui netiesiogiai aušinti akumuliatorių.
Energijos kaupimo skysčio aušinimo sistema yra saugi, efektyvi ir lanksti. Imk SmartPropel Energy „372KWh+200KW skysčio aušinimo energijos kaupimo sistema“ pavyzdžiui:
(1) Sauga: sistema naudoja IP55 apsaugą + antikondensaciją + konstrukcinį seisminį + šešiamatį ribinį dizainą. Kiekvienoje pakuotėje yra įmontuotas lankstus perfluorheksanono vamzdis + gaisro grįžtamojo ryšio aptikimas. Sistemos lygis priima trijų lygių atsparumo sprogimui + trijų lygių priešgaisrinės apsaugos projektavimo koncepciją, kad būtų pasiektas trigubas izoliacijos stebėjimas ir apsauga.
(2) Efektyvumas: skysčių aušinimo energijos kaupimo sistemose naudojami klasterio lygio valdikliai. Išmaniai valdant srovę, kurią atlieka klasterio lygio valdytojas, pasiekiamas aktyvus balansavimas, protingas perjungimas ir milisekundės lygio aliarmo atsakas į akumuliatorių grupių blokus. Eksperimentai parodė, kad veikiant klasterio lygio valdiklio balansavimo efektui, viso gyvavimo ciklo įkrovimo ir iškrovimo pajėgumai padidėja daugiau nei 6%. Tuo pačiu metu, naudojant klasterio lygio valdiklio perjungimo funkciją, pasiekiamas protingas akumuliatoriaus klasterio balansavimo valdymas, o metinis sistemos prieinamumas yra > 99%. Kartu su intelektualiu temperatūros valdymu ir subalansuoto valdymo technologija, patentuotu skysčių aušinimo paketo „Tongcheng“ dizainu, sistemos šilumos išsklaidymo „dviguba cirkuliacija“ ir kelių lygių skysčio aušinimo vamzdžių paskirstymu, temperatūros skirtumas talpyklos sistemoje yra pastovus. ir neviršija 5°C, o temperatūrų skirtumas tarp bet kokių pakuočių neviršija 3°C. Naudojant išmanųjį temperatūros valdymą ir subalansuotą valdymo technologiją, šiluminio pabėgimo tikimybė veiksmingai slopinama, o sistemos tarnavimo laikas pailgėja 13%.
(3) Lankstumas: skysčio aušinimo energijos kaupimo sistemos galios tankis padidinamas 100%, o 40 pėdų talpa gali siekti 372 kWh. Kaip pavyzdį imant energijos kaupimo sistemos su 200KW/372KWh išdėstymą, naudojant skysto aušinimo akumuliatorių sistemą sutaupoma daugiau nei 40% grindų ploto. Naudojant surenkamą modulinę konstrukciją pradinės investicijos sąnaudos sumažėja daugiau nei 2%.
Lyginant aušinimo oru ir aušinimo skysčiu sprendimus, temperatūros reguliavimo įrangos kaina aušinant skysčiu yra 0.09 RMB/wh, o aušinimui oru – 0.025 RMB/wh. Tikimasi, kad bendros skysčio aušinimo išlaidos sumažės.
(1) Oro vėsinimas: tradiciniame 40 pėdų energijos kaupimo konteineryje, kurio talpa yra 3.5 MWh, paprastai naudojamos keturios 12.5 kW oro kondicionavimo sistemos. Vienos oro kondicionavimo sistemos kaina yra apie 22,000 88,000 RMB, o konteinerinės sistemos temperatūros reguliavimo kaina yra 0.025 25 RMB, o tai atitinka XNUMX RMB/wh vieneto kainą ir XNUMX mln. RMB už GWh vertę.
(2) Aušinimas skysčiu: 40 pėdų konteineriui, kurio talpa yra 5–6 MWh, reikia dviejų 40 kW aušinimo skysčiu sistemų. Vienos sistemos kaina yra apie 270,000 540,000 RMB, o konteinerio temperatūros kontrolės kaina – 0.09 90 RMB, atitinkanti XNUMX RMB/wh vieneto kainą, o vertė – XNUMX mln. RMB už GWh. Tačiau, atsižvelgiant į didelį skysčių aušinimo sistemos integravimo tankį, ta pati talpa užima mažesnį žemės plotą, sumažėja civilinės statybos sąnaudos, su tuo pačiu pajėgumu sunaudojama mažiau pagalbinių medžiagų, tokių kaip jungtys, ir sumažėja bendra sistemos kaina.
Remiantis GGII skaičiavimais, 2.4 m. energijos kaupimo temperatūros kontrolės pramonės vertė bus apie 2021 mlrd. RMB (įskaitant eksportą į užsienį), o 16.5 m. ji turėtų pasiekti beveik 2025 mlrd. RMB. apie 45% 2025 m.
Energijos kaupimo skysčio aušinimo temperatūros reguliavimo sprendimų tiekėjai daugiausia yra duomenų centrų temperatūros valdymo, pramoninės temperatūros kontrolės ir automobilių temperatūros kontrolės gamintojų. Konkurencijos raktas slypi nestandartinių gaminių projektavimo galimybėse, nes skirtingi energijos kaupimo integratoriai turi skirtingus gaminių dizaino sprendimus. Skysčio aušinimo temperatūros valdymas turi būti kuriamas kartu su baterijų bloko išdėstymu, skysčio aušinimo vamzdyno konstrukcija ir kt., ir integruotas su baterijomis, todėl reikalingas labai pritaikytas dizainas.
| Pagrindinis energijos kaupimo skysčio aušinimo temperatūros kontrolės tiekėjas | ||
| Originali pramonė | Bendrovė | Pagrindiniai klientai |
| Duomenų centro temperatūros valdymas | Envicool | CATL, BYD, Narada Power Sour, Clou Electronics, SmartPropel Energy, Sungrow, HyperStrong ir susiję pagrindiniai sistemų integratoriai bei akumuliatorių gamintojai užsienyje. |
| henling Envirn | Valstybės tinklas ir kt. | |
| Pramoninė temperatūros kontrolė | Sanhe Tongfei | Bendrovė pradėjo diegti energijos kaupimo temperatūros valdymo verslą 2020 m., plėsdama tokius klientus kaip „Sungrow“, „Clou Electronics“, „Narada Power Sour“, „Trina Solar“ ir kt. |
| Goaland energija | Pagrindiniai klientai yra paskirstyti akumuliatorių konteinerių integravimo gamintojai ir baterijų gamintojai, šiuo metu bendradarbiauja su CATL ir kt. | |
| Automobilių šilumos valdymas | Jialeng Songzhi | CATL, SmartPropel Energy ir kt. |
| Jiangsu Kingfieldas | Dukterinė įmonė „Air Conditioning International Energy Storage“ susijusius produktus CATL ir kt. pradėjo tiekti 2020 m. | |
„SmartPropel Energy Company“.
SmartPropel Energy ir toliau investuoja į energijos kaupimo baterijų šilumos valdymo technologijos tyrimus ir plėtrą. Šiuo metu ji turi techninius rezervus ir sprendimus vienos spintos energijos kaupimo skysčiu aušinimo gaminiams, kurių pagrindą sudaro ličio baterijos, didelio masto energijos kaupimo jėgainių skysčių aušinimo sistemoms ir surenkamiems salono energijos kaupimo skysčių aušinimo produktams. Bendrovė turi visas skysčių aušinimo sistemų kūrimo galimybes, nuo vienmačio ir trimačio modeliavimo projektavimo iki vienos plokštės kūrimo, ir galiausiai turi galimybę teikti vieno langelio skysčių aušinimo sistemų sprendimus.
