1. Medan penyimpanan tenaga: Penyelesaian penyejukan cecair menjadi trend arus perdana
Suhu menjejaskan kapasiti, keselamatan, hayat dan prestasi lain sistem penyimpanan tenaga elektrokimia, jadi pengurusan terma sistem penyimpanan tenaga diperlukan. Sistem storan tenaga ialah sistem kompleks yang terdiri daripada sejumlah besar bateri, PCS, BMS, EMS, kawalan suhu, perlindungan kebakaran dan subsistem lain, antaranya bateri adalah komponen teras sistem.
Kesan suhu pada sistem penyimpanan tenaga dicerminkan dalam dua aspek:
(1) Suhu mempengaruhi prestasi sel bateri tunggal. Suhu yang terlalu tinggi atau terlalu rendah akan menjejaskan penggunaan biasa sel bateri;
(2) Suhu menjejaskan prestasi sistem bateri. Perbezaan suhu antara berbilang bateri akan menjejaskan ketekalan sistem. Masalah konsistensi akan menjejaskan keselamatan, kecekapan dan hayat sistem.
Kesan suhu pada prestasi sel bateri ditunjukkan dalam:
(1) Kapasiti: Suhu tinggi akan meningkatkan rintangan dalaman bateri dan menyebabkan kehilangan ion litium aktif. Jika bateri disimpan pada suhu tinggi untuk masa yang lama, kapasiti akan menyimpang dengan ketara daripada kapasiti nominal. Lebih tinggi suhu, lebih cepat kapasiti bateri litium-ion mereput. Dalam persekitaran suhu rendah, prestasi penghantaran elektrolit sangat berkurangan, yang juga akan membawa kepada penurunan kapasiti bateri litium. Kadar pengekalan kapasiti bateri litium besi fosfat ialah 60% hingga 70% pada 0°C, dan ia dikurangkan kepada 20% hingga 40% pada −20°C.
(2) Hayat: Perubahan suhu menyebabkan perubahan dalam rintangan dalaman dan voltan bateri, menjejaskan hayat bateri. Kajian mendapati bahawa untuk setiap kenaikan suhu 1°C, hayat bateri dikurangkan kira-kira 60 hari.
(3) Kestabilan terma: Suhu tinggi akan menyebabkan tindak balas penguraian dalam bahan dalaman bateri, menjejaskan operasi bateri yang selamat dan stabil. Dalam persekitaran suhu tinggi, filem SEI mungkin terurai, yang akan menyebabkan penyumbatan saluran ion litium, litar pintas elektrod positif dan negatif, dan penjanaan sejumlah besar haba. Pada masa yang sama, sejumlah besar gas akan dijana, membawa kepada fenomena pelarian haba seperti bateri membonjol dan pecah. Dalam persekitaran suhu rendah, dendrit litium mungkin muncul pada elektrod negatif bateri dan juga menembusi filem SEI, yang menjejaskan keselamatan bateri.
Secara amnya dipercayai bahawa julat suhu operasi optimum untuk bateri litium ialah 10-35 ℃.
Julat suhu operasi bateri litium
Kesan suhu pada sistem bateri dicerminkan dalam ketekalan sel bateri. Semasa operasi bateri, perbezaan dalam keadaan pengecasan dan nyahcas bagi setiap sel bateri, perbezaan dalam rintangan dalaman, turun naik semasa dan faktor lain akan menyebabkan perbezaan dalam keadaan penuaan bateri tunggal selepas beberapa kitaran, yang seterusnya menyebabkan perbezaan dalam prestasi antara tunggal. bateri. Kajian telah menunjukkan bahawa kecerunan suhu antara modul mengurangkan kapasiti dan hayat keseluruhan pek bateri, jadi adalah perlu untuk mengekalkan keseragaman suhu antara setiap bateri tunggal dalam pek bateri. Untuk mengekalkan ketekalan bateri tunggal dalam bateri, perbezaan suhu antara sel bateri diperlukan tidak melebihi 5°C.
Pengagihan suhu pek bateri dalam sistem penyejuk udara pada kadar nyahcas 1.5C
Terdapat empat penyelesaian pengurusan terma untuk sistem penyimpanan tenaga: penyejukan udara, penyejukan cecair, penyejukan paip haba dan penyejukan perubahan fasa. Pada masa ini, hanya penyejukan udara dan penyejukan cecair telah memasuki aplikasi berskala besar, manakala penyejukan paip haba dan penyejukan perubahan fasa masih dalam peringkat makmal.
(1) penyejukan udara: Udara digunakan sebagai medium, dengan ciri-ciri struktur yang mudah dan penyelenggaraan yang mudah. Walau bagaimanapun, udara mempunyai kapasiti haba tentu yang rendah dan kekonduksian terma yang rendah, yang sesuai untuk senario dengan keperluan kecekapan penyejukan yang rendah.
(2) Penyejukan cecair: Cecair digunakan sebagai medium penyejukan. Media penyejukan cecair yang biasa digunakan termasuk air, larutan akueus etilena glikol, etilena glikol tulen, penyejuk penyaman udara dan minyak silikon. Medium penyejukan mempunyai pekali pemindahan haba yang tinggi, kapasiti haba tentu yang besar, kelajuan penyejukan yang cepat, kesan penyejukan yang baik dan struktur padat.
(3) Penyejukan paip haba: Elemen pertukaran haba yang cekap yang bergantung kepada perubahan fasa bendalir kerja dalam cangkerang dan tiub tertutup untuk mencapai pertukaran haba. Paip haba mempunyai kelebihan kekonduksian haba yang tinggi, isoterma, arah aliran haba boleh balik, ketumpatan fluks haba berubah-ubah dan suhu malar.
(4) Penyejukan perubahan fasa: Haba diserap dengan menggunakan perubahan fasa bahan perubahan fasa. Memilih bahan dengan kapasiti haba tentu yang besar dan pekali pemindahan haba yang tinggi akan mencapai kesan penyejukan yang baik. Walau bagaimanapun, bahan perubahan fasa sendiri tidak mempunyai keupayaan untuk menghilangkan haba dan perlu digabungkan dengan kaedah pelesapan haba yang lain.
Penyelesaian Pengurusan Terma Penyimpanan Tenaga
Ciri-ciri teknologi pengurusan haba simpanan tenaga biasa
| Perkara | penyejukan udara | Penyejukan cecair | Penyejukan paip haba | Penyejukan perubahan fasa | |
| Pasif | aktif | Penyejukan udara hujung sejuk | Penyejukan cecair hujung sejuk | Bahan perubahan fasa + bahan pengalir haba | |
| Kecekapan penyejukan | sederhana | Tinggi | Tinggi | Tinggi | Tinggi |
| Kelajuan penyejukan | sederhana | Tinggi | Tinggi | Tinggi | Tinggi |
| Penurunan suhu | sederhana | Tinggi | Tinggi | Tinggi | Tinggi |
| Perbezaan suhu | Tinggi | Rendah | Rendah | Rendah | Rendah |
| kerumitan | sederhana | sederhana | sederhana | Tinggi | sederhana |
| Jangka hayat | Panjang | Panjang | Panjang | Panjang | Panjang |
| kos | Rendah | Tinggi | Tinggi | Tinggi | Tinggi |
Penyejukan cecair penyelesaian telah berkembang secara beransur-ansur menjadi penyelesaian arus perdana dalam senario penyimpanan tenaga tambahan.
Dari segi bekalan, penyelesaian penyejukan cecair mempunyai kelebihan kematangan teknikal yang tinggi, kesan penyejukan yang baik, dan kesan positif terhadap prestasi sistem.
(1) Keselamatan: Penyelesaian penyejukan cecair mempunyai kecekapan pelesapan haba yang tinggi dan tahap perlindungan yang tinggi. Ia boleh mengatasi persekitaran kerja yang lebih kompleks, mengurangkan kemungkinan pelarian haba, dan meningkatkan keselamatan operasi sistem. Data menunjukkan bahawa kapasiti pelesapan haba cecair adalah 3,000 kali ganda daripada isipadu udara yang sama, dan kekonduksian haba adalah 25 kali ganda daripada udara. Selain itu, sistem penyejukan cecair mempunyai tahap perlindungan yang lebih tinggi dan boleh mengatasi persekitaran operasi yang lebih teruk.
(2) Kecekapan ekonomi: Untuk mencapai kesan kawalan yang sama, penyelesaian penyejukan cecair mempunyai penggunaan tenaga yang lebih rendah, yang boleh mengurangkan pelaburan operasi dan meningkatkan ekonomi keseluruhan kitaran hayat. Untuk mencapai suhu purata bateri yang sama, penyejukan udara memerlukan penggunaan tenaga 2-3 kali lebih banyak daripada penyejukan cecair. Pada penggunaan kuasa yang sama, suhu maksimum pek bateri adalah 3-5 darjah Celsius lebih tinggi untuk penyejukan udara berbanding untuk penyejukan cecair. Sistem penyejukan cecair boleh menjimatkan tenaga sehingga kira-kira 50% berbanding dengan sistem penyejukan udara.
(3) Penyepaduan tinggi: Disebabkan oleh kesan penyejukan yang lebih baik daripada penyelesaian penyejukan cecair, penyepaduan sistem penyimpanan tenaga dalam bekas adalah lebih tinggi. Mengambil sistem storan tenaga sejuk cecair SmartPropel Energy sebagai contoh, kapasiti bekas 40 kaki penyejuk udara tradisional ialah 3.44MWj, manakala kapasiti larutan sejuk cecair untuk bekas 40 kaki yang sama boleh mencapai 6.88MWj . Untuk stesen janakuasa simpanan tenaga dengan kapasiti yang sama, penggunaan sistem bateri yang disejukkan cecair menjimatkan lebih daripada 40% ruang lantai.
Dari segi permintaan, arah pembangunan sistem penyimpanan tenaga dengan kapasiti yang lebih besar dan lebih banyak senario mempunyai keperluan yang semakin tinggi untuk pengurusan haba, dan prestasi penyelesaian penyejukan cecair lebih serasi dengan ini.
(1) Skala stesen janakuasa simpanan tenaga semakin besar dan lebih besar. Apabila perkadaran tenaga baharu dalam sistem kuasa meningkat, permintaan untuk sumber pencukuran puncak seperti storan tenaga menjadi semakin ketara, dan prestasi penghantaran stesen janakuasa simpanan tenaga berkapasiti besar adalah lebih baik daripada stesen janakuasa berkapasiti kecil. . Oleh itu, stesen janakuasa simpanan tenaga berskala besar menunjukkan trend kapasiti besar. Pada masa ini, skala projek storan tenaga bebas dengan pantas menembusi 100 MWj dan bergerak ke arah GWj.
Pada 2023, empat stesen janakuasa tunggal 200MW/400MWj akan mula beroperasi. Sehingga September 2023, sudah ada 30 projek penyimpanan tenaga dengan skala lebih daripada 500MWj yang telah dirancang dan dilancarkan, dengan jumlah skala 12.2GW/33GWj. Stesen janakuasa berkapasiti besar biasanya menggunakan sel bateri berkapasiti besar. Apabila saiz dan kapasiti sel bateri meningkat, prestasi pelesapan haba sel bateri itu sendiri merosot, jadi keperluan untuk keupayaan pengurusan haba sistem akan menjadi lebih tinggi dan lebih tinggi.
(2) Senario aplikasi stesen janakuasa simpanan tenaga adalah lebih pelbagai. Mengikut keperluan tempoh penyimpanan tenaga yang berbeza, senario aplikasi penyimpanan tenaga boleh dibahagikan kepada empat kategori: jenis kapasiti (≥4 jam), jenis tenaga (kira-kira 1~2 jam), jenis kuasa (≤30 minit) dan sandaran jenis (≥15 minit). Dalam senario jenis kapasiti dan jenis tenaga, storan tenaga digunakan untuk fungsi seperti pencukuran puncak dan pengisian lembah, storan tenaga luar grid dan sandaran kecemasan, yang menunjukkan trend kapasiti yang besar. Penjanaan haba bagi satu projek meningkat, dan keperluan untuk pengurusan haba meningkat. Dalam senario jenis kuasa, sistem storan tenaga diperlukan untuk menyerap atau melepaskan tenaga serta-merta dan memberikan sokongan kuasa pantas. Pengecasan dan nyahcas pantas memerlukan pengawalan suhu bateri yang lebih tinggi, dan kepentingan pengurusan terma diserlahkan.
2. Penyejukan cecair simpanan tenaga: Kadar penembusan dijangka mencapai kira-kira 45% pada 2025
Pengeluar arus perdana domestik telah melancarkan penyelesaian penyejukan cecair, membuktikan populariti penyejukan cecair. Di antara projek penyimpanan tenaga sedia ada, penyelesaian penyejukan udara menyumbang bahagian yang lebih tinggi, terutamanya kerana penyejukan udara adalah reka bentuk yang mudah dan kos rendah. Walau bagaimanapun, apabila skala dan ketumpatan tenaga sistem penyimpanan tenaga meningkat, kelebihan teknologi penyejukan cecair menjadi lebih menonjol.
Pada masa ini, syarikat seperti CATL, BYD, Envision Group, SUNGROW, HyperStrong, Zhengtai New Energy dan Tenaga SmartPropel telah melancarkan produk penyejuk cecair.
| Produk penyejuk cecair yang dilancarkan oleh pelbagai syarikat | ||
| Syarikat | Model Produk | Ketersediaan |
| CATL | EnerOne | 2020 |
| BYD | BYD Cube | 2020.8 |
| Tenaga SVOLT | Sistem Penyimpanan Tenaga Penyejuk Cecair Bersepadu JU | 2021.4 |
| HyperStrong | HyperStrong | 2021.4 |
| Clou Electronics | E30 | 2021.5 |
| Kumpulan Chint | Sistem Penyimpanan Tenaga yang disejukkan cecair TELOGY 1500V | 2021.6 |
| Kumpulan Envision | Produk Penyimpanan Tenaga yang disejukkan Cecair Pintar | 2021.1 |
| Teknologi Kehua | Sistem Penyimpanan Tenaga yang disejukkan cecair Kehua S3 | 2022.5 |
| Sungrow | PowerTitanlPowerStack | 2022.5 |
| Tenaga SmartPropel | Sistem Penyimpanan Tenaga Penyejukan Cecair 372KWh+200KW | 2023.9 |
| Clou Electronics | Produk Penyejuk Cecair Siri Aqua | 2023.4 |
| Teknologi Zhongtian | MUSE1.0 | 2022.6 |
| JD Tenaga | Kabinet Penyimpanan Tenaga Penyejukan Cecair Modular Bersepadu | 2022.9 |
| Narada Power Sour | Sistem Penyimpanan Tenaga Penyejukan Cecair CenterL | 2022.9 |
Komponen asas sistem penyejukan cecair simpanan tenaga termasuk: plat penyejuk cecair, unit penyejukan cecair (pemanas pilihan), saluran paip penyejuk cecair (termasuk sensor suhu, injap), abah-abah pendawaian voltan tinggi dan rendah; penyejuk (larutan akueus etilena glikol), dsb. Mengikut kaedah sentuhan antara penyejuk dan bateri, terdapat dua skema: satu adalah sentuhan langsung, sel bateri atau modul direndam dalam cecair (seperti minyak silikon penebat elektrik), membenarkan cecair menyejukkan bateri secara langsung; yang lain adalah untuk menetapkan saluran penyejuk atau plat sejuk di antara bateri, membenarkan cecair menyejukkan bateri secara tidak langsung.
Sistem penyejukan cecair simpanan tenaga adalah selamat, cekap dan fleksibel. ambil Tenaga SmartPropel "Sistem Penyimpanan Tenaga Penyejukan Cecair 372KWh+200KW" sebagai contoh:
(1) Keselamatan: Sistem ini menggunakan perlindungan IP55 + anti-kondensasi + seismik struktur + reka bentuk had enam dimensi. Setiap pek mempunyai paip fleksibel perfluorohexanone terbina dalam + pengesanan maklum balas kebakaran. Tahap sistem mengguna pakai konsep reka bentuk tiga peringkat kalis letupan + tiga peringkat perlindungan kebakaran untuk mencapai pemantauan dan perlindungan penebat tiga kali ganda.
(2) Kecekapan: Pengawal peringkat kluster digunakan dalam sistem penyimpanan tenaga penyejukan cecair. Melalui kawalan pintar arus oleh pengurus peringkat kluster, pengimbangan aktif, pensuisan pintar dan tindak balas penggera peringkat milisaat unit kluster bateri dicapai. Eksperimen telah menunjukkan bahawa di bawah kesan pengimbangan pengawal peringkat kelompok, kapasiti pengecasan dan nyahcas bagi keseluruhan kitaran hayat meningkat lebih daripada 6%. Pada masa yang sama, di bawah fungsi pensuisan pengawal peringkat kluster, kawalan pengimbangan pintar kluster bateri dicapai, dan ketersediaan tahunan sistem ialah> 99%. Digabungkan dengan kawalan suhu pintar dan teknologi kawalan seimbang, reka bentuk paten pek penyejuk cecair "Tongcheng", pelesapan haba sistem "peredaran berganda", dan pengedaran pelbagai peringkat paip penyejuk cecair, perbezaan suhu di dalam sistem bekas adalah konsisten dan tidak melebihi 5°C, dan perbezaan suhu antara mana-mana pek tidak melebihi 3°C. Di bawah kawalan suhu pintar dan teknologi kawalan seimbang, kebarangkalian pelarian haba ditindas dengan berkesan, dan hayat sistem meningkat sebanyak 13%.
(3) Fleksibiliti: Ketumpatan kuasa sistem penyimpanan tenaga penyejuk cecair meningkat sebanyak 100%, dan kapasiti 40 kaki boleh mencapai 372Kwj. Mengambil susun atur sistem storan tenaga dengan 200KW/372KWh sebagai contoh, penggunaan sistem bateri penyejuk cecair menjimatkan lebih daripada 40% ruang lantai. Penggunaan reka bentuk modular pasang siap mengurangkan kos pelaburan awal sebanyak lebih daripada 2%.
Membandingkan penyelesaian penyejukan udara dan penyejukan cecair, kos peralatan kawalan suhu untuk penyejukan cecair ialah 0.09 RMB/wj, dan untuk penyejukan udara ialah 0.025 RMB/wj. Kos keseluruhan penyejukan cecair dijangka dapat dikurangkan.
(1) Penyejukan udara: Bekas simpanan tenaga 40 kaki tradisional dengan kapasiti 3.5MWj biasanya menggunakan empat sistem penyaman udara 12.5kw. Harga sistem penghawa dingin tunggal adalah kira-kira 22,000 RMB, dan harga kawalan suhu sistem kontena dikira 88,000 RMB, sepadan dengan harga seunit 0.025 RMB/wj, dan nilai 25 juta RMB setiap GWj.
(2) Penyejukan cecair: Bekas 40 kaki dengan kapasiti 5-6MWj memerlukan dua sistem penyejukan cecair 40kw. Harga satu sistem ialah kira-kira 270,000 RMB, dan harga kawalan suhu sebuah kontena ialah 540,000 RMB, sepadan dengan harga seunit 0.09 RMB/wj, dan nilai 90 juta RMB setiap GWj. Walau bagaimanapun, memandangkan kepadatan penyepaduan tinggi sistem penyejukan cecair, kapasiti yang sama menduduki kawasan tanah yang lebih kecil, kos pembinaan awam dikurangkan, kapasiti yang sama menggunakan lebih sedikit bahan tambahan seperti penyambung, dan kos keseluruhan sistem dikurangkan.
Menurut anggaran GGII, nilai industri kawalan suhu penyimpanan tenaga adalah sekitar RMB 2.4 bilion pada 2021 (termasuk eksport ke luar negara), dan dijangka mencecah hampir RMB 16.5 bilion pada 2025. Antaranya, pasaran penyejukan cecair akan menyumbang kira-kira 45% pada 2025.
Pembekal penyelesaian kawalan suhu penyejukan cecair simpanan tenaga terutamanya datang daripada kawalan suhu pusat data, kawalan suhu industri dan pengeluar kawalan suhu automotif. Kunci kepada persaingan terletak pada keupayaan reka bentuk produk bukan standard, kerana penyepadu storan tenaga yang berbeza mempunyai penyelesaian reka bentuk produk yang berbeza. Kawalan suhu penyejukan cecair perlu dibangunkan bersama dengan susun atur pek bateri, reka bentuk saluran paip penyejuk cecair, dsb., dan disepadukan dengan bateri, jadi reka bentuk yang sangat disesuaikan diperlukan.
| Pembekal utama kawalan suhu penyejukan cecair simpanan tenaga | ||
| Industri asal | Syarikat | Pelanggan utama |
| Kawalan suhu pusat data | Envicool | CATL, BYD, Narada Power Sour, Clou Electronics, SmartPropel Energy, Sungrow, HyperStrong dan penyepadu sistem arus perdana serta pengeluar bateri di luar negara. |
| henling Envirn | Grid Negeri, dsb. | |
| Kawalan suhu industri | Sanhe Tongfei | Syarikat itu mula menggunakan perniagaan kawalan suhu penyimpanan tenaga pada 2020, mengembangkan pelanggan seperti Sungrow, Clou Electronics, Narada Power Sour, Trina Solar, dll. |
| Tenaga Goaland | Pelanggan utama ialah pengeluar penyepaduan bekas bateri dan pengeluar bateri, dan pada masa ini ia telah bekerjasama dengan CATL dan lain-lain. | |
| Pengurusan haba automotif | Jialeng Songzhi | CATL, SmartPropel Energy, dsb. |
| Jiangsu Kingfield | Anak syarikat produk berkaitan Penyaman Udara Antarabangsa Penyimpanan Tenaga mula dibekalkan kepada CATL, dsb. pada tahun 2020. | |
Syarikat Tenaga SmartPropel
SmartPropel Energy terus melabur dalam penyelidikan dan pembangunan teknologi pengurusan haba bateri simpanan tenaga. Pada masa ini ia mempunyai rizab teknikal dan penyelesaian untuk produk penyejukan cecair simpanan tenaga kabinet tunggal berdasarkan bateri litium, sistem penyejukan cecair stesen janakuasa simpanan tenaga berskala besar, dan produk penyejukan cecair simpanan tenaga kabin pasang siap. Syarikat itu mempunyai semua keupayaan pembangunan sistem penyejukan cecair, daripada reka bentuk simulasi satu dimensi dan tiga dimensi kepada pembangunan papan tunggal, dan akhirnya mempunyai keupayaan untuk menyediakan penyelesaian sistem penyejukan cecair sehenti.
