1. Energilagringsfelt: Flytende kjøleløsning blir mainstream-trenden
Temperatur påvirker kapasiteten, sikkerheten, levetiden og annen ytelse til elektrokjemiske energilagringssystemer, så termisk styring av energilagringssystemer er nødvendig. Energilagringssystemet er et komplekst system som består av et stort antall batterier, PCS, BMS, EMS, temperaturkontroll, brannvern og andre delsystemer, hvorav batteriet er kjernekomponenten i systemet.
Effekten av temperatur på energilagringssystemet gjenspeiles i to aspekter:
(1) Temperatur påvirker ytelsen til en enkelt battericelle. For høy eller for lav temperatur vil påvirke normal bruk av battericellen;
(2) Temperaturen påvirker ytelsen til batterisystemet. Temperaturforskjellen mellom flere batterier vil påvirke konsistensen til systemet. Konsistensproblemet vil påvirke sikkerheten, effektiviteten og levetiden til systemet.
Temperaturens innvirkning på battericellenes ytelse gjenspeiles i:
(1) Kapasitet: Høy temperatur vil øke den interne motstanden til batteriet og forårsake tap av aktive litiumioner. Hvis batteriet holdes ved høy temperatur over lengre tid, vil kapasiteten avvike betydelig fra den nominelle kapasiteten. Jo høyere temperatur, jo raskere faller kapasiteten til litium-ion-batteriet. I et miljø med lav temperatur reduseres overføringsytelsen til elektrolytten kraftig, noe som også vil føre til en reduksjon i kapasiteten til litiumbatteriet. Kapasitetsbevaringsgraden for litiumjernfosfatbatterier er 60 % til 70 % ved 0 °C, og den reduseres til 20 % til 40 % ved -20 °C.
(2) Levetid: Temperaturendringer forårsaker endringer i den interne motstanden og spenningen til batteriet, og påvirker batteriets levetid. Studier har funnet at for hver 1°C økning i temperaturen reduseres batterilevetiden med ca. 60 dager.
(3) Termisk stabilitet: Høy temperatur vil forårsake nedbrytningsreaksjoner i de interne materialene til batteriet, noe som påvirker sikker og stabil drift av batteriet. I et miljø med høy temperatur kan SEI-filmen brytes ned, noe som vil føre til okklusjon av litiumionekanalen, kortslutning av de positive og negative elektrodene og generering av en stor mengde varme. Samtidig vil det genereres en stor mengde gass, noe som fører til termiske løpsfenomener som batteriutbuling og brudd. I miljøer med lav temperatur kan litiumdendritter vises ved den negative elektroden på batteriet og til og med gjennombore SEI-filmen, noe som påvirker batterisikkerheten.
Det antas generelt at det optimale driftstemperaturområdet for litiumbatterier er 10-35 ℃.
Litiumbatteriets driftstemperaturområde
Temperaturens innvirkning på batterisystemet gjenspeiles i konsistensen til battericellene. Under batteridrift vil forskjeller i lade- og utladingstilstander til hver battericelle, forskjeller i intern motstand, strømsvingninger og andre faktorer forårsake forskjeller i aldringstilstanden til enkeltbatteriet etter flere sykluser, som igjen forårsaker forskjeller i ytelse mellom enkeltbatterier. batterier. Studier har vist at temperaturgradienten mellom moduler reduserer kapasiteten og levetiden til hele batteripakken, så det er nødvendig å opprettholde temperaturensartetheten mellom hvert enkelt batteri i batteripakken. For å opprettholde konsistensen til enkeltbatteriet i batteriet, kreves det at temperaturforskjellen mellom battericellene ikke overstiger 5°C.
Temperaturfordeling av batteripakke i luftkjølt system ved 1.5C utladningshastighet
Det er fire termiske styringsløsninger for energilagringssystemer: luftkjøling, væskekjøling, varmerørskjøling og faseendringskjøling. Foreløpig er det kun luftkjøling og væskekjøling som har kommet inn i store applikasjoner, mens varmerørkjøling og faseendringskjøling fortsatt er i laboratoriestadiet.
(1) luftkjøling: Luft brukes som medium, med egenskapene til enkel struktur og lett vedlikehold. Luft har imidlertid lav spesifikk varmekapasitet og lav varmeledningsevne, noe som er egnet for scenarier med lave krav til kjøleeffektivitet.
(2) Væskekjøling: Væske brukes som kjølemedium. Vanlige brukte flytende kjølemedier inkluderer vann, vandig etylenglykolløsning, ren etylenglykol, klimaanlegg og silikonolje. Kjølemediet har høy varmeoverføringskoeffisient, stor spesifikk varmekapasitet, rask kjølehastighet, god kjøleeffekt og kompakt struktur.
(3) Varmerørskjøling: Et effektivt varmevekslerelement som er avhengig av faseendringen av arbeidsfluidet i et lukket skall og rør for å oppnå varmeveksling. Varmerør har fordelene med høy varmeledningsevne, isotermisk, reversibel varmestrømningsretning, variabel varmeflukstetthet og konstant temperatur.
(4) Faseskift kjøling: Varme absorberes ved bruk av faseendring av faseendringsmaterialer. Å velge materialer med stor spesifikk varmekapasitet og høy varmeoverføringskoeffisient vil oppnå god kjøleeffekt. Faseendringsmaterialer i seg selv har imidlertid ikke evnen til å spre varme og må kombineres med andre varmespredningsmetoder.
Energilagring termiske styringsløsninger
Kjennetegn på typiske termiske styringsteknologier for energilagring
| Sak | luftkjøling | Væskekjøling | Varmerørskjøling | Faseskift kjøling | |
| Passiv | Aktiv | Luftkjøling i kald ende | Væskekjøling i den kalde ende | Faseendringsmateriale + varmeledende materiale | |
| Kjøleeffektivitet | Medium | høyere | høyere | Høyt | Høyt |
| Kjølehastighet | Medium | Høyt | Høyt | Høyt | høyere |
| Temperaturfall | Medium | høyere | høyere | Høyt | Høyt |
| Temperaturforskjell | høyere | Lav | Lav | Lav | Lav |
| kompleksitet | Medium | Medium | Medium | høyere | Medium |
| Levetid | Lang | Lang | Lang | Lang | Lang |
| Kostnad | Lav | høyere | høyere | Høyt | høyere |
Væskekjøling løsninger har gradvis utviklet seg til å bli mainstream-løsningen i scenarier for inkrementell energilagring.
Fra tilbudssiden har den flytende kjøleløsningen fordelene med høy teknisk modenhet, god kjøleeffekt og positiv innvirkning på systemytelsen.
(1) Sikkerhet: Den flytende kjøleløsningen har høy varmeavledningseffektivitet og høyt beskyttelsesnivå. Den kan takle mer komplekse arbeidsmiljøer, redusere muligheten for termisk løping og forbedre systemdriftssikkerheten. Data viser at væskens varmeavledningsevne er 3,000 ganger den for samme luftvolum, og varmeledningsevnen er 25 ganger luftens. I tillegg har væskekjølesystemet et høyere beskyttelsesnivå og kan takle mer alvorlige driftsmiljøer.
(2) Økonomisk effektivitet: For å oppnå samme kontrolleffekt har væskekjøleløsningen lavere energiforbruk, noe som kan redusere driftsinvesteringer og forbedre økonomien i hele livssyklusen. For å oppnå samme gjennomsnittlige batteritemperatur krever luftkjøling 2-3 ganger mer energiforbruk enn væskekjøling. Ved samme strømforbruk er maksimal temperatur på batteripakken 3-5 grader celsius høyere for luftkjøling enn for væskekjøling. Væskekjølesystemet kan spare energi med opptil 50 % sammenlignet med luftkjølesystemet.
(3) Høy integrasjon: På grunn av den bedre kjøleeffekten til den flytende kjøleløsningen, er integreringen av energilagringssystemet i beholderen høyere. For å ta det væskekjølte energilagringssystemet SmartPropel Energy som et eksempel, er kapasiteten til en tradisjonell luftkjølt 40-fots beholder 3.44MWh, mens kapasiteten til en væskekjølt løsning for den samme 40-fotsbeholderen kan nå 6.88MWh . For energilagringskraftverk med samme kapasitet sparer bruken av et væskekjølt batterisystem mer enn 40 % gulvplass.
Fra etterspørselssiden har utviklingsretningen for energilagringssystemer med større kapasitet og flere scenarier stadig høyere krav til termisk styring, og ytelsen til væskekjøleløsninger er mer forenlig med dette.
(1) Skalaen til energilagringskraftverk blir større og større. Etter hvert som andelen ny energi i kraftsystemet øker, blir etterspørselen etter toppbarberingsressurser som energilagring stadig mer fremtredende, og leveringsytelsen til kraftverk med stor kapasitet er bedre enn kraftverk med liten kapasitet. . Derfor viser storskala energilagringskraftverk en trend med stor kapasitet. For tiden bryter omfanget av uavhengige energilagringsprosjekter raskt gjennom 100 MWh og beveger seg mot GWh.
I 2023 skal fire 200MW/400MWh enkeltkraftverk settes i drift. Per september 2023 er det allerede 30 energilagringsprosjekter med en skala på over 500MWh som er planlagt og lansert, med en total skala på 12.2GW/33GWh. Kraftstasjoner med stor kapasitet bruker vanligvis battericeller med stor kapasitet. Ettersom størrelsen og kapasiteten til battericellene øker, forringes varmeavledningsytelsen til selve battericellene, slik at kravene til systemets termiske styringsevne blir høyere og høyere.
(2) Anvendelsesscenarioene for energilagringskraftverk er mer mangfoldige. I henhold til kravene til forskjellige energilagringsvarigheter, kan bruksscenariene for energilagring deles inn i fire kategorier: kapasitetstype (≥4 timer), energitype (ca. 1~2 timer), strømtype (≤30 minutter) og backup type (≥15 minutter). I scenarier med kapasitetstype og energitype brukes energilagring til funksjoner som toppbarbering og dalfylling, energilagring utenfor nettet og nødbackup, som viser en stor kapasitetstrend. Varmeproduksjonen til et enkelt prosjekt øker, og kravene til termisk styring øker. I strømtype-scenariet kreves det at energilagringssystemet absorberer eller frigjør energi øyeblikkelig og gir rask strømstøtte. Rask lading og utlading krever høyere temperaturregulering av batteriet, og viktigheten av termisk styring fremheves.
2. Energilagringsvæskekjøling: Penetrasjonshastigheten forventes å nå rundt 45 % i 2025
Innenlandske mainstream-produsenter har lansert væskekjølingsløsninger, som beviser populariteten til væskekjøling. Blant de eksisterende energilagringsprosjektene utgjør luftkjøleløsninger en høyere andel, hovedsakelig fordi luftkjøling er enkel i design og lav kostnad. Men etter hvert som skalaen og energitettheten til energilagringssystemer øker, blir fordelene med væskekjølingsteknologi mer fremtredende.
For tiden er selskaper som CATL, BYD, Envision Group, SUNGROW, HyperStrong, Zhengtai New Energy og SmartPropel energi har lansert flytende kjøleprodukter.
| Flytende kjøleprodukter lansert av ulike selskaper | ||
| Selskap | Product Model | Tilgjengelighet |
| KATT | EnerOne | 2020 |
| BYD | BYD Cube | 2020.8 |
| SVOLT Energi | JU-integrert væskekjølt energilagringssystem | 2021.4 |
| Hypersterk | Hypersterk | 2021.4 |
| Clou elektronikk | E30 | 2021.5 |
| Chint Group | TELOGY 1500V væskekjølt energilagringssystem | 2021.6 |
| Envision Group | Smarte væskekjølte energilagringsprodukter | 2021.1 |
| Kehua-teknologi | Kehua S3 væskekjølt energilagringssystem | 2022.5 |
| Solvekst | PowerTitanlPowerStack | 2022.5 |
| SmartPropel energi | 372KWh+200KW lagringssystem for væskekjøling | 2023.9 |
| Clou elektronikk | Aqua Series flytende kjøleprodukter | 2023.4 |
| Zhongtian teknologi | MUSE1.0 | 2022.6 |
| JD Energy | Distribuert modulær væskekjøling energilagringsskap integrert | 2022.9 |
| Narada Power Sour | CenterL lagringssystem for væskekjøling | 2022.9 |
De grunnleggende komponentene i energilagringsvæskekjølesystemet inkluderer: væskekjøleplate, væskekjøleenhet (valgfritt varmeapparat), væskekjølingsrørledning (inkludert temperatursensor, ventil), høy- og lavspentledningsnett; kjølevæske (etylenglykol vandig løsning), etc. I henhold til kontaktmetoden mellom kjølevæsken og batteriet er det to skjemaer: en er direkte kontakt, battericellen eller modulen er nedsenket i væske (som elektrisk isolerende silikonolje), la væsken avkjøle batteriet direkte; den andre er å sette en kjølekanal eller kaldplate mellom batteriene, slik at væsken indirekte kan avkjøle batteriet.
Energilagringsvæskekjølesystemet er trygt, effektivt og fleksibelt. Ta SmartPropel Energy "372KWh+200KW lagringssystem for flytende kjøling" som et eksempel:
(1) Sikkerhet: Systemet vedtar IP55-beskyttelse + anti-kondensering + strukturell seismikk + seksdimensjonal grensedesign. Hver pakke har innebygd perfluorheksanon fleksibelt rør + branntilbakemeldingsdeteksjon. Systemnivået vedtar designkonseptet tre-nivå eksplosjonssikker + tre-nivå brannbeskyttelse for å oppnå trippel isolasjonsovervåking og beskyttelse.
(2) Effektivitet: Klyngenivåkontrollere brukes i lagringssystemer for flytende kjøleenergi. Gjennom intelligent styring av strøm av klyngenivåmanageren oppnås aktiv balansering, intelligent svitsjing og millisekundnivåalarmrespons for batteriklyngeenheter. Eksperimenter har vist at under balanseringseffekten til klyngenivåkontrolleren økes lade- og utladingskapasiteten for hele livssyklusen med mer enn 6 %. Samtidig, under byttefunksjonen til klyngenivåkontrolleren, oppnås intelligent balanseringskontroll av batteriklyngen, og den årlige tilgjengeligheten til systemet er >99%. Kombinert med intelligent temperaturkontroll og balansert kontrollteknologi, den patenterte utformingen av væskekjølepakken "Tongcheng", systemets varmeavledning "dobbelt sirkulasjon" og flernivåfordelingen av væskekjølerør, er temperaturforskjellen inne i beholdersystemet konsistent og ikke overstiger 5°C, og temperaturforskjellen mellom noen pakker ikke overstiger 3°C. Under intelligent temperaturkontroll og balansert kontrollteknologi undertrykkes sannsynligheten for termisk løping effektivt, og systemets levetid økes med 13%.
(3) Fleksibilitet: Krafttettheten til det flytende kjøleenergilagringssystemet økes med 100%, og kapasiteten på 40 fot kan nå 372Kwh. Med utformingen av energilagringssystemet med 200KW/372KWh som et eksempel, sparer bruken av væskekjølebatterisystem mer enn 40 % av gulvplassen. Bruken av prefabrikkert modulær design reduserer den opprinnelige investeringskostnaden med mer enn 2 %.
Sammenligner luftkjølings- og væskekjøleløsningene, er kostnaden for temperaturkontrollutstyr for væskekjøling 0.09 RMB/wh, og for luftkjøling er den 0.025 RMB/wh. De samlede kostnadene for væskekjøling forventes å bli redusert.
(1) Luftkjøling: En tradisjonell 40 fots energilagringsbeholder med en kapasitet på 3.5 MWh bruker vanligvis fire 12.5 kw klimaanlegg. Prisen på et enkelt klimaanlegg er om lag 22,000 RMB, og temperaturkontrollprisen på et containersystem er beregnet til 88,000 RMB, tilsvarende en enhetspris på 0.025 RMB/wh, og en verdi på 25 millioner RMB per GWh.
(2) Væskekjøling: En 40 fots beholder med en kapasitet på 5-6MWh krever to 40kw væskekjølesystemer. Prisen på et enkelt system er ca 270,000 540,000 RMB, og temperaturkontrollprisen på en container er 0.09 90 RMB, tilsvarende en enhetspris på XNUMX RMB/wh, og en verdi på XNUMX millioner RMB per GWh. Med tanke på den høye integrasjonstettheten til væskekjølesystemet, opptar den samme kapasiteten et mindre landareal, de sivile byggekostnadene reduseres, den samme kapasiteten bruker færre hjelpematerialer som koblinger, og den totale systemkostnaden reduseres.
I følge GGII-estimater vil verdien av temperaturkontrollindustrien for energilagring være rundt 2.4 milliarder RMB i 2021 (inkludert utenlandsk eksport), og forventes å nå nesten 16.5 milliarder RMB i 2025. Blant dem vil væskekjølemarkedet stå for rundt 45 % i 2025.
Leverandører av væskelagringsløsninger for temperaturkontroll for energilagring kommer hovedsakelig fra produsenter av temperaturkontroll for datasenter, industriell temperaturkontroll og bilprodusenter. Nøkkelen til konkurranse ligger i designevnen til ikke-standardprodukter, fordi forskjellige energilagringsintegratorer har forskjellige produktdesignløsninger. Væskekjølingstemperaturkontroll må utvikles i fellesskap med batteripakkelayout, væskekjølingsrørledningsdesign, etc., og integreres med batterier, så svært tilpasset design er nødvendig.
| Hovedleverandør av energilagring væskekjøling temperaturkontroll | ||
| Opprinnelig industri | Selskap | Hovedkunder |
| Datasenter temperaturkontroll | Envicool | CATL, BYD, Narada Power Sour, Clou Electronics, SmartPropel Energy, Sungrow, HyperStrong og relaterte mainstream systemintegratorer og batteriprodusenter i utlandet. |
| henling Envirn | State Grid, etc. | |
| Industriell temperaturkontroll | Sanhe Tongfei | Selskapet begynte å distribuere energilagringstemperaturkontrollvirksomhet i 2020, og utvidet kunder som Sungrow, Clou Electronics, Narada Power Sour, Trina Solar, etc. |
| Goaland energi | Hovedkundene er produsenter av distribuert batteribeholderintegrasjon og batteriprodusenter, og det har for tiden samarbeidet med CATL og andre. | |
| Termisk styring av biler | Jialeng Songzhi | CATL, SmartPropel Energy, etc. |
| Jiangsu Kingfield | Datterselskapet Air Conditioning International Energy Storage-relaterte produkter begynte å levere til CATL osv. i 2020. | |
SmartPropel Energy Company
SmartPropel Energy fortsetter å investere i forskning og utvikling av termisk styringsteknologi for energilagringsbatterier. Den har i dag tekniske reserver og løsninger for flytende kjøleprodukter for energilagring med ett skap basert på litiumbatterier, flytende kjølesystemer for kraftstasjoner i stor skala og prefabrikkerte flytende kjøleprodukter for energilagring i hytter. Selskapet har alle utviklingsfunksjonene for væskekjølingssystem, fra endimensjonal og tredimensjonal simuleringsdesign til utvikling av enkeltkort, og har til syvende og sist evnen til å tilby one-stop væskekjølesystemløsninger.
