1. Решения по жидкостному охлаждению ускоряют проникновение, расширяя рынок управления температурным режимом для хранения энергии
1.1 Воздушное охлаждение доминирует в современных системах терморегулирования накопителей энергии, жидкостное охлаждение становится будущей тенденцией
Существуют различные формы управления температурой для хранения энергии, и воздушное охлаждение и жидкостное охлаждение относительно зрелые. Текущие основные методы управления температурой включают воздушное охлаждение, жидкостное охлаждение, охлаждение тепловой трубкой и охлаждение с изменением фазы. В настоящее время применение воздушного охлаждения и жидкостного охлаждения относительно широко распространено, в то время как степень индустриализации охлаждения тепловой трубкой и охлаждения с изменением фазы относительно низкая. Среди них охлаждение с изменением фазы - это метод охлаждения, который использует изменение фазы материалов с изменением фазы для поглощения тепла. Он имеет преимущества компактной структуры, низкого контактного теплового сопротивления и хорошего эффекта охлаждения. Однако стоимость материалов с изменением фазы относительно высока, а скорость накопления и рассеивания тепла относительно медленная. В настоящее время он меньше используется в области контроля температуры хранения энергии. Охлаждение тепловой трубкой основано на изменении фазы охлаждающей среды, заключенной в трубке, для достижения теплообмена. Он имеет преимущества высокой эффективности рассеивания тепла, безопасности и надежности, но стоимость также высока. Он редко используется в системах аккумуляторов большой емкости, таких как накопители энергии. Исходя из зрелости технологий и степени индустриализации, мы считаем, что воздушное и жидкостное охлаждение по-прежнему будут основными формами регулирования температуры накопителей энергии в среднесрочной и долгосрочной перспективе.
| Основные методы управления тепловым режимом для систем хранения энергии | |||||
| Товар | Воздушное охлаждение | Жидкое охлаждение | Охлаждение тепловой трубки | Охлаждение с фазовым переходом | |
| Пассивный | Активных | Воздушное охлаждение холодного конца | Жидкостное охлаждение холодного конца | Материал с фазовым переходом + теплопроводящий материал | |
| Эффективность охлаждения | Средний | Высокая | Высокая | Высокий | Высокий |
| Скорость охлаждения | Средний | Высокий | Высокий | Высокий | Высокая |
| Падение температуры | Средний | Высокая | Высокая | Высокий | Высокий |
| Разница температур | Высокая | Низкий | Низкий | Низкий | Низкий |
| Многогранность | Средний | Средний | Средний | Высокая | Средний |
| Стоимость | Низкий | Высокая | Высокая | Высокий | Высокая |
Система воздушного охлаждения имеет низкую первоначальную стоимость, безопасна и надежна и в настоящее время является основной формой регулирования температуры накопителей энергии. Воздушное охлаждение — это метод охлаждения, который использует воздух в качестве охлаждающей среды и использует конвекционный перенос тепла для снижения температуры батареи. Он широко используется в сценариях контроля температуры, таких как промышленное охлаждение, базовые станции связи и центры обработки данных. Зрелость и надежность технологии относительно высоки. Кроме того, общая структура системы воздушного охлаждения относительно проста и удобна в обслуживании, а первоначальные инвестиционные затраты относительно низки. Учитывая его преимущества в стоимости и надежности, воздушное охлаждение в настоящее время является наиболее распространенным решением в области контроля температуры хранения энергии.
Система воздушного охлаждения имеет низкую эффективность рассеивания тепла, плохой контроль разницы температур и большую занимаемую площадь, а сфера ее применения относительно ограничена. Прежде всего, из-за низкой удельной теплоемкости и теплопроводности самого воздуха эффективность рассеивания тепла системы воздушного охлаждения невысока. Хотя она может соответствовать требованиям контроля температуры большинства современных электростанций хранения энергии, с постоянным улучшением масштаба единичного блока и плотности энергии проектов хранения энергии недостатки системы воздушного охлаждения в эффективности рассеивания тепла постепенно станут очевидными. Кроме того, в обычных системах воздушного охлаждения воздух всегда течет однонаправленно от входа воздуха к выходу воздуха, что вызовет большую разницу температур между батареями, расположенными на входе и выходе воздуха, тем самым оказывая большое влияние на согласованность батарей. Хотя в настоящее время существуют решения по улучшению, такие как строчные кондиционеры, это принципиально не решает недостатки воздушного охлаждения в контроле разницы температур. Наконец, система воздушного охлаждения требует развертывания большой площади каналов рассеивания тепла, что существенно повлияет на использование пространства электростанции хранения энергии, тем самым ограничивая масштаб контейнера для хранения энергии и улучшение плотности энергии. Исходя из вышеизложенных причин, сфера применения системы воздушного охлаждения в сфере накопления энергии имеет определенные ограничения.
Системы жидкостного охлаждения обладают высокой способностью рассеивать тепло и низкой стоимостью жизненного цикла, и ожидается, что они станут будущей тенденцией развития. Жидкостное охлаждение — это метод охлаждения, который использует жидкости, такие как вода и этиленгликоль, в качестве среды для снижения температуры батареи посредством тепловой конвекции. По сравнению с воздушным охлаждением структура системы жидкостного охлаждения более сложная и компактная, не требует развертывания большой площади каналов отвода тепла и занимает относительно небольшую площадь. В то же время, поскольку коэффициент теплопередачи и удельная теплоемкость охлаждающей жидкости выше и не зависят от таких факторов, как высота и давление воздуха, система жидкостного охлаждения имеет более сильную способность отвода тепла, чем система воздушного охлаждения, и более приспособлена к тенденции развития крупномасштабных и высокоплотных проектов по хранению энергии. С точки зрения затрат, согласно соответствующим исследованиям, при том же эффекте охлаждения потребление энергии системой жидкостного охлаждения обычно намного ниже, чем у системы воздушного охлаждения. Поэтому, хотя первоначальные инвестиционные затраты на систему жидкостного охлаждения высоки, ее совокупная стоимость в течение всего жизненного цикла системы хранения энергии может быть ниже, чем у системы воздушного охлаждения. Подводя итог, мы считаем, что в некоторых сценариях ожидается, что жидкостное охлаждение постепенно заменит воздушное и станет основной формой контроля температуры в системах хранения энергии.
При равном потреблении энергии система жидкостного охлаждения демонстрирует превосходный охлаждающий эффект на литиевых аккумуляторных модулях по сравнению с воздушным охлаждением
Системы жидкостного охлаждения по-прежнему сталкиваются с определенными проблемами с точки зрения надежности и других аспектов. Ранее жидкостное охлаждение сравнительно редко использовалось в области контроля температуры накопителей энергии, а техническая зрелость все еще несколько отставала от воздушного охлаждения, особенно с точки зрения эксплуатационной стабильности и надежности. В частности, трубопроводы в системе жидкостного охлаждения подвержены коррозии и отложениям, что может привести к закупорке или утечке охлаждающей жидкости, в то время как обычные охлаждающие жидкости, такие как вода, этиленгликоль и силиконовое масло, могут повредить аккумулятор или вызвать короткое замыкание в системе, что приводит к угрозам безопасности на электростанциях с накопителями энергии. Кроме того, проектный срок службы системы хранения энергии обычно составляет 15 лет, но срок службы насосов и клапанов внутри системы жидкостного охлаждения часто составляет около 7 лет. Между ними существует определенное несоответствие, поэтому во время эксплуатации проекта по хранению энергии весьма вероятно, что систему жидкостного охлаждения необходимо будет обслуживать или заменять компоненты системы путем отключения, что повлияет на экономическую целесообразность проекта. Конечно, мы считаем, что с развитием технологий жидкостного охлаждения эти проблемы будут решаться одна за другой, и в целом жидкостное охлаждение по-прежнему будет оставаться будущей тенденцией развития температурного контроля накопителей энергии.
1.2 Рынок систем терморегулирования для хранения энергии готов к быстрому росту
Решения в области жидкостного охлаждения набирают популярность, и ожидается, что удельная стоимость контроля температуры в системах хранения энергии продолжит расти. Подводя итог, можно сказать, что с точки зрения производительности охлаждения и стоимости полного жизненного цикла преимущества текущей системы жидкостного охлаждения постепенно начали проявляться. Судя по новым продуктам, выпущенным крупными производителями аккумуляторов и интеграторами систем хранения энергии в 2021 году, жидкостное охлаждение стало основным решением для контроля температуры. Мы ожидаем, что коэффициент применения жидкостного охлаждения в системах хранения энергии будет быстро расти с 2025 года. В настоящее время удельная цена системы жидкостного охлаждения примерно в 2-3 раза выше, чем у системы воздушного охлаждения. Поэтому с ускоренным проникновением жидкостного охлаждения ожидается, что общая удельная стоимость системы контроля температуры накопителя энергии будет демонстрировать тенденцию к росту.
| Жидкостное охлаждение становится основным решением в новых продуктах от ведущих интеграторов аккумуляторных батарей/систем хранения энергии | ||
| 2023 | 2024 | |
| CATL | Выпущен первый продукт для хранения энергии с жидкостным охлаждением EnerOne, сертифицированный TÜV SÜD. | Поставки EnerOne осуществлялись партиями, а также была запущена в производство система сборных наружных кабин с жидкостным охлаждением EnerC. |
| BYD | Выпущен первый продукт для хранения энергии с жидкостным охлаждением — Cube 28, площадь которого составляет 16.66 квадратных метров, а емкость — 2.8 МВт-ч. | В настоящее время разрабатывается усовершенствованная версия лезвийной батареи Cube 28, а ее эквивалентная емкость 40-футового контейнера превысит 6 МВт·ч. |
| Представьте энергию | В изделиях для хранения энергии в основном используется воздушное охлаждение | Выпущен первый интеллектуальный накопитель энергии с жидкостным охлаждением, обеспечивающий увеличение срока службы батареи на 20% и снижение энергопотребления на 20%. |
| Сила подсолнуха | Запустить новую систему хранения энергии с жидкостным охлаждением для снижения затрат на дополнительное хранение энергии и снижения LCOS. | |
| SmartPropel Энергия | Запущен SPP1 (372 кВтч+200 кВт) система хранения энергии с жидкостным охлаждением, с плотностью энергии +80% и сроком службы +20%. | |
| CHINT Новая Энергия | Выпущена система хранения энергии с жидкостным охлаждением TELOGY Camelback 1500V, ориентированная в первую очередь на электроснабжение. | |
| Clou Электроника | Запущена интегрированная система хранения энергии с жидкостным охлаждением E30, 2.5 МВт·ч, 1CP, с обратной совместимостью. | |
Объем и цена контроля температуры накопителей энергии растут, и ожидается, что мировое рыночное пространство превысит 13 миллиардов юаней в 2025 году. Как рассчитано выше, ожидается, что глобальная установленная мощность новых накопителей энергии превысит 300 ГВт·ч в 2025 году, и ожидается, что доля хранения энергии литиевыми батареями останется на уровне около 95% в последние годы. Исходя из этого, мы предполагаем, что уровень проникновения систем жидкостного охлаждения увеличится примерно с 10% в 2021 году до примерно 40% в 2025 году, а объем поставок систем воздушного охлаждения/жидкостного охлаждения накопителей энергии в 2025 году достигнет 175/117 ГВт·ч соответственно. В настоящее время удельная стоимость систем воздушного охлаждения/жидкостного охлаждения составляет приблизительно 30 миллионов юаней/90 миллионов/ГВт·ч. Если в будущем эти два показателя сохранят ежегодный спад примерно на 3%/5%, ожидается, что объем мирового рынка контроля температуры в системах хранения энергии превысит 13 млрд юаней в 2025 году, а общая стоимость единицы продукции увеличится с 36 млн юаней/ГВт·ч до 45 млн юаней/ГВт·ч в 2025 году. Ожидается, что отрасль достигнет роста «как количества, так и цен».
| Анализ мирового рынка систем термического управления хранением энергии | |||||||
| Ед. | 2020 | 2021 | 2022 | 2023 | 2024 | 2025E | |
| Установленная мощность новых глобальных накопителей энергии | ГВт.ч | 10.8 | 29.30 | 91.30 | 140.30 | 207.80 | 306.90 |
| Доля накопления энергии в литиевых аккумуляторах | % | 95%. | 95%. | 95%. | 95%. | 95%. | 95%. |
| Установленная мощность новых литиевых аккумуляторов в мире | ГВтч | 10.2 | 27.8 | 86.7 | 133.3 | 197.4 | 291.6 |
| Система воздушного охлаждения поделиться | % | 95% 9.7 | 90%. | 85%. | 80%. | 70%. | 60%. |
| Поставки систем воздушного охлаждения | ГВт.ч | 0.3 | 25.1 | 73.7 | 106.7 | 138.2 | 175 |
| Значение единицы измерения системы воздушного охлаждения | млрд юаней/ГВтч | 2.9 | 0.3 | ol29 | 0.28 | 0.27 | 0.27 |
| Размер рынка систем воздушного охлаждения | млрд юаней | 5 | 750%. | 21.5 | 30.1 | 37.8 | 46.5 |
| Система жидкостного охлаждения поделиться | % | 0.5 | 10%. | 15%. | 20%. | 30%. | 40%. |
| Поставки систем жидкостного охлаждения | ГВтч | 0.9 | 2.8 | 1300%. | 26.7 | 59.2 | 116.6 |
| Значение единицы измерения системы жидкостного охлаждения | млрд юаней/ГВтч | 0.5 | 0.9 | 0.86 | 0.81 | 0.77 | 0.73 |
| Размер рынка систем жидкостного охлаждения | млрд юаней | 0.33 | 2.5 | 11.1 | 21.7 | 45.7 | 85.5 |
| Значение блока управления температурой накопителя энергии | млрд юаней/ГВтч | 3.4 | 0.36 | 0.38 | 0.39 | 0.42 | 0.45 |
| Размер рынка контроля температуры в системах хранения энергии | млрд юаней | 10 | 32.6 | 51.8 | 83.5 | 132 | |
| Темпы роста | % | 197%. | 225%. | 59%. | 61%. | 58%. | |
2. Благоприятная рыночная конъюнктура для управления температурным режимом накопителей энергии: ведущие игроки одерживают верх
2.1 Управление тепловыми режимами: нишевый, но ключевой сегмент в цепочке создания стоимости в сфере хранения энергии с благоприятной конкурентной средой
Система контроля температуры накопителя энергии имеет небольшую стоимость, но имеет исключительную важность, и последующее давление по снижению затрат относительно невелико. Подобно другим новым энергетическим отраслям, постоянное снижение затрат является важной предпосылкой для открытия пространства для спроса на хранение энергии. Учитывая, что на батареи приходится около 60% стоимости систем хранения энергии, ожидается, что батареи станут ключевым звеном в снижении стоимости систем хранения энергии в будущем. Согласно прогнозу BNEF, базовая стоимость четырехчасового хранения энергии на уровне электростанции снизится с 299 долл. США/кВт·ч в 2020 году до 167 долл. США в 2030 году, а вклад батарей в снижение стоимости достигнет более 70%. Для сравнения, контроль температуры составляет всего около 3–5% от общей стоимости систем хранения энергии и играет жизненно важную роль в общей безопасности и надежности системы. Поэтому мы считаем, что интеграторы или владельцы проектов по хранению энергии более склонны выбирать высококачественные решения для контроля температуры со стабильной производительностью, а не просто сокращать затраты. Ожидается, что давление снижения затрат, с которым сталкивается контроль температуры хранения энергии, в будущем будет относительно ослаблено.
Требования к точности регулирования и эксплуатационной надежности систем контроля температуры накопителей энергии значительно выше, чем в обычных гражданских и промышленных холодильных системах, и в отрасли существуют высокие технические барьеры. Как упоминалось ранее, система контроля температуры является важной гарантией безопасной и эффективной работы проектов по хранению энергии, поэтому существуют относительно строгие требования с точки зрения точности управления и эксплуатационной надежности. Если взять в качестве примера решение по воздушному охлаждению, то по сравнению с обычными гражданскими кондиционерами прецизионные кондиционеры, используемые в системе воздушного охлаждения, должны быть соответствующим образом модернизированы с точки зрения циркуляции воздуха, эффективности рассеивания тепла, стабильности, срока службы, надежности и т. д. Для решений по жидкостному охлаждению, как обеспечить эффект рассеивания тепла, избегая таких проблем, как утечка охлаждающей жидкости, также является большой технической трудностью. Поэтому для компаний, занимающихся обычным гражданским кондиционированием воздуха, нелегко перейти в область контроля температуры хранения энергии, и в этой отрасли существуют определенные технические барьеры.
| Сравнение прецизионного кондиционирования воздуха и бытового кондиционирования воздуха | ||
| Проект | Прецизионное кондиционирование воздуха | Жилой кондиционер |
| Область применения | Сосредоточившись на рабочей среде оборудования, мы стремимся обеспечить надежную работу оборудования, повысить его эффективность и сократить эксплуатационные расходы. | Среда обитания, защита физического и психического здоровья, повышение эффективности труда и качества жизни. |
| Циркуляция воздуха | Требуемые параметры среды пространства высокооднородны, а число циркуляций воздуха в единицу времени велико. | Однородность всего пространства невысокая, а количество циклов невелико. |
| Управление температурным режимом | Конструкция, ориентированная на управление тепловыми режимами, отличается высоким коэффициентом явного тепловыделения и малой разницей энтальпии. | Коэффициент мокрой нагрузки большой, а конструкция отличается низким коэффициентом явного тепла и большой разницей энтальпии. |
| Термическая стабильность | Колебание температуры ≤±1℃ | Обычно поддерживается температура от +3℃ до 5℃. |
| Управление влажностью | Окружающая среда предъявляет высокие требования к точности измерения влажности, требуя установки влажности на уровне ±5%. | В соответствии с требованиями гигиены и комфорта относительная влажность поддерживается на уровне 40–65 % в широком диапазоне. |
| Операционная среда | Рабочая среда: -40℃~+45℃ Режим работы: непрерывная работа «24 часа × 7 дней» | Условия эксплуатации: от -5℃ до +45℃ Режим работы: «8 часов X 7 дней» прерывистый режим работы. |
| Дизайн жизни | дольше | Короткий |
| Надежность | Удовлетворяет требованиям автономной работы и высокой надежности | Относительно низкая надежность. |
Система контроля температуры накопителей энергии имеет высокую степень настройки, что требует достаточного опыта в проектах и накопления отношений с клиентами. Ведущие производители имеют сильное преимущество первопроходца. Накопители энергии широко используются в энергосистемах. Требования к системам хранения энергии в разных сценариях часто сильно различаются. Даже для схожих сценариев применения технические решения разных интеграторов систем хранения энергии могут различаться. Поэтому система контроля температуры накопителей энергии не является стандартизированным продуктом, но обычно ее необходимо настраивать в соответствии с конкретными требованиями разных проектов или техническими решениями разных производителей. Независимо от того, является ли это системой с воздушным или жидкостным охлаждением, используемые компрессоры, вентиляторы, трубопроводы, насосы и клапаны в основном являются стандартизированными устройствами. Мы считаем, что основная конкурентоспособность производителей систем контроля температуры накопителей энергии заключается в возможностях проектирования и интеграции всей системы, и между ними и клиентами нижестоящих аккумуляторов или интеграторов существует сильная связь. С одной стороны, производители систем контроля температуры накопителей энергии должны поддерживать глубокую связь с клиентами на этапе проектирования продукта/решения, чтобы полностью понимать потребности клиентов; С другой стороны, интеграторы систем хранения энергии также более склонны к тем производителям контроля температуры, которые сформировали долгосрочные отношения сотрудничества и чья надежность продукции была подтверждена реальными проектами. Поэтому, с точки зрения накопления технологий и отношений с клиентами, ведущие производители контроля температуры для хранения энергии, которые начали рано и имеют богатый опыт проектов, будут иметь сильное преимущество первопроходца.
SmartPropel Energy Хранение энергии Продукты контроля температуры
Shenzhen SmartPropel Energy System Co., Ltd. обладает мощными возможностями НИОКР и большой производственной мощностью, основанной на многолетнем технологическом накоплении. Она подобрала соответствующие продукты жидкостного и воздушного охлаждения для клиентов в области хранения энергии. В будущем она еще больше расширит рынок продуктов для контроля температуры хранения энергии за счет комплексных преимуществ, таких как точный контроль температуры, высокая надежность, высокая безопасность и однородность температуры.
