Industrija toplotnega upravljanja sprejema široke možnosti z obilico priložnosti v nišnih segmentih
Velikost trga se lahko vztrajno povečuje, stopnja penetracije tekočega hlajenja pa naj bi se še naprej povečevala: politika dvojnega ogljika v moji državi se trenutno pospešuje, nova energetska pot pa ima širok prostor. Zaradi močnega spodbujanja politike dvojnega ogljika so kitajski scenariji uporabe opreme za nadzor temperature domačega shranjevanja energije, upravljanja s toploto v vozilih z novo energijo in drugih scenarijev uporabe opreme za nadzor temperature ohranili hitro rast. Poleg tega je z razvojem interneta, velikih podatkov, računalništva v oblaku in informatizacije povpraševanje po opremi za nadzor temperature v podatkovnih centrih in scenarijih uporabe baznih postaj 5G prav tako relativno veliko. Guanyan Tianxia je dejal, da je mogoče predvideti, da bo velikost trga opreme za nadzor temperature v moji državi v prihodnosti vztrajno rasla.
Kar zadeva tehnično pot, bo kitajska oprema za nadzor temperature v prihodnosti še naprej prevladovala z zračnim hlajenjem, vendar se pričakuje, da se bo stopnja prodiranja tekočega hlajenja še naprej povečevala: sistem za tekoče hlajenje vključuje predvsem plošče za vodno hlajenje, cevi za vodno hlajenje, sisteme za vodno hlajenje, ventilatorje za izmenjavo toplote itd.; struktura zračnega hlajenja pa je relativno preprosta. V primerjavi z obema je sistem za tekoče hlajenje bolj zapleten in drag, vendar sta njegova učinkovitost in hitrost odvajanja toplote visoka, ima široko paleto uporabe in zavzame manj prostora.
Trenutno SmartPropel Energy promovira Zunanja tekočinsko hlajena omara za shranjevanje sončne energije z močjo 200 kW/372 kWh za industrijsko in komercialno uporabo, katerih prednosti so predvsem bližina virov toplote, enakomerna temperatura in nizka poraba energije. Prav tako so primernejši za zunanja okolja kot zračno hlajenje. Hkrati proizvajalci, kot sta Sungrow Power in BYD, aktivno uvajajo tudi izdelke s tekočinsko hlajenimi visokonapetostnimi litijevimi železovimi fosfatnimi baterijskimi sistemi za zunanje sisteme za shranjevanje energije. Zunanje tekočinsko hlajene električne omare se lahko široko uporabljajo v fotovoltaičnem shranjevanju energije, shranjevanju vetrne energije, shranjevanju omrežne energije, komercialnem shranjevanju energije in drugih scenarijih shranjevanja energije. V prihodnosti naj bi se stopnja prodora izdelkov s tehnologijo tekočinskega hlajenja za opremo za nadzor temperature na Kitajskem še naprej povečevala.
Zračno in tekoče hlajenje v skalirani aplikaciji; nove tehnologije vključujejo toplotne cevi in fazno spremenljivo hlajenje
Tri temperaturna območja litij-ionskih baterij
Trenutno obstajajo štiri glavne tehnologije za nadzor temperature, ki se lahko uporabljajo v sistemi za shranjevanje energije z veliko zmogljivostjo litij-ionskih baterij, ki so primerni za scenarije uporabe z različnimi stopnjami proizvodnje toplote in temperaturami okolice:
Zračno hlajenje: uporaba zraka kot medija za izmenjavo toplote ima prednosti preproste konstrukcije, majhne teže, visoke zanesljivosti, dolge življenjske dobe in nizkih stroškov. Vendar pa zaradi nizke specifične toplotne kapacitete in toplotne prevodnosti zraka hitrost odvajanja toplote in učinkovitost sistema zračnega hlajenja nista visoki, zato je zračno hlajenje bolj primerno za situacije z nizko stopnjo oddajanja toplote akumulatorja;
Tekoče hlajenje: pri uporabi tekočine kot medija za izmenjavo toplote ima tekoče hladilno sredstvo visok koeficient prenosa toplote, veliko specifično toplotno kapaciteto in hitro hitrost hlajenja, kar lahko učinkovito zniža najvišjo temperaturo baterije in izboljša enakomernost porazdelitve temperature; sistem tekočega hlajenja ima kompleksno strukturo in visoke stroške, vendar ima visoko hitrost in učinkovitost odvajanja toplote. Trenutno večina električnih vozil uporablja sistem tekočega hlajenja;
Hlajenje s toplotnimi cevmi: Za doseganje izmenjave toplote se zanaša na fazno spremembo hladilnega medija v cevi, ima večjo hitrost in učinkovitost odvajanja toplote kot sistem s tekočim hlajenjem ter manjše tveganje za puščanje hladilnega medija, vendar so stroški višji; primeren je za litijeve baterijske sisteme, ki pogosto delujejo pri visokih hitrostih;
Hlajenje s fazno spremembo: Absorpcija toplote s pomočjo fazno spremenljivih materialov in kombinacija zračnega hlajenja, tekočinskega hlajenja in klimatskih sistemov za odvajanje toplote ima prednosti kompaktne strukture, nizke kontaktne toplotne upornosti in dobrega hladilnega učinka, vendar fazno spremenljivi materiali zavzemajo prostor in so dragi; pogosto se uporablja v kombinaciji z drugimi tehnologijami za upravljanje toplote za doseganje enakomerne porazdelitve temperature baterije, zmanjšanje kontaktne toplotne upornosti in povečanje hitrosti odvajanja toplote.
Prednosti tekočega hlajenja: metode neposrednega in posrednega stika
Glavne komponente sistema za tekočinsko hlajenje
Postavitev cevovoda za tekoče hlajenje
Tekoče hlajenje: Tekočina se uporablja kot hladilni medij za odvajanje toplote, ki jo ustvari baterija s konvekcijskim prenosom toplote.
Glavne komponente: plošča za tekočinsko hlajenje, enota za tekočinsko hlajenje (grelnik neobvezen), cevovod za tekočinsko hlajenje (vključno s temperaturnim senzorjem, ventilom), visokotlačni in nizkotlačni kabelski snop; hladilna tekočina (vodna raztopina etilen glikola) itd.
Med tekočino in baterijo obstajata dva načina stika: prvi je neposreden stik, pri katerem je baterijska celica ali modul potopljen v tekočino (kot je električno izolacijsko silikonsko olje), kar omogoča, da tekočina neposredno ohladi baterijo; drugi pa je namestitev hladilnega kanala ali hladilne plošče med baterijama, kar omogoča, da tekočina posredno ohladi baterijo.
Pri rešitvah za tekoče hlajenje obstajajo določene tehnične ovire. Uporaba neposrednega stika s tekočim hlajenjem je še vedno nezrela. Tip posrednega stika je treba prilagoditi glede na dejansko uporabo, kot so število pretočnih kanalov, pretok, hitrost pretoka itd. Za različne projekte različnih integratorjev shranjevanja energije se rešitve za upravljanje toplote zelo razlikujejo. Za dobavitelje gostiteljskih sistemov za tekoče hlajenje so njihovi glavni konkurenčni dejavniki zmogljivosti prilagajanja in dolgoročno kopičenje znanja in izkušenj na področju rešitev za odvajanje toplote.
Plošča za tekočinsko hlajenje je ključna komponenta za toplotno upravljanje sistema za tekočinsko hlajenje. Pred proizvodnjo je pogosto potrebno sodelovati s strankami pri razvoju in oblikovanju, potrditi izbiro in jo uskladiti z baterijo. Trenutno je plošča za tekočinsko hlajenje baterij še vedno v oligopolnem konkurenčnem vzorcu. Ploščo za tekočinsko hlajenje je pogosto treba integrirati z baterijskim sistemom. Proizvodna linija ni standardna in izdelek je zelo prilagojen. Preklapljanje med različnimi procesi ni enostavno. Stranke na nižji ravni bodo dale prednost proizvajalcem z zmožnostmi oblikovanja plošč za tekočinsko hlajenje.
Tehnološki trendi: Trenutno prevladuje zračno hlajenje, delež tekočega hlajenja pa se bo v srednjeročnem obdobju povečal.
Primerjava kapitalskih naložb med sistemi zračnega hlajenja in sistemi tekočega hlajenja
Primerjava porabe energije pri delovanju med zračnim in tekočinskim hlajenjem
Nadzor temperature shranjevanja energije temelji predvsem na hlajenju z zrakom in hlajenju s tekočino. Primerjamo ju predvsem s štirih vidikov: temperature baterijskega sklopa, porabe energije pri delovanju, tveganja termičnega uhajanja baterije in naložb v osnovna sredstva:
Temperatura baterijskega sklopa: Pri enaki vhodni temperaturi ter ekstremni hitrosti in pretoku vetra je temperatura tekočinsko hlajenega baterijskega sklopa 30–40 stopinj Celzija, medtem ko je temperatura zračno hlajenega baterijskega sklopa 37–45 stopinj Celzija; tekočinsko hlajenje ima boljšo enakomernost temperature.
Poraba energije med delovanjem: Glede na eksperimentalne raziskave je za doseganje enake povprečne temperature baterije pri zračnem hlajenju potrebna 2-3-krat večja poraba energije kot pri tekočem hlajenju; najvišja temperatura baterije pri enaki porabi energije pri zračnem hlajenju je za 3-5 stopinj Celzija višja kot pri tekočem hlajenju; tekoče hlajenje ima nižjo porabo energije.
Tveganje toplotnega pobega baterije: Zaradi dejavnikov, kot sta specifična toplotna kapaciteta zraka in majhen koeficient konvekcijskega prenosa toplote, je učinkovitost prenosa toplote tehnologije zračnega hlajenja baterije nizka, zaradi česar se poveča proizvodnja toplote baterije, kar povzroči previsoko temperaturo baterije in nevarnost toplotnega pobega; sistem tekočega hlajenja lahko močno zmanjša tveganje toplotnega pobega baterije.
Naložba v osnovna sredstva: Po podatkih NREL trenutni stroški naložbe v 4-urni sistem za shranjevanje energije v baterijah znašajo 1,900 RMB (300 USD) na kilovatno uro. Sistem za upravljanje toplote naj bi predstavljal 2–4 % stroškov baterije. Sistem tekočega hlajenja lažje zagotavlja delovanje baterije pri ugodni temperaturi. V primerjavi s sistemom zračnega hlajenja lahko podaljša življenjsko dobo baterije za več kot 20 %. Glede na celoten življenjski cikel je naložba v tekoče hlajenje manjša.
Trenutno se temperatura shranjevanja energije nadzoruje predvsem z zračnim hlajenjem, predvsem zaradi naslednjih razlogov:
1) Trenutni projekti shranjevanja energije imajo relativno nizke zahteve glede učinkovitosti hlajenja: projekti z relativno majhno gostoto moči in gostoto moči, kot so komunikacijske bazne postaje in majhne zemeljske elektrarne, predstavljajo relativno visok delež nameščene zmogljivosti v industriji, učinkovitost hlajenja rešitve zračnega hlajenja pa lahko izpolnjuje varnostne standarde projekta;
2) Stroški opreme za hlajenje zraka so nižji od stroškov hlajenja tekočin, trenutni projekti shranjevanja energije pa so bolj občutljivi na stroške: vrednost zračnega in tekočega hlajenja na GWh znaša približno 30 milijonov RMB oziroma 90 milijonov RMB, od tega stane tekoče hlajenje približno 50 milijonov RMB. Ker trenutni projekti shranjevanja energije v nekaterih primerih uporabe niso ekonomični, skupaj s trenutno naraščajočimi stroški baterij, je povpraševanje na nižji stopnji zelo občutljivo na stroške namestitve, zato se nagibajo k izbiri cenejših rešitev za hlajenje zraka.
Pričakujemo, da se bo delež tekočega hlajenja srednjeročno še naprej povečeval, predvsem zato, ker se bo proizvodnja toplote pri projektih shranjevanja energije še naprej povečevala, učinkovitost hlajenja zračnega hlajenja pa morda ne bo mogla zadostiti potrebam po odvajanju toplote pri nekaterih projektih: Srednjeročno se bo povečala nameščena zmogljivost projektov shranjevanja energije z večjo kapaciteto baterij in večjo gostoto moči sistema, kot so nove elektrarne in shranjevanje energije zunaj omrežja, hkrati pa se bodo povečale zahteve glede regulacije konic in frekvence shranjevanja energije, kar bo povečalo povprečno proizvodnjo toplote pri projektih shranjevanja energije. Takrat se pričakuje povečanje povpraševanja po tekočem hlajenju z večjo učinkovitostjo hlajenja.
Poleg tega je izbira tehnične smeri povezana z okoljem in proizvodnjo toplote projekta. Na primer, zračno hlajenje na območjih z izjemno visokimi temperaturami bo vplivalo na hladilni učinek, tekočinsko hlajenje na območjih z izjemno nizkimi temperaturami pa bo predstavljalo tveganje za zaledenitev; zračno hlajenje zadostuje za potrebe projektov z manjšo proizvodnjo toplote, medtem ko je tekočinsko hlajenje potrebno za projekte z večjo proizvodnjo toplote; zato bosta obe tehnologiji srednjeročno, čeprav se bo delež tekočinskega hlajenja povečal, še vedno imeli svoje scenarije uporabe. Novo nameščeni projekti shranjevanja energije bodo verjetno izbrali rešitve za zračno hlajenje:
1) Nahaja se na območjih z izjemno nizkimi temperaturami in pomanjkanjem vode;
2) Majhne zemeljske elektrarne, gospodinjski in komunikacijski projekti baznih postaj z nizko proizvodnjo toplote; verjetno bodo izbrane rešitve za tekoče hlajenje: Nameščene na območjih z izjemno visokimi temperaturami.
Hitra rast povpraševanja po shranjevanju energije in uvajanje tekočega hlajenja širi trg toplotnega upravljanja
Scenariji uporabe shranjevanja energije vključujejo različne scenarije napajanja, kot so na strani oskrbe z električno energijo, strani omrežja, strani uporabnika in porazdeljenih mikro omrežij. Raznolikost scenarijev uporabe določa diverzifikacijo tehnologije shranjevanja energije. Med njimi so tehnologije elektrokemičnega shranjevanja energije, ki jih predstavljajo litij-ionske baterije, natrijeve ionske baterijePretočne baterije so v zadnjih letih dosegle hiter razvoj tako doma kot v tujini, obseg uporabe pa se je premaknil od demonstracijskih aplikacij na ravni megavatov do aplikacij velikega obsega na ravni gigavatov. Pričakuje se, da bo svetovna nameščena zmogljivost elektrokemičnega shranjevanja energije približno 65 GWh, do leta 1160 pa lahko doseže 2030 GWh, od tega 70 % iz proizvodnje električne energije, ki je glavni vir energije za podporo naprav za elektrokemijsko shranjevanje energije.
Trg za nadzor temperature shranjevanja energije naj bi leta 16.5 dosegel 2025 milijarde RMB: Glede na podatke, objavljene leta 2020, vrednost nadzora temperature shranjevanja energije predstavlja približno 3–5 % vrednosti celotnega sistema za shranjevanje energije. V skladu z nacionalnimi politikami za zniževanje stroškov sistemov za shranjevanje energije se bodo močno spodbujali raznoliki sistemi za shranjevanje energije, vrednost nadzora temperature shranjevanja energije pa naj bi se še naprej povečevala. Po statistiki GGII je obseg dobave sistemov za shranjevanje energije v letu 2021 znašal 29 GWh, kar je 341 % več kot v enakem obdobju lani. Visoka rast elektrokemijskih sistemov za shranjevanje energije spodbuja hiter razvoj nadzora temperature shranjevanja energije. Po ocenah GGII se bo obseg kitajskega trga za nadzor temperature shranjevanja energije od leta 4.66 do 16.46 povečal s 2022 milijarde juanov na 2025 milijarde juanov, s 52.3-odstotno letno stopnjo rasti. Tekočinsko hlajenje kot srednjeročna in dolgoročna tehnična rešitev lahko postopoma poveča svoj prodor na trg. GGII napoveduje, da bo tržni delež tekočega hlajenja leta 45 dosegel približno 2025 %.
