1. Поље складиштења енергије: Решење за хлађење течности постаје главни тренд
Температура утиче на капацитет, безбедност, животни век и друге перформансе електрохемијских система за складиштење енергије, тако да је потребно термално управљање системима за складиштење енергије. Систем за складиштење енергије је сложен систем састављен од великог броја батерија, ПЦС, БМС, ЕМС, контроле температуре, заштите од пожара и других подсистема, међу којима је батерија основна компонента система.
Утицај температуре на систем за складиштење енергије се огледа у два аспекта:
(1) Температура утиче на перформансе једне ћелије батерије. Превисока или прениска температура ће утицати на нормално коришћење батерије;
(2) Температура утиче на перформансе батеријског система. Температурна разлика између више батерија ће утицати на конзистентност система. Проблем конзистентности ће утицати на безбедност, ефикасност и животни век система.
Утицај температуре на перформансе батерије се огледа у:
(1) Капацитет: Висока температура ће повећати унутрашњи отпор батерије и узроковати губитак активних литијум јона. Ако се батерија дуго држи на високој температури, капацитет ће значајно одступити од номиналног капацитета. Што је температура виша, капацитет литијум-јонске батерије брже пропада. У окружењу ниске температуре, перформансе преноса електролита су у великој мери смањене, што ће такође довести до смањења капацитета литијумске батерије. Стопа задржавања капацитета литијум-гвожђе-фосфатних батерија је 60% до 70% на 0°Ц, а смањена је на 20% до 40% на -20°Ц.
(2) Животни век: Промене температуре изазивају промене у унутрашњем отпору и напону батерије, што утиче на век трајања батерије. Студије су откриле да се за сваки пораст температуре за 1°Ц живот батерије смањује за око 60 дана.
(3) Термичка стабилност: Висока температура ће изазвати реакције распадања у унутрашњим материјалима батерије, што утиче на сигуран и стабилан рад батерије. У окружењу високе температуре, СЕИ филм може да се распадне, што ће довести до оклузије литијум-јонског канала, кратког споја позитивне и негативне електроде и стварања велике количине топлоте. Истовремено, створиће се велика количина гаса, што ће довести до феномена топлотног бежења као што су избочење и пуцање батерије. У окружењима са ниским температурама, литијум дендрити се могу појавити на негативној електроди батерије и чак пробити СЕИ филм, утичући на безбедност батерије.
Опште се верује да је оптимални опсег радне температуре за литијумске батерије 10-35 ℃.
Опсег радне температуре литијумске батерије
Утицај температуре на систем батерија се огледа у конзистенцији ћелија батерије. Током рада батерије, разлике у стању пуњења и пражњења сваке ћелије батерије, разлике у унутрашњем отпору, флуктуације струје и други фактори ће узроковати разлике у стању старења једне батерије након више циклуса, што заузврат узрокује разлике у перформансама између појединачних батерија. батерије. Студије су показале да температурни градијент између модула смањује капацитет и животни век целог пакета батерија, тако да је неопходно одржавати уједначеност температуре између сваке појединачне батерије у батеријском пакету. Да би се одржала конзистентност једне батерије у батерији, температурна разлика између ћелија батерије не сме бити већа од 5°Ц.
Расподела температуре батерије у систему са ваздушним хлађењем при брзини пражњења од 1.5Ц
Постоје четири решења за управљање топлотом за системе за складиштење енергије: ваздушно хлађење, течно хлађење, хлађење топлотних цеви и хлађење са променом фазе. Тренутно су само ваздушно и течно хлађење ушле у велике примене, док су хлађење топлотних цеви и хлађење са променом фазе још увек у лабораторијској фази.
(1) Хлађење ваздуха: Као медијум се користи ваздух, са карактеристикама једноставне структуре и лаког одржавања. Међутим, ваздух има низак специфични топлотни капацитет и ниску топлотну проводљивост, што је погодно за сценарије са ниским захтевима ефикасности хлађења.
(2) Течно хлађење: Течност се користи као расхладни медијум. Обично коришћени течни расхладни медији укључују воду, водени раствор етилен гликола, чисти етилен гликол, расхладно средство за климатизацију и силиконско уље. Расхладни медијум има висок коефицијент преноса топлоте, велики специфични топлотни капацитет, брзу брзину хлађења, добар ефекат хлађења и компактну структуру.
(3) Хлађење топлотних цеви: Ефикасан елемент за размену топлоте који се ослања на фазну промену радног флуида у затвореном омотачу и цеви да би се постигла размена топлоте. Топлотне цеви имају предности високе топлотне проводљивости, изотермног, реверзибилног правца топлотног тока, променљиве густине топлотног флукса и константне температуре.
(4) Фазна промена хлађења: Топлота се апсорбује коришћењем фазне промене материјала за промену фазе. Одабиром материјала са великим специфичним топлотним капацитетом и високим коефицијентом преноса топлоте постићи ће се добар ефекат хлађења. Међутим, материјали са променом фазе сами по себи немају способност расипања топлоте и морају се комбиновати са другим методама дисипације топлоте.
Решења за управљање топлотом за складиштење енергије
Карактеристике типичних технологија управљања топлотом за складиштење енергије
| Тачка | Хлађење ваздуха | Течно хлађење | Хлађење топлотних цеви | Фазна промена хлађења | |
| Пасивна | Активан | Хладно хлађење ваздуха | Хладно течно хлађење | Материјал за промену фазе + топлотно проводни материјал | |
| Ефикасност хлађења | Средњи | Виши | Виши | висок | висок |
| Брзина хлађења | Средњи | висок | висок | висок | Виши |
| Пад температуре | Средњи | Виши | Виши | висок | висок |
| Разлика у температури | Виши | низак | низак | низак | низак |
| Сложеност | Средњи | Средњи | Средњи | Виши | Средњи |
| Људски век | Дуг | Дуг | Дуг | Дуг | Дуг |
| трошак | низак | Виши | Виши | висок | Виши |
Течно хлађење решења су се постепено развила у главно решење у сценаријима инкременталног складиштења енергије.
Са стране снабдевања, решење за течно хлађење има предности високе техничке зрелости, доброг ефекта хлађења и позитивног утицаја на перформансе система.
(1) Безбедност: Решење за течно хлађење има високу ефикасност дисипације топлоте и висок ниво заштите. Може да се носи са сложенијим радним окружењима, смањи могућност топлотног одступања и побољша безбедност рада система. Подаци показују да је капацитет дисипације топлоте течности 3,000 пута већи од исте запремине ваздуха, а топлотна проводљивост 25 пута већа од ваздуха. Поред тога, систем за течно хлађење има виши ниво заштите и може да се носи са тежим радним окружењима.
(2) Економска ефикасност: Да би се постигао исти ефекат контроле, решење за хлађење течности има нижу потрошњу енергије, што може смањити оперативне инвестиције и побољшати економичност целог животног циклуса. Да би се постигла иста просечна температура батерије, ваздушно хлађење захтева 2-3 пута већу потрошњу енергије него течно хлађење. При истој потрошњи енергије, максимална температура батерије је 3-5 степени Целзијуса виша за ваздушно хлађење него за течно хлађење. Систем за течно хлађење може да уштеди енергију до око 50% у поређењу са системом ваздушног хлађења.
(3) Висока интеграција: Због бољег ефекта хлађења раствора за хлађење течности, интеграција система за складиштење енергије у контејнеру је већа. Узимајући СмартПропел Енерги систем за складиштење енергије са течним хлађењем као пример, капацитет традиционалног ваздушно хлађеног контејнера од 40 стопа је 3.44 МВх, док капацитет решења хлађеног течношћу за исти контејнер од 40 стопа може да достигне 6.88 МВх . За електране за складиштење енергије истог капацитета, коришћење система батерија са течним хлађењем штеди више од 40% простора.
Са стране потражње, правац развоја система за складиштење енергије са већим капацитетом и више сценарија има све веће захтеве за управљање топлотом, а перформансе решења за течно хлађење су компатибилније са овим.
(1) Обим електрана за складиштење енергије постаје све већи и већи. Како се удео нове енергије у електроенергетском систему повећава, потражња за ресурсима који смањују вршне токове, као што је складиште енергије, постаје све истакнутија, а перформансе диспечерства електрана за складиштење енергије великог капацитета су боље од оних у електранама малог капацитета. . Стога, велике електране за складиштење енергије показују тренд великог капацитета. Тренутно, обим независних пројеката складиштења енергије убрзано прелази преко 100 МВх и креће се ка ГВх.
У 2023. години биће пуштене у рад четири појединачне електране од 200МВ/400МВх. Од септембра 2023. већ постоји 30 пројеката складиштења енергије са скалом већом од 500 МВх који су планирани и покренути, са укупном скалом од 12.2 ГВ/33 ГВх. Електране великог капацитета обично користе батеријске ћелије великог капацитета. Како се повећавају величина и капацитет батеријских ћелија, перформансе расипања топлоте самих батеријских ћелија се погоршавају, тако да ће захтеви за могућностима управљања топлотом система постајати све већи и већи.
(2) Сценарији примене електрана за складиштење енергије су разноврснији. Према захтевима различитог трајања складиштења енергије, сценарији примене складиштења енергије могу се поделити у четири категорије: тип капацитета (≥4 сата), тип енергије (око 1~2 сата), тип напајања (≤30 минута) и резервни тип тип (≥15 минута). У сценаријима типа капацитета и типа енергије, складиштење енергије се користи за функције као што су бријање врхова и пуњење долине, складиштење енергије ван мреже и резервна копија у хитним случајевима, показујући тренд великог капацитета. Производња топлоте једног пројекта се повећава, а захтеви за управљање топлотом се повећавају. У сценарију типа енергије, систем за складиштење енергије је потребан да апсорбује или ослобађа енергију тренутно и обезбеди брзу подршку за напајање. Брзо пуњење и пражњење захтева већу регулацију температуре батерије, а наглашен је и значај управљања топлотом.
2. Течно хлађење за складиштење енергије: Очекује се да ће стопа пенетрације достићи око 45% у 2025.
Домаћи мејнстрим произвођачи су лансирали решења за течно хлађење, доказујући популарност течног хлађења. Међу постојећим пројектима складиштења енергије, решења за ваздушно хлађење заузимају већи удео, углавном зато што је ваздушно хлађење једноставног дизајна и ниске цене. Међутим, како се обим и густина енергије система за складиштење енергије повећавају, предности технологије течног хлађења постају све истакнутије.
Тренутно компаније као што су ЦАТЛ, БИД, Енвисион Гроуп, СУНГРОВ, ХиперСтронг, Зхенгтаи Нев Енерги и СмартПропел Енерги лансирали производе за течно хлађење.
| Производи за хлађење течности које су лансирале различите компаније | ||
| Kompanija: | proizvod модел | Доступност |
| ЦАТЛ | ЕнерОне | 2020 |
| БИД | БИД Цубе | 2020.8 |
| СВОЛТ Енерги | ЈУ-Интегрисани систем за складиштење енергије хлађен течношћу | 2021.4 |
| ХиперСтронг | ХиперСтронг | 2021.4 |
| Цлоу Елецтроницс | ЕКСНУМКС | 2021.5 |
| Цхинт Гроуп | ТЕЛОГИ 1500В систем за складиштење енергије хлађен течношћу | 2021.6 |
| Енвисион Гроуп | Паметни производи за складиштење енергије хлађени течношћу | 2021.1 |
| Кехуа Тецхнологи | Кехуа С3 Систем за складиштење енергије хлађен течношћу | 2022.5 |
| Сунгров | ПоверТитанлПоверСтацк | 2022.5 |
| СмартПропел Енерги | 372КВх+200КВ Систем за складиштење енергије течног хлађења | 2023.9 |
| Цлоу Елецтроницс | Производи за течно хлађење серије Акуа | 2023.4 |
| Зхонгтиан Тецхнологи | МУСЕ1.0 | 2022.6 |
| ЈД Енерги | Дистрибуирани модуларни ормар за складиштење енергије за течно хлађење Интегрисан | 2022.9 |
| Нарада Повер Соур | ЦентерЛ систем за складиштење енергије течним хлађењем | 2022.9 |
Основне компоненте система за течно хлађење за складиштење енергије укључују: плочу за течно хлађење, јединицу за течно хлађење (грејач опционо), цевовод за течно хлађење (укључујући температурни сензор, вентил), високонапонски и нисконапонски кабловски сноп; расхладна течност (водени раствор етилен гликола) итд. Према методи контакта између расхладне течности и батерије, постоје две шеме: једна је директан контакт, ћелија батерије или модул је уроњен у течност (као што је електрично изолационо силиконско уље), омогућавање течности да директно охлади батерију; други је постављање канала за хлађење или хладне плоче између батерија, омогућавајући течности да индиректно охлади батерију.
Систем за течно хлађење за складиштење енергије је сигуран, ефикасан и флексибилан. Узми СмартПропел Енерги „372КВх+200КВ Систем за складиштење енергије течног хлађења“ као пример:
(1) Безбедност: Систем усваја ИП55 заштиту + анти-кондензацију + структурални сеизмички + шестодимензионални гранични дизајн. Свако паковање има уграђену перфлуорохексанонску флексибилну цев + детекцију повратних информација о пожару. Ниво система усваја концепт дизајна три нивоа отпорности на експлозију + три нивоа заштите од пожара како би се постигло троструко праћење и заштита изолације.
(2) Ефикасност: Контролори на нивоу кластера се користе у системима за складиштење енергије за течно хлађење. Кроз интелигентну контролу струје од стране менаџера на нивоу кластера, постижу се активно балансирање, интелигентно пребацивање и алармни одзив на нивоу милисекунде батеријских кластер јединица. Експерименти су показали да се под ефектом балансирања контролера на нивоу кластера капацитет пуњења и пражњења целог животног циклуса повећава за више од 6%. Истовремено, под функцијом пребацивања контролера на нивоу кластера, постиже се интелигентна контрола балансирања кластера батерија, а годишња доступност система је >99%. У комбинацији са интелигентном контролом температуре и балансираном технологијом управљања, патентираним дизајном течног расхладног пакета „Тонгцхенг“, системском дисипацијом топлоте „двострука циркулација“ и вишеслојном дистрибуцијом цеви за хлађење течности, температурна разлика унутар система контејнера је конзистентна и не прелази 5°Ц, а температурна разлика између било којег паковања не прелази 3°Ц. Под интелигентном контролом температуре и технологијом уравнотежене контроле, вероватноћа топлотног бекства је ефикасно потиснута, а животни век система се повећава за 13%.
(3) Флексибилност: Густина снаге система за складиштење енергије за течно хлађење је повећана за 100%, а капацитет од 40 стопа може да достигне 372Квх. Узимајући као пример распоред система за складиштење енергије са 200КВ/372КВх, коришћење система батерија за течно хлађење штеди више од 40% простора на поду. Употреба префабрикованог модуларног дизајна смањује почетне трошкове улагања за више од 2%.
Упоређујући решења за ваздушно и течно хлађење, цена опреме за контролу температуре за течно хлађење је 0.09 РМБ/вх, а за ваздушно хлађење је 0.025 РМБ/вх. Очекује се да ће укупни трошкови течног хлађења бити смањени.
(1) Ваздушно хлађење: Традиционални контејнер за складиштење енергије од 40 стопа са капацитетом од 3.5 МВх генерално користи четири система за климатизацију од 12.5 кв. Цена једног система климатизације је око 22,000 РМБ, а цена контроле температуре контејнерског система је израчуната на 88,000 РМБ, што одговара јединичној цени од 0.025 РМБ/вх, и вредности од 25 милиона РМБ по ГВх.
(2) Течно хлађење: контејнер од 40 стопа капацитета 5-6 МВх захтева два система за течно хлађење од 40 кВ. Цена једног система је око 270,000 РМБ, а цена контроле температуре контејнера је 540,000 РМБ, што одговара јединичној цени од 0.09 РМБ/вх и вредности од 90 милиона РМБ по ГВх. Међутим, с обзиром на високу густину интеграције система за течно хлађење, исти капацитет заузима мању површину, трошкови цивилне изградње су смањени, исти капацитет користи мање помоћних материјала као што су конектори, а укупни трошкови система су смањени.
Према проценама ГГИИ, вредност индустрије контроле температуре складиштења енергије биће око 2.4 милијарде РМБ у 2021. (укључујући извоз у иностранство), а очекује се да ће достићи скоро 16.5 милијарди РМБ у 2025. Међу њима, тржиште течног хлађења ће бити око 45% у 2025.
Снабдевачи решења за контролу температуре течног хлађења за складиштење енергије углавном долазе од произвођача за контролу температуре у дата центрима, контролу индустријске температуре и контролу температуре аутомобила. Кључ конкуренције лежи у способности дизајна нестандардних производа, јер различити интегратори за складиштење енергије имају различита решења за дизајн производа. Контролу температуре хлађења течности треба заједнички развити са распоредом батеријског пакета, дизајном цевовода за течно хлађење, итд., и интегрисати са батеријама, тако да је потребан веома прилагођен дизајн.
| Главни добављач контроле температуре течног хлађења за складиштење енергије | ||
| Оригинална индустрија | Kompanija: | Главни купци |
| Контрола температуре дата центра | Енвицоол | ЦАТЛ, БИД, Нарада Повер Соур, Цлоу Елецтроницс, СмартПропел Енерги, Сунгров, ХиперСтронг и сродни мејнстрим систем интегратори и произвођачи батерија у иностранству. |
| хенлинг Енвирн | Државна мрежа итд. | |
| Индустријска контрола температуре | Санхе Тонгфеи | Компанија је почела да примењује послове контроле температуре складиштења енергије 2020. године, ширећи клијенте као што су Сунгров, Цлоу Елецтроницс, Нарада Повер Соур, Трина Солар, итд. |
| Гоаланд Енерги | Главни купци су произвођачи за интеграцију контејнера за дистрибуиране батерије и произвођачи батерија, а тренутно сарађује са ЦАТЛ-ом и другима. | |
| Аутомотиве терм манагемент | Јиаленг Сонгзхи | ЦАТЛ, СмартПропел Енерги итд. |
| Јиангсу Кингфиелд | Подружница Аир Цондитионинг Интернатионал Енерги Стораге повезане производе је почела да испоручује ЦАТЛ-у, итд. 2020. године. | |
СмартПропел Енерги Цомпани
СмартПропел Енерги наставља да улаже у истраживање и развој технологије управљања топлотом батерија за складиштење енергије. Тренутно има техничке резерве и решења за производе за течно хлађење са једним кабинетом за складиштење енергије засноване на литијумским батеријама, системе за течно хлађење великих електрана за складиштење енергије и монтажне производе за течно хлађење за складиштење енергије у кабини. Компанија има све могућности развоја система течног хлађења, од једнодимензионалног и тродимензионалног дизајна симулације до развоја са једном плочом, и на крају има могућност да обезбеди решења система за течно хлађење на једном месту.
