儲能高景氣下,技術(shù)迭代也越來越快。在一個月前還沒有被認可的技術(shù),可能就會在一個月之后正式被行業(yè)承認。
4 月份,第十一屆 " 儲能國際峰會暨展覽會 "(ESIE 2023)上,對于全浸沒式液冷儲能技術(shù),多家企業(yè)還持以懷疑態(tài)度,但是僅僅過去一個月,在 5 月份的上海 SNEC 展會上,行業(yè)企業(yè)不僅風(fēng)口發(fā)生了轉(zhuǎn)變,而且展出全浸沒式液冷樣品的企業(yè)和聲稱有布局的企業(yè)越來越多。
" 全浸沒式液冷儲能的應(yīng)用進展比我們預(yù)想的要快很多,將來也可能會是一種趨勢。" 在 SNEC 2023 上,某儲能系統(tǒng)集成頭部企業(yè)的工作人員告訴華夏能源網(wǎng)(公眾號 hxnyx3060)。而此前在 ESIE 2023 上,該企業(yè)的工作人員還稱全浸沒式液冷只能存在 " 紙面上 "。
雖然技術(shù)路線的爭議尚在持續(xù),產(chǎn)品的應(yīng)用卻已經(jīng)開始。今年 3 月 6 日,中國能建廣東火電承建的廣東梅州寶湖 70 兆瓦 /140 兆瓦時儲能電站項目正式投入運行。據(jù)介紹,該電站是全球首個浸沒式液冷儲能電站,其儲能系統(tǒng)由廣東科創(chuàng)儲能提供。
或許正如另一家新能源制造企業(yè)的陳經(jīng)理所說的:" 全浸沒式液冷必將成為主流。" 技術(shù)的迭代,超過所有人的想象。
挑戰(zhàn)傳統(tǒng)熱管理技術(shù)
所謂全浸沒液冷儲能,就是在儲能系統(tǒng)中,將儲能電芯直接浸沒于冷卻液中,使電芯與空氣、水分等完全隔離,以達到控制儲能電池系統(tǒng)運行溫度、實現(xiàn)熱管理的目的。
儲能電站的運行需要一個穩(wěn)定的溫度。如果溫度過高或過低,都將影響儲能電站的運行效率和使用壽命。尤其在溫度過高的情況下,還有可能引發(fā)電芯的著火、爆炸,給儲能電站的安全帶來威脅。
目前,針對儲能系統(tǒng)的熱管理問題,業(yè)界已經(jīng)推出了多種解決方案。" 目前在市場上,關(guān)于儲能系統(tǒng)熱管理主要有兩種方案,一個是液冷,一個是風(fēng)冷。但這兩種方案都是有優(yōu)點和缺點的。" 陳經(jīng)理告訴華夏能源網(wǎng)(公眾號 hxnyx3060)說。
風(fēng)冷,就是采用空氣作為換熱媒介,通過空調(diào)等機械設(shè)備,使空氣在電池組中進行循環(huán),利用電池模塊和空氣之間的溫差進行熱傳遞。最大優(yōu)點是溫度控制比較穩(wěn)定,溫度比較均勻,缺點就是散熱效果比較差。
風(fēng)冷主要應(yīng)用在小型民用或者商用儲能電站,而近些年,隨著儲能電站的箱(艙)體越來越大,電芯容量越來越大,大量電芯集成工作時發(fā)熱越來越多,風(fēng)冷系統(tǒng)的冷卻能力已經(jīng)不能滿足電池組的散熱需求。
液冷,就是采用液體作為換熱媒介,擁有比空氣更高的比熱容、更高的導(dǎo)熱率,且冷卻速度較快,對降低局部最高溫度、提升電池模塊溫度一致性效果顯著。所以,液冷越來越受到業(yè)界的關(guān)注。高工產(chǎn)業(yè)研究院(GGII)預(yù)測,預(yù)計 2025 年液冷市場滲透率將達到 45% 左右。
關(guān)于液冷,也有多條技術(shù)路線,目前最主要的有兩條,一條是用載有冷卻液的管道環(huán)繞、接觸每個電池,以此來降低電池溫度和平衡電池間的溫差;另一條是在電池或者電池模塊之間放置內(nèi)有液體微通道的冷卻板。
" 這兩種液冷方式的冷卻效果明顯優(yōu)于風(fēng)冷,但有一個矛盾不好處理。" 陳經(jīng)理介紹說," 在這兩種方案中,電池主要是通過與其接觸的管道或冷卻板來實現(xiàn)降溫的,這就造成了電池的絕緣性不好,容易導(dǎo)致熱失控的發(fā)生;如果絕緣做好,但導(dǎo)熱性就會降低,影響電池的運行效果。這個矛盾很難平衡。"
陳經(jīng)理表示,全浸沒式液冷雖然也是液冷方式的一種,但與前兩者有明顯的不同。這種方式是把電芯完全泡在一種絕緣、無毒、可散熱的液體中,通過液體把熱量帶走,以此實現(xiàn)熱管理。最重要的是,全浸沒式液冷還可以起到消防的作用,防止儲能電站火災(zāi)的發(fā)生。
華夏能源網(wǎng)(公眾號 hxnyx3060)注意到,在全球儲能電站的事故中,因電池?zé)崾Э囟鸬幕馂?zāi)占比最大。引發(fā)電池?zé)崾Э氐脑蚝芏啵热缍搪?、零件老化等等。電池一旦發(fā)生熱失控,就會起火。如果采用全浸沒式液冷,火苗會在第一時間被包圍在其周圍的液體所熄滅,確保不會波及到其他電池,防止整個電站發(fā)生火災(zāi)。
效果還需市場檢驗
經(jīng)濟性和安全性,是制約儲能行業(yè)快速發(fā)展的兩大因素。儲能安全的核心是電芯安全,實現(xiàn)的路徑主要有兩條,一條是提升電芯的安全性,因此出現(xiàn)了固態(tài)電池、鈉離子電池、釩電池等等,另一條是提升熱管理技術(shù)。
在熱管理技術(shù)上,也是多種路線并存,除了空冷和傳統(tǒng)液冷技術(shù)外,近期還出現(xiàn)了多個新技術(shù)、新路線。
不久前,空調(diào)制造龍頭美的集團(SZ:000333)推出了多款儲能熱管理新品,其中包括插框平臺、側(cè)出風(fēng)平臺、頂出風(fēng)平臺等。彼時媒體報道稱,美的集團在行業(yè)內(nèi)首次將熱泵與儲能相互結(jié)合,能夠讓低溫電池啟動速率提升 400%,恒溫靜置 ± 0.3 ℃,制冷能效提升 23%,加熱功耗降低 75%。
華夏能源網(wǎng)(公眾號 hxny3060)注意到,近期,馬斯克多次提及,熱泵是特斯拉 " 宏圖計劃 " 的重要組成,目前已經(jīng)作為熱管理設(shè)備應(yīng)用在新能源車上,由此熱泵已成為能源界最熱門話題之一。
事實上,熱泵并不是一項黑科技或者新技術(shù),其本質(zhì)也為了熱管理,是通過電力將多余的熱量移動到需要的地方去,或者直接散去。美的集團將熱泵應(yīng)用到了儲能領(lǐng)域,也是一個大膽的創(chuàng)新。
此外,還有一項儲能熱管理方案在近期成為熱點,就是天合儲能提出的無空調(diào)冷卻儲能系統(tǒng)。據(jù)稱,該方案以耐高溫鋰電池電芯為核心,通過優(yōu)化大型儲能的倉體結(jié)構(gòu),來打造通風(fēng)效果良好的全通暢系統(tǒng),在白天通過自然風(fēng)來控制電芯的溫差,在晚上或者低溫季節(jié),通過脈沖自加熱技術(shù)為鋰電升溫,確保整個系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行。
與天合儲能方案類似的還有鋰電池龍頭寧德時代(SZ:300750),該公司于近期發(fā)布了歷時三年打磨而研發(fā)成功的零輔源光儲融合解決方案。據(jù)介紹,該方案通過自研光儲變流器,配合高溫電芯技術(shù)和自加熱技術(shù),以求擺脫傳統(tǒng)儲能解決方案對冷卻系統(tǒng)(空調(diào)等)及其輔助電源的依賴。
天合儲能和寧德時代推出 " 無空調(diào) " 解決方案的主要目的,是降低空調(diào)所帶來的能耗問題,也是一種極具創(chuàng)新性的思路。這一方案的核心,就是新研發(fā)的耐高溫鋰電池。
隨著儲能行業(yè)的持續(xù)火熱,以及技術(shù)迭代的加速,關(guān)于儲能熱管理的技術(shù)和方案可能還會越來越多,但是,究竟那種技術(shù)路線會勝出,最終還要由市場來評判,其中兩大因素起著至關(guān)重要的作用,一是經(jīng)濟性,二是溫控效果。
就目前而言,風(fēng)冷依然占據(jù)著主要的市場份額,主要原因就在于成本低,在經(jīng)濟性方面占有很大優(yōu)勢。但這種優(yōu)勢目前正面臨著極大的挑戰(zhàn)。
" 每個技術(shù)或方案隨著發(fā)展階段的不同成本也會不同。目前,全浸沒式液冷的成本比空冷和傳統(tǒng)液冷成本雖然增加了一些,但還是可以接受的。而且,隨著技術(shù)的大規(guī)模推廣、應(yīng)用,其成本還會降得更低。" 陳經(jīng)理告訴華夏能源網(wǎng)(公眾號 hxny3060)說。
在效果上,全浸沒式液冷表現(xiàn)良好且得到了實踐的驗證。
針對梅州寶湖儲能電站,南網(wǎng)儲能董事長汪志強曾表示:" 浸沒式液冷電池儲能系統(tǒng)的成功研制,實現(xiàn)了電化學(xué)儲能安全技術(shù)的迭代升級,電池散熱效率較傳統(tǒng)方式提升 50%。梅州寶湖儲能電站能夠?qū)崿F(xiàn)電池運行溫升不超過 5 ℃,不同電池溫差不超過 2 ℃。" 這些數(shù)據(jù)表現(xiàn),在目前的儲能行業(yè)中是非常優(yōu)秀的。
集熱管理及消防為一體的全浸沒液冷,優(yōu)勢明顯,效果正在得到市場初步認可,后期隨著成本的進一步下降,預(yù)期在不久,其成為市場主流的預(yù)測或?qū)⒊蔀楝F(xiàn)實。
來源:華夏能源網(wǎng) 作者:蔣 波
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