近些年,隨著儲(chǔ)能電芯容量越來越大,大量電芯集成工作時(shí)發(fā)熱越來越多,風(fēng)冷系統(tǒng)的冷卻能力已經(jīng)不足以應(yīng)付儲(chǔ)能電池組的散熱需求。
正如身體需要維持正常溫度一樣,儲(chǔ)能電站的運(yùn)行,也需要一個(gè)穩(wěn)定的溫度。如果溫度過高或過低,都將影響儲(chǔ)能電站的運(yùn)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)電芯著火、系統(tǒng)爆炸等安全事故。
相關(guān)事故的例子有很多。2021年4月18日,美國亞利桑那州鹽河變電站內(nèi)儲(chǔ)能設(shè)施發(fā)生火災(zāi),持續(xù)5天濃煙滾滾。同年4月16日,北京大興儲(chǔ)能電站爆炸,因電池?zé)崾Э囟鸹穑率?名消防員犧牲,1名消防員受傷。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),近五年全球儲(chǔ)能電站火災(zāi)事故發(fā)生了45起,中國有5起,美國3起,韓國34起。
儲(chǔ)能液冷技術(shù),就是滿足儲(chǔ)能系統(tǒng)散熱需求的突破性技術(shù)之一。
儲(chǔ)能系統(tǒng)熱管理的階段發(fā)展
儲(chǔ)能系統(tǒng)熱管理經(jīng)過了2個(gè)發(fā)展階段。
第一階段,2021年之前,儲(chǔ)能市場呈風(fēng)冷散熱“一枝獨(dú)秀”的局面?!帮L(fēng)冷”以空氣為換熱媒介,通過空調(diào)等機(jī)械設(shè)備,使空氣在電池組中進(jìn)行不斷循環(huán),利用電池模塊和空氣之間的溫差進(jìn)行熱傳遞。優(yōu)點(diǎn)是成本較低、安裝簡單,缺點(diǎn)是散熱效果比較差,主要應(yīng)用于小型民用或者商用儲(chǔ)能電站。
第二階段,2021年至今,液冷散熱技術(shù)“異軍突起”,市場占率不斷提升?!耙豪洹保砸后w作為換熱媒介,有比空氣更高的比熱容、更高的導(dǎo)熱率,且冷卻速度很快,對(duì)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,液冷越來越受到儲(chǔ)能業(yè)界的關(guān)注。高工產(chǎn)業(yè)研究院預(yù)測,預(yù)計(jì)2025年液冷市場滲透率將達(dá)到45%左右。
在階段發(fā)展中,風(fēng)冷和液冷的較量仍在繼續(xù)。隨著液冷技術(shù)的迭代升級(jí),給儲(chǔ)能散熱發(fā)展帶來了新的氣息。
風(fēng)冷、液冷的優(yōu)勢(shì)對(duì)比
筑立方今天圍繞兩者的系統(tǒng)集成度、電池包溫控效果、運(yùn)行能耗及運(yùn)行維保等方面,逐點(diǎn)將風(fēng)冷液冷技術(shù)進(jìn)行對(duì)比分析。
1. 系統(tǒng)集成度
液冷方案系統(tǒng)集成度高于風(fēng)冷方案。同尺寸儲(chǔ)能集裝箱,液冷方案較風(fēng)冷方案系統(tǒng)容量提升50%;同容量儲(chǔ)能集裝箱,液冷方案較風(fēng)冷方案占地面積節(jié)約40%。
2. 電池包溫控效果
液冷方案下電池包溫度均勻性優(yōu)于風(fēng)冷方案,熱失控風(fēng)險(xiǎn)遠(yuǎn)小于風(fēng)冷方案。首先,液冷熱交換系數(shù)遠(yuǎn)高于風(fēng)冷;其次,液冷可將全部電芯溫差精控≤3℃(風(fēng)冷無法精準(zhǔn)控溫)。
3. 運(yùn)行能耗
液冷方案運(yùn)行能耗低于風(fēng)冷方案。同等電池均溫狀態(tài)下,風(fēng)冷能耗較液冷高2-3倍;同等功耗下,風(fēng)冷電池包溫度較液冷高3℃-5℃。
4. 嚴(yán)酷環(huán)境抵抗性
海邊高鹽地和沙漠等嚴(yán)酷環(huán)境宜用液冷系統(tǒng)。因?yàn)轱L(fēng)冷系統(tǒng)集成度低,零部件較多,系統(tǒng)部件易受到高鹽水汽及風(fēng)沙的侵蝕從而導(dǎo)致系統(tǒng)故障率升高,而液冷系統(tǒng)高集成度優(yōu)勢(shì)較風(fēng)冷可使故障率顯著降低,所以宜用液冷系統(tǒng)。
派沃儲(chǔ)能液冷跳出“直線思維”
目前戶儲(chǔ)以風(fēng)冷為主,大儲(chǔ)以風(fēng)冷為主存在向液冷轉(zhuǎn)換的趨勢(shì),未來液冷滲透率將不斷提升。首先,大儲(chǔ)項(xiàng)目規(guī)模不斷增大,所需電芯數(shù)量將不斷增多;其次,電芯單體容量增長趨勢(shì)明顯,超300Ah的大電芯產(chǎn)品已陸續(xù)推出。未來儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)溫控的散熱效率和溫差控制能力將提出更高要求,液冷將更加匹配下游需求。
筑立方在此前發(fā)布的儲(chǔ)能液冷及溫控管理解決方案能夠大幅降低系統(tǒng)運(yùn)行的能耗,相比傳統(tǒng)空調(diào)風(fēng)冷降低能耗約20%以上,使用壽命提升了20%。筑立方全系列儲(chǔ)能液冷產(chǎn)品具有低成本、低能耗、高安全的優(yōu)勢(shì),通過液冷方案集約化設(shè)計(jì),將電芯能量密度大幅提升,減少占地面積。
未來液冷方案定制化能力將成為企業(yè)競爭的核心要素。設(shè)計(jì)能力是液冷供應(yīng)商的競爭核心,因集成商設(shè)計(jì)方案不同便意味著液冷需要同電池pack布局、管道設(shè)計(jì)等共同開發(fā)并與電池完成集成,所以派沃儲(chǔ)能液冷及溫控管理解決方案的定制化設(shè)計(jì)能力便是核心競爭要素。