Velký počet baterií v systému pro ukládání energie, vysoká kapacita a výkon, husté uspořádání baterií a složité a proměnlivé provozní podmínky jsou náchylné k problémům, jako je nerovnoměrné rozložení teploty a velký teplotní rozdíl mezi bateriemi, což vede ke snížení výkonu baterií, snížení kapacity a zkrácení životnosti, ovlivňuje výkon celého systému a ve vážných případech může vést k tepelnému úniku a bezpečnostním nehodám. Aby se dosáhlo ukládání energie ve velkém měřítku, se středně dlouhým cyklem, silnou tolerancí a vysokou bezpečností, technologie kapalinového chlazení se stala populární cestou v oblasti tepelného řízení ukládání energie.
V současné době jsou na trhu běžné metody tepelného řízení, které jsou uvedeny níže.
Chlazení vzduchem
Chlazení vzduchem je druh chladicí metody využívající vzduch jako chladicí médium a konvekční přenos tepla ke snížení teploty baterie. Tato metoda se široce používá v průmyslovém chlazení, telekomunikačních základnových stanicích a v datových centrech, kde se vyznačuje relativně vysokou technickou vyspělostí a spolehlivostí.
Kapalinové chlazení
Kapalinové chlazení je druh kapaliny jako chladiva, která využívá proudění kapaliny k přenosu tepla generovaného vnitřními součástmi IT zařízení v datovém centru ven ze zařízení. Ve srovnání s chlazením vzduchem je struktura kapalinového chladicího systému složitější a kompaktnější a nevyžaduje rozmístění velké plochy kanálů pro odvod tepla, takže zabírá relativně malou plochu.
Chlazení tepelnými trubicemi
Chlazení tepelnými trubicemi se spoléhá na fázovou změnu chladicího média uzavřeného v trubici, aby se dosáhlo přenosu tepla s vysokou účinností odvodu tepla, bezpečností a spolehlivostí atd., ale náklady jsou také vysoké a praktické využití ve velkokapacitních bateriových systémech, jako je skladování energie, je relativně malé.
| Porovnání tří hlavních technických postupů pro správu tepla | |||
| Charakteristický | Chlazení vzduchem | Kapalinové chlazení | Vrkání fázové změny |
| Chladicí médium | Vzduch | Kapalný | Materiál pro fázovou změnu |
| Kontaktní metoda | Přímo | Nepřímo | Přímo |
| Design | Snadný | Komplex | Snadný |
| Účinnost přenosu tepla | Spodní | Vyšší (0,5–10) | Střední |
| Náklady | Spodní | Vyšší | Střední |
| Ochrana | Nízké požadavky, snadno dosažitelné | Složitý systém, těžko dosažitelný | Jednoduchý systém, snadno dosažitelný |
| Součinitel přestupu tepla | 25–100 | 1000–15 000 | / |
| Teplotní rovnoměrnost | Nejednotnost | Jednotnost | Jednotnost |
| Životnost | ≥10 let | 3–5 let | Související s materiály |
| Instalace | Snadný | Obtížný | Snadný |
| Aplikace | Nízká hustota energie baterie, dobíjení a vybíjení | Vysoká hustota energie baterie, nabíjení a vybíjení | Střední |
| Úroveň technické vyspělosti | Zralý | Zralý | Nezralý |
Vzhledem k vyššímu koeficientu přestupu tepla a měrné tepelné kapacitě chladicí kapaliny a skutečnosti, že není ovlivněna faktory, jako je nadmořská výška a tlak vzduchu, má kapalinový chladicí systém silnější kapacitu odvádění tepla než vzduchem chlazený systém, který je lépe přizpůsobivý trendu vývoje velkých projektů skladování energie s vysokou hustotou energie.
Z hlediska nákladů je podle relevantního výzkumu při stejném chladicím účinku spotřeba energie kapalinového chladicího systému obvykle mnohem nižší než u vzduchem chlazeného systému. Proto i když jsou počáteční investiční náklady na kapalinový chladicí systém vyšší, celkové náklady na celý životní cyklus systému akumulace energie mohou být nižší než u vzduchem chlazeného systému. Souhrnně se domníváme, že v některých scénářích se očekává, že kapalinové chlazení postupně nahradí vzduchové chlazení jako hlavní formu regulace teploty pro akumulaci energie.
| Výhody kapalinového chlazení | |
| Nízké náklady na energii | Kapalinové chlazení může většinu času využívat vodu o teplotě 45 °C / 113 °F |
| Vysoká hustota chladicího výkonu | Vzduchové chlazení pro skříně nad 20 kW výrazně snižuje vliv kapalinového chlazení a ponoření do chlazení na úrovni čipu. |
| Nízká spotřeba vody | Odpařovací chlazení lze eliminovat nebo výrazně snížit |
| Adaptace na drsné prostředí | Ponořené kapalinové chlazení nevyžaduje žádné proudění vzduchu a je izolováno od vnějšího prostředí. |
| Nízká hladina hluku | Kapalinové chlazení na úrovni čipu vyžaduje jen malé množství proudění vzduchu |
| Rovnoměrný odvod tepla | Dobrý průměrný odvod tepla pro akumulaci energie a napájecí baterie. |
| Výrazně nižší spotřeba energie | Celková spotřeba energie je nízká, za stejných podmínek chladicího výkonu je spotřeba energie pouze stejně nízká jako u vzduchem chlazených jednotek. |
| Celoroční účinky jsou udržitelné | Méně ovlivněno počasím, menší sezónní výkyvy |
Rozsah trhu s kapalinovým chlazením
Technologie kapalinového chlazení byla uznána některými podniky zabývajícími se koncovým uživatelem.
V srpnu 2023 společnost Longyuan Power Group zveřejnila druhou várku rámcových zakázek na systém kapalinového chlazení a předem smontovanou integrovanou kabinu měniče a posilovače pro elektrárny s akumulací energie v roce 2023, přičemž odhadovaný objem zakázky na systém kapalinového chlazení a akumulace energie činil 600 MW/1200 MWh; společnost National Energy Group zveřejnila druhou várku rámcových zakázek na zařízení pro akumulaci energie v roce 2023, přičemž celkové množství systémů kapalinových baterií pro elektrárny s akumulací energie činilo 600 MW/1200 MWh.
A od roku 2022 příslušní výrobci intenzivně uvádějí na trh kapalinou chlazené systémy pro ukládání energie a nabídka kapalinou chlazených produktů se zvyšuje.
V květnu 2022 společnost Sunny Power uvedla na trh PowerTitan pro velké pozemní elektrárny a PowerStack pro komerční a průmyslové skladování energie, přičemž oba systémy využívají kapalinou chlazené systémy.
V projektu, jehož uvedení do výroby oznámila společnost GCL EnerD, využívá kapalinou chlazený bateriový blok lithium-železitophosfátové baterie s maximální životností až 15 000 cyklů a zároveň využívá integrovanou konstrukci kapalinou chlazeného potrubí s teplotním rozdílem menším než 3 °C. Integrované kapalinou chlazené skříně pro ukládání energie se dělí do dvou hlavních produktových řad, a to 100 kW a 200 kW, které dokáží uspokojit poptávku po všech druzích průmyslových, komerčních a industriálních elektráren různých velikostí a v jakýchkoli kombinacích. Prefabrikovaný tvar může zkrátit dobu a náklady na instalaci a odladění na místě. Prefabrikovaný tvar může zkrátit dobu a náklady na instalaci a uvedení do provozu na místě.
| Nový produkt pro ukládání energie s kapalným chlazením v roce 2022 | ||||
| Žádný. | Podnik | Název produktu | Charakteristický | Aplikace |
| Systém skladování energie v kontejneru | ||||
| 1 | Kelong | Kapalinou chlazený systém pro ukládání energie Kelong S | Včetně 1500V akumulátoru energie, clusteru, systému kapalinového chlazení, bezpečnostního ochranného systému a inteligentního systému řízení. Bezpečné, chytré a jednoduché. | Nová strana výroby energie, strana sítě, strana uživatele |
| 2 | Sungrow | PowerTitan | Řešení pro ukládání energie chlazené kapalinou | Velká pozemní elektrárna |
| 3 | Chinaztt | Systém kapalinového chlazení MUSE1.0 nové generace | Železofosfátové baterie s keramickým povlakem, dopováním stopových prvků a vyrovnáváním BMS, hliníkovým rámem s předfialovými konstrukčními moduly: bateriový prostor s krytím IP67 s nezávislým protipožárním systémem, monitorováním hladiny v PACK a provedením stříkání hladiny v clusteru, chladicí deskou kapaliny ve tvaru U a profesionálním provedením potrubí. | / |
| 4 | Sermatec | Kapalinou chlazený kontejnerový systém pro ukládání energie Serlattice | Kapalinou chlazený systém tepelného řízení s vysokou hustotou integrace systému. Protipožární ochrana na úrovni PACK: lokální bezpečnostní varovný systém. | Komerční a průmyslové skladování energie |
| 5 | Hyberstrong | Jiskrově bezpečný systém ukládání energie s polovodičovou baterií a kapalinou chlazeným systémem HyperSafe | Používá 280Ah železofosfátovou polovodičovou baterii; implementuje technickou záruku ve čtyřech dimenzích: bezpečnost baterie, integrační bezpečnost, policejní bezpečnost a aktivní bezpečnost, aby bylo dosaženo bezpečnosti celého systému. | / |
| 6 | Zhougu | Systém skladování energie v kontejneru CX-1000 | S úrovní krytí IP54; ochranou proti korozi C4-5, modulárním a vysoce integrovaným designem vícestupňového protipožárního systému a prefabrikovaným řešením pro montáž do kabiny. | / |
| 7 | Naradapower | Systém pro ukládání energie CenterL nové generace chlazený kapalinou | Kapalinou chlazený systém s 280Ah železofosfátovými bateriemi. Systémová platforma 1500 V s vysokou účinností a integrací maximální bezpečnosti a dlouhé životnosti, lepší LCOS, čtyři hlavní výhody. | / |
| 8 | Předvečer | Kapalinou chlazený systém úložiště energie Eve 1500V | S komplexní ochranou, přesnou regulací teploty, flexibilním uspořádáním, vysokým ziskem účinnosti a čtyřmi hlavními výhodami, podporou napěťové platformy DC1500V, rychlým nasazením a rychlým vytvářením sítí | / |
| 9 | Ipotisedge | Inteligentní kapalinou chlazený systém úložiště energie 1500 V | Není nutná instalace, kapalinou chlazená konstrukce, duální protipožární ochrana, inteligentní cloud, analýza v reálném čase, desetiletá životnost, doživotní provoz a údržba | Integrace sítě pro obnovitelné zdroje energie, pomocné služby sítě, distribuované a mikrosítě a přenosová a distribuční síť |
| 10 | Chintpower | Nová generace Systém pro ukládání energie PowerBlock | Vysoce integrovaný modul akumulátoru energie, vysokonapěťová skříň, systém regulace teploty, systém včasného varování před požárem, systém distribuce energie atd. | Velkokapacitní elektrárny na skladování energie |
| 11 | Trinasolar | Kapalinou chlazené úložné skříně pro energii TrinaStorageEle menta | Díky čtyřem hlavním výhodám „nákladově efektivní, maximálně bezpečné, inteligentní obsluze a údržbě, pohodlné a flexibilní“ | / |
| 12 | Hithium | Kapalinou chlazená nádoba nové generace | Zavedení technologie bočního chlazení, optimalizace rozložení teploty systému pomocí vícestupňového systému tepelného řízení s proměnným průměrem; návrh vícenásobné elektrické ochrany; bezpečnost systému pomocí systému pro odlehčení od exploze ve výfukovém kanálu a návrh systému hašení požáru | Strana sítě, strana napájení |
| 13 | Skupina Shuangdeng | Shuangdeng PowerBank Nový systém pro ukládání energie chlazený kapalinou | Vícerozměrné protipožární a předem smontované provedení kompletního systému s technologií kapalinového chlazení | Velkokapacitní elektrárny na skladování energie |
| Skříň pro skladování energie vše v jednom | ||||
| 1 | Sungrow | PowerStack | Řešení pro ukládání energie chlazené kapalinou pro „trojnásobnou integraci výkonu“ | Komerční a průmyslové elektrárny |
| 2 | Teplore | Distribuovaný systém skladování energie TensorpackT | Díky vysoce integrovanému designovému konceptu v sobě skříň integruje baterii, systém BMS EMS, systém tepelného řízení, obousměrný měnič DC/AC a protipožární systém. | Průmyslové a komerční scénáře, jako jsou tovární parky, nabíjecí stanice, komerční budovy, datová centra atd. |
| 3
| Sermatec | Kapalinou chlazené integrované venkovní skříně | Vysoce integrovaný systém PCS, baterie, kapalinový chladič, rozvod energie a protipožární ochrana: široký rozsah vstupního napětí, maximální podpora pro 4 paralelní jednotky: třívrstvá architektura BMS, digitalizovaný LCD displej s inteligentním EMS pro sběr a monitorování dat ze souvisejících zařízení. | / |
| 4 | Sinexcel | Venkovní skříň na skladování baterií | Malí průmysloví a komerční uživatelé mohou jako jádro použít vysílač s úložištěm energie o výkonu 30 kW. Podporuje paralelní zapojení více skříní, aby splňovaly megawattovou úroveň středních a velkých průmyslových a komerčních komunit, ostrovů a dalších polí zaznamenaných v síti, mimo síť i ve slabých situacích, umožňuje plug and play a integrovaný all-in-one design. | Malí komerční a průmysloví uživatelé |
| 5 | Hyberstrong | Nová generace kapalinou chlazených skladovacích skříní řady HyperSafe pro jiskrově bezpečné polovodičové baterie | Využívá 280Ah baterii s pevným skupenstvím na bázi fosforečnanu draselného a železitého; implementuje technická ochranná opatření ve čtyřech dimenzích: bezpečnost baterií, bezpečnost výroby, bezpečnost řízení a aktivní bezpečnost, aby bylo dosaženo bezpečnosti celého systému. | Úložiště energie pro domácnosti, elektrárny na skladování energie, komerční a průmyslové úložiště energie |
| 6 | Jd-energie | Modulární kapalinový chladič, energetický blok 1500 V, eBlock372, zdroj, mřížka | Konstrukce All-in-one, baterie, BMS, vysoký výkon PCS, bezpečnostní systém, systém tepelného řízení v jedné standardizované venkovní skříni, tvořící integrovaný, plug-and-play energetický blok pro integraci systémů pro ukládání energie v průmyslových a komerčních elektrárnách. | strana zdrojové sítě |
| 7 | Komerční a průmyslový zákazník na straně zákazníka Produkty energetických bloků 1000 V eBlock200 | / | Komerční a průmyslová strana uživatelů | |
| Vysokonapěťový kaskádový systém pro ukládání energie | ||||
| 1 | Technologie Jinpan | Plně kapalinou chlazené Kaskádové úložiště vysokého napětí 35 kV/12,5 MW/25 MWh | Není potřeba žádný transformátor, přímý přístup k vysokému napětí nad 6 kV. Síť: využívá technologii aktivního vyrovnávání energie z baterií, technologii kaskádového ukládání energie vysokého napětí a technologii tepelného řízení s chlazením kapalinou. | Strana výroby, strana sítě, strana průmyslových a komerčních uživatelů |
| 2 | Zhiguang | Kaskádový vysokonapěťový systém pro přímou montáž s velkou kapacitou a vysokou kapacitou energie 35 kV | Systém, který společně vyvinuly společnosti Zhiguang Energy Storage, Huaneng Qingneng Energy Academy a Shanghai Jiaotong University, je vhodný pro výstavbu nových elektráren na skladování energie a velkých elektrochemických elektráren na skladování energie o výkonu GW. | Velkokapacitní elektrárny na skladování energie |
V současné době, včetně domácích i zahraničních výrobců hlavních integrovaných systémů pro ukládání energie, v podstatě uvedli na trh zařízení pro ukládání energie založená na technologii tepelného řízení chlazením kapalinou a od druhé poloviny loňského roku se v mnoha projektech postupně realizovala široká škála aplikací, někteří výrobci se dokonce vzdali produktů pro ukládání energie chlazených vzduchem a plně se vydali cestou technologie chlazení kapalinou. Ve srovnání se vzduchem chlazenými systémy je tedy s technologií a scénáři aplikací chlazení kapalinou schopnější uspokojit naléhavé potřeby trhu v oblasti systémů pro ukládání energie. Vysoká hustota energie, nízká zastavěná plocha, nízká spotřeba pomocné energie a jemná regulace teploty přitahují větší pozornost.
| Společnosti zabývající se zařízeními pro regulaci teploty skladování energie | |||
| Podnik | Hlavní klienti a proces | Hlavní produkt | Technická rutina |
| Envicool | CATL, BYD, Narada Power, KeLu Electronics, PingGao Group, Sunshine Power, Hyberstrong, stejně jako zahraniční venkovní klimatizační jednotky řady MC, systémoví integrátoři řady MC a výrobci baterií; tržby z prodeje klimatizačních jednotek s akumulačním úložištěm energie a regulace teploty chladičů řady EMW v roce 2021 dosáhly 337 milionů juanů. | Hlavní systémoví integrátoři a výrobci baterií řady C; akumulační klimatizace pro rok 2021, akumulační chladicí jednotka řady EMW | Chlazení vzduchem, chlazení kapalinou |
| Shenling | Státní síť atd. | Integrovaná střešní klimatizace, dělená sloupová pokojová klimatizace, integrovaná vestavná klimatizace, přesná dělená pokojová klimatizace | Chlazení vzduchem |
| Tongfei | V roce 2020 společnost začala rozvíjet oblast regulace teploty v oblasti skladování energie a rozšířila své zákazníky o společnosti Sunny Power, Kelong, Trinasolar atd. | Kapalinou chlazené systémy, střešní průmyslové klimatizace, integrované průmyslové klimatizace, dělené průmyslové klimatizace, nástěnné klimatizace | Chlazení vzduchem, chlazení kapalinou |
| Gaolan | Našimi hlavními zákazníky jsou výrobci distribuované integrace baterií a továrny na baterie a již jsme zahájili spolupráci se společností Ningde Times. | Na základě systémů pro chlazení kapalinou s lithiovou baterií pro jednu skříň, systémů pro chlazení kapalinou pro velkokapacitní elektrárny, prefabrikovaných systémů pro chlazení kapalinou pro akumulaci energie v kabině atd. | Kapalinové chlazení |
| Songzhi | Vstoupila do dodavatelského systému společností Ningde Times, Vision Energy a dalších zákazníků, přičemž dva produkty vstoupily do fáze hromadné výroby a několik produktů je ve vývoji. | Kapalinou chlazený systém tepelného řízení pro skladování energie (dva produkty v hromadné výrobě, několik ve vývoji) | Chlazení vzduchem, chlazení kapalinou |
| Aotecar | Dodávky pro Ningde Times začnou v roce 2020 a výroba spodní série kapalinou chlazeného systému tepelného řízení pro skladování energie začne v roce 2021. | Systém pro akumulaci energie, chlazení kapalinou a tepelné řízení | Chlazení vzduchem, chlazení kapalinou |
Potenciál kapalné chladicí energie v budoucnosti
Pokud jde o náklady, dle relevantních studií je spotřeba energie u kapalinových chladicích systémů obvykle mnohem nižší než u vzduchem chlazených systémů, a to při stejném chladicím účinku. Proto i když jsou počáteční investiční náklady na kapalinový chladicí systém vyšší, jeho celkové náklady v celém životním cyklu systému skladování energie mohou být nižší než u vzduchem chlazeného systému. Souhrnně se domníváme, že v některých scénářích se očekává, že kapalinové chlazení postupně nahradí vzduchové chlazení jako hlavní formu regulace teploty pro skladování energie.
Navzdory tomu se systémy kapalinového chlazení stále potýkají s určitými problémy, pokud jde o spolehlivost. Dříve bylo použití kapalinového chlazení v oblasti regulace teploty akumulace energie relativně malé, takže vyspělost technologie oproti vzduchovému chlazení stále zaostává za určitými nedostatky, zejména ve stabilitě a spolehlivosti provozu. Konkrétně potrubí kapalinového chlazení je náchylné ke korozi a usazování, což vede k ucpání nebo úniku chladicí kapaliny, zatímco voda, glykol, silikonový olej a další běžné chladicí kapaliny mohou poškodit baterii nebo způsobit zkrat systému, což představuje bezpečnostní riziko pro elektrárny s akumulací energie.
Kromě toho, konstrukční životnost systému pro ukládání energie obvykle dosahuje 15 let, ale životnost čerpadel a ventilů uvnitř systému kapalinového chlazení je často asi 7 let a mezi těmito dvěma existuje určitý nesoulad. Proto je velmi pravděpodobné, že během provozu projektu skladování bude nutné systém kapalinového chlazení udržovat nebo vyměnit jeho součásti a systém kapalinového chlazení bude nutné vypnout, což ovlivní hospodárnost projektu. Samozřejmě, s pokrokem v technologii kapalinového chlazení se očekává, že tyto problémy budou jeden po druhém vyřešeny, celkový pohled na kapalinové chlazení bude i nadále budoucím trendem vývoje regulace teploty při ukládání energie.
