Le grand nombre de batteries dans un système de stockage d'énergie, leur capacité et puissance élevées, leur disposition dense et les conditions de fonctionnement complexes et variables les rendent vulnérables à des problèmes tels qu'une répartition inégale de la température et d'importantes différences de température entre les batteries. Ces problèmes entraînent une dégradation des performances, une réduction de la capacité et une durée de vie plus courte, affectant ainsi les performances globales du système et pouvant, dans les cas les plus graves, provoquer un emballement thermique et des accidents. Afin de répondre aux exigences d'un stockage d'énergie à grande échelle, à cycles de moyenne et longue durée, à forte tolérance et à haute sécurité, le refroidissement liquide s'est imposé comme une solution privilégiée dans le domaine de la gestion thermique des systèmes de stockage d'énergie.
Actuellement, les principales méthodes de gestion thermique disponibles sur le marché sont présentées ci-dessous.
Refroidissement par air
Le refroidissement par air est une méthode de refroidissement utilisant l'air comme fluide froid et le transfert de chaleur par convection pour réduire la température de la batterie. Cette méthode est largement utilisée dans la réfrigération industrielle, les stations de base de télécommunications et les centres de données, et présente une maturité technique et une fiabilité relativement élevées.
Refroidissement liquide
Le refroidissement liquide utilise un fluide frigorigène liquide pour évacuer la chaleur générée par les composants internes des équipements informatiques du centre de données vers l'extérieur. Comparé au refroidissement par air, le système de refroidissement liquide est plus complexe et compact, et ne nécessite pas de vastes réseaux de dissipation thermique, occupant ainsi un espace relativement réduit.
Refroidissement par caloduc
Le refroidissement par caloduc repose sur le changement de phase du fluide caloporteur contenu dans le tube pour réaliser le transfert de chaleur, avec une efficacité de dissipation thermique élevée, une sécurité et une fiabilité élevées, etc., mais le coût est également élevé et l'application pratique dans les systèmes de batteries de grande capacité tels que le stockage d'énergie est relativement faible.
| Comparaison des trois principales routines techniques de gestion de la chaleur | |||
| Caractéristiques | Refroidissement par air | Refroidissement liquide | refroidissement à changement de phase |
| milieu de refroidissement | Air | Liquide | matériau à changement de phase |
| Méthode de contact | Directement | Indirectement | Directement |
| Conception | Facile | Complexe | Facile |
| efficacité de transfert de chaleur | Inférieur | Supérieur (0,5-10) | Moyen |
| Coût | Inférieur | Plus haut | Moyen |
| Protection | Exigences faibles, facile à atteindre | Système complexe, difficile à réaliser | Système simple, facile à réaliser |
| coefficient de transfert thermique | 25-100 | 1000-15 000 | / |
| uniformité de la température | Non-uniformité | Uniformité | Uniformité |
| Durée de vie | ≥10 ans | 3 à 5 ans | En lien avec les matériaux |
| Installation | Facile | Difficile | Facile |
| Application | Faible densité énergétique de la batterie, recharge et décharge | Batterie à haute densité énergétique, recharge et décharge | Moyen |
| Niveau de maturité technique | Mature | Mature | Immature |
Grâce au coefficient de transfert thermique et à la capacité thermique massique plus élevés du fluide de refroidissement, et au fait qu'il n'est pas affecté par des facteurs tels que l'altitude et la pression atmosphérique, le système de refroidissement liquide possède une capacité de dissipation thermique supérieure à celle du système refroidi par air, ce qui le rend plus adapté à la tendance de développement des projets de stockage d'énergie à grande échelle et à haute densité énergétique.
Du point de vue des coûts, selon les recherches menées, à efficacité de refroidissement égale, la consommation énergétique d'un système de refroidissement liquide est généralement bien inférieure à celle d'un système de refroidissement par air. Par conséquent, malgré un coût d'investissement initial plus élevé, le coût global d'un système de refroidissement liquide sur l'ensemble du cycle de vie du système de stockage d'énergie peut s'avérer inférieur à celui d'un système de refroidissement par air. En conclusion, nous pensons que, dans certains cas, le refroidissement liquide devrait progressivement remplacer le refroidissement par air comme principal mode de régulation de la température pour le stockage d'énergie.
| Les avantages du refroidissement liquide | |
| Faibles coûts énergétiques | Le refroidissement liquide peut utiliser de l'eau à 45 °C (113 °F) pour le refroidissement la plupart du temps. |
| Densité de puissance de refroidissement élevée | Le refroidissement par air des armoires de plus de 20 kW réduit considérablement l'effet du refroidissement liquide et de l'immersion au niveau des puces. |
| faible consommation d'eau | Le refroidissement par évaporation peut être éliminé ou considérablement réduit. |
| Adaptation aux environnements difficiles | Le refroidissement liquide immergé ne nécessite aucun flux d'air et est isolé de l'environnement extérieur. |
| faible niveau sonore | Le refroidissement liquide au niveau de la puce ne nécessite qu'un faible débit d'air. |
| Dissipation thermique uniforme | Bonne dissipation thermique moyenne pour le stockage d'énergie et les batteries de puissance. |
| Consommation d'énergie nettement inférieure | La consommation électrique globale est faible ; dans les mêmes conditions de capacité de réfrigération, elle n'est inférieure qu'à celle des unités refroidies par air. |
| Les effets à l'année sont durables | Moins sensible aux aléas climatiques, moins de volatilité saisonnière |
L'ampleur du marché du refroidissement liquide
La technologie du refroidissement liquide a été reconnue par certaines entreprises utilisatrices finales en aval.
En août 2023, Longyuan Power Group a publié le deuxième lot d'avis d'appel d'offres-cadre pour des systèmes de refroidissement liquide et des cabines intégrées de convertisseurs-surpresseurs pré-assemblées destinées aux centrales de stockage d'énergie en 2023, l'estimation de l'acquisition de systèmes de stockage d'énergie à refroidissement liquide étant de 600 MW/1200 MWh ; National Energy Group a publié le deuxième lot d'avis d'appel d'offres-cadre pour des équipements de stockage d'énergie en 2023, et la quantité totale de systèmes de batteries à refroidissement liquide destinés aux centrales de stockage d'énergie était de 600 MW/1200 MWh.
Depuis 2022, les fabricants concernés ont lancé intensivement des systèmes de stockage d'énergie refroidis par liquide, et la gamme de produits refroidis par liquide n'a cessé de s'élargir.
En mai 2022, Sunny Power a lancé PowerTitan pour les grandes centrales électriques au sol et PowerStack pour le stockage d'énergie commercial et industriel, les deux utilisant des systèmes refroidis par liquide.
Dans le projet annoncé par GCL EnerD, le pack de batteries refroidi par liquide utilise des cellules lithium-fer-phosphate, offrant une durée de vie maximale de 15 000 cycles. Il intègre un système de tuyauterie refroidi par liquide, maintenant un écart de température inférieur à 3 °C. Les armoires de stockage d'énergie refroidies par liquide sont disponibles en deux gammes principales : 100 kW et 200 kW. Elles répondent aux besoins de tous types de centrales électriques industrielles, commerciales et industrielles, de toutes tailles et configurations. Leur conception préfabriquée permet de réduire les coûts et les délais d'installation et de mise en service sur site.
| Nouveau produit de stockage d'énergie par refroidissement liquide en 2022 | ||||
| Non. | Entreprise | Nom du produit | Caractéristiques | Application |
| système de stockage d'énergie conteneurisé | ||||
| 1 | Kelong | Système de stockage d'énergie refroidi par liquide Kelong S | Intégrant une batterie de stockage d'énergie de 1500 V, un tableau de bord, un système de refroidissement liquide, un système de protection et un système de gestion intelligent. Sûr, intelligent et simple. | Côté production d'énergie nouvelle, côté réseau, côté utilisateur |
| 2 | Sungrow | PowerTitan | Solution de stockage d'énergie refroidie par liquide | Grande centrale électrique au sol |
| 3 | Chineztt | Système de refroidissement liquide MUSE1.0 nouvelle génération | Batteries au phosphate de fer avec construction à revêtement céramique, dopage aux oligo-éléments et égalisation BMS, cadre en aluminium avec modules structurels pré-violet : compartiment de batterie IP67 avec système de protection incendie indépendant, surveillance du niveau PACK et conception de pulvérisation au niveau du cluster, plaque de refroidissement liquide en forme de U et conception de tuyauterie professionnelle. | / |
| 4 | Sermatec | Système de stockage d'énergie conteneurisé refroidi par liquide Serlattice | Conception de gestion thermique par refroidissement liquide avec une densité d'intégration système élevée. Protection incendie au niveau du pack : système d'alarme incendie local. | stockage d'énergie commercial et industriel |
| 5 | Hyperstrong | Système de stockage d'énergie par batterie à semi-conducteurs à sécurité intrinsèque et refroidissement liquide HyperSafe Series | Elle utilise une batterie à l'état solide au phosphate de fer de 280 Ah ; elle met en œuvre une garantie technique dans quatre dimensions : sécurité de la batterie, sécurité d'intégration, sécurité policière et sécurité active, afin d'assurer la sécurité de l'ensemble du système. | / |
| 6 | Zhougu | Système de stockage d'énergie pour conteneurs bruts CX-1000 | Avec un niveau de protection IP54 ; une protection contre la corrosion C4-5, une conception modulaire et hautement intégrée du système de lutte contre l'incendie à plusieurs étages et une solution de montage de cabine préfabriquée. | / |
| 7 | Naradapower | Système de stockage d'énergie à refroidissement liquide CenterL de nouvelle génération | Système à refroidissement liquide, équipé de batteries au phosphate de fer de 280 Ah, plateforme système 1500 V à haut rendement et intégration pour une sécurité optimale et une longue durée de vie, quatre avantages majeurs en termes de consommation d'énergie (LCOS). | / |
| 8 | Veille | Système de stockage d'énergie à refroidissement liquide Eve 1500V | Grâce à une protection complète, un contrôle précis de la température, une configuration flexible et un rendement élevé, quatre atouts majeurs, la prise en charge d'une plateforme de tension DC 1500 V permet un déploiement et une mise en réseau rapides. | / |
| 9 | Ipotisedge | Système de stockage d'énergie intelligent refroidi par liquide de 1500 V | Installation sans installation requise, conception à refroidissement liquide, double protection incendie, cloud intelligent, analyse en temps réel, durée de vie de dix ans, exploitation et maintenance à vie | Intégration des énergies renouvelables au réseau, services auxiliaires du réseau, transport et distribution d'électricité, réseaux distribués et micro-réseaux |
| 10 | Chintpower | Nouvelle génération Système de stockage d'énergie PowerBlock | Module de batterie de stockage d'énergie hautement intégré, boîtier haute tension, système de contrôle de la température, système d'alerte précoce incendie, système de distribution d'énergie, etc. | centrales de stockage d'énergie à grande échelle |
| 11 | Trinasolaire | Armoires de stockage d'énergie à refroidissement liquide TrinaStorageEle menta | Avec quatre avantages majeurs : « un rapport coût-efficacité optimal, une sécurité maximale, un fonctionnement intelligent et une maintenance pratique et flexible ». | / |
| 12 | Hithium | conteneur à refroidissement liquide de nouvelle génération | Adopter une technologie de refroidissement latéral, optimiser la distribution de température du système grâce à une conception de système de gestion thermique à diamètre variable et à plusieurs étages ; conception de protection électrique multiple ; sécurité du système grâce à une conception de système de décompression et d’extinction d’incendie par canal d’échappement | Côté réseau, côté puissance |
| 13 | Groupe Shuangdeng | Système de stockage d'énergie à refroidissement liquide Shuangdeng PowerBank | Système de lutte contre l'incendie multidimensionnel et conception pré-assemblée du système complet avec technologie de refroidissement liquide | centrales de stockage d'énergie à grande échelle |
| Armoire de stockage d'énergie tout-en-un | ||||
| 1 | Sungrow | PowerStack | Solution de stockage d'énergie refroidie par liquide pour une « triple intégration énergétique » | centrales électriques commerciales et industrielles |
| 2 | Téplore | Système de stockage d'énergie distribué Tensorpack™ | Adoptant un concept de conception hautement intégré, l'armoire intègre en un seul élément la batterie, le système de gestion de batterie (BMS), le système de gestion de l'énergie (EMS), le système de gestion thermique, le convertisseur bidirectionnel CC/CA et le système de lutte contre l'incendie. | Scénarios industriels et commerciaux tels que parcs d'usines, stations de recharge, bâtiments commerciaux, centres de données, etc. |
| 3
| Sermatec | Armoires extérieures intégrées refroidies par liquide | Système PCS hautement intégré, batterie, refroidisseur liquide, distribution d'énergie et système de protection incendie : large plage de tension d'entrée, prise en charge maximale de 4 unités en parallèle : architecture BMS à 3 couches, écran LCD numérique, équipé d'un EMS intelligent, pour réaliser l'acquisition et la surveillance des données des équipements associés. | / |
| 4 | Sinexcel | Armoire extérieure pour le rangement des batteries | Ce système s'adresse aux petits utilisateurs industriels et commerciaux et utilise un émetteur de stockage d'énergie de 30 kW comme élément central. Il prend en charge plusieurs armoires en parallèle, afin de répondre aux besoins en mégawatts des moyennes et grandes communautés industrielles et commerciales, des îles et autres sites, qu'ils soient raccordés au réseau, hors réseau ou en zone de faible puissance. Sa conception intégrée tout-en-un permet une installation simple et rapide. | petits utilisateurs commerciaux et industriels |
| 5 | Hyperstrong | Nouvelle génération d'armoires de stockage à refroidissement liquide de la série HyperSafe pour batteries à semi-conducteurs intrinsèquement sûres. | Utilise une batterie à l'état solide au phosphate de fer potassique de 280 Ah ; met en œuvre des mesures de sécurité techniques dans les quatre dimensions de la sécurité de la batterie, de la sécurité de la production, de la sécurité de la gestion et de la sécurité active pour assurer la sécurité de l'ensemble du système. | stockage d'énergie domestique, centrales de stockage d'énergie, stockage d'énergie commercial et industriel |
| 6 | JD Energy | Bloc d'alimentation eBlock372, refroidisseur liquide modulaire côté réseau 1500 V | Conception tout-en-un : batterie, BMS, convertisseur de puissance haute performance, système de sécurité et système de gestion thermique sont intégrés dans une seule armoire extérieure standardisée, formant un système de stockage d'énergie intégré et prêt à l'emploi pour les centrales électriques industrielles et commerciales. | côté réseau source |
| 7 | Côté client commercial et industriel Bloc d'énergie 1000V eBlock200 | / | côté utilisateur commercial et industriel | |
| Système de stockage d'énergie en cascade haute tension | ||||
| 1 | Technologie Jinpan | Refroidissement entièrement liquide Stockage en cascade haute tension 35 kV/12,5 MW/25 MWh | Aucun transformateur requis, accès direct à la haute tension supérieure à 6 kV. Réseau : utilisant une technologie d'égalisation active des batteries, une technologie de stockage d'énergie en cascade haute tension et une technologie de gestion thermique par refroidissement entièrement liquide. | Côté production, côté réseau, côté utilisateurs industriels et commerciaux |
| 2 | Zhiguang | Système de stockage d'énergie haute tension de grande capacité, de type cascade, à montage direct, 35 kV | Développée conjointement par Zhiguang Energy Storage, Huaneng Qingneng Energy Academy et l'Université Jiaotong de Shanghai, elle convient à la construction de nouvelles centrales de stockage d'énergie et de centrales de stockage d'énergie électrochimique à grande échelle de niveau GW. | centrales de stockage d'énergie à grande échelle |
À l'heure actuelle, la plupart des fabricants nationaux et internationaux de systèmes de stockage d'énergie intégrés ont lancé des équipements de stockage d'énergie basés sur la technologie de gestion thermique par refroidissement liquide. Depuis le second semestre de l'année dernière, de nombreux projets ont progressivement déployé des applications variées, certains fabricants abandonnant même les produits de stockage d'énergie refroidis par air pour se concentrer exclusivement sur la technologie de refroidissement liquide. Par conséquent, comparé aux systèmes refroidis par air, le système refroidi par liquide, dont la technologie et les applications continuent de mûrir, est mieux à même de répondre aux besoins urgents du marché en matière de capacité et de densité énergétique des systèmes de stockage d'énergie. Ses avantages, tels qu'une densité énergétique élevée, un faible encombrement, une faible consommation d'énergie auxiliaire et un contrôle précis de la température, susciteront un intérêt croissant.
| entreprises d'équipements de contrôle de température pour le stockage d'énergie | |||
| Entreprise | Principaux clients et processus | Produit principal | routine technique |
| Envicool | CATL, BYD, Narada Power, KeLu Electronics, PingGao Group, Sunshine Power, Hyperstrong, ainsi que les climatiseurs d'extérieur à puissance étendue de la série MC, les principaux intégrateurs de systèmes et fabricants de batteries de la série MC ; en 2021, le chiffre d'affaires des climatiseurs à stockage d'énergie et des refroidisseurs à stockage d'énergie de la série EMW s'est élevé à 337 millions de yuans. | Intégrateurs de systèmes et fabricants de batteries grand public de la série C ; climatiseur à stockage d’énergie 2021, refroidisseur à stockage d’énergie série EMW | Refroidissement par air, refroidissement par liquide |
| Shenling | Réseau électrique d'État, etc. | Climatiseur de toiture intégré, climatiseur de pièce à colonne divisée, climatiseur intégré encastré, climatiseur de précision split monté sur pièce | Refroidissement par air |
| Tongfei | En 2020, la société a commencé à développer le domaine du contrôle de la température pour le stockage de l'énergie et a élargi sa clientèle pour inclure Sunny Power, Kelong, Trinasolar, etc. | Systèmes à refroidissement liquide, climatiseurs industriels de toiture, climatiseurs industriels intégrés, climatiseurs industriels split, climatiseurs muraux | Refroidissement par air, refroidissement par liquide |
| Gaolan | Nos principaux clients sont des fabricants de systèmes intégrés de batteries et des usines de batteries, et nous avons déjà entamé une coopération avec Ningde Times. | Basé sur les produits de refroidissement liquide pour le stockage d'énergie à armoire unique de batteries au lithium, les systèmes de refroidissement liquide pour centrales électriques de stockage d'énergie à grande échelle, les produits de refroidissement liquide pour le stockage d'énergie en cabine préfabriquée, etc. | Refroidissement liquide |
| Songzhi | Elle a intégré le système de fournisseurs de Ningde Times, Vision Energy et d'autres clients, avec deux produits entrés en phase de production de masse et plusieurs autres en cours de développement. | Système de gestion thermique à refroidissement liquide pour le stockage d'énergie (deux produits en production de masse, plusieurs en développement) | Refroidissement par air, refroidissement par liquide |
| Aotecar | Les livraisons à Ningde Times débuteront en 2020 et la production du premier lot de systèmes de gestion thermique à refroidissement liquide pour le stockage d'énergie commencera en 2021. | Système de stockage d'énergie par liquide de refroidissement et de gestion thermique | Refroidissement par air, refroidissement par liquide |
Le potentiel de l'énergie de refroidissement liquide dans le futur
En termes de coûts, selon les études pertinentes, la consommation énergétique des systèmes de refroidissement liquide est généralement bien inférieure à celle des systèmes à air, pour un même effet de refroidissement. Par conséquent, malgré un coût d'investissement initial plus élevé, le coût global d'un système de refroidissement liquide sur l'ensemble de son cycle de vie peut s'avérer inférieur à celui d'un système à air. En conclusion, nous pensons que, dans certains cas, le refroidissement liquide devrait progressivement remplacer le refroidissement par air comme principal mode de régulation de la température pour le stockage d'énergie.
Malgré cela, les systèmes de refroidissement liquide présentent encore certains défis en matière de fiabilité. Auparavant, leur application dans le domaine du contrôle de la température du stockage d'énergie était relativement limitée, et leur maturité technologique reste inférieure à celle du refroidissement par air, notamment en termes de stabilité et de fiabilité de fonctionnement. Plus précisément, la tuyauterie des systèmes de refroidissement liquide est sujette à la corrosion et aux dépôts, ce qui peut entraîner des obstructions ou des fuites de fluide caloporteur. Par ailleurs, l'eau, le glycol, l'huile de silicone et d'autres fluides caloporteurs courants peuvent endommager la batterie ou provoquer des courts-circuits, engendrant ainsi des risques pour la sécurité des centrales de stockage d'énergie.
De plus, la durée de vie nominale d'un système de stockage d'énergie atteint généralement 15 ans, tandis que celle des pompes et vannes du système de refroidissement liquide est souvent d'environ 7 ans, créant ainsi un décalage. Par conséquent, il est fort probable que le système de refroidissement liquide doive être mis hors service pour maintenance ou remplacement de composants, ce qui impacte la rentabilité du projet. Bien entendu, grâce aux progrès technologiques en matière de refroidissement liquide, nous pensons que ces problèmes seront progressivement résolus et que le refroidissement liquide restera la solution privilégiée pour le contrôle de la température dans le stockage d'énergie.
