에너지 저장 시스템은 다수의 배터리, 대용량 및 고밀도 배터리 배치, 복잡하고 가변적인 작동 조건으로 인해 배터리 간 온도 분포 불균형 및 큰 온도차와 같은 문제를 야기할 수 있습니다. 이러한 문제는 배터리 성능 저하, 용량 감소, 수명 단축으로 이어져 시스템 전체 성능에 영향을 미치고, 심각한 경우 열폭주 및 안전사고를 초래할 수 있습니다. 에너지 저장 시스템의 대규모화, 중장기 사이클, 높은 내성 및 안전성 확보를 위해 액체 냉각 기술은 에너지 저장 열 관리 분야에서 널리 사용되는 기술입니다.
현재 시장에서 주류를 이루는 열 관리 방식은 다음과 같습니다.
공랭식
공랭식은 공기를 냉각 매체로 사용하고 대류 열전달을 통해 배터리 온도를 낮추는 냉각 방식으로, 산업용 냉장, 통신 기지국 및 데이터 센터의 온도 제어 시나리오에서 널리 사용되며 기술 성숙도와 신뢰성이 비교적 높습니다.
액체 냉각
액체 냉각은 액체를 냉매로 사용하여 데이터 센터 내 IT 장비 내부 부품에서 발생하는 열을 장비 외부로 전달하는 방식입니다. 공랭식 냉각 방식과 비교했을 때, 액체 냉각 시스템은 구조가 더욱 복잡하면서도 소형이며, 넓은 면적의 방열 채널을 설치할 필요가 없어 상대적으로 적은 공간을 차지합니다.
히트파이프 냉각
히트 파이프 냉각은 튜브 내부에 있는 냉각 매체의 상변화를 이용하여 열 전달을 구현하는 방식으로, 높은 방열 효율, 안전성 및 신뢰성 등의 장점을 가지고 있지만, 비용이 높고 에너지 저장 장치와 같은 대용량 배터리 시스템에서의 실용화는 상대적으로 미미한 수준입니다.
| 세 가지 주요 열 관리 기술 루틴 비교 | |||
| 특성 | 공랭식 | 액체 냉각 | 상변화 쿠잉 |
| 냉각 매체 | 공기 | 액체 | 상변화 물질 |
| 연락 방법 | 곧장 | 간접적으로 | 곧장 |
| 설계 | 쉬운 | 복잡한 | 쉬운 |
| 열전달 효율 | 낮추다 | 높음(0.5-10) | 중간 |
| 비용 | 낮추다 | 더 높은 | 중간 |
| 보호 | 요구 조건이 낮고, 달성하기 쉽습니다. | 복잡한 시스템이라 달성하기 어렵습니다. | 간단한 시스템으로 쉽게 구현할 수 있습니다. |
| 열전달 계수 | 25-100 | 1000-15000 | / |
| 온도 균일성 | 불균일성 | 일률 | 일률 |
| 수명 | 10년 이상 | 3-5년 | 재료와 관련된 |
| 설치 | 쉬운 | 어려운 | 쉬운 |
| 애플리케이션 | 배터리 에너지 밀도가 낮음, 충전 및 방전 | 높은 배터리 에너지 밀도, 충전 및 방전 | 중간 |
| 기술적 성숙도 수준 | 성숙한 | 성숙한 | 미성숙한 |
냉각재의 열전달 계수와 비열 용량이 공랭식 시스템보다 높고 고도나 기압 등의 영향을 받지 않기 때문에 액체 냉각 시스템은 공랭식 시스템보다 열 방출 능력이 뛰어나 대규모 고에너지 밀도 에너지 저장 프로젝트의 발전 추세에 더욱 적합합니다.
비용적인 측면에서 볼 때, 관련 연구에 따르면 동일한 냉각 효과를 기준으로 할 때 액체 냉각 시스템의 에너지 소비량은 일반적으로 공랭식 시스템보다 훨씬 적습니다. 따라서 액체 냉각 시스템의 초기 투자 비용은 더 높지만, 에너지 저장 시스템의 전체 수명 주기 동안의 총비용은 공랭식 시스템보다 낮을 수 있습니다. 요컨대, 특정 시나리오에서는 액체 냉각이 에너지 저장 장치의 온도 제어 방식으로서 공랭식을 점차 대체할 것으로 예상됩니다.
| 액체 냉각의 장점 | |
| 낮은 에너지 비용 | 액체 냉각은 대부분의 경우 45°C/113°F의 물을 냉각에 사용할 수 있습니다. |
| 높은 냉각 성능 밀도 | 20kW 이상의 캐비닛에 공랭식 냉각을 적용하면 칩 레벨 액체 냉각 및 침지 냉각의 효과가 크게 감소합니다. |
| 물 소비량 낮음 | 증발 냉각은 제거하거나 크게 줄일 수 있습니다. |
| 혹독한 환경에 대한 적응 | 수중 액체 냉각은 공기 흐름이 필요하지 않으며 외부 환경과 격리되어 있습니다. |
| 낮은 소음 수준 | 칩 레벨 액체 냉각에는 소량의 공기 흐름만 필요합니다. |
| 균일한 열 방출 | 에너지 저장 장치 및 전력 배터리에 적합한 우수한 평균 열 방출 성능. |
| 에너지 소비량이 현저히 감소했습니다. | 전반적인 전력 소비량은 낮으며, 동일한 냉각 용량 조건에서 공랭식 장치만큼만 낮습니다. |
| 연중 지속 가능한 효과가 나타납니다. | 날씨의 영향을 덜 받고, 계절적 변동성이 적습니다. |
액체 냉각 시장의 규모
액체 냉각 기술은 일부 최종 사용자 기업에서 인정받고 있습니다.
2023년 8월, 룽위안 파워 그룹(Longyuan Power Group)은 에너지 저장 발전소용 액체 냉각 시스템 및 사전 조립된 컨버터-부스터 통합 캐빈의 2차 프레임워크 조달 공고를 발표했으며, 액체 냉각 에너지 저장 시스템의 조달 예상 규모는 600MW/1200MWh였습니다. 또한, 국가에너지그룹(National Energy Group)은 에너지 저장 장비의 2차 프레임워크 조달 입찰 공고를 발표했으며, 에너지 저장 발전소용 액체 냉각 배터리 시스템의 총 규모는 600MW/1200MWh였습니다.
그리고 2022년 이후 관련 제조업체들이 액체 냉각 에너지 저장 시스템을 집중적으로 출시하면서 액체 냉각 제품의 종류가 점점 더 다양해지고 있습니다.
써니파워는 2022년 5월 대형 지상 발전소용 파워타이탄과 상업 및 산업용 에너지 저장 장치인 파워스택을 출시했는데, 두 제품 모두 액체 냉각 시스템을 사용합니다.
GCL EnerD가 양산 예정인 이 프로젝트에서 액체 냉각식 배터리 팩은 최대 15,000회 충방전 수명을 자랑하는 리튬인산철 배터리 셀을 채택하고, 동시에 3°C 미만의 온도 차이를 유지하는 일체형 액체 냉각 배관 설계를 적용했습니다. 일체형 액체 냉각 에너지 저장 캐비닛은 100kW와 200kW의 두 가지 주요 제품 시리즈로 구성되어 있으며, 다양한 규모와 조합의 산업, 상업 및 상업용 발전소의 수요를 충족할 수 있습니다. 또한, 사전 제작 방식을 채택하여 현장 설치 및 시운전에 소요되는 시간과 비용을 절감할 수 있습니다.
| 2022년 신제품 액체 냉각 에너지 저장 제품 출시 | ||||
| 아니요. | 기업 | 제품명 | 특성 | 애플리케이션 |
| 컨테이너 에너지 저장 시스템 | ||||
| 1 | 켈롱 | 켈롱 S 액체 냉각 에너지 저장 시스템 | 1500V 에너지 저장 배터리, 계기판, 액체 냉각 시스템, 안전 보호 시스템 및 지능형 관리 시스템을 포함합니다. 안전하고 스마트하며 간편합니다. | 신에너지 발전측, 전력망측, 사용자측 |
| 2 | 성그로우 | 파워타이탄 | 액체 냉각식 에너지 저장 솔루션 | 대형 지상 발전소 |
| 3 | 중국 | 차세대 MUSE1.0 액체 냉각 시스템 | 세라믹 코팅 구조, 미량 원소 도핑 및 BMS 균등화 기능을 갖춘 인산철 배터리, 자외선 차단 구조 모듈이 적용된 알루미늄 프레임: 독립형 방화 시스템을 갖춘 IP67 등급 배터리 칸, 팩 레벨 모니터링 및 클러스터 레벨 스프레이 설계, U자형 액체 냉각판 및 전문 배관 설계. | / |
| 4 | 세르마텍 | Serlattice 액체 냉각 컨테이너형 에너지 저장 시스템 | 액체 냉각 방식의 열 관리 설계와 높은 시스템 통합 밀도, PACK급 화재 방지 기능: 로컬 안전 경보 시스템 | 상업 및 산업용 에너지 저장 |
| 5 | 하이퍼스트롱 | HyperSafe 시리즈 본질 안전형 고체 배터리 액체 냉각 에너지 저장 시스템 | 이 제품은 280Ah 인산철 고체 배터리를 채택하고 있으며, 배터리 안전성, 통합 안전성, 시스템 안전성, 능동 안전성의 네 가지 차원에서 기술적 보장을 구현하여 전체 시스템의 안전성을 확보합니다. | / |
| 6 | 저우구 | CX-1000 원자재 컨테이너 에너지 저장 시스템 | IP54 보호 등급, C4-5 부식 방지 기능, 모듈식 고집적 다단계 소방 시스템 설계 및 조립식 캐빈 장착 솔루션을 갖추고 있습니다. | / |
| 7 | 나라다파워 | 차세대 CenterL 액체 냉각 에너지 저장 시스템 | 액체 냉각 시스템, 280Ah 인산철 배터리 탑재, 고효율 및 최고의 안전성과 긴 수명을 통합한 1500V 시스템 플랫폼, 향상된 LCOS의 네 가지 주요 장점 | / |
| 8 | 이브 | 이브 1500V 액체 냉각 에너지 저장 시스템 | 포괄적인 보호 기능, 정확한 온도 제어, 유연한 레이아웃, 고효율의 4가지 핵심 장점을 갖추고 DC 1500V 전압 플랫폼을 지원하여 신속한 구축 및 네트워크 연결이 가능합니다. | / |
| 9 | 이포티제지 | 1500V 지능형 액체 냉각 에너지 저장 시스템 | 설치 불필요, 액체 냉각 설계, 이중 방화 시스템, 지능형 클라우드, 실시간 분석, 10년 수명, 평생 운영 및 유지 보수 | 재생에너지 계통 연계, 계통 보조 서비스, 계통 송배전, 분산형 및 마이크로그리드 |
| 10 | 친트파워 | 새로운 세대 파워블록 에너지 저장 시스템 | 고도로 통합된 에너지 저장 배터리 모듈, 고전압 박스, 온도 제어 시스템, 화재 조기 경보 시스템, 전력 분배 시스템 등 | 대규모 에너지 저장 시설 |
| 11 | 트리나솔라 | 액체 냉각 에너지 저장 캐비닛 제품 TrinaStorageEle menta | "비용 효율성, 최고의 안전성, 지능적인 작동 및 편리하고 유연한 유지보수"라는 네 가지 주요 장점을 제공합니다. | / |
| 12 | 히티움 | 차세대 액체 냉각 용기 | 측면 냉각 기술을 채택하고, 다단계 가변 직경 열 관리 시스템 설계를 통해 시스템 온도 분포를 최적화하며, 다중 전기 보호 설계를 적용하고, 배기 채널 폭발 방지 및 소화 시스템 설계를 통해 시스템 안전성을 확보했습니다. | 계통측, 전력측 |
| 13 | 솽덩 그룹 | 쌍등 파워뱅크의 새로운 액체 냉각식 에너지 저장 시스템 | 액체 냉각 기술을 적용한 다차원 화재 진압 및 전체 시스템의 사전 조립 설계 | 대규모 에너지 저장 시설 |
| 일체형 에너지 저장 장치 | ||||
| 1 | 성그로우 | 파워스택 | "삼중 전력 통합"을 위한 액체 냉각 에너지 저장 솔루션 | 상업용 및 산업용 발전소 |
| 2 | 테플로레 | TensorpackT 분산 에너지 저장 시스템 | 고도로 통합된 설계 개념을 채택한 이 캐비닛은 배터리, BMS(배터리 관리 시스템), EMS(에너지 관리 시스템), 열 관리 시스템, DC/AC 양방향 변환기 및 소방 시스템을 하나로 통합합니다. | 공장 단지, 충전소, 상업용 건물, 데이터 센터 등과 같은 산업 및 상업 환경. |
| 3
| 세르마텍 | 액체 냉각 방식의 일체형 실외 캐비닛 | 고도로 통합된 PCS, 배터리, 액체 냉각기, 전력 분배 및 화재 방지 시스템: 광범위한 전압 입력 방식, 최대 4개 병렬 장치 지원: 3계층 BMS 아키텍처, 디지털 LCD 디스플레이, 지능형 EMS 탑재로 관련 장비 데이터 수집 및 모니터링 가능. | / |
| 4 | 시넥셀 | 배터리 보관용 실외 캐비닛 | 소규모 산업 및 상업용 사용자를 위한 30kW 에너지 저장 송신기를 핵심으로 합니다. 여러 캐비닛을 병렬로 연결하여 중대형 산업 단지, 섬 지역 등 다양한 환경에서 메가와트급 전력을 공급할 수 있으며, 계통 연계, 독립형, 전력망 약화 지역 등 다양한 시나리오에 적용 가능합니다. 플러그 앤 플레이 방식의 통합 올인원 설계가 특징입니다. | 소규모 상업 및 산업 사용자 |
| 5 | 하이퍼스트롱 | 본질 안전형 고체 배터리용 차세대 HyperSafe 시리즈 액체 냉각식 보관 캐비닛 | 280Ah 인산칼륨철 고체 배터리를 사용하며, 배터리 안전, 발전 안전, 관리 안전, 능동 안전의 네 가지 차원에서 기술적 안전장치를 구현하여 시스템 전체의 안전을 확보합니다. | 가정용 에너지 저장, 에너지 저장 발전소, 상업용 및 산업용 에너지 저장 |
| 6 | JD-에너지 | 모듈형 액체 냉각기 전원 그리드 측 1500V 에너지 블록 eBlock372 | 배터리, BMS, 고성능 PCS, 안전 시스템, 열 관리 시스템을 하나의 표준화된 옥외 캐비닛에 통합한 올인원 설계로, 산업 및 상업용 발전소에 적합한 플러그 앤 플레이 방식의 에너지 저장 시스템 통합 제품을 제공합니다. | 소스 네트워크 측 |
| 7 | 상업 및 산업 고객 측 1000V 에너지 블록 제품 eBlock200 | / | 상업 및 산업 사용자 측 | |
| 고전압 캐스케이드 에너지 저장 시스템 | ||||
| 1 | 진판 테크놀로지 | 완전 액체 냉각 35kV/12.5MW/25MWh 고전압 캐스케이드 에너지 저장 시스템 | 변압기가 필요 없으며, 6kV 이상의 고전압에 직접 접근할 수 있습니다. 전력망: 배터리 능동 균등화 기술, 고전압 계단식 에너지 저장 기술 및 완전 액체 냉각 열 관리 기술을 사용합니다. | 발전측, 전력망측, 산업 및 상업 사용자측 |
| 2 | 지광 | 캐스케이드형 35kV 고전압 직접 설치형 대용량 에너지 저장 시스템 | 지광에너지저장회사, 화넝칭넝에너지학원, 상하이교통대학교가 공동 개발한 이 시스템은 신형 에너지저장 발전소 및 GW급 대형 전기화학 에너지저장 발전소 건설에 적합합니다. | 대규모 에너지 저장 시설 |
현재 국내외 주요 에너지 저장 통합 제조업체들은 액체 냉각 열 관리 기술 기반 에너지 저장 장비를 기본적으로 출시했으며, 지난해 하반기부터 많은 프로젝트에서 점차 광범위하게 적용되고 있습니다. 일부 제조업체는 공랭식 에너지 저장 제품 생산을 중단하고 액체 냉각 기술 개발에 총력을 기울이고 있습니다. 따라서 공랭식 시스템에 비해 액체 냉각 시스템 기술과 적용 시나리오가 더욱 성숙해짐에 따라, 에너지 저장 시스템의 규모와 에너지 밀도 증가에 대한 시장의 요구를 더욱 효과적으로 충족할 수 있을 것으로 예상됩니다. 높은 에너지 밀도, 작은 설치 공간, 낮은 보조 에너지 소비, 정밀한 온도 제어 등의 장점을 통해 액체 냉각 시스템은 더욱 주목받을 것입니다.
| 에너지 저장 온도 제어 장비 회사들 | |||
| 기업 | 주요 고객 및 프로세스 | 주요 제품 | 기술적 루틴 |
| 엔비쿨 | CATL, BYD, Narada Power, KeLu Electronics, PingGao Group, Sunshine Power, Hyberstrong을 비롯한 해외 MC 시리즈 실외형 에어컨, 주요 시스템 통합업체 및 배터리 제조업체의 MC 시리즈 제품, 그리고 2021년 에너지 저장식 에어컨, EMW 시리즈 에너지 저장식 칠러 온도 제어 사업 부문의 매출은 3억 3,700만 위안에 달했습니다. | C 시리즈 주류 시스템 통합업체 및 배터리 제조업체; 2021년 에너지 저장식 에어컨, EMW 시리즈 에너지 저장식 칠러 | 공랭식, 수랭식 |
| 센링 | 스테이트 그리드 등 | 일체형 지붕 설치형 에어컨, 분리형 기둥형 실내 에어컨, 일체형 매립형 에어컨, 실내 설치형 분리형 정밀 에어컨 | 공랭식 |
| 통페이 | 2020년, 이 회사는 에너지 저장 장치의 온도 제어 분야를 개척하기 시작했으며, 고객층을 써니파워, 켈롱, 트라이나솔라 등으로 확대했습니다. | 액체 냉각 시스템, 지붕 설치형 산업용 에어컨, 일체형 산업용 에어컨, 분리형 산업용 에어컨, 벽걸이형 에어컨 | 공랭식, 수랭식 |
| 고란 | 저희 주요 고객은 분산형 배터리 통합 제조업체와 배터리 공장이며, 닝더 타임즈와도 이미 협력 관계를 시작했습니다. | 리튬 배터리 단일 캐비닛 에너지 저장 장치 액체 냉각 제품, 대규모 에너지 저장 발전소 액체 냉각 시스템, 조립식 캐빈 에너지 저장 장치 액체 냉각 제품 등을 기반으로 합니다. | 액체 냉각 |
| 송지 | 이 회사는 닝더 타임스, 비전 에너지 등 고객사의 공급망에 합류했으며, 두 가지 제품이 양산 단계에 진입했고 여러 제품이 개발 중에 있습니다. | 에너지 저장 장치용 액체 냉각식 열 관리 시스템 (양산 중인 제품 2개, 개발 중인 제품 다수) | 공랭식, 수랭식 |
| 아오테카르 | 닝더 타임스에 대한 공급은 2020년에 시작될 예정이며, 에너지 저장용 액체 냉각 열 관리 시스템의 하한 생산은 2021년에 시작될 것입니다. | 에너지 저장 액체 냉각 및 열 관리 시스템 | 공랭식, 수랭식 |
액체 냉각 에너지의 미래 잠재력
관련 연구에 따르면, 비용 측면에서 액체 냉각 시스템은 동일한 냉각 효과를 낼 경우 공랭식 시스템보다 에너지 소비량이 훨씬 적습니다. 따라서 액체 냉각 시스템의 초기 투자 비용은 높지만, 에너지 저장 시스템의 전체 수명 주기 동안의 총비용은 공랭식 시스템보다 낮을 수 있습니다. 요컨대, 특정 시나리오에서는 액체 냉각이 에너지 저장 장치의 온도 제어 방식으로서 공랭식을 점차 대체할 것으로 예상됩니다.
그럼에도 불구하고 액체 냉각 시스템은 신뢰성 측면에서 여전히 몇 가지 과제에 직면해 있습니다. 이전에는 에너지 저장 장치의 온도 제어 분야에서 액체 냉각 기술의 적용이 상대적으로 미미했으며, 특히 작동 안정성과 신뢰성 측면에서 공랭식에 비해 기술 성숙도가 여전히 낮았습니다. 구체적으로, 액체 냉각 시스템 배관은 부식 및 침전이 발생하기 쉬워 냉각수 막힘이나 누출을 초래할 수 있으며, 물, 글리콜, 실리콘 오일 등 일반적으로 사용되는 냉각수는 배터리를 손상시키거나 시스템 단락을 일으켜 에너지 저장 발전소의 안전 위험을 초래할 수 있습니다.
또한, 에너지 저장 시스템의 설계 수명은 일반적으로 15년에 이르지만, 액체 냉각 시스템 내부의 펌프와 밸브의 수명은 대개 7년 정도에 불과하여 두 수명 간에 상당한 차이가 발생합니다. 따라서 에너지 저장 프로젝트 운영 중 액체 냉각 시스템을 가동 중지하고 유지 보수 또는 부품 교체를 해야 할 가능성이 매우 높으며, 이는 프로젝트의 경제성에 부정적인 영향을 미칩니다. 물론 액체 냉각 기술의 발전과 함께 이러한 문제들은 점차 해결될 것으로 기대되며, 액체 냉각은 향후 에너지 저장 장치 온도 제어의 주요 발전 추세가 될 것으로 예상됩니다.
