Het grote aantal batterijen in een energieopslagsysteem, de grote capaciteit en het hoge vermogen, de dichte opstelling van de batterijen en de complexe en variabele bedrijfsomstandigheden maken het systeem gevoelig voor problemen zoals een ongelijke temperatuurverdeling en grote temperatuurverschillen tussen de batterijen. Dit leidt tot prestatievermindering van de batterijen, capaciteitsverlies en een kortere levensduur, wat de prestaties van het hele systeem beïnvloedt en in ernstige gevallen kan leiden tot thermische oververhitting en veiligheidsincidenten. Om grootschalige energieopslag met een middellange tot lange levensduur, hoge tolerantie en hoge veiligheidsprestaties te realiseren, is vloeistofkoelingstechnologie een populaire methode geworden voor thermisch beheer van energieopslagsystemen.
De gangbare methoden voor thermisch beheer die momenteel op de markt verkrijgbaar zijn, worden hieronder weergegeven.
Luchtkoeling
Luchtkoeling is een koelmethode waarbij lucht als koud medium wordt gebruikt en warmteoverdracht door convectie plaatsvindt om de temperatuur van de batterij te verlagen. Deze methode wordt veel toegepast in industriële koeling, telecommunicatiebasisstations en temperatuurregeling in datacenters en kent een relatief hoge technische volwassenheid en betrouwbaarheid.
Vloeistofkoeling
Vloeistofkoeling maakt gebruik van een vloeistof als koelmiddel om de warmte die door de interne componenten van de IT-apparatuur in het datacenter wordt gegenereerd, naar de buitenkant van de apparatuur af te voeren. In vergelijking met luchtkoeling is de structuur van een vloeistofkoelsysteem complexer en compacter. Bovendien vereist het geen grote hoeveelheid warmteafvoerkanalen, waardoor het relatief weinig ruimte inneemt.
Koeling met warmtebuizen
Warmtebuiskoeling is gebaseerd op de faseovergang van het koelmedium in de buis om warmteoverdracht te realiseren. Dit resulteert in een hoge warmteafvoerefficiëntie, veiligheid en betrouwbaarheid, maar de kosten zijn ook hoog en de praktische toepassing ervan in grootschalige batterijsystemen, zoals energieopslag, is relatief beperkt.
| Vergelijking van drie belangrijke technische procedures voor warmtebeheer | |||
| Kenmerkend | Luchtkoeling | Vloeistofkoeling | faseverandering koken |
| Koelmedium | Lucht | Vloeistof | faseveranderingsmateriaal |
| Contactmethode | Direct | Indirect | Direct |
| Ontwerp | Eenvoudig | Complex | Eenvoudig |
| Warmteoverdrachtsefficiëntie | Lager | Hoger (0,5-10) | Medium |
| Kosten | Lager | Hoger | Medium |
| Bescherming | Lage eisen, makkelijk te bereiken | Complex systeem, moeilijk te realiseren | Eenvoudig systeem, makkelijk te realiseren. |
| Warmteoverdrachtscoëfficiënt | 25-100 | 1000-15.000 | / |
| Temperatuuruniformiteit | Niet-uniformiteit | Uniformiteit | Uniformiteit |
| Levensduur | ≥10 jaar | 3-5 jaar | Gerelateerd aan materialen |
| Installatie | Eenvoudig | Moeilijk | Eenvoudig |
| Sollicitatie | Lage energiedichtheid van de batterij, opladen en ontladen | Hoge energiedichtheid van de batterij, snel opladen en ontladen. | Medium |
| Technisch volwassenheidsniveau | Volwassen | Volwassen | Onvolwassen |
Door de hogere warmteoverdrachtscoëfficiënt en soortelijke warmtecapaciteit van het koelmiddel, en het feit dat het niet wordt beïnvloed door factoren zoals hoogte en luchtdruk, heeft een vloeistofkoelsysteem een sterker warmteafvoerend vermogen dan een luchtgekoeld systeem. Dit maakt het beter geschikt voor de ontwikkelingstrend van grootschalige energieopslagprojecten met een hoge energiedichtheid.
Vanuit kostenoogpunt blijkt uit relevant onderzoek dat het energieverbruik van een vloeistofkoelsysteem bij hetzelfde koeleffect doorgaans veel lager is dan dat van een luchtkoelsysteem. Hoewel de initiële investeringskosten van een vloeistofkoelsysteem hoger zijn, kunnen de totale kosten gedurende de gehele levenscyclus van het energieopslagsysteem lager uitvallen dan die van een luchtkoelsysteem. Kortom, wij zijn van mening dat vloeistofkoeling in bepaalde scenario's geleidelijk de luchtkoeling zal vervangen als de belangrijkste vorm van temperatuurregeling voor energieopslag.
| De voordelen van vloeistofkoeling | |
| Lage energiekosten | Vloeistofkoeling kan meestal gebruikmaken van water van 45 °C/113 °F voor koeling. |
| Hoge koelvermogensdichtheid | Luchtkoeling voor kasten van meer dan 20 kW vermindert het effect van vloeistofkoeling en onderdompeling op chipniveau aanzienlijk. |
| Laag waterverbruik | Verdampingskoeling kan worden geëlimineerd of aanzienlijk verminderd. |
| Aanpassing aan barre omstandigheden | Ondergedompelde vloeistofkoeling vereist geen luchtstroom en is afgesloten van de externe omgeving. |
| Laag geluidsniveau | Vloeistofkoeling op chipniveau vereist slechts een kleine hoeveelheid luchtstroom. |
| Gelijkmatige warmteafvoer | Goede gemiddelde warmteafvoer voor energieopslag en accu's. |
| Aanzienlijk lager energieverbruik | Het totale stroomverbruik is laag; bij dezelfde koelcapaciteit is het stroomverbruik slechts even laag als dat van luchtgekoelde units. |
| De effecten zijn het hele jaar door duurzaam. | Minder beïnvloed door het weer, minder seizoensgebonden schommelingen. |
De omvang van de markt voor vloeistofkoeling
Vloeistofkoelingstechnologie wordt door sommige eindgebruikers erkend.
In augustus 2023 publiceerde Longyuan Power Group de tweede aanbestedingsronde voor vloeistofkoelsystemen en voorgeassembleerde converter-booster-integratiecabines voor energieopslagcentrales in 2023. De geschatte omvang van de aanbesteding voor vloeistofkoelsystemen bedroeg 600 MW/1200 MWh. National Energy Group publiceerde eveneens de tweede aanbestedingsronde voor energieopslagapparatuur in 2023, waarbij de totale omvang van de aanbesteding voor vloeistofkoelsystemen voor energieopslagcentrales 600 MW/1200 MWh bedroeg.
Sinds 2022 hebben relevante fabrikanten op grote schaal vloeistofgekoelde energieopslagsystemen op de markt gebracht, waardoor het aanbod aan vloeistofgekoelde producten is toegenomen.
In mei 2022 lanceerde Sunny Power PowerTitan voor grote grondgebonden energiecentrales en PowerStack voor commerciële en industriële energieopslag, die beide gebruikmaken van vloeistofgekoelde systemen.
In het project dat GCL EnerD heeft aangekondigd in productie te nemen, maakt het vloeistofgekoelde accupakket gebruik van lithium-ijzerfosfaatcellen met een maximale levensduur van 15.000 laadcycli. Tegelijkertijd is er een geïntegreerd vloeistofgekoeld leidingsysteem toegepast, waardoor het temperatuurverschil minder dan 3 °C bedraagt. De geïntegreerde vloeistofgekoelde energieopslagkasten zijn onderverdeeld in twee hoofdseries, namelijk 100 kW en 200 kW, die kunnen voldoen aan de vraag van allerlei industriële, commerciële en energiecentrales van verschillende groottes en in elke gewenste configuratie. De geprefabriceerde vorm reduceert de tijd en kosten van installatie en inbedrijfstelling op locatie.
| Nieuw product voor energieopslag met vloeistofkoeling in 2022. | ||||
| Nee. | Onderneming | Productnaam | Kenmerkend | Sollicitatie |
| Container-energieopslagsysteem | ||||
| 1 | Kelong | Kelong S vloeistofgekoeld energieopslagsysteem | Inclusief 1500V energieopslagbatterij, cluster, vloeistofkoelsysteem, veiligheidsbeschermingssysteem en intelligent beheersysteem. Veilig, slim en eenvoudig. | Nieuwe energieopwekking, netbeheer en gebruikerskant |
| 2 | Sungro | PowerTitan | Vloeistofgekoelde energieopslagoplossing | Groot grondenergiecentrale |
| 3 | Chinaztt | Nieuwe generatie MUSE1.0 vloeistofkoelsysteem | IJzerfosfaatbatterijen met keramische coating, toevoeging van sporenelementen en BMS-egalisatie, aluminium frame met voorbehandeling van de constructie: IP67-gecertificeerd batterijcompartiment met onafhankelijk brandbeveiligingssysteem, PACK-niveaubewaking en cluster-niveau-sproeisysteem, U-vormige vloeistofkoelplaat en professioneel leidingontwerp. | / |
| 4 | Sermatec | Serlattice vloeistofgekoeld container-energieopslagsysteem | Vloeistofgekoeld thermisch beheersysteem met hoge systeemintegratiedichtheid. Brandbeveiliging op pakketniveau: lokaal veiligheidswaarschuwingssysteem. | Commerciële en industriële energieopslag |
| 5 | Hyperstrong | HyperSafe-serie: intrinsiek veilige, vloeistofgekoelde solid-state batterij voor energieopslag. | Het maakt gebruik van een 280Ah ijzerfosfaat solid-state batterij; het biedt technische garanties op vier vlakken: batterijveiligheid, integratieveiligheid, politiebeveiliging en actieve beveiliging, om zo de veiligheid van het gehele systeem te waarborgen. | / |
| 6 | Zhougu | CX-1000 Energieopslagsysteem voor ruwe containers | Met beschermingsniveau IP54, corrosiebestendigheid C4-5, een modulair en sterk geïntegreerd ontwerp van het meertraps brandbestrijdingssysteem en een geprefabriceerde cabine-montageoplossing. | / |
| 7 | Naradapower | Nieuwe generatie CenterL vloeistofgekoeld energieopslagsysteem | Vloeistofgekoeld systeem, uitgerust met 280Ah ijzerfosfaatbatterijen, 1500V-systeemplatform met hoge efficiëntie en integratie van ultieme veiligheid en lange levensduur, betere LCOS (Load-to-System Capacity) – vier belangrijke voordelen. | / |
| 8 | Vooravond | Eve 1500V vloeistofgekoeld energieopslagsysteem | Met uitgebreide bescherming, nauwkeurige temperatuurregeling, flexibele lay-out en hoge efficiëntie biedt het bedrijf vier kernvoordelen, ondersteunt het een DC1500V-spanningsplatform, snelle implementatie en snelle netwerkverbinding. | / |
| 9 | Ipotisedge | Intelligent vloeistofgekoeld energieopslagsysteem van 1500V | Geen installatie nodig, vloeistofgekoeld ontwerp, dubbele brandbeveiliging, intelligente cloud, realtime analyse, levensduur van tien jaar, levenslange werking en onderhoud. | Integratie van hernieuwbare energie in het elektriciteitsnet, ondersteunende diensten voor het net, transmissie en distributie van energie via het net, decentrale netwerken en microgrids. |
| 10 | Chintpower | Nieuwe Generatie PowerBlock energieopslagsysteem | Sterk geïntegreerde energieopslagmodule, hoogspanningskast, temperatuurregelsysteem, brandalarm, stroomdistributiesysteem, enz. | Grootschalige energieopslaginstallaties |
| 11 | Trinasolar | Vloeistofgekoelde energieopslagkasten van TrinaStorageEle menta | Met vier belangrijke voordelen: "kosteneffectiviteit, ultieme veiligheid, intelligente bediening en onderhoud, gemak en flexibiliteit". | / |
| 12 | Hithium | Nieuwe generatie vloeistofgekoelde containers | Door gebruik te maken van zijdelingse koelingstechnologie wordt de temperatuurverdeling in het systeem geoptimaliseerd dankzij een thermisch beheersysteem met variabele diameter in meerdere fasen; er is een meervoudig elektrisch beveiligingssysteem ontworpen; de systeemveiligheid wordt gewaarborgd door een explosiebeveiligings- en brandblussysteem in het uitlaatkanaal. | Netzijde, stroomzijde |
| 13 | Shuangdeng-groep | Shuangdeng PowerBank: Nieuw vloeistofgekoeld energieopslagsysteem | Multidimensionale brandbestrijding en een voorgemonteerd ontwerp van het complete systeem met vloeistofkoelingstechnologie. | Grootschalige energieopslaginstallaties |
| Alles-in-één energieopslagkast | ||||
| 1 | Sungro | PowerStack | Vloeistofgekoelde energieopslagoplossing voor "drievoudige energie-integratie" | Commerciële en industriële energiecentrales |
| 2 | Teplore | Tensorpack™ gedistribueerd energieopslagsysteem | Dankzij een sterk geïntegreerd ontwerp combineert de kast de batterij, het batterijbeheersysteem (BMS), het energiebeheersysteem (EMS), het thermisch beheersysteem, de bidirectionele DC/AC-omvormer en het brandbestrijdingssysteem in één geheel. | Industriële en commerciële scenario's zoals fabrieksterreinen, laadstations, kantoorgebouwen, datacenters, enz. |
| 3
| Sermatec | Vloeistofgekoelde geïntegreerde buitenkasten | Sterk geïntegreerd PCS-, batterij-, vloeistofkoeler-, stroomdistributie- en brandbeveiligingssysteem: breed ingangsspanningsbereik, maximale ondersteuning voor 4 parallelle eenheden: 3-laags BMS-architectuur, gedigitaliseerd LCD-display, voorzien van intelligent EMS voor het verzamelen en bewaken van apparatuurgegevens. | / |
| 4 | Sinexcel | Batterijopbergkast voor buiten | Een energieopslagsysteem van 30 kW als kern voor kleine industriële en commerciële gebruikers. Ondersteuning voor meerdere kasten parallel geschakeld, om te voldoen aan de megawattbehoeften van middelgrote en grote industriële en commerciële gemeenschappen, eilanden en andere gebieden met netaansluiting, off-grid-situaties en zwakke netaansluitingen. Plug-and-play, geïntegreerd alles-in-één ontwerp. | Kleine commerciële en industriële gebruikers |
| 5 | Hyperstrong | Nieuwe generatie vloeistofgekoelde opslagkasten uit de HyperSafe-serie voor intrinsiek veilige solid-state batterijen. | Maakt gebruik van een 280Ah kaliumijzerfosfaat solid-state batterij; implementeert technische veiligheidsmaatregelen op vier vlakken: batterijveiligheid, energieopwekkingsveiligheid, beheersveiligheid en actieve veiligheid, om de veiligheid van het gehele systeem te waarborgen. | Energieopslag voor huishoudens, energiecentrales met opslag, energieopslag voor commerciële en industriële toepassingen. |
| 6 | Jd-energie | Modulaire vloeistofkoeler, voedingsnetzijde, 1500V energieblok eBlock372 | Alles-in-één ontwerp: de batterij, het batterijbeheersysteem (BMS), het geavanceerde PCS-systeem, het veiligheidssysteem en het thermisch beheersysteem zijn geïntegreerd in één gestandaardiseerde buitenkast, waardoor een geïntegreerd, plug-and-play energieopslagsysteem ontstaat voor industriële en commerciële energiecentrales. | bronnetwerkzijde |
| 7 | Commerciële en industriële klantzijde 1000V Energieblok Producten eBlock200 | / | Commerciële en industriële gebruikerszijde | |
| Hoogspannings cascade-energieopslagsysteem | ||||
| 1 | Jinpan Technologie | Volledig vloeistofgekoeld 35 kV/12,5 MW/25 MWh hoogspanningscascade-opslag | Geen transformator nodig, directe toegang tot hoogspanning boven 6 kV. Grid: gebruikmakend van actieve batterij-egalisatietechnologie, hoogspanningscascade-energieopslagtechnologie en volledig vloeistofgekoelde thermische beheertechnologie. | Aan de kant van de energieopwekking, aan de kant van het elektriciteitsnet, en aan de kant van de industriële en commerciële gebruikers. |
| 2 | Zhiguang | Cascade-type 35kV hoogspannings direct gemonteerd energieopslagsysteem met grote capaciteit | Dit systeem is gezamenlijk ontwikkeld door Zhiguang Energy Storage, Huaneng Qingneng Energy Academy en Shanghai Jiaotong University en is geschikt voor de bouw van nieuwe energiecentrales en grootschalige elektrochemische energiecentrales met een capaciteit van GW. | Grootschalige energieopslaginstallaties |
Momenteel hebben de meeste fabrikanten van geïntegreerde energieopslagsystemen, zowel in binnen- als buitenland, energieopslagapparatuur met vloeistofkoeling en thermisch beheer op de markt gebracht. Vanaf de tweede helft van vorig jaar worden deze technologieën in veel projecten geleidelijk aan in een breed scala aan toepassingen geïmplementeerd. Sommige fabrikanten hebben zelfs de luchtgekoelde energieopslagproducten volledig laten vallen en zijn volledig overgestapt op vloeistofkoeling. Daarom, vergeleken met luchtgekoelde systemen, is de technologie en de toepassingsmogelijkheden van vloeistofkoeling steeds verder ontwikkeld. Hierdoor kan vloeistofkoeling beter voldoen aan de dringende behoeften van de markt aan schaalbare en energiedichte energieopslagsystemen. De voordelen van een hoge energiedichtheid, een kleine voetafdruk, een laag hulpenergieverbruik en nauwkeurige temperatuurregeling zullen steeds meer aandacht trekken.
| Energieopslag- en temperatuurregelingsapparatuurbedrijven | |||
| Onderneming | Belangrijkste klanten en proces | Hoofdproduct | Technische routine |
| Envicool | CATL, BYD, Narada Power, KeLu Electronics, PingGao Group, Sunshine Power, Hyberstrong, evenals buitenlandse MC-serie energiezuinige buitenunits voor airconditioners, MC-series van gangbare systeemintegratoren en batterijfabrikanten; de omzet van de EMW-serie energiezuinige koelinstallaties met temperatuurregeling bedroeg in 2021 337 miljoen yuan. | C-serie, gangbare systeemintegratoren en batterijfabrikanten; energieopslag-airconditioner 2021, EMW-serie energieopslag-koelmachine | Luchtkoeling, vloeistofkoeling |
| Shenling | State Grid, enz. | Geïntegreerde dakairconditioner, split-kolom kamerairconditioner, geïntegreerde inbouwairconditioner, kamergemonteerde split-precisie airconditioner | Luchtkoeling |
| Tongfei | In 2020 begon het bedrijf zich te richten op temperatuurgecontroleerde energieopslag en breidde het zijn klantenbestand uit met onder meer Sunny Power, Kelong en Trinasolar. | Vloeistofgekoelde systemen, op het dak gemonteerde industriële airconditioners, geïntegreerde industriële airconditioners, gesplitste industriële airconditioners, wandgemonteerde airconditioners | Luchtkoeling, vloeistofkoeling |
| Gaolan | Onze belangrijkste klanten zijn fabrikanten van geïntegreerde batterijsystemen en batterijfabrieken, en we zijn al een samenwerking met Ningde Times gestart. | Gebaseerd op de vloeistofkoeling van lithiumbatterij-energieopslagsystemen met één behuizing voor grootschalige energiecentrales, geprefabriceerde vloeistofkoeling van energieopslagsystemen met cabines, enzovoort. | Vloeistofkoeling |
| Songzhi | Het bedrijf is opgenomen in het leveranciersnetwerk van Ningde Times, Vision Energy en andere klanten, waarbij twee producten de massaproductiefase hebben bereikt en diverse producten in ontwikkeling zijn. | Vloeistofgekoeld thermisch beheersysteem voor energieopslag (twee producten in massaproductie, diverse in ontwikkeling) | Luchtkoeling, vloeistofkoeling |
| Aotecar | De levering aan Ningde Times start in 2020, en de productie van de onderste batch van het vloeistofgekoelde thermische beheersysteem voor energieopslag begint in 2021. | Energieopslagsysteem voor vloeistofkoeling en thermisch beheer | Luchtkoeling, vloeistofkoeling |
Het potentieel van vloeistofkoelingsenergie in de toekomst
Wat de kosten betreft, blijkt uit relevante studies dat het energieverbruik van vloeistofkoelsystemen doorgaans veel lager ligt dan dat van luchtgekoelde systemen, bij hetzelfde koelvermogen. Hoewel de initiële investeringskosten van een vloeistofkoelsysteem dus hoger zijn, kunnen de totale kosten gedurende de gehele levenscyclus van het energieopslagsysteem lager uitvallen dan die van een luchtgekoeld systeem. Kortom, wij zijn van mening dat vloeistofkoeling in bepaalde scenario's geleidelijk de luchtkoeling zal vervangen als de belangrijkste vorm van temperatuurregeling voor energieopslag.
Desondanks kampen vloeistofkoelsystemen nog steeds met bepaalde uitdagingen op het gebied van betrouwbaarheid. De toepassing van vloeistofkoeling in de temperatuurregeling van energieopslag is tot voor kort relatief beperkt, en de technologie is nog niet zo ver ontwikkeld als luchtkoeling, met name wat betreft stabiliteit en betrouwbaarheid. Zo zijn de leidingen van vloeistofkoelsystemen gevoelig voor corrosie en afzetting, wat kan leiden tot verstoppingen of lekkage van koelvloeistof. Bovendien kunnen water, glycol, siliconenolie en andere gangbare koelvloeistoffen de batterij beschadigen of kortsluiting in het systeem veroorzaken, wat de veiligheid van de energieopslaginstallatie in gevaar brengt.
Daarnaast bedraagt de ontwerplevensduur van een energieopslagsysteem doorgaans 15 jaar, terwijl de levensduur van de pompen en kleppen in het vloeistofkoelsysteem vaak slechts ongeveer 7 jaar is. Er is dus een zekere discrepantie tussen beide. Hierdoor is het zeer waarschijnlijk dat het vloeistofkoelsysteem tijdens de werking van het opslagproject onderhoud nodig heeft of dat onderdelen vervangen moeten worden, wat de economische haalbaarheid van het project beïnvloedt. Met de verdere ontwikkeling van de vloeistofkoelingstechnologie zullen deze problemen naar verwachting geleidelijk worden opgelost en zal vloeistofkoeling de toekomstige ontwikkelingstrend voor temperatuurregeling in energieopslag blijven.
