Duża liczba akumulatorów w systemie magazynowania energii, duża pojemność i moc, gęste rozmieszczenie akumulatorów oraz złożone i zmienne warunki pracy sprzyjają problemom, takim jak nierównomierny rozkład temperatury i duże różnice temperatur między akumulatorami. Prowadzi to do pogorszenia ich wydajności, zmniejszenia pojemności i skrócenia żywotności, wpływając na wydajność całego systemu, a w poważnych przypadkach może prowadzić do niekontrolowanego wzrostu temperatury i wypadków. Aby zrealizować magazynowanie energii na dużą skalę, w cyklu średnio-długim, o wysokiej tolerancji i wysokim poziomie bezpieczeństwa, technologia chłodzenia cieczą stała się popularnym rozwiązaniem w dziedzinie zarządzania temperaturą w systemach magazynowania energii.
Obecnie na rynku dominują następujące metody zarządzania ciepłem.
Chłodzenie powietrzem
Chłodzenie powietrzem to metoda chłodzenia wykorzystująca powietrze jako medium chłodzące i konwekcyjne przenoszenie ciepła w celu obniżenia temperatury akumulatora. Jest ona powszechnie stosowana w chłodnictwie przemysłowym, stacjach bazowych telekomunikacyjnych i scenariuszach kontroli temperatury w centrach danych, gdzie wymagane jest stosunkowo wysokie zaawansowanie techniczne i niezawodność.
Chłodzenie cieczą
Chłodzenie cieczą to rodzaj chłodzenia cieczą, które wykorzystuje przepływ cieczy do odprowadzania ciepła generowanego przez wewnętrzne komponenty sprzętu IT w centrum danych na zewnątrz. W porównaniu z chłodzeniem powietrznym, struktura systemu chłodzenia cieczą jest bardziej złożona i kompaktowa, a ponadto nie wymaga stosowania dużej powierzchni kanałów odprowadzających ciepło, dzięki czemu zajmuje stosunkowo niewielką powierzchnię.
Chłodzenie rurką cieplną
Chłodzenie za pomocą rurki cieplnej opiera się na zmianie fazy czynnika chłodzącego zamkniętego w rurce w celu realizacji transferu ciepła, przy wysokiej wydajności rozpraszania ciepła, bezpieczeństwie i niezawodności itp., ale jest również kosztowne, a praktyczne zastosowanie w systemach akumulatorów o dużej pojemności, takich jak magazyny energii, jest stosunkowo niewielkie.
| Porównanie trzech głównych procedur technicznych zarządzania ciepłem | |||
| Charakterystyczny | Chłodzenie powietrzem | Chłodzenie cieczą | Zmiana fazy chłodzenia |
| Medium chłodzące | Powietrze | Płyn | Materiał zmieniający fazę |
| Metoda kontaktu | Bezpośrednio | Pośrednio | Bezpośrednio |
| Projekt | Łatwy | Złożony | Łatwy |
| Sprawność wymiany ciepła | Niżej | Wyższe (0,5-10) | Średni |
| Koszt | Niżej | Wyższy | Średni |
| Ochrona | Niskie wymagania, łatwe do osiągnięcia | Złożony system, trudny do osiągnięcia | Prosty system, łatwy do osiągnięcia |
| Współczynnik przenikania ciepła | 25-100 | 1000-15 000 | / |
| Jednorodność temperatury | Nierównomierność | Jednolitość | Jednolitość |
| Długość życia | ≥10 lat | 3-5 lat | Powiązane z materiałami |
| Instalacja | Łatwy | Trudny | Łatwy |
| Aplikacja | Niska gęstość energii baterii, ładowanie i rozładowywanie | Wysoka gęstość energii akumulatora, ładowanie i rozładowywanie | Średni |
| Poziom dojrzałości technicznej | Dojrzały | Dojrzały | Niedojrzały |
Ze względu na wyższy współczynnik przenikania ciepła i ciepło właściwe chłodziwa oraz fakt, że nie jest ono podatne na działanie takich czynników jak wysokość i ciśnienie powietrza, układ chłodzenia cieczą charakteryzuje się większą zdolnością rozpraszania ciepła niż układ chłodzony powietrzem, co lepiej dopasowuje się do trendu rozwoju dużych projektów magazynowania energii o wysokiej gęstości energii.
Z punktu widzenia kosztów, zgodnie z odpowiednimi badaniami, przy takim samym efekcie chłodzenia, zużycie energii w systemie chłodzenia cieczą jest zazwyczaj znacznie niższe niż w systemie chłodzonym powietrzem. Dlatego, chociaż początkowy koszt inwestycji w system chłodzenia cieczą jest wyższy, jego całkowity koszt w całym cyklu życia systemu magazynowania energii może być niższy niż w przypadku systemu chłodzonego powietrzem. Podsumowując, uważamy, że w niektórych scenariuszach chłodzenie cieczą może stopniowo zastąpić chłodzenie powietrzem jako główną formę kontroli temperatury w magazynowaniu energii.
| Zalety chłodzenia cieczą | |
| Niskie koszty energii | Chłodzenie cieczą może wykorzystywać wodę o temperaturze 45°C/113°F do chłodzenia przez większość czasu |
| Wysoka gęstość mocy chłodzenia | Chłodzenie powietrzne szaf o mocy powyżej 20 kW znacznie redukuje wpływ chłodzenia cieczą na poziomie układów scalonych i zanurzenia. |
| Niskie zużycie wody | Chłodzenie parowe można wyeliminować lub znacznie ograniczyć |
| Adaptacja do trudnych warunków środowiskowych | Chłodzenie cieczą zanurzoną nie wymaga przepływu powietrza i jest izolowane od środowiska zewnętrznego. |
| Niski poziom hałasu | Chłodzenie cieczą na poziomie układu scalonego wymaga jedynie niewielkiego przepływu powietrza |
| Jednorodne rozpraszanie ciepła | Dobre średnie rozpraszanie ciepła w przypadku akumulatorów energii i baterii zasilających. |
| Znacznie niższe zużycie energii | Całkowite zużycie energii jest niskie; przy tych samych warunkach wydajności chłodniczej, zużycie energii jest równie niskie, jak w przypadku urządzeń chłodzonych powietrzem. |
| Efekty całoroczne są trwałe | Mniejszy wpływ pogody, mniejsza zmienność sezonowa |
Skala rynku chłodzenia cieczą
Technologia chłodzenia cieczą została doceniona przez niektóre przedsiębiorstwa zajmujące się końcowym wykorzystaniem produktów.
W sierpniu 2023 r. Longyuan Power Group opublikowała drugą partię ramowych zamówień na systemy chłodzenia cieczą oraz wstępnie zmontowane zintegrowane kabiny konwertera-booster dla elektrowni magazynujących energię w 2023 r. Szacunkowa wartość zamówień na systemy magazynowania energii z chłodzeniem cieczą wyniosła 600 MW/1200 MWh. National Energy Group opublikowała drugą partię ogłoszeń o przetargu na urządzenia do magazynowania energii w 2023 r. Całkowita wartość zamówień na systemy akumulatorów z chłodzeniem cieczą dla elektrowni magazynujących energię wyniosła 600 MW/1200 MWh.
Od 2022 roku znaczący producenci intensywnie wprowadzają na rynek systemy magazynowania energii chłodzone cieczą, a oferta produktów chłodzonych cieczą stale rośnie.
W maju 2022 r. Sunny Power wprowadził na rynek rozwiązanie PowerTitan przeznaczone dla dużych elektrowni naziemnych oraz PowerStack przeznaczone do komercyjnego i przemysłowego magazynowania energii. Oba rozwiązania wykorzystują systemy chłodzone cieczą.
W projekcie, którego wdrożenie zapowiedziała firma GCL EnerD, chłodzony cieczą pakiet akumulatorów wykorzystuje ogniwa litowo-żelazowo-fosforanowe o maksymalnej żywotności do 15 000 cykli ładowania i jednocześnie wykorzystuje zintegrowaną konstrukcję rurociągów chłodzonych cieczą, zapewniającą różnicę temperatur mniejszą niż 3°C. Zintegrowane, chłodzone cieczą szafy magazynujące energię są podzielone na dwie główne serie produktów, a mianowicie 100 kW i 200 kW, które mogą zaspokoić zapotrzebowanie wszelkiego rodzaju elektrowni przemysłowych, komercyjnych i przemysłowych o różnych rozmiarach i w dowolnych kombinacjach. Prefabrykowana forma pozwala skrócić czas i koszty instalacji i debugowania na miejscu. Prefabrykowana forma pozwala skrócić czas i koszty instalacji i uruchomienia na miejscu.
| Nowy produkt do magazynowania energii w chłodzeniu cieczą w 2022 r. | ||||
| NIE. | Przedsiębiorstwo | Nazwa produktu | Charakterystyczny | Aplikacja |
| System magazynowania energii w kontenerze | ||||
| 1 | Kelong | System magazynowania energii chłodzony cieczą Kelong S | W zestawie akumulator energii 1500 V, klaster, system chłodzenia cieczą, system zabezpieczeń i inteligentny system zarządzania. Bezpieczny, inteligentny i prosty. | Nowa strona wytwarzania energii, strona sieci, strona użytkownika |
| 2 | Sungrow | PowerTitan | Rozwiązanie do magazynowania energii chłodzone cieczą | Duża elektrownia naziemna |
| 3 | Chinaztt | Nowa generacja systemu chłodzenia cieczą MUSE1.0 | Akumulatory żelazowo-fosforanowe z obudową pokrytą ceramiką, domieszkowanie pierwiastkami śladowymi i wyrównywanie BMS, aluminiowa rama z modułami konstrukcyjnymi przedfioletowymi: komora akumulatora o stopniu ochrony IP67 z niezależnym systemem ochrony przeciwpożarowej, monitorowanie poziomu PACK i konstrukcja natryskowa na poziomie klastra, płyta chłodząca cieczą w kształcie litery U i profesjonalna konstrukcja rurociągów. | / |
| 4 | Sermatec | System magazynowania energii w kontenerach chłodzonych cieczą Serlattice | Konstrukcja zarządzania termicznego chłodzona cieczą z dużą gęstością integracji systemuOchrona przeciwpożarowa na poziomie PACK: lokalny system ostrzegania o bezpieczeństwie | Magazynowanie energii w celach komercyjnych i przemysłowych |
| 5 | Hipersilny | Seria HyperSafe – iskrobezpieczny system magazynowania energii z baterią półprzewodnikową chłodzoną cieczą | Zastosowano w nim akumulator ze stałym elektrolitem fosforanowo-żelazowym o pojemności 280 Ah; wdrożono gwarancję techniczną w czterech wymiarach bezpieczeństwa akumulatora, bezpieczeństwa integracji, bezpieczeństwa policji i bezpieczeństwa czynnego, aby zapewnić bezpieczeństwo całego systemu. | / |
| 6 | Zhougu | System magazynowania energii w kontenerach CX-1000 | Stopień ochrony IP54, ochrona antykorozyjna C4-5, modułowa i wysoce zintegrowana konstrukcja wielostopniowego systemu gaśniczego oraz prefabrykowane rozwiązanie montażu kabiny. | / |
| 7 | Naradapower | Nowej generacji system magazynowania energii CenterL chłodzony cieczą | System chłodzony cieczą, wyposażony w akumulatory fosforanowo-żelazowe o pojemności 280 Ah, platforma systemowa 1500 V o wysokiej wydajności, integracji najwyższego poziomu bezpieczeństwa i długiej żywotności, lepsze cztery główne zalety LCOS | / |
| 8 | Przeddzień | System magazynowania energii chłodzony cieczą Eve 1500V | Z kompleksową ochroną, dokładną kontrolą temperatury, elastycznym układem, wysoką wydajnością i czterema podstawowymi zaletami, obsługą platformy napięciowej DC1500V, szybkim wdrażaniem i szybką pracą w sieci. | / |
| 9 | Ipotisedge | Inteligentny system magazynowania energii chłodzony cieczą 1500 V | Nie wymaga instalacji, chłodzona cieczą konstrukcja, podwójna ochrona przeciwpożarowa, inteligentna chmura, analiza w czasie rzeczywistym, dziesięcioletnia żywotność, dożywotnia eksploatacja i konserwacja | Integracja sieci energii odnawialnej, usługi pomocnicze sieci, przesył i dystrybucja sieci rozproszone i mikrosieci |
| 10 | Chintpower | Nowe pokolenie System magazynowania energii PowerBlock | Wysoce zintegrowany moduł akumulatora energii, skrzynka wysokiego napięcia, system kontroli temperatury, system wczesnego ostrzegania o pożarze, system dystrybucji energii itp. | Elektrownie magazynujące energię na dużą skalę |
| 11 | Trójsłoneczny | Produkty do szaf magazynujących energię chłodzonych cieczą TrinaStorageEle menta | Dzięki „opłacalności, najwyższemu bezpieczeństwu, inteligentnej obsłudze i konserwacji, wygodzie i elastyczności” cztery główne zalety | / |
| 12 | Hithium | Kontener nowej generacji chłodzony cieczą | Zastosowanie technologii chłodzenia bocznego, optymalizacja rozkładu temperatury w systemie poprzez wielostopniowy system zarządzania temperaturą o zmiennej średnicy, wielokrotna konstrukcja zabezpieczeń elektrycznych, bezpieczeństwo systemu dzięki zastosowaniu układu odciążającego wybuch kanału wydechowego i systemu gaśniczego. | Strona sieciowa, strona zasilania |
| 13 | Grupa Shuangdeng | Shuangdeng PowerBank Nowy system magazynowania energii chłodzony cieczą | Wielowymiarowa konstrukcja przeciwpożarowa i wstępnie zmontowany kompletny system z technologią chłodzenia cieczą | Elektrownie magazynujące energię na dużą skalę |
| Wszystko w jednej szafie do magazynowania energii | ||||
| 1 | Sungrow | PowerStack | Rozwiązanie do magazynowania energii chłodzone cieczą zapewniające „potrójną integrację mocy” | Elektrownie komercyjne i przemysłowe |
| 2 | Teplore | Rozproszony system magazynowania energii TensorpackT | Opierając się na koncepcji wysoce zintegrowanego projektu, szafa integruje w jedną całość akumulator, BMS EMS, system zarządzania temperaturą, dwukierunkowy przetwornik DC/AC i system przeciwpożarowy. | Scenariusze przemysłowe i komercyjne, takie jak parki fabryczne, stacje ładowania, budynki komercyjne, centra danych itp. |
| 3
| Sermatec | Zintegrowane szafy zewnętrzne chłodzone cieczą | Wysoce zintegrowany system PCS, akumulator, chłodnica cieczy, dystrybucja zasilania i ochrona przeciwpożarowa: szeroki zakres napięcia wejściowego, maksymalna obsługa 4 jednostek równoległych: 3-warstwowa architektura BMS, cyfrowy wyświetlacz LCD, wyposażony w inteligentny system EMS w celu umożliwienia gromadzenia danych i monitorowania sprzętu. | / |
| 4 | Sinexcel | Zewnętrzna szafka do przechowywania baterii | Mali użytkownicy przemysłowi i komercyjni, z nadajnikiem magazynującym energię o mocy 30 kW jako rdzeniem. Obsługa wielu szaf równolegle, aby sprostać wymaganiom megawatów średnich i dużych społeczności przemysłowych i handlowych, wysp i innych obszarów objętych siecią, scenariuszy poza siecią, w których sieć jest słaba, plug and play, zintegrowanej konstrukcji typu „wszystko w jednym”. | Mali użytkownicy komercyjni i przemysłowi |
| 5 | Hipersilny | Nowa generacja szaf chłodzonych cieczą z serii HyperSafe do przechowywania baterii półprzewodnikowych o podwyższonym bezpieczeństwie | Wykorzystuje stały akumulator fosforanowo-potasowo-żelazowo-fosforanowy o pojemności 280 Ah; wdraża zabezpieczenia techniczne w czterech wymiarach bezpieczeństwa akumulatora, bezpieczeństwa generacji, bezpieczeństwa zarządzania i bezpieczeństwa czynnego w celu zapewnienia bezpieczeństwa całego systemu. | Magazynowanie energii w gospodarstwach domowych, elektrownie magazynujące energię, magazynowanie energii w celach komercyjnych i przemysłowych |
| 6 | Jd-energy | Modułowy blok energetyczny 1500 V z chłodnicą cieczy, strona sieciowa, eBlock372 | Konstrukcja Al-in-one, akumulator, BMS, wysoki PCS, system bezpieczeństwa, system zarządzania temperaturą w jednej standaryzowanej szafie zewnętrznej, tworząc zintegrowany system magazynowania energii typu plug-and-play dla elektrowni przemysłowych i komercyjnych | strona sieci źródłowej |
| 7 | Strona klienta komercyjnego i przemysłowego Produkty blokujące energię 1000 V eBlock200 | / | Strona użytkownika komercyjnego i przemysłowego | |
| Wysokonapięciowy kaskadowy system magazynowania energii | ||||
| 1 | Technologia Jinpan | W pełni chłodzony cieczą 35 kV/12,5 MW/25 MWh Magazynowanie kaskadowe wysokiego napięcia | Nie wymaga transformatora, bezpośredni dostęp do wysokiego napięcia powyżej 6 kV. Sieć: wykorzystująca technologię aktywnego wyrównywania napięcia w akumulatorach, technologię magazynowania energii w kaskadzie wysokiego napięcia i technologię zarządzania temperaturą przy użyciu chłodzenia cieczowego. | Strona generacyjna, strona sieci, strona użytkowników przemysłowych i komercyjnych |
| 2 | Zhiguang | System magazynowania energii o dużej pojemności, wysokiego napięcia 35 kV, montowany bezpośrednio, typu kaskadowego | Rozwiązanie to zostało opracowane wspólnie przez Zhiguang Energy Storage, Huaneng Qingneng Energy Academy i Shanghai Jiaotong University i nadaje się do budowy nowych elektrowni magazynujących energię oraz elektrowni elektrochemicznych o mocy rzędu gigawatów. | Elektrownie magazynujące energię na dużą skalę |
Obecnie, zarówno krajowi, jak i zagraniczni producenci systemów magazynowania energii, wprowadzili na rynek urządzenia do magazynowania energii oparte na technologii zarządzania temperaturą chłodzoną cieczą. Od drugiej połowy ubiegłego roku, w wielu projektach realizowanych w szerokim zakresie zastosowań, niektórzy producenci zrezygnowali nawet z magazynowania energii chłodzonego powietrzem. W związku z tym, w porównaniu z systemami chłodzonymi powietrzem, wraz z rozwojem technologii i scenariuszy zastosowań, systemy chłodzone cieczą są w stanie lepiej sprostać pilnym potrzebom rynku w zakresie skalowalności systemów magazynowania energii i rosnącej gęstości energii. Wysoka gęstość energii, niewielkie gabaryty, niskie zużycie energii pomocniczej i precyzyjna kontrola temperatury będą przyciągać coraz większą uwagę.
| Firmy produkujące urządzenia do kontroli temperatury magazynowania energii | |||
| Przedsiębiorstwo | Główni klienci i proces | Główny produkt | Rutyna techniczna |
| Envicool | CATL, BYD, Narada Power, KeLu Electronics, PingGao Group, Sunshine Power, Hyberstrong, a także zagraniczna seria MC klimatyzatorów do szaf zewnętrznych, seria MC głównych integratorów systemów i producentów akumulatorów; przychody z działalności w zakresie klimatyzatorów do magazynowania energii, serii EMW urządzeń do kontroli temperatury agregatów chłodniczych do magazynowania energii w 2021 r. wyniosły 337 milionów juanów | Główni integratorzy systemów serii C i producenci akumulatorów; klimatyzator magazynujący energię z 2021 r., agregat chłodniczy magazynujący energię serii EMW | Chłodzenie powietrzem, chłodzenie cieczą |
| Shenling | Siatka stanowa itp. | Zintegrowany klimatyzator dachowy, klimatyzator pokojowy typu split, zintegrowany klimatyzator wbudowany, klimatyzator precyzyjny typu split montowany w pomieszczeniu | Chłodzenie powietrzem |
| Tongfei | W 2020 roku firma rozpoczęła prace nad wprowadzeniem rozwiązań w zakresie kontroli temperatury w magazynach energii i poszerzyła grono swoich klientów o firmy Sunny Power, Kelong, Trinasolar itp. | Systemy chłodzone cieczą, klimatyzatory przemysłowe montowane na dachu, zintegrowane klimatyzatory przemysłowe, klimatyzatory przemysłowe typu split, klimatyzatory ścienne | Chłodzenie powietrzem, chłodzenie cieczą |
| Gaolana | Naszymi głównymi klientami są producenci zintegrowanych systemów akumulatorowych oraz fabryki akumulatorów. Nawiązaliśmy już współpracę z firmą Ningde Times. | Na bazie baterii litowej, pojedynczych szafowych systemów chłodzenia cieczą do magazynowania energii, dużych elektrowni z systemem chłodzenia cieczą, prefabrykowanych kabinowych systemów chłodzenia cieczą do magazynowania energii itp. | Chłodzenie cieczą |
| Songzhi | Firma dołączyła do systemu dostawców Ningde Times, Vision Energy i innych klientów, przy czym dwa jej produkty weszły w fazę produkcji masowej, a kilka innych jest w fazie rozwoju. | System zarządzania temperaturą chłodzony cieczą do magazynowania energii (dwa produkty w produkcji masowej, kilka w fazie rozwoju) | Chłodzenie powietrzem, chłodzenie cieczą |
| Aotecar | Dostawy do Ningde Times rozpoczną się w 2020 r., a produkcja partii podstawowej systemu zarządzania temperaturą chłodzonego cieczą do magazynowania energii rozpocznie się w 2021 r. | System chłodzenia cieczą i zarządzania temperaturą do magazynowania energii | Chłodzenie powietrzem, chłodzenie cieczą |
Potencjał chłodzenia cieczą w przyszłości
Pod względem kosztów, według odpowiednich badań, zużycie energii w systemach chłodzenia cieczą jest zazwyczaj znacznie niższe niż w systemach chłodzonych powietrzem, przy zachowaniu tej samej skuteczności chłodzenia. Dlatego, chociaż początkowy koszt inwestycji w system chłodzenia cieczą jest wyższy, jego całkowity koszt w całym cyklu życia systemu magazynowania energii może być niższy niż w przypadku systemu chłodzonego powietrzem. Podsumowując, uważamy, że w niektórych scenariuszach chłodzenie cieczą może stopniowo zastąpić chłodzenie powietrzem jako główną formę kontroli temperatury w magazynowaniu energii.
Mimo to, systemy chłodzenia cieczą wciąż borykają się z pewnymi wyzwaniami w zakresie niezawodności. Dotychczasowe zastosowanie chłodzenia cieczą w systemach kontroli temperatury magazynowania energii było stosunkowo niewielkie, a technologia ta, w porównaniu z chłodzeniem powietrznym, wciąż ma pewną lukę, zwłaszcza pod względem stabilności i niezawodności działania. W szczególności, orurowanie systemu chłodzenia cieczą jest podatne na korozję i osady, co prowadzi do zatkania lub wycieku czynnika chłodzącego. Woda, glikol, olej silikonowy i inne powszechnie stosowane czynniki chłodzące mogą uszkodzić akumulator lub spowodować zwarcie w systemie, co stwarza zagrożenie dla bezpieczeństwa elektrowni magazynujących energię.
Ponadto, projektowany okres eksploatacji systemu magazynowania energii wynosi zazwyczaj 15 lat, ale żywotność pomp i zaworów wewnątrz układu chłodzenia cieczą wynosi często około 7 lat, a między tymi dwoma okresami występuje pewna rozbieżność. W związku z tym istnieje duże prawdopodobieństwo, że w trakcie eksploatacji projektu magazynowania konieczna będzie konserwacja układu chłodzenia cieczą lub wymiana jego podzespołów, co wpłynie na jego ekonomikę. Oczywiście, wraz z postępem technologii chłodzenia cieczą, uważamy, że problemy te będą stopniowo rozwiązywane, a ogólny pogląd na chłodzenie cieczą nadal będzie stanowił przyszły trend rozwoju w zakresie kontroli temperatury magazynowania energii.
