Veľký počet batérií v systéme na ukladanie energie, veľká kapacita a výkon, husté usporiadanie batérií a zložité a premenlivé prevádzkové podmienky sú náchylné na problémy, ako je nerovnomerné rozloženie teploty a veľký teplotný rozdiel medzi batériami, čo vedie k zhoršeniu výkonu batérie, zníženiu kapacity a skráteniu životnosti, ovplyvňuje výkon celého systému a vo vážnych prípadoch môže viesť k tepelnému úniku a bezpečnostným nehodám. Aby sa dosiahlo ukladanie energie vo veľkom meradle, so stredne dlhým cyklom, silnou toleranciou a vysokou bezpečnosťou, technológia kvapalinového chladenia sa stala populárnou cestou v oblasti tepelného manažmentu ukladania energie.
V súčasnosti sú na trhu bežné metódy tepelného manažmentu, ktoré sú uvedené nižšie.
Chladenie vzduchom
Chladenie vzduchom je druh chladiacej metódy využívajúcej vzduch ako chladiace médium a konvekčný prenos tepla na zníženie teploty batérie. Táto metóda sa široko používa v priemyselnom chladení, telekomunikačných základňových staniciach a scenároch regulácie teploty dátových centier a má relatívne vysokú technickú vyspelosť a spoľahlivosť.
Kvapalné chladenie
Kvapalné chladenie je druh kvapaliny ako chladiva, ktorá využíva prúdenie kvapaliny na prenos tepla generovaného vnútornými komponentmi IT zariadení v dátovom centre do vonkajšieho prostredia zariadenia. V porovnaní s chladením vzduchom je štruktúra systému kvapalného chladenia zložitejšia a kompaktnejšia a nevyžaduje rozmiestnenie veľkej plochy kanálov na odvod tepla, takže zaberá relatívne malú plochu.
Chladenie tepelným potrubím
Chladenie tepelnou rúrkou sa spolieha na fázovú zmenu chladiaceho média uzavretého v rúrke, aby sa dosiahol prenos tepla s vysokou účinnosťou odvodu tepla, bezpečnosťou a spoľahlivosťou atď., ale náklady sú tiež vysoké a praktické využitie vo veľkokapacitných batériových systémoch, ako je napríklad skladovanie energie, je relatívne malé.
| Porovnanie troch hlavných technických postupov riadenia tepla | |||
| Charakteristický | Chladenie vzduchom | Kvapalné chladenie | Vrkanie fázovou zmenou |
| Chladiace médium | Vzduch | Tekutina | Materiál s fázovou zmenou |
| Kontaktná metóda | Priamo | Nepriamo | Priamo |
| Dizajn | Ľahké | Komplex | Ľahké |
| Účinnosť prenosu tepla | Nižšie | Vyššia (0,5 – 10) | Stredné |
| Cena | Nižšie | Vyššia | Stredné |
| Ochrana | Nízke požiadavky, ľahko dosiahnuteľné | Zložitý systém, ťažko dosiahnuteľný | Jednoduchý systém, ľahko dosiahnuteľný |
| Koeficient prestupu tepla | 25 – 100 | 1 000 – 15 000 | / |
| Rovnomernosť teploty | Nejednotnosť | Jednotnosť | Jednotnosť |
| Životnosť | ≥10 rokov | 3-5 rokov | Súvisiace s materiálmi |
| Inštalácia | Ľahké | Ťažké | Ľahké |
| Aplikácia | Nízka hustota energie batérie, nabíjanie a vybíjanie | Vysoká hustota energie batérie, nabíjanie a vybíjanie | Stredné |
| Úroveň technickej zrelosti | Zrelé | Zrelé | Nezrelý |
Vďaka vyššiemu koeficientu prestupu tepla a špecifickej tepelnej kapacite chladiacej kvapaliny a skutočnosti, že nie je ovplyvnená faktormi, ako je nadmorská výška a tlak vzduchu, má kvapalinový chladiaci systém silnejšiu kapacitu odvádzania tepla ako vzduchom chladený systém, ktorý je lepšie prispôsobivý trendu vývoja rozsiahlych projektov skladovania energie s vysokou hustotou energie.
Z hľadiska nákladov je podľa relevantného výskumu pri rovnakom chladiacom účinku spotreba energie kvapalinového chladiaceho systému zvyčajne oveľa nižšia ako pri systéme chladenom vzduchom. Preto aj keď sú počiatočné investičné náklady na kvapalinový chladiaci systém vyššie, jeho celkové náklady počas celého životného cyklu systému skladovania energie môžu byť nižšie ako pri systéme chladenom vzduchom. Stručne povedané, predpokladáme, že v niektorých scenároch sa očakáva, že kvapalinové chladenie postupne nahradí vzduchové chladenie ako hlavnú formu regulácie teploty na skladovanie energie.
| Výhody kvapalinového chladenia | |
| Nízke náklady na energiu | Kvapalné chladenie môže väčšinu času využívať vodu s teplotou 45 °C/113 °F |
| Vysoká hustota chladiaceho výkonu | Vzduchové chladenie pre skrinky s výkonom nad 20 kW výrazne znižuje vplyv kvapalinového chladenia a ponorenia na úrovni čipu. |
| Nízka spotreba vody | Odparovacie chladenie je možné eliminovať alebo výrazne znížiť |
| Prispôsobenie sa drsnému prostrediu | Ponorené kvapalinové chladenie nevyžaduje žiadne prúdenie vzduchu a je izolované od vonkajšieho prostredia. |
| Nízka hladina hluku | Kvapalné chladenie na úrovni čipu vyžaduje len malé množstvo prúdenia vzduchu |
| Rovnomerný odvod tepla | Dobrý priemerný odvod tepla pre akumuláciu energie a napájacie batérie. |
| Výrazne nižšia spotreba energie | Celková spotreba energie je nízka, za rovnakých podmienok chladiaceho výkonu je spotreba energie len taká nízka ako u vzduchom chladených jednotiek. |
| Celoročné účinky sú udržateľné | Menej ovplyvnené počasím, menšia sezónna volatilita |
Rozsah trhu s kvapalinovým chladením
Technológiu kvapalinového chladenia uznávajú niektoré podniky zaoberajúce sa koncovým užívateľom.
V auguste 2023 spoločnosť Longyuan Power Group zverejnila druhú várku rámcového obstarávania kvapalinového chladiaceho systému a vopred zmontovanej integrovanej kabíny meniča a zosilňovača pre elektrárne na skladovanie energie v roku 2023, pričom odhadovaný objem obstarávania kvapalinového chladiaceho systému na skladovanie energie bol 600 MW/1 200 MWh; spoločnosť National Energy Group zverejnila druhú várku rámcového obstarávania zariadení na skladovanie energie v roku 2023, pričom celkové množstvo kvapalinového chladiaceho batériového systému pre elektrárne na skladovanie energie bolo 600 MW/1 200 MWh.
A od roku 2022 príslušní výrobcovia intenzívne uvádzajú na trh kvapalinou chladené systémy na skladovanie energie a bohatosť kvapalinou chladených produktov sa zvyšuje.
V máji 2022 spoločnosť Sunny Power uviedla na trh systém PowerTitan pre veľké pozemné elektrárne a PowerStack pre komerčné a priemyselné skladovanie energie, pričom oba využívajú kvapalinou chladené systémy.
V projekte, ktorý spoločnosť GCL EnerD oznámila na uvedenie do výroby, kvapalinou chladený batériový blok využíva lítium-železito-fosfátové batériové články s maximálnou životnosťou až 15 000 cyklov a zároveň využíva integrovanú kvapalinou chladenú konštrukciu potrubia s teplotným rozdielom menším ako 3 °C. Integrované kvapalinou chladené skrine na skladovanie energie sú rozdelené do dvoch hlavných produktových radov, a to 100 kW a 200 kW, ktoré dokážu uspokojiť dopyt po všetkých druhoch priemyselných, komerčných a priemyselných elektrární rôznych veľkostí a v akýchkoľvek kombináciách, a prefabrikovaná forma môže skrátiť čas a náklady na inštaláciu a odladenie na mieste. Prefabrikovaná forma môže skrátiť čas a náklady na inštaláciu a uvedenie do prevádzky na mieste.
| Nový produkt na akumuláciu energie s kvapalinovým chladením v roku 2022 | ||||
| Nie. | Podnik | Názov produktu | Charakteristický | Aplikácia |
| Systém skladovania energie v kontajneroch | ||||
| 1 | Kelong | Systém akumulácie energie chladený kvapalinou Kelong S | Vrátane 1500V batérie na skladovanie energie, klastra, systému kvapalinového chladenia, bezpečnostného ochranného systému a inteligentného systému riadenia. Bezpečné, inteligentné a jednoduché. | Nová strana výroby energie, strana siete, strana používateľa |
| 2 | Sungrow | PowerTitan | Riešenie na uskladnenie energie chladené kvapalinou | Veľká pozemná elektráreň |
| 3 | Chinaztt | Systém kvapalinového chladenia MUSE1.0 novej generácie | Železofosfátové batérie s keramickým povlakom, dopovaním stopových prvkov a vyrovnávaním BMS, hliníkovým rámom s predfialovými štrukturálnymi modulmi: batériový priestor s krytím IP67 s nezávislým protipožiarnym systémom, monitorovaním hladiny v PACK a konštrukciou s postrekovaním hladiny v klastri, kvapalinovou chladiacou doskou v tvare U a profesionálnym dizajnom potrubia. | / |
| 4 | Sermatec | Systém skladovania energie v kontajneroch s kvapalinovým chladením Serlattice | Konštrukcia tepelného manažmentu chladeného kvapalinou s vysokou hustotou integrácie systému Protipožiarna ochrana na úrovni PACK: lokálny bezpečnostný výstražný systém | Komerčné a priemyselné skladovanie energie |
| 5 | Hyberstrong | Systém úložiska energie s iskrovo bezpečnou polovodičovou batériou a kvapalinou chladeným systémom HyperSafe | Používa 280Ah železofosfátovú pevnú batériu; implementuje technickú záruku v štyroch rozmeroch: bezpečnosť batérie, integračná bezpečnosť, policajná bezpečnosť a aktívna bezpečnosť, aby sa dosiahla bezpečnosť celého systému. | / |
| 6 | Zhougu | Systém skladovania energie v kontajneroch CX-1000 | S úrovňou ochrany IP54; ochrana proti korózii C4-5, modulárny a vysoko integrovaný dizajn viacstupňového protipožiarneho systému a prefabrikované riešenie montáže kabíny. | / |
| 7 | Naradapower | Systém akumulácie energie CenterL novej generácie chladený kvapalinou | Systém chladený kvapalinou, nabitý 280Ah železofosfátovými batériami, systémová platforma 1500V s vysokou účinnosťou a integráciou maximálnej bezpečnosti a dlhej životnosti, lepšie LCOS štyri hlavné výhody | / |
| 8 | Eva | Systém akumulácie energie Eve 1500V chladený kvapalinou | S komplexnou ochranou, presnou reguláciou teploty, flexibilným rozložením, vysokou účinnosťou a štyrmi hlavnými výhodami, podporou napäťovej platformy DC1500V, rýchlym nasadením a rýchlym vytváraním sietí | / |
| 9 | Ipotisedge | Inteligentný systém akumulácie energie chladený kvapalinou s napätím 1500 V | Nevyžaduje sa žiadna inštalácia, kvapalinou chladený dizajn, dvojitá protipožiarna ochrana, inteligentný cloud, analýza v reálnom čase, desaťročná životnosť, doživotná prevádzka a údržba | Integrácia obnoviteľných zdrojov energie do siete, podporné služby siete, distribuované a mikro siete, prenos a distribúcia siete |
| 10 | Chintpower | Nová generácia Systém skladovania energie PowerBlock | Vysoko integrovaný modul batérie na skladovanie energie, vysokonapäťová skrinka, systém regulácie teploty, systém včasného varovania pred požiarom, systém distribúcie energie atď. | Veľkokapacitné elektrárne na skladovanie energie |
| 11 | Trinasolar | Produkty pre skrinky na uskladnenie energie chladené kvapalinou TrinaStorageEle menta | Vďaka štyrom hlavným výhodám „nákladovo efektívne, maximálne bezpečné, inteligentné ovládanie a údržba, pohodlné a flexibilné“ | / |
| 12 | Hithium | Kvapalinou chladená nádoba novej generácie | Prijať technológiu bočného chladenia, optimalizovať rozloženie teploty systému prostredníctvom viacstupňového návrhu systému tepelného riadenia s premenlivým priemerom; návrh viacerých elektrických ochrán; bezpečnosť systému pomocou systému na odľahčenie výfukového kanála a návrhu systému hasenia požiaru | Strana siete, strana napájania |
| 13 | Skupina Shuangdeng | Shuangdeng PowerBank Nový systém na ukladanie energie chladený kvapalinou | Viacrozmerné hasenie požiaru a predmontovaný dizajn kompletného systému s technológiou kvapalinového chladenia | Veľkokapacitné elektrárne na skladovanie energie |
| Všetko v jednej skrinke na uskladnenie energie | ||||
| 1 | Sungrow | PowerStack | Riešenie skladovania energie chladené kvapalinou pre „trojitú integráciu výkonu“ | Komerčné a priemyselné elektrárne |
| 2 | Teplore | Distribuovaný systém skladovania energie TensorpackT | Vďaka vysoko integrovanému dizajnovému konceptu spája skriňa batériu, systém BMS EMS, systém tepelného manažmentu, obojsmerný menič DC/AC a protipožiarny systém do jedného celku. | Priemyselné a komerčné scenáre, ako sú továrenské parky, nabíjacie stanice, komerčné budovy, dátové centrá atď. |
| 3
| Sermatec | Integrované vonkajšie skrine chladené kvapalinou | Vysoko integrovaný systém PCS, batéria, kvapalinový chladič, rozvod energie a protipožiarna ochrana: široký rozsah vstupného napätia, maximálna podpora pre 4 paralelné jednotky: 3-vrstvová architektúra BMS, digitalizovaný LCD displej s inteligentným EMS na dosiahnutie zberu a monitorovania údajov o súvisiacich zariadeniach. | / |
| 4 | Sinexcel | Vonkajšia skrinka na batérie | Malí priemyselní a komerční používatelia s výkonom 30 kW ako jadro pre akumuláciu energie. Podpora viacerých paralelných skríň na dosiahnutie úrovne megawattov pre stredné a veľké priemyselné a komerčné komunity, ostrovy a iné oblasti zaznamenané v sieti, mimo siete, v scenároch so slabou sieťou, plug and play, integrovaný all-in-one dizajn. | Malí komerční a priemyselní používatelia |
| 5 | Hyberstrong | Nová generácia kvapalinou chladených skladovacích skríň série HyperSafe pre iskrovo bezpečné polovodičové batérie | Využíva 280Ah polovodičovú batériu na báze fosforečnanu draselného a železitého; implementuje technické bezpečnostné opatrenia v štyroch dimenziách: bezpečnosť batérie, bezpečnosť výroby, bezpečnosť riadenia a aktívna bezpečnosť, aby sa dosiahla bezpečnosť celého systému. | Úložisko energie pre domácnosti, elektráreň na uskladnenie energie, komerčné a priemyselné úložisko energie |
| 6 | Jd-energia | Modulárny kvapalinový chladič Source Grid Side 1500V Energy Block eBlock372 | Dizajn typu „všetko v jednom“, batéria, systém riadenia budovy (BMS), systém s vysokým výkonom PCS, bezpečnostný systém a systém riadenia teploty v jednej štandardizovanej vonkajšej skrini, čím sa vytvára integrovaný, plug-and-play energetický blok pre integráciu systémov skladovania energie, priemyselných a komerčných elektrární. | strana zdrojovej siete |
| 7 | Strana komerčného a priemyselného zákazníka Produkty energetických blokov 1000 V eBlock200 | / | Komerčný a priemyselný užívateľský kút | |
| Vysokonapäťový kaskádový systém skladovania energie | ||||
| 1 | Jinpan Technology | Plne chladený kvapalinou Kaskádové skladovanie vysokého napätia 35 kV/12,5 MW/25 MWh | Nie je potrebný transformátor, priamy prístup k vysokému napätiu nad 6 kV. Mriežka: využíva technológiu aktívneho vyrovnávania batérií, technológiu kaskádového skladovania energie vysokého napätia a technológiu tepelného riadenia chladenia kvapalinou. | Strana výroby, strana siete, strana priemyselných a komerčných užívateľov |
| 2 | Zhiguang | Kaskádový systém skladovania energie s vysokou kapacitou 35 kV napätia a priamou montážou | Vyvinutý spoločne spoločnosťami Zhiguang Energy Storage, Huaneng Qingneng Energy Academy a Shanghai Jiaotong University, je vhodný na výstavbu nových elektrární na skladovanie energie a rozsiahlych elektrochemických elektrární na skladovanie energie s výkonom GW. | Veľkokapacitné elektrárne na skladovanie energie |
V súčasnosti domáci aj zahraniční výrobcovia integrovaných systémov skladovania energie v podstate uviedli na trh zariadenia na skladovanie energie založené na technológii tepelného manažmentu chladenia kvapalinou a od druhej polovice minulého roka sa v mnohých projektoch postupne realizovala široká škála aplikácií, pričom niektorí výrobcovia dokonca upustili od produktov na skladovanie energie chladených vzduchom a naplno sa presunuli na cestu technológie chladenia kvapalinou. Preto v porovnaní so vzduchom chladenými systémami, s pokračujúcim vývojom technológie a aplikačných scenárov systémov chladených kvapalinou, je systém schopný lepšie uspokojiť naliehavé potreby trhu v oblasti systémov skladovania energie v rozsahu a hustota energie sa zvyšuje vďaka vysokej hustote energie, nízkej zastavanej ploche, nízkej spotrebe pomocnej energie a výhodám jemnej regulácie teploty, ktoré pritiahnu viac pozornosti.
| Spoločnosti zaoberajúce sa zariadeniami na reguláciu teploty skladovania energie | |||
| Podnik | Hlavní klienti a proces | Hlavný produkt | Technická rutina |
| Envicool | Spoločnosti CATL, BYD, Narada Power, KeLu Electronics, PingGao Group, Sunshine Power, Hyberstrong, ako aj zahraničné vonkajšie skrinkové klimatizácie série MC, systémoví integrátori série MC od hlavných výrobcov a výrobcovia batérií; tržby z predaja klimatizácií s akumuláciou energie a regulátorov teploty chladiacich zariadení série EMW v roku 2021 dosiahli 337 miliónov juanov. | Systémoví integrátori a výrobcovia batérií série C, klimatizácia s úložiskom energie z roku 2021, chladiaci systém s úložiskom energie série EMW | Chladenie vzduchom, chladenie kvapalinou |
| Shenling | Štátna sieť atď. | Integrovaná strešná klimatizácia, delená stĺpová izbová klimatizácia, integrovaná vstavaná klimatizácia, presná delená klimatizácia namontovaná v miestnosti | Chladenie vzduchom |
| Tongfei | V roku 2020 spoločnosť začala rozvíjať oblasť regulácie teploty v oblasti skladovania energie a rozšírila svojich zákazníkov o spoločnosti Sunny Power, Kelong, Trinasolar atď. | Systémy chladené kvapalinou, strešné priemyselné klimatizácie, integrované priemyselné klimatizácie, delené priemyselné klimatizácie, nástenné klimatizácie | Chladenie vzduchom, chladenie kvapalinou |
| Gaolan | Našimi hlavnými zákazníkmi sú výrobcovia distribuovanej integrácie batérií a továrne na batérie a už sme začali spoluprácu so spoločnosťou Ningde Times. | Na základe produktov na chladenie kvapalinou s lítiovou batériou pre jednu skrinku, systém chladenia kvapalinou pre rozsiahle elektrárne s úložiskom energie, prefabrikované produkty na chladenie kvapalinou pre úložisko energie v kabíne atď. | Kvapalné chladenie |
| Songzhi | Vstúpila do dodávateľského systému spoločností Ningde Times, Vision Energy a ďalších zákazníkov, pričom dva produkty vstúpili do fázy hromadnej výroby a niekoľko produktov je vo vývoji. | Systém tepelného manažmentu chladený kvapalinou na skladovanie energie (dva produkty v hromadnej výrobe, niekoľko vo vývoji) | Chladenie vzduchom, chladenie kvapalinou |
| Aotecar | Dodávky pre Ningde Times sa začnú v roku 2020 a spodná sériová výroba kvapalinou chladeného systému tepelného manažmentu na skladovanie energie sa začne v roku 2021. | Systém kvapalného chladenia a tepelného manažmentu pre skladovanie energie | Chladenie vzduchom, chladenie kvapalinou |
Potenciál kvapalnej chladiacej energie v budúcnosti
Pokiaľ ide o náklady, podľa relevantných štúdií je spotreba energie kvapalinových chladiacich systémov zvyčajne oveľa nižšia ako u vzduchom chladených systémov, a to pri rovnakom chladiacom účinku. Preto aj keď sú počiatočné investičné náklady na kvapalinový chladiaci systém vyššie, jeho celkové náklady v celom životnom cykle systému skladovania energie môžu byť nižšie ako u vzduchom chladeného systému. Stručne povedané, domnievame sa, že v niektorých scenároch sa očakáva, že kvapalinové chladenie postupne nahradí vzduchové chladenie ako hlavnú formu regulácie teploty na skladovanie energie.
Napriek tomu čelia kvapalinové chladiace systémy určitým výzvam, pokiaľ ide o spoľahlivosť. Predtým bolo použitie kvapalinového chladenia v oblasti regulácie teploty akumulácie energie relatívne malé, ale v porovnaní so vzduchovým chladením má táto technológia stále určité medzery v zrelosti, najmä v oblasti stability a spoľahlivosti prevádzky. Konkrétne, potrubia kvapalinového chladiaceho systému sú náchylné na koróziu a usadzovanie, čo vedie k upchatiu alebo úniku chladiacej kvapaliny, zatiaľ čo voda, glykol, silikónový olej a iné bežné chladiace kvapaliny môžu poškodiť batériu alebo spôsobiť skrat systému, čo predstavuje bezpečnostné riziko pre elektrárne s akumuláciou energie.
Okrem toho, projektovaná životnosť systému akumulácie energie zvyčajne dosahuje 15 rokov, ale životnosť čerpadiel a ventilov vo vnútri systému kvapalného chladenia je často okolo 7 rokov a medzi týmito dvoma životnosťami existuje určitý nesúlad. Preto je veľmi pravdepodobné, že počas prevádzky projektu akumulácie bude potrebné systém kvapalného chladenia udržiavať alebo vymeniť komponenty vypnutím systému kvapalného chladenia, čo ovplyvňuje hospodárnosť projektu. Samozrejme, s pokrokom v technológii kvapalného chladenia sa očakáva, že tieto problémy sa budú postupne riešiť, celkový pohľad na kvapalné chladenie bude stále budúcim trendom vývoja regulácie teploty akumulácie energie.
