Велика кількість акумуляторів у системі накопичення енергії, велика ємність та потужність, щільне розташування акумуляторів, а також складні та змінні умови роботи схильні до таких проблем, як нерівномірний розподіл температури та велика різниця температур між акумуляторами, що призводить до погіршення продуктивності акумуляторів, зменшення ємності та скорочення терміну служби, впливаючи на продуктивність усієї системи, а в серйозних випадках може призвести до теплового виходу та аварій, пов'язаних з безпекою. Для реалізації накопичення енергії у великих масштабах, із середньо-тривалим циклом, високою стійкістю та високою безпекою, технологія рідинного охолодження стала популярним напрямком у сфері теплового управління накопиченням енергії.
Наразі на ринку поширені методи терморегуляції, які будуть показані нижче.
Повітряне охолодження
Повітряне охолодження - це різновид методу охолодження, що використовує повітря як холодне середовище та конвекційну теплопередачу для зниження температури акумулятора, який широко використовується в промисловому холодильному обладнанні, телекомунікаційних базових станціях та сценаріях контролю температури в центрах обробки даних, з відносно високою технічною зрілістю та надійністю.
Рідинне охолодження
Рідинне охолодження — це різновид рідини як холодоагенту, що використовує потік рідини для передачі тепла, що генерується внутрішніми компонентами ІТ-обладнання в центрі обробки даних, назовні обладнання. Порівняно з повітряним охолодженням, структура системи рідинного охолодження є більш складною та компактною, і вона не вимагає розгортання великої площі каналів для розсіювання тепла, тому вона займає відносно невелику площу.
Охолодження тепловими трубками
Охолодження тепловими трубками залежить від фазової зміни охолоджувального середовища, що знаходиться всередині трубки, для реалізації теплопередачі з високою ефективністю розсіювання тепла, безпекою та надійністю тощо, але вартість також висока, а практичне застосування в системах акумуляторів великої ємності, таких як накопичувачі енергії, є відносно невеликим.
| Порівняння трьох основних технічних процедур управління теплом | |||
| Характеристика | Повітряне охолодження | Рідинне охолодження | Фазове змінення воркування |
| Охолоджувальне середовище | Повітря | Рідина | Матеріал для фазового переходу |
| Спосіб зв'язку | Безпосередньо | Непрямо | Безпосередньо |
| Дизайн | Легко | Комплекс | Легко |
| Ефективність теплопередачі | Нижня | Вища (0,5-10) | Середній |
| Вартість | Нижня | Вища | Середній |
| Захист | Низькі вимоги, легко досягти | Складна система, важкодоступна | Проста система, легко досягти |
| Коефіцієнт теплопередачі | 25-100 | 1000-15 000 | / |
| Рівномірність температури | Неоднорідність | Однорідність | Однорідність |
| Тривалість життя | ≥10 років | 3-5 років | Пов'язано з матеріалами |
| Встановлення | Легко | Важко | Легко |
| Застосування | Низька щільність енергії акумулятора, перезарядка та розрядка | Висока щільність енергії акумулятора, можливість перезаряджання та розряджання | Середній |
| Рівень технічної зрілості | Зріла | Зріла | Незрілий |
Завдяки вищому коефіцієнту теплопередачі та питомій теплоємності теплоносія, а також тому, що на нього не впливають такі фактори, як висота над рівнем моря та тиск повітря, система рідинного охолодження має сильнішу здатність до розсіювання тепла, ніж система з повітряним охолодженням, що краще адаптується до тенденції розвитку великомасштабних проектів накопичення енергії з високою щільністю енергії.
З точки зору витрат, згідно з відповідними дослідженнями, за однакового охолоджувального ефекту споживання енергії системою рідинного охолодження зазвичай значно нижче, ніж системою повітряного охолодження. Тому, хоча початкові інвестиційні витрати на систему рідинного охолодження вищі, її загальна вартість за весь життєвий цикл системи накопичення енергії може бути нижчою, ніж у системи повітряного охолодження. Підсумовуючи, ми вважаємо, що в деяких сценаріях очікується, що рідинне охолодження поступово замінить повітряне охолодження як основну форму контролю температури для накопичення енергії.
| Переваги рідинного охолодження | |
| Низькі витрати на енергію | Рідинне охолодження може використовувати воду з температурою 45°C/113F для охолодження більшу частину часу |
| Висока щільність потужності охолодження | Повітряне охолодження для шаф потужністю понад 20 кВт значно зменшує вплив рідинного охолодження та занурення на рівні кристала. |
| Низьке споживання води | Випарне охолодження можна виключити або значно зменшити |
| Адаптація до суворих умов | Занурене рідинне охолодження не потребує потоку повітря та ізольоване від зовнішнього середовища. |
| Низький рівень шуму | Рідинне охолодження на рівні чіпа вимагає лише невеликого потоку повітря |
| Рівномірне розсіювання тепла | Гарне середнє тепловідведення для накопичувачів енергії та акумуляторів живлення. |
| Значно нижче споживання енергії | Загальне споживання енергії низьке, за тих самих умов холодильної потужності споживання енергії таке ж низьке, як і у агрегатів з повітряним охолодженням. |
| Цілорічний ефект є стійким | Менший вплив погоди, менша сезонна волатильність |
Масштаб ринку рідинного охолодження
Технологія рідинного охолодження була визнана деякими підприємствами кінцевого споживача.
У серпні 2023 року Longyuan Power Group опублікувала другу партію рамкових закупівель системи рідинного охолодження та попередньо зібраної інтегрованої кабіни перетворювача-бустера для електростанцій з накопиченням енергії у 2023 році, а кошторис закупівель системи рідинного охолодження та накопичення енергії становив 600 МВт/1200 МВт·год; National Energy Group опублікувала другу партію оголошень про рамкові закупівлі обладнання для накопичення енергії у 2023 році, а загальна кількість систем рідинного охолодження та акумуляторів для електростанцій з накопиченням енергії становила 600 МВт/1200 МВт·год.
А з 2022 року відповідні виробники інтенсивно запускають системи накопичення енергії з рідинним охолодженням, і різноманітність продуктів з рідинним охолодженням постійно зростає.
У травні 2022 року компанія Sunny Power запустила PowerTitan для великих наземних електростанцій та PowerStack для комерційного та промислового накопичення енергії, обидва з яких використовують системи рідинного охолодження.
У проекті, який оголосила GCL EnerD про запуск у виробництво, рідинно-охолоджувальний акумуляторний блок використовує літій-залізо-фосфатні акумуляторні елементи з максимальним терміном служби до 15 000 циклів, а також інтегровану конструкцію трубопроводів з рідинним охолодженням з різницею температур менше 3°C. Інтегровані шафи накопичення енергії з рідинним охолодженням поділяються на дві основні серії продуктів, а саме: 100 кВт та 200 кВт, які можуть задовольнити попит на всі види промислових, комерційних та промислових електростанцій різних розмірів та в будь-яких комбінаціях, а збірна форма може скоротити час та вартість монтажу та налагодження на місці. Збірна форма може скоротити час та вартість монтажу та введення в експлуатацію на місці.
| Новий продукт для зберігання енергії з рідинним охолодженням у 2022 році | ||||
| Ні. | Підприємство | Назва продукту | Характеристика | Застосування |
| Система зберігання енергії в контейнерах | ||||
| 1 | Келонг | Система накопичення енергії з рідинним охолодженням Kelong S | Включаючи акумуляторну батарею на 1500 В, кластер, систему рідинного охолодження, систему захисту та інтелектуальну систему управління. Безпечно, розумно та просто. | Нова сторона виробництва енергії, сторона мережі, сторона користувача |
| 2 | Сангроу | PowerTitan | Рішення для зберігання енергії з рідинним охолодженням | Велика наземна електростанція |
| 3 | Chinaztt | Система рідинного охолодження MUSE1.0 нового покоління | Залізофосфатні акумулятори з керамічним покриттям корпусу, легуванням мікроелементами та вирівнюванням BMS, алюмінієвий каркас з попередньо випромінюваними структурними модулями: акумуляторний відсік зі ступенем захисту IP67 з незалежною системою пожежозахисту, системою контролю рівня PACK та кластерним розпиленням, U-подібною рідинною охолоджувальною пластиною та професійним дизайном трубопроводів. | / |
| 4 | Серматек | Контейнерна система накопичення енергії з рідинним охолодженням Serlattice | Конструкція терморегулятора з рідинним охолодженням та високою щільністю системної інтеграції. Пожежний захист на рівні PACK: локальна система сповіщення про безпеку. | Комерційне та промислове накопичення енергії |
| 5 | Гіберстронг | Система накопичення енергії з рідинним охолодженням та іскробезпечним твердотільним акумулятором серії HyperSafe | Він використовує твердотільний акумулятор на основі фосфату заліза ємністю 280 Аг; він реалізує технічні гарантії у чотирьох вимірах: безпека акумулятора, безпека інтеграції, безпека поліції та активна безпека, щоб досягти безпеки всієї системи. | / |
| 6 | Чжоугу | Система зберігання енергії в контейнерах для сировини CX-1000 | З рівнем захисту IP54; захистом від корозії C4-5, модульною та високоінтегрованою конструкцією багатоступеневої системи пожежогасіння, а також готовим рішенням для монтажу кабіни. | / |
| 7 | Нарадапауер | Система накопичення енергії CenterL нового покоління з рідинним охолодженням | Система з рідинним охолодженням, завантажена залізофосфатними акумуляторами ємністю 280 Аг, системна платформа 1500 В з високою ефективністю та інтеграцією максимальної безпеки та тривалого терміну служби, покращена LCOS, чотири основні переваги | / |
| 8 | Єва | Система накопичення енергії з рідинним охолодженням Eve 1500V | Завдяки комплексному захисту, точному контролю температури, гнучкому компонування, високому коефіцієнту ефективності, чотирьом основним перевагам, підтримці платформи напруги DC1500V, швидкому розгортанню, швидкому створенню мережі | / |
| 9 | Іпотіседж | Інтелектуальна система накопичення енергії з рідинним охолодженням 1500 В | Не потребує встановлення, рідинне охолодження, подвійний пожежний захист, інтелектуальна хмара, аналіз у режимі реального часу, десятирічний термін служби, експлуатація та обслуговування протягом усього терміну служби | Інтеграція відновлюваної енергетики, допоміжні послуги мережі, розподілені та мікромережі для передачі та розподілу енергії |
| 10 | Чінтпауер | Нове покоління Система накопичення енергії PowerBlock | Високоінтегрований модуль акумуляторної батареї, високовольтний блок, система контролю температури, система раннього пожежного попередження, система розподілу електроенергії тощо. | Великі установки накопичення енергії |
| 11 | Тринасолар | Рідинно охолоджувані шафи для зберігання енергії TrinaStorageEle menta | Завдяки чотирьом основним перевагам «економічної ефективності, максимальної безпеки, інтелектуальної експлуатації та зручного та гнучкого обслуговування» | / |
| 12 | Хітій | Контейнер нового покоління з рідинним охолодженням | Впровадження технології бокового охолодження, оптимізація розподілу температури системи завдяки багатоступеневому проекту системи теплового управління зі змінним діаметром; конструкція множинного електричного захисту; безпека системи завдяки проекту системи запобігання вибухам у вихлопному каналі та пожежогасіння. | Сторона мережі, сторона живлення |
| 13 | Група Shuangdeng | Нова система накопичення енергії з рідинним охолодженням Shuangdeng PowerBank | Багатовимірна система пожежогасіння та попередньо зібрана конструкція всієї системи з технологією рідинного охолодження | Великі установки накопичення енергії |
| Все в одному шафі для зберігання енергії | ||||
| 1 | Сангроу | PowerStack | Рішення для зберігання енергії з рідинним охолодженням для «потрійної інтеграції живлення» | Комерційні та промислові електростанції |
| 2 | Теплоре | Розподілена система накопичення енергії TensorpackT | Завдяки високоінтегрованій концепції дизайну, шафа об'єднує акумулятор, систему управління будівництвом (BMS), систему терморегуляції, двонаправлений перетворювач постійного/змінного струму та систему пожежогасіння в одне ціле. | Промислові та комерційні сценарії, такі як заводські парки, зарядні станції, комерційні будівлі, центри обробки даних тощо. |
| 3
| Серматек | Інтегровані зовнішні шафи з рідинним охолодженням | Високоінтегрована система PCS, акумулятор, рідинний охолоджувач, розподільник живлення та протипожежний захист: широкий діапазон вхідної напруги, максимальна підтримка 4 паралельних блоків: 3-шарова архітектура BMS, цифровий РК-дисплей, завантажений інтелектуальною системою керування енергосистемою, для збору та моніторингу відповідного обладнання. | / |
| 4 | Синексель | Зовнішня шафа для зберігання акумуляторів | Невеликі промислові та комерційні користувачі можуть використовувати передавач енергії потужністю до 30 кВт як основний пристрій. Підтримка кількох шаф паралельного підключення, щоб відповідати рівню потужності середніх та великих промислових та комерційних спільнот, островів та інших полів, зареєстрованих у мережі, автономних, слабких сценаріях мережі, підключи та працюй, інтегрований універсальний дизайн. | Невеликі комерційні та промислові користувачі |
| 5 | Гіберстронг | Нове покоління шаф для зберігання з рідинним охолодженням серії HyperSafe для іскробезпечних твердотільних акумуляторів | Використовує твердотільний акумулятор на основі калій-залізофосфату ємністю 280 Аг; впроваджує технічні заходи безпеки у чотирьох вимірах: безпека акумулятора, безпека генерації, безпека управління та активна безпека для досягнення безпеки всієї системи. | Побутові накопичувачі енергії, електростанції для накопичення енергії, комерційні та промислові накопичувачі енергії |
| 6 | Jd-енергія | Модульний рідинний охолоджувач Source Grid Side 1500V Energy Block eBlock372 | Конструкція «все в одному»: акумулятор, система BMS, система високого рівня PCS, система безпеки та система управління температурою об'єднані в єдину стандартизовану зовнішню шафу, утворюючи інтегрований, універсальний енергетичний блок для інтеграції з промисловими та комерційними електростанціями. | сторона мережі джерела |
| 7 | Комерційний та промисловий клієнт Енергетичні блоки 1000 В eBlock200 | / | Комерційні та промислові користувачі | |
| Каскадна система накопичення енергії високої напруги | ||||
| 1 | Технології Джинпан | Повністю рідинне охолодження Каскадне накопичення високої напруги 35 кВ/12,5 МВт/25 МВт·год | Трансформатор не потрібен, прямий доступ до високої напруги понад 6 кВ. Мережа: використання технології активного вирівнювання акумуляторів, технології каскадного накопичення енергії високої напруги та технології повністю рідинного охолодження. | Сторона виробництва, сторона мережі, сторона промислових та комерційних користувачів |
| 2 | Чжигуан | Каскадна високовольтна система накопичення енергії великої ємності прямого монтажу напругою 35 кВ | Спільно розроблена компанією Zhiguang Energy Storage, Енергетичною академією Huaneng Qingneng та Шанхайським університетом Цзяотун, вона підходить для будівництва нових електростанцій накопичення енергії та великомасштабних електрохімічних електростанцій накопичення енергії потужністю гігават. | Великі установки накопичення енергії |
Наразі, включаючи вітчизняні та зарубіжні виробники основних систем інтеграції накопичення енергії, в основному запустили обладнання для накопичення енергії на основі технології рідинного охолодження, а з другої половини минулого року в багатьох проектах поступово реалізується широкий спектр застосувань, деякі виробники навіть відмовилися від продуктів для накопичення енергії з повітряним охолодженням, повністю перейшовши на технологію рідинного охолодження. Таким чином, порівняно з системами повітряного охолодження, з подальшим розвитком технології та сценаріїв застосування систем рідинного охолодження, вони краще відповідають нагальним потребам ринку в системах накопичення енергії, а їхня масштабованість та щільність енергії зростають завдяки високій щільності енергії, малій площі основи, низькому споживанню допоміжної енергії та тонкому контролю температури, що приверне більше уваги.
| Компанії з обладнання для контролю температури накопичення енергії | |||
| Підприємство | Основні клієнти та процес | Основний продукт | Технічна рутина |
| Енвікул | CATL, BYD, Narada Power, KeLu Electronics, PingGao Group, Sunshine Power, Hyberstrong, а також іноземні кондиціонери серії MC для зовнішніх шаф, основні системні інтегратори серії MC та виробники акумуляторів; дохід від виробництва кондиціонерів-накопичувачів енергії та чилерів-накопичувачів енергії серії EMW у 2021 році склав 337 мільйонів юанів. | Основні системні інтегратори та виробники акумуляторів серії C; кондиціонер-накопичувач енергії 2021 року, чилер-накопичувач енергії серії EMW | Повітряне охолодження, рідинне охолодження |
| Шенлінг | Державна мережа тощо. | Інтегрований даховий кондиціонер, кімнатний спліт-колонний кондиціонер, інтегрований вбудований кондиціонер, кімнатний спліт-прецизійний кондиціонер | Повітряне охолодження |
| Тунфей | У 2020 році компанія почала розвивати сферу контролю температури для накопичення енергії та розширила свою клієнтську базу, включивши до неї Sunny Power, Kelong, Trinasolar тощо. | Системи рідинного охолодження, дахові промислові кондиціонери, інтегровані промислові кондиціонери, спліт-системи промислових кондиціонерів, настінні кондиціонери | Повітряне охолодження, рідинне охолодження |
| Гаолан | Нашими основними клієнтами є виробники розподіленої інтеграції акумуляторів та заводи з виробництва акумуляторів, і ми вже розпочали співпрацю з Ningde Times. | На основі літієвих батарей з одним корпусом для зберігання енергії, рідинного охолодження, великомасштабних систем рідинного охолодження електростанцій, збірних кабінних систем рідинного охолодження для зберігання енергії тощо. | Рідинне охолодження |
| Сонгжі | Він увійшов до системи постачальників Ningde Times, Vision Energy та інших клієнтів, причому два продукти вийшли на стадію масового виробництва, а кілька продуктів перебувають на стадії розробки. | Система керування температурою з рідинним охолодженням для накопичення енергії (два продукти у масовому виробництві, кілька у розробці) | Повітряне охолодження, рідинне охолодження |
| Аотекар | Постачання до Ningde Times розпочнеться у 2020 році, а виробництво нижньої партії рідинно-охолодженої системи терморегуляції для накопичення енергії розпочнеться у 2021 році. | Система рідинного охолодження та терморегуляції для накопичення енергії | Повітряне охолодження, рідинне охолодження |
Потенціал рідкої охолоджувальної енергії в майбутньому
Що стосується вартості, то, згідно з відповідними дослідженнями, споживання енергії системами рідинного охолодження зазвичай значно нижче, ніж у систем з повітряним охолодженням, за умови однакового охолоджувального ефекту. Тому, хоча початкові інвестиційні витрати на систему рідинного охолодження вищі, її загальна вартість за весь життєвий цикл системи накопичення енергії може бути нижчою, ніж у системи з повітряним охолодженням. Підсумовуючи, ми вважаємо, що в деяких сценаріях очікується, що рідинне охолодження поступово замінить повітряне охолодження як основну форму контролю температури для накопичення енергії.
Незважаючи на це, системи рідинного охолодження все ще стикаються з певними проблемами щодо надійності. Раніше застосування рідинного охолодження в галузі контролю температури накопичення енергії було відносно невеликим, але в порівнянні з повітряним охолодженням, ця технологія все ще має певні прогалини, особливо в стабільності та надійності роботи. Зокрема, трубопроводи системи рідинного охолодження схильні до корозії та відкладень, що призводить до закупорювання або витоку охолоджувальної рідини, тоді як вода, гліколь, силіконова олія та інші поширені охолоджувальні рідини можуть пошкодити акумулятор або спричинити коротке замикання в системі, що створює ризики для безпеки електростанцій, що накопичують енергію.
Крім того, розрахунковий термін служби системи накопичення енергії зазвичай сягає 15 років, але термін служби насосів і клапанів усередині системи рідинного охолодження часто становить близько 7 років, і між ними існує певна невідповідність. Тому дуже ймовірно, що під час експлуатації проекту накопичення енергії систему рідинного охолодження потрібно буде обслуговувати або замінювати компоненти, вимкнувши систему рідинного охолодження, що впливає на економічність проекту. Звичайно, з розвитком технології рідинного охолодження ми вважаємо, що ці проблеми, як очікується, будуть вирішені одна за одною, загальний погляд на рідинне охолодження все ще буде майбутньою тенденцією розвитку контролю температури накопичення енергії.
