全浸沒液冷，破局儲能電池安全？
2023-05-11 10:09:59
維科網(wǎng)儲能
2022年，中國儲能鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈規(guī)模破2000億，其中電力儲能產(chǎn)業(yè)鏈規(guī)模增至1600億元，戶用儲能增長至400億元。
全球范圍內(nèi)，鋰電儲能賽道“藍海”變“紅海”。鋰電儲能關(guān)注三個要素：長壽命、低成本、高安全。長壽命相對容易實現(xiàn)（國軒高科儲能電池循環(huán)已達12000次），低成本隨著規(guī)模提升也會逐步解決，最難解決的還是安全性問題。
升級熱管理方案，提升儲能系統(tǒng)安全性
鋰電儲能系統(tǒng)由大量電芯單體通過串并聯(lián)組成。一個20尺3.44MWh的液冷儲能集裝箱，需要超3840顆280Ah電芯。
大量電芯在電池倉內(nèi)集成使用，在充放電過程中會持續(xù)發(fā)熱。而儲能鋰電池最佳工作溫度為25℃-40℃，長時間高溫運行，輕則對儲能系統(tǒng)的工作效率、性能和壽命產(chǎn)生不可逆影響，重則引發(fā)熱失控風(fēng)險，產(chǎn)生安全事故。
據(jù)不完全統(tǒng)計，2017年5月至今，全球儲能領(lǐng)域發(fā)生70多起鋰離子電池儲能安全事故，事故原因主要是儲能鋰電池內(nèi)部熱失控。安全問題已經(jīng)切實影響到人們的人身、財產(chǎn)安全了。
另一方面，近年，儲能電芯越做越大，電芯容量正從280Ah邁向300Ah+。2022年億緯鋰能推出了560Ah容量的LF560K儲能電池，單電池能量達到1.792kWh，被譽為最大容量儲能電芯。
2022年，海辰儲能、天合儲能、遠景動力、鵬輝能源、海基新能源、瑞浦蘭鈞、楚能新能源、蜂巢智儲、國軒高科、比亞迪、南都電源在內(nèi)的十余家儲能電芯企業(yè)陸續(xù)推出了300Ah及以上容量的電芯產(chǎn)品。
電芯容量越來越大，大量電芯集成工作時發(fā)熱越來越多，安全風(fēng)險提升，如何更好的控制電芯溫度，降低儲能系統(tǒng)能耗，提升儲能系統(tǒng)安全性，業(yè)界提出的解決方案之一是升級儲能熱管理系統(tǒng)（由風(fēng)冷散熱經(jīng)冷板式液冷散熱向全浸沒式液冷散熱過渡）。
儲能熱管理發(fā)展三階段
儲能熱管理系統(tǒng)發(fā)展大致分為三個階段，風(fēng)冷散熱一家獨大、冷板式液冷散熱異軍突起和全浸沒液冷散熱嶄露頭角。
第一階段，2021年以前儲能市場基本呈現(xiàn)風(fēng)冷散熱一家獨大的局面。
風(fēng)冷散熱技術(shù)選用冷卻介質(zhì)是空氣，有自然風(fēng)冷（無風(fēng)扇、空調(diào)等機械裝置）和強制風(fēng)冷（配備風(fēng)扇空調(diào)等機械裝置）兩種類型。
第二階段，2021年至今，冷板式液冷散熱技術(shù)異軍突起，市占率不斷提升。
冷板式液冷散熱技術(shù)選用冷卻介質(zhì)是乙二醇水溶液等液體，通過將電池PACK內(nèi)電芯集成布置于液冷板上展開工作，通過液冷板內(nèi)冷卻介質(zhì)流動進行散熱。
2020年，寧德時代等頭部企業(yè)先后推出冷板式液冷儲能產(chǎn)品，并不斷更新迭代。寧德時代2020年推出基于液冷CTP電箱技術(shù)的戶外系統(tǒng)EnerOne產(chǎn)品，2021年實現(xiàn)批量交付，并重磅推出升級產(chǎn)品EnerC。
目前，布局冷板式液冷散熱技術(shù)的儲能企業(yè)數(shù)量眾多，包括科華數(shù)能、陽光電源、億緯鋰能、采日能源、星云時代、海博思創(chuàng)、海辰儲能、中天科技、上海電氣國軒、天合儲能、阿詩特、盛弘股份等數(shù)十家儲能企業(yè)，覆蓋電網(wǎng)級儲能、工商業(yè)儲能、戶用儲能等多元場景。
第三階段，冷板式液冷和風(fēng)冷散熱二分天下，全浸沒液冷散熱嶄露頭角。
全浸沒式液冷散熱技術(shù)選用冷卻介質(zhì)是超純水、礦物油、聚烯烴和含氟類滅火劑等各種冷卻絕緣液體，將電池系統(tǒng)整體浸沒于冷卻絕緣液中，通過液體循環(huán)直接散熱。
目前，布局全浸沒式液冷散熱技術(shù)的企業(yè)有楚能新能源、南網(wǎng)儲能、佛山久安、易事特、科創(chuàng)儲能、南瑞繼保、儲能在線等。
關(guān)于全浸沒式液冷散熱
全浸沒液冷儲能技術(shù)，顧名思義，在儲能系統(tǒng)中，電芯直接浸沒于冷卻液中，與空氣、水分等完全隔離，通過電芯與冷卻液直接接觸來實現(xiàn)快速、充分的溫度控制。
形象地說，如果把風(fēng)冷散熱比喻成吹風(fēng)扇，冷板液冷散熱比喻為貼著冰塊，那全浸沒液冷散熱就是電芯集體“泡冷水澡”。
實際工作時，電池直接浸沒在艙內(nèi)的冷卻液中，實現(xiàn)對電池直接、快速、充分冷卻降溫，可確保電池在最佳溫度范圍內(nèi)運行，有效延長電池的使用壽命，整體提升儲能電站的安全性能。
南方電網(wǎng)儲能科技公司董事長汪志強曾針對梅州寶湖儲能電站表示：“浸沒式液冷電池儲能系統(tǒng)的成功研制，實現(xiàn)了電化學(xué)儲能安全技術(shù)的迭代升級，電池散熱效率較傳統(tǒng)方式提升50%。梅州寶湖儲能電站能夠?qū)崿F(xiàn)電池運行溫升不超過5攝氏度，不同電池溫差不超過2攝氏度。”
綜合來看，全浸沒液冷散熱相較風(fēng)冷散熱和冷板液冷散熱，優(yōu)點在于溫度控制效率高、系統(tǒng)安全性高，缺點則是現(xiàn)階段系統(tǒng)成本、運維成本較高，且現(xiàn)階段大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用模式還未完全成熟，正處于初步試用階段。
產(chǎn)品迭代，項目更新
全浸沒式液冷散熱技術(shù)快速發(fā)展，產(chǎn)品不斷升級迭代。
2022年12月，楚能新能源首創(chuàng)的“浸默”電池系統(tǒng)正式發(fā)布，該系統(tǒng)新研發(fā)的消防系統(tǒng)，可在電池儲能系統(tǒng)接收到熱失控報警信號3分鐘內(nèi)，采用液態(tài)消防介質(zhì)將液冷PACK箱完全浸沒，可有效提高儲能電池系統(tǒng)的安全性。
作用原理為，熱失控電池受快速降溫和局部窒息手段抑制，難以進一步反應(yīng)，電芯間和PACK間的熱蔓延受阻截，熱失控難以持續(xù)惡化，電池儲能系統(tǒng)安全性得到提升。
目前，我國已有多個全浸沒式液冷儲能項目開工、投用。
2023年3月6日，全球首個浸沒式液冷儲能電站——南方電網(wǎng)梅州寶湖儲能電站正式投用，標志著浸沒式液冷這一前沿技術(shù)在新型儲能工程領(lǐng)域也步入了應(yīng)用階段。
據(jù)悉，該項目總規(guī)模70MW/140MWh，其中全浸沒液冷儲能系統(tǒng)15MW/30MWh，按照每天1.75次充放測算，每年可發(fā)電近8100萬度，可減少二氧化碳排放超過4.5萬噸。
2022年12月27日，南網(wǎng)儲能廣東佛山南海電網(wǎng)側(cè)獨立電池儲能項目正式啟動。2023年4月28日，該項目75MW/150MWh浸沒式艙級管理液冷儲能系統(tǒng)集成開始招標。
據(jù)悉，該項目建設(shè)規(guī)模300MW/600MWh，主要由300MW/600MWh儲能系統(tǒng)，相關(guān)輔助配套設(shè)備以及智慧儲能數(shù)字化運營管控平臺等組成，預(yù)計2023年建成投產(chǎn)。
寫在最后
全浸沒式液冷儲能系統(tǒng)現(xiàn)階段成本較高，難以應(yīng)用在對成本較為敏感的儲能場景。
不過，針對那些高度重視安全性，對成本不那么敏感的場景，如公共設(shè)施、數(shù)據(jù)中心、商業(yè)建筑、機場、港口、軌道交通等領(lǐng)域，全浸沒式液冷儲能系統(tǒng)前景廣闊。
未來，隨著全浸沒式液冷儲能技術(shù)進一步迭代，規(guī)模化、標準化應(yīng)用形成，成本大幅下降，結(jié)合其高安全性的壓倒性優(yōu)勢，其在儲能系統(tǒng)內(nèi)的滲透率將得到爆發(fā)性提升。
責(zé)任編輯： 李穎
標簽：全浸沒液冷,儲能電池安全
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