全浸沒液冷，破局儲能電池安全？
2023-05-11 10:09:59
維科網儲能
2022年，中國儲能鋰電池產業鏈規模破2000億，其中電力儲能產業鏈規模增至1600億元，戶用儲能增長至400億元。
全球范圍內，鋰電儲能賽道“藍海”變“紅海”。鋰電儲能關注三個要素：長壽命、低成本、高安全。長壽命相對容易實現（國軒高科儲能電池循環已達12000次），低成本隨著規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，提升儲能系統安全性
鋰電儲能系統由大量電芯單體通過串并聯組成。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集成使用，在充放電過程中會持續發熱。而儲能鋰電池最佳工作溫度為25℃-40℃，長時間高溫運行，輕則對儲能系統的工作效率、性能和壽命產生不可逆影響，重則引發熱失控風險，產生安全事故。
據不完全統計，2017年5月至今，全球儲能領域發生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部熱失控。安全問題已經切實影響到人們的人身、財產安全了。
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、南都電源在內的十余家儲能電芯企業陸續推出了300Ah及以上容量的電芯產品。
電芯容量越來越大，大量電芯集成工作時發熱越來越多，安全風險提升，如何更好的控制電芯溫度，降低儲能系統能耗，提升儲能系統安全性，業界提出的解決方案之一是升級儲能熱管理系統（由風冷散熱經冷板式液冷散熱向全浸沒式液冷散熱過渡）。
儲能熱管理發展三階段
儲能熱管理系統發展大致分為三個階段，風冷散熱一家獨大、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風冷散熱一家獨大的局面。
風冷散熱技術選用冷卻介質是空氣，有自然風冷（無風扇、空調等機械裝置）和強制風冷（配備風扇空調等機械裝置）兩種類型。
第二階段，2021年至今，冷板式液冷散熱技術異軍突起，市占率不斷提升。
冷板式液冷散熱技術選用冷卻介質是乙二醇水溶液等液體，通過將電池PACK內電芯集成布置于液冷板上展開工作，通過液冷板內冷卻介質流動進行散熱。
2020年，寧德時代等頭部企業先后推出冷板式液冷儲能產品，并不斷更新迭代。寧德時代2020年推出基于液冷CTP電箱技術的戶外系統EnerOne產品，2021年實現批量交付，并重磅推出升級產品EnerC。
目前，布局冷板式液冷散熱技術的儲能企業數量眾多，包括科華數能、陽光電源、億緯鋰能、采日能源、星云時代、海博思創、海辰儲能、中天科技、上海電氣國軒、天合儲能、阿詩特、盛弘股份等數十家儲能企業，覆蓋電網級儲能、工商業儲能、戶用儲能等多元場景。
第三階段，冷板式液冷和風冷散熱二分天下，全浸沒液冷散熱嶄露頭角。
全浸沒式液冷散熱技術選用冷卻介質是超純水、礦物油、聚烯烴和含氟類滅火劑等各種冷卻絕緣液體，將電池系統整體浸沒于冷卻絕緣液中，通過液體循環直接散熱。
目前，布局全浸沒式液冷散熱技術的企業有楚能新能源、南網儲能、佛山久安、易事特、科創儲能、南瑞繼保、儲能在線等。
關于全浸沒式液冷散熱
全浸沒液冷儲能技術，顧名思義，在儲能系統中，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快速、充分的溫度控制。
形象地說，如果把風冷散熱比喻成吹風扇，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的冷卻液中，實現對電池直接、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的成功研制，實現了電化學儲能安全技術的迭代升級，電池散熱效率較傳統方式提升50%。梅州寶湖儲能電站能夠實現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冷散熱和冷板液冷散熱，優點在于溫度控制效率高、系統安全性高，缺點則是現階段系統成本、運維成本較高，且現階段大規模商業應用模式還未完全成熟，正處于初步試用階段。
產品迭代，項目更新
全浸沒式液冷散熱技術快速發展，產品不斷升級迭代。
2022年12月，楚能新能源首創的“浸默”電池系統正式發布，該系統新研發的消防系統，可在電池儲能系統接收到熱失控報警信號3分鐘內，采用液態消防介質將液冷PACK箱完全浸沒，可有效提高儲能電池系統的安全性。
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，電芯間和PACK間的熱蔓延受阻截，熱失控難以持續惡化，電池儲能系統安全性得到提升。
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在新型儲能工程領域也步入了應用階段。
據悉，該項目總規模70MW/140MWh，其中全浸沒液冷儲能系統15MW/30MWh，按照每天1.75次充放測算，每年可發電近8100萬度，可減少二氧化碳排放超過4.5萬噸。
2022年12月27日，南網儲能廣東佛山南海電網側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集成開始招標。
據悉，該項目建設規模300MW/600MWh，主要由300MW/600MWh儲能系統，相關輔助配套設備以及智慧儲能數字化運營管控平臺等組成，預計2023年建成投產。
寫在最后
全浸沒式液冷儲能系統現階段成本較高，難以應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，如公共設施、數據中心、商業建筑、機場、港口、軌道交通等領域，全浸沒式液冷儲能系統前景廣闊。
未來，隨著全浸沒式液冷儲能技術進一步迭代，規模化、標準化應用形成，成本大幅下降，結合其高安全性的壓倒性優勢，其在儲能系統內的滲透率將得到爆發性提升。
新能源
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