В 2022 году отрасль хранения энергии будет развиваться стремительно, и совокупная установленная мощность новых систем хранения энергии достигнет 13,1 ГВт. Количество запланированных и строящихся проектов по хранению энергии в Китае достигло почти 100 ГВт, что значительно превысило прогнозируемые соответствующими национальными ведомствами 30 ГВт к 2025 году. 2023 год, несомненно, станет еще одним годом непрерывного быстрого роста отечественного рынка электрохимических систем хранения энергии.
Новая индустрия хранения энергии полна энергии и энтузиазма, в ней сосуществуют надежды и вызовы. Развитие систем хранения энергии должно осуществляться в направлении крупномасштабного, среднесрочного и долгосрочного применения, с высокой отказоустойчивостью и высокими показателями безопасности. В последние годы участились аварии в системах электрохимического хранения энергии. Как решить проблему обеспечения безопасности систем хранения энергии?
Жидкостное охлаждение стало популярным технологическим направлением в сфере управления тепловыми процессами, и в последнее время эта технология часто обновляется. В апреле компания Midea впервые представила свои решения для систем хранения энергии и ряд новых продуктов для управления тепловыми процессами в системах хранения энергии с жидкостным охлаждением, официально выйдя на сегментированный рынок систем управления тепловыми процессами в системах хранения энергии; Huadian Group запустила новый раунд централизованных закупок систем хранения энергии на основе литий-железо-фосфата, приобретя 2 ГВт·ч систем хранения энергии с воздушным охлаждением и 3 ГВт·ч систем хранения энергии с жидкостным охлаждением.
Что представляет собой система хранения энергии с жидкостным охлаждением?
01 Управление тепловым режимом системы хранения энергии
Из-за тепловых характеристик батарей управление тепловым режимом стало ключевым звеном в цепочке производства электрохимических накопителей энергии. С точки зрения стоимости и объема производственной цепочки, на батареи приходится около 55% стоимости системы хранения энергии, на системы управления батареями (PCS) — около 20%, на системы управления батареями (BMS) и системы управления электроникой (EMS) — около 11%, а на управление тепловым режимом — около 2–4%. Стоимость управления тепловым режимом относительно невелика, но оно играет жизненно важную роль и является ключом к обеспечению непрерывной и безопасной работы системы хранения энергии.
Аварии на электростанциях происходят часто, и тепловой разгон литиевых батарей является одной из основных причин аварий в системах хранения энергии. Системы хранения энергии выделяют много тепла и имеют ограниченное пространство для его рассеивания. Трудно обеспечить контроль температуры при естественной вентиляции, что легко снижает срок службы и безопасность батарей. По сравнению с силовыми батареями, батареи в системах хранения энергии обладают большей мощностью, большим количеством и более интенсивным тепловыделением, а плотное расположение батарей приводит к ограниченному пространству для рассеивания тепла, что затрудняет быстрое и равномерное рассеивание тепла и может легко вызвать трение между батареями. Накопление тепла и чрезмерная разница рабочих температур приводят к частым авариям в системах хранения энергии, что в конечном итоге снижает срок службы и безопасность батарей.
процесс теплового разгона литий-ионных батарей
Управление тепловым режимом является ключом к обеспечению непрерывной и безопасной работы систем хранения энергии. В идеале, конструкция системы управления тепловым режимом должна поддерживать температуру внутри системы хранения энергии в оптимальном диапазоне (10-35°C) для работы литиевых батарей и обеспечивать равномерность температуры внутри батарейного блока, тем самым снижая срок службы батареи или риск потери контроля из-за тепловыделения.
В настоящее время основными техническими направлениями в области управления тепловыми процессами в системах аккумулирования энергии являются воздушное и жидкостное охлаждение. Технологические направления управления тепловыми процессами в системах аккумулирования энергии в основном делятся на воздушное охлаждение, жидкостное охлаждение, охлаждение с помощью тепловых трубок и охлаждение с фазовым переходом, при этом технологии охлаждения с помощью тепловых трубок и охлаждения с фазовым переходом еще не достигли зрелости.
1. воздушное охлаждение
Температура батареи снижается за счет газовой конвекции. Преимуществами являются простая конструкция, легкость обслуживания и низкая стоимость, однако эффективность, скорость и равномерность теплоотвода оставляют желать лучшего. Подходит для условий с низкой скоростью тепловыделения.
2. жидкостное охлаждение
Температура батареи снижается за счет конвекции жидкости. Эффективность и скорость рассеивания тепла, а также равномерность распределения температуры хорошие, но стоимость высока, и существует риск утечки охлаждающей жидкости. Подходит для случаев, когда аккумуляторная батарея обладает высокой плотностью энергии, высокой скоростью зарядки и разрядки, а также значительными колебаниями температуры окружающей среды.
3. Тепловая трубка и фазовый переход
Теплоотвод батареи достигается за счет испарения и поглощения тепла средой в тепловой трубке, а также фазового перехода материала.
Среди них технология жидкостного охлаждения напрямую рассеивает тепло за счет конвекции жидкости, что позволяет осуществлять точный контроль температуры батареи и обеспечивать равномерное охлаждение. В отличие от этого, технология воздушного охлаждения стоит дешевле, но эффективность рассеивания тепла невысока, и точный контроль температуры батареи невозможен. Поэтому в сценариях с низкой мощностью воздушное охлаждение остается основным методом, в то время как в сценариях со средней и высокой мощностью доминирующее положение занимает технология жидкостного охлаждения. Система жидкостного охлаждения обладает преимуществами большой удельной теплоемкости и быстрого охлаждения, что позволяет более эффективно контролировать температуру батареи, обеспечивая тем самым стабильную работу накопителя энергии.
02 Рынок систем хранения энергии с жидкостным охлаждением
Внутренний рынок систем хранения энергии переживает бурный рост, и интеграторы систем хранения энергии и производители аккумуляторов начали внедрять технологию жидкостного охлаждения, разрабатывать новые продукты и обновлять существующие модели с использованием новых технологий. Благодаря всё большему числу практических проектов, системы жидкостного охлаждения быстро становятся основным технологическим направлением на рынке.
В настоящее время доля технологии жидкостного охлаждения в новых крупномасштабных проектах по хранению энергии на стороне генерации/сети быстро растет. Например, в демонстрационном проекте электростанции с общим хранилищем энергии мощностью 100 МВт/200 МВт·ч компании Ningxia Power Investment Ningdong Base, проекте электростанции с общим хранилищем энергии Gansu Linze мощностью 100 МВт/400 МВт·ч и т.д. используется технология контроля температуры жидкостного охлаждения. И ее применение в реальных проектах постепенно увеличивается. Например, недавно в уезде Ухуа города Мэйчжоу провинции Гуандун была официально введена в эксплуатацию электростанция с хранилищем энергии Southern Power Grid Meizhou Baohu. Это также первая в мире электростанция с погружным жидкостным охлаждением. Впервые китайская компания Southern Grid Energy Storage Company непосредственно погрузила батарею в охлаждающую жидкость в кабине, обеспечив прямое, быстрое и достаточное охлаждение батареи, чтобы гарантировать ее работу в оптимальном температурном диапазоне.
Крупные энергетические группы начали тендеры на системы жидкостного охлаждения для хранения энергии. Согласно статистике, Китайская национальная атомная корпорация, PetroChina, Национальная энергетическая группа, Huadian Group и другие компании осуществили проекты по закупке систем жидкостного охлаждения для хранения энергии. Масштаб систем жидкостного охлаждения составляет около 5,4 ГВт·ч, а закупочная цена за единицу составляет от 1,42 юаня/Вт·ч до 1,61 юаня/Вт·ч.
Согласно общедоступным статистическим данным, такие компании, как Kehua Data Energy, Sungrow Power, Yiwei Lithium Energy, Cairi Energy, Xingyun Times, HyperStrong, Haichen Energy Storage, Zhongtian Technology, Shanghai Electric Guoxuan, Trina Energy Storage, Ashi и многие другие, такие как Te и Shenghong, последовали тренду жидкостного охлаждения. Все выпущенные новые продукты используют технологию жидкостного охлаждения и охватывают различные сценарии применения, такие как энергосистемы, промышленное и коммерческое использование, а также бытовое хранение энергии.
Для компаний, производящих оборудование для регулирования температуры, ключевое конкурентное преимущество будет заключаться в возможностях индивидуальной настройки, а также в многолетнем опыте и накопленных технических знаниях в области решений для терморегулирования. GGII считает, что в среднесрочной и долгосрочной перспективе рынок будет ориентирован на компании с более зрелыми индивидуальными разработками, лучшими нестандартными решениями и более экономически эффективной продукцией. Поэтому для компаний, производящих оборудование для регулирования температуры, ключевое конкурентное преимущество будет заключаться в возможностях индивидуальной настройки и многолетнем опыте, особенно в области решений для терморегулирования.
03 Перспективы развития систем жидкостного охлаждения и хранения энергии
Бурный рост рынка систем хранения энергии продолжится. Для эффективного стимулирования потребления возобновляемой энергии ускоряется ввод в эксплуатацию крупномасштабных и мощных электростанций с системами хранения энергии. Системы терморегулирования, являющиеся важной частью системы хранения энергии, выиграют от увеличения установленной мощности таких систем. Масштабы рынка систем контроля температуры в системах хранения энергии могут продолжать расширяться.
Согласно статистике, в 2022 году объем новых проектов по хранению энергии в Китае достигнет 7,3 ГВт/15,9 ГВт·ч, а совокупная установленная мощность составит 13,1 ГВт/27,1 ГВт·ч. С учетом плановой ситуации в различных регионах, по оценкам, к концу 2025 года совокупная установленная мощность отечественных систем хранения энергии достигнет почти 80 ГВт. По данным анализа Института передовых промышленных исследований (GGII), стоимость поставок систем контроля температуры для хранения энергии в Китае в 2025 году достигнет 16,5 млрд юаней. С увеличением емкости систем хранения энергии и скорости заряда-разряда будет расти и доля систем хранения энергии средней и высокой мощности, использующих жидкостное охлаждение. Постепенно совершенствуясь, жидкостное охлаждение, как ожидается, станет основным решением в будущем, и к 2025 году его доля в общем объеме рынка достигнет около 45%.
Прогноз развития рынка систем регулирования температуры и жидкостного охлаждения для систем хранения энергии в Китае (100 миллионов юаней)
В будущем, по мере того как новые энергетические электростанции и автономные системы хранения энергии будут требовать большей емкости батарей и более высокой удельной мощности системы, доля систем хранения энергии с жидкостным охлаждением будет неуклонно расти, и они, безусловно, станут лидерами на рынке систем хранения энергии благодаря своим комплексным преимуществам. Это будет стимулировать энтузиазм производителей систем хранения энергии к постоянному внедрению новых продуктов и технологий, а также способствовать повышению безопасности и экономической эффективности систем хранения энергии.
Дата публикации: 22 сентября 2023 г.