В 2022 году отрасль накопления энергии будет активно развиваться, а совокупная установленная мощность новых накопителей энергии достигнет 13,1 ГВт. Количество новых проектов накопления энергии, запланированных и находящихся в стадии строительства в Китае, достигло почти 100 ГВт, что значительно превышает масштабный прогноз в 30 ГВт к 2025 году, выдвинутый соответствующими государственными ведомствами. 2023 год, несомненно, станет очередным годом непрерывного и быстрого роста отечественных электрохимических накопителей энергии.
Новая отрасль накопления энергии полна энергии и энергии, в ней сосуществуют надежды и вызовы. Развитие систем накопления энергии должно быть направлено на масштабные проекты, рассчитанные на средне- и долгосрочную перспективу, с высокой устойчивостью к внешним воздействиям и высокими показателями безопасности. В последние годы участились аварии, связанные с электрохимическими системами накопления энергии. Как обеспечить безопасность систем накопления энергии?
Жидкостное охлаждение стало популярным технологическим направлением в области терморегулирования, и в последнее время оно часто появляется на экранах. В апреле Midea впервые представила свои решения для систем накопления энергии и ряд новых продуктов для терморегулирования с жидкостным охлаждением, официально выйдя на сегментированное направление терморегулирования; Huadian Group запустила новый раунд централизованных закупок литий-железо-фосфатных систем хранения энергии, закупив 2 ГВт·ч систем с воздушным охлаждением и 3 ГВт·ч систем с жидкостным охлаждением.
К какому типу относится жидкостное охлаждение в системах хранения энергии?
01 Управление температурным режимом накопителей энергии
Благодаря тепловым характеристикам аккумуляторов, управление температурой стало ключевым звеном в цепочке производства электрохимических накопителей энергии. С точки зрения стоимости и объёма производственной цепочки, на аккумуляторы приходится около 55% затрат на системы хранения энергии, на PCS – около 20%, на BMS и EMS – около 11%, а на управление температурой – около 2–4%. Стоимость управления температурой 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, связанных с безопасностью систем накопления энергии. Система накопления энергии генерирует много тепла и имеет ограниченное пространство для рассеивания тепла. Трудно добиться контроля температуры в условиях естественной вентиляции, и это легко нанести ущерб сроку службы и безопасности батареи. По сравнению с системой силовых батарей, батареи системы накопления энергии имеют более высокую мощность, большее количество и более сильное тепловыделение, а плотное расположение батарей приводит к ограниченному пространству для рассеивания тепла, что затрудняет быстрое и равномерное рассеивание тепла, что может легко вызвать трение между аккумуляторными блоками. Накопление тепла и чрезмерная разница рабочих температур приводят к частым авариям, связанным с безопасностью системы накопления энергии, что в конечном итоге повлияет на срок службы и безопасность батареи.
Процесс теплового разгона литий-ионных аккумуляторов
Управление температурой — ключ к обеспечению непрерывной и безопасной работы систем накопления энергии. В идеале система управления температурой должна поддерживать температуру внутри системы накопления энергии в оптимальном диапазоне (10–35 °C) для работы литиевых аккумуляторов и обеспечивать равномерность температуры внутри аккумуляторной батареи, тем самым снижая скорость снижения срока службы аккумулятора и рассеивание тепла. Риск потери контроля.
В настоящее время основными техническими методами управления температурой накопителей энергии являются воздушное и жидкостное охлаждение. Технологии управления температурой накопителей энергии в основном подразделяются на воздушное, жидкостное, тепловое и фазовое охлаждение, при этом технологии с тепловыми трубками и фазовым охлаждением пока не получили должного развития.
1. воздушное охлаждение
Температура аккумулятора снижается за счёт конвекции газа. Преимуществами такого подхода являются простота конструкции, лёгкость обслуживания и низкая стоимость, однако эффективность теплоотвода, скорость теплоотвода и равномерность распределения температуры невысоки. Подходит для случаев с низким тепловыделением.
2. жидкостное охлаждение
Температура аккумулятора снижается за счёт конвекции жидкости. Эффективность и скорость теплоотвода, а также равномерность распределения температуры хороши, но стоимость высока, и существует риск утечки охлаждающей жидкости. Этот метод подходит для случаев, когда аккумулятор обладает высокой плотностью энергии, быстро заряжается и разряжается, а также подвержен значительным перепадам температуры окружающей среды.
3. Тепловая трубка и фазовый переход
Рассеивание тепла аккумулятора достигается за счет испарения и поглощения тепла средой в тепловой трубке, а также фазового перехода материала.
Среди них технология жидкостного охлаждения, которая напрямую рассеивает тепло посредством конвекции жидкости, позволяет реализовать точный контроль температуры аккумулятора и обеспечить равномерное охлаждение. В отличие от этого, стоимость технологии воздушного охлаждения ниже, но эффективность рассеивания тепла невысока, и невозможно добиться точного контроля температуры аккумулятора. Поэтому в сценариях с низкой мощностью воздушное охлаждение по-прежнему является основным, в то время как в сценариях со средней и высокой мощностью доминирующее положение занимает технология жидкостного охлаждения. Система жидкостного охлаждения обладает преимуществами большой удельной теплоёмкости и быстрого охлаждения, что позволяет более эффективно контролировать температуру аккумулятора, обеспечивая тем самым стабильную работу аккумуляторной батареи.
02 Рынок хранения энергии с использованием жидкостного охлаждения
Отечественный рынок накопителей энергии переживает бурный рост, и интеграторы накопителей энергии и производители аккумуляторов уже на ранних этапах внедряют технологию жидкостного охлаждения для накопителей энергии, разрабатывают новые продукты и обновляют их версии. Благодаря всё большему числу проектов практического применения, системы накопления энергии с жидкостным охлаждением быстро становятся основным направлением развития технологий на рынке.
В настоящее время доля технологии жидкостного охлаждения в новых крупномасштабных проектах хранения энергии на стороне генерации/сети быстро растет, например, демонстрационный проект электростанции совместного хранения энергии мощностью 100 МВт/200 МВт·ч Ningxia Power Investment Ningdong Base, проект электростанции совместного хранения энергии Gansu Linze мощностью 100 МВт/400 МВт·ч и т. д. будет использовать технологию контроля температуры жидкостного охлаждения. И применение в реальных проектах постепенно увеличивается. Например, недавно электростанция хранения энергии Meizhou Baohu компании Southern Power Grid была официально введена в эксплуатацию в уезде Ухуа города Мэйчжоу провинции Гуандун. Это также первая в мире погружная электростанция хранения энергии с жидкостным охлаждением. Впервые компания China Southern Grid Energy Storage Company напрямую погрузила батарею в охлаждающую жидкость в кабине, чтобы добиться прямого, быстрого и достаточного охлаждения и охлаждения батареи, чтобы гарантировать, что батарея работает в оптимальном температурном диапазоне.
Крупные энергетические компании начали тендеры на системы хранения энергии с жидкостным охлаждением. Согласно статистическим данным, Китайская национальная ядерная корпорация (CNCS), PetroChina, National Energy Group, Huadian Group и другие компании уже реализовали проекты по закупке систем хранения энергии с жидкостным охлаждением. Мощность системы составляет около 5,4 ГВт·ч, а цена за единицу составляет 1,42–1,61 юаня/Вт·ч.
Согласно общедоступной статистике, 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 другие десятки производителей, включая Te и Shenghong, последовали примеру жидкостного охлаждения. Все новые продукты, представленные в этой серии, основаны на технологии жидкостного охлаждения и подходят для различных сфер применения, включая энергосистемы, промышленные и коммерческие системы, а также системы накопления энергии в домашних условиях.
Для компаний, производящих оборудование для контроля температуры, их основная конкурентоспособность будет заключаться в возможностях кастомизации, а также в многолетнем опыте и накоплении технического опыта в области решений для терморегулирования. GGII полагает, что в средне- и долгосрочной перспективе распределение рынка будет сосредоточено на компаниях с более зрелыми индивидуальными разработками, более качественными нестандартными решениями и более экономичной продукцией. Таким образом, для компаний, производящих оборудование для контроля температуры, их основная конкурентоспособность будет заключаться в возможностях кастомизации и накоплении многолетнего опыта, особенно в области решений для терморегулирования.
03 Будущий потенциал хранения энергии с помощью жидкостного охлаждения
Бурный рост рынка накопителей энергии продолжится. Для эффективного стимулирования потребления новой энергии ускоряется строительство крупных и мощных электростанций с накопителями энергии. Система терморегулирования, являющаяся важной частью системы накопления энергии, выиграет от увеличения установленной мощности накопителей. Масштаб рынка систем контроля температуры накопителей энергии может продолжить расширяться.
Согласно статистическим данным, в 2022 году новые проекты по хранению энергии в Китае достигнут 7,3 ГВт/15,9 ГВт⋅ч, а совокупная установленная мощность — 13,1 ГВт/27,1 ГВт⋅ч. В сочетании с ситуацией планирования в различных регионах, предполагается, что к концу 2025 года совокупная установленная мощность отечественных накопителей энергии, как ожидается, достигнет почти 80 ГВт. Согласно анализу Института передовых промышленных исследований (GGII), стоимость поставок отечественных систем контроля температуры для накопителей энергии достигнет 16,5 млрд юаней в 2025 году. С увеличением емкости накопителей энергии и скорости заряда-разряда будет увеличиваться доля накопителей энергии средней и высокой мощности, использующих жидкостное охлаждение. Постепенно совершенствуясь, жидкостное охлаждение, как ожидается, станет основным решением в будущем, а уровень проникновения технологии жидкостного охлаждения, как ожидается, достигнет около 45% к 2025 году.
Прогноз рынка систем хранения энергии, контроля температуры и жидкостного охлаждения в Китае (100 млн юаней)
В будущем, поскольку новые электростанции и системы автономного хранения энергии потребуют большей ёмкости аккумуляторов и более высокой удельной мощности системы, доля систем хранения энергии с жидкостным охлаждением будет расти, и они, несомненно, станут лидерами на рынке накопителей 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 экономичности систем хранения энергии.
Время публикации: 22 сентября 2023 г.