Invoering
Luchtkoeling en vloeistofkoeling zijn niet inherent goed of slecht, alleen bij gebruik op geschikte plaatsen (scenario's) kunnen hun respectieve voordelen volledig worden gerealiseerd. Dus, waarom kiezen de meeste energieopslagproducten voor vloeistofkoeling in plaats van luchtkoeling?
Vóór 2021 was de warmtedissipatiemethode voor energieopslagproducten uniform luchtgekoeld (behalve Tesla Megapack).
Op dat moment waren de meeste grote opslagproducten 40 voet container inloopsystemen, waarvoor het reserveren van personeelsonderhoud/ontsnappingsroutes nodig was volgens nationale normen en het laden van zoveel mogelijk batterijen. Om meer batterijen te huisvesten, hebben sommige fabrikanten zelfs grotere containers gebruikt -53 voetcontainers, met een maximale capaciteit van 2mWh voor een container van 40 voet.
Er zijn veel fans in de doos om warmte van de batterij af te voeren, en wanneer mensen binnenkomen, horen ze een stel zoemende geluiden van de fans.
Tegenwoordig zitten energieopslagsystemen boordevol 5 mwh batterijen in een container van 20 voet, waardoor het moeilijk is om aan de warmtedissipatievereisten te voldoen door luchtkoeling. Dus, welke andere voordelen hebben luchtgekoelde en vloeistofgekoelde systemen naast degenen die hierboven zijn genoemde?
1. Voordelen van vloeistofkoelsysteem
1 ontwerp- en warmtedissipatie -efficiëntie
Ontwerpcomplexiteit
Luchtkoeling: de technologie van luchtkoeling is volwassen en de structuur is eenvoudig. Ingenieurs kiezen voor luchtkoeling bij het ontwerpen. Het kernontwerp is de selectie van ventilators en het ontwerpen van luchtkanaal, dat warmte aftelt door luchtconvectie. Het warmtedissipatiemedium is lucht, wat onuitputtelijk is en daarom relatief lage kosten heeft. De kernapparatuur van luchtkoeling is airconditioning en luchtkanalen, die geschikt zijn voor lage tot middelgrote vermogensscenario's, maar moeilijk te voldoen aan de eisen van de warmte-dissipatie met hoge dichtheid, zoals de huidige 5mWh/20 voet doos.
Vloeistofkoeling: een vloeistofcirculatiesysteem (zoals koelplaten, pompen, warmtewisselaars, enz.) Moet worden ontworpen, wat zeer complex is maar direct contact kan opnemen met de warmtebron. De thermische geleidbaarheidsefficiëntie is 6 keer die van luchtkoeling, waardoor het geschikt is voor apparatuur met een hoge energie. Conclusie: hoewel het ontwerp van het vloeistofkoeling complex is, is de warmtedissipatie-efficiëntie aanzienlijk hoger, vooral geschikt voor krachtige energieopslagsystemen.
Warmte -dissipatie -effect en temperatuuruniformiteit
Vloeistofkoeling bereikt precieze temperatuurregeling door de circulatie van koelvloeistof, met een temperatuurverschil dat binnen 3 graden kan worden geregeld, terwijl luchtkoeling afhankelijk is van de luchtstroom van de omgeving, met een temperatuurverschil meestal van meer dan 7 graden. Omgevingen op hoge temperatuur kan gemakkelijk leiden tot verslechtering van de consistentie van cellen en de levensduur van de batterij beïnvloeden. Conclusie: vloeibare koeling heeft een betere temperatuuruniformiteit en warmtedissipatiestabiliteit en kan de levensduur van de batterij verlengen.
2 Aanpassingsvermogen van het toepassingsscenario
Omgeving en stroomvereisten
Luchtkoeling: geschikt voor buitenomgevingen en lage tot middelgrote stroomscenario's (zoals industriële en commerciële energieopslag, communicatie -basisstations), maar gevoelig voor omgevingen met hoge temperatuur en hoge vochtigheid, met beperkte warmtedissipatie -effecten.
Vloeistofkoeling: het heeft aanzienlijke voordelen in grootschalige energieopslag (zoals honderd megawatt niveau-projecten aan de rasterzijde), hoge opladen en ontladende percentages en extreme temperatuurscenario's. Gedeelde energieopslagstations in Ningxia, Gansu en andere plaatsen nemen bijvoorbeeld vloeistofkoelingsoplossingen aan.
Conclusie: vloeibare koeling is meer geschikt voor hoge vermogensdichtheid en complexe omgevingsvereisten.
3 Onderhoud en betrouwbaarheid
Complexiteit behouden
Luchtkoeling: gemakkelijk te handhaven, vereist alleen het reinigen van de ventilator- en luchtkanaal, maar vereist frequente behandeling van omgevingsstof en onvoldoende temperatuurregeling.
Vloeistofkoeling: het is noodzakelijk om regelmatig te controleren op lekkage, corrosie en pompklepwerking. De onderhoudsstappen zijn omslachtig, maar de systeemstabiliteit is hoog en het faalpercentage is laag. De onderhoudstijd van een vloeistofkoelsysteem is bijvoorbeeld 2-3 maal die van een luchtkoelsysteem, maar het risico op afsluiten is erg laag.
Conclusie: vloeibare koeling heeft hoge onderhoudskosten maar een betere betrouwbaarheid en sterke operationele stabiliteit op lange termijn.
Beveiligingsrisico's
Luchtkoeling heeft geen risico op vloeibare lekkage, maar vertrouwt op airconditioning en fans, wat een risico op oververhitting vormt.
Vloeistofkoeling vereist preventie van lekkage en corrosie, maar risico's kunnen effectief worden gecontroleerd door middel van ontwerp van een hoog afdichting en materiaaloptimalisatie.
4 levensduur en energieverbruik
Impact op de levensduur van de batterij
Voor elke toename van de temperatuur van 20 graden neemt de levensduur van de batterijcyclus af met 3000-4000. Vloeistofkoeling kan de temperatuur van de batterijcel stabiliseren bij 30-35 graad. Luchtkoeling kan meer dan 38 graden in omgevingen op hoge temperatuur bereiken, waardoor de batterijafbraak wordt versneld.
Conclusie: vloeibare koeling verlengt aanzienlijk de levensduur van de batterij en verlaagt de volledige levenscyclusvervangingskosten.
Operatie energieverbruik
Vloeistofkoeling verbruikt minder stroom dan luchtkoeling. Met een koelcapaciteit van 3KW is het energieverbruik van vloeistofkoeling bijvoorbeeld slechts 1/6 van dat van luchtkoeling, en de warmtedissipatiesnelheid is sneller, wat resulteert in een kortere koeltijd na het afsluiten.
Conclusie: vloeibare koeling heeft aanzienlijke energiebesparende effecten op lange termijn en verlaagt de bedrijfskosten.
5 kostenvergelijking
Eerste kosten
De kosten van luchtgekoelde systemen zijn relatief laag (ongeveer 1,1 yuan/wh), terwijl vloeibare koeling koelplaten, pompen en andere componenten vereist, wat resulteert in een kostenstijging van ongeveer 18% (ongeveer 1,3 yuan/wh).
Levenscycluskosten
Hoewel vloeibare koeling een hoge initiële investering heeft, zijn de totale kosten van de lucht superieur aan luchtkoeling vanwege het lage energieverbruik (meer dan 30% van de elektriciteitsrekeningen), een lange levensduur (het verminderen van de frequentie van de batterijvervanging) en een laag faalpercentage. De volledige levenscycluskosten van een 5 MW vloeibaar gekoeld project zijn bijvoorbeeld 20% -30% lager dan dat van een luchtgekoeld project.
Conclusie: vloeibare koeling heeft meer voordelen in termen van de volledige levenscycluseconomie.
6 Bespaar ruimte
Het vloeistofkoelsysteem heeft een hoge mate van integratie en de voetafdruk van energieopslagcontainers met dezelfde capaciteit wordt met ongeveer 40% verminderd in vergelijking met luchtkoeling, waardoor het geschikt is voor landelijke scenario's. De huidige 5MWH -batterij kan in een container van 20 voet passen, voornamelijk omdat het vloeibare koelsysteem veel ruimte bespaart.
2. Nadelen van vloeistofkoelsystemen
1 milieubescherming en veiligheid
Vloeibare koeling is giftig
Ethyleenglycol dat wordt gebruikt voor vloeistofkoeling is giftig en lekkage kan bodem en grondwater verontreinigen, waardoor een strikte afdichtings- en recyclingbehandeling nodig is; Het luchtgekoelde systeem heeft geen risico op vloeibare lekkage en is milieuvriendelijker. In het vuurongeval van de Tesla Megapack -opslagstation van 2021 in Australië veroorzaakte bijvoorbeeld een lek van het vloeistofkoelsysteem een kortsluiting van de batterij, wat leidde tot thermische wegloper.
Deze case illustreert dat vloeibare koeling een strikte vereisten heeft voor afdichting en materiaalkwaliteit, en dit faalrisico moet worden overwogen bij het ontwerpen van vloeistofkoelsystemen.
Luchtkoelsysteemveiligheid
Het luchtgekoelde systeem hoeft zich geen zorgen te maken over het risico op lekkage. Het is gebaseerd op de continue werking van airconditioning en fans, en het meest ernstige probleem is lokaal oververhitting. Het totale ongevalspercentage is echter lager dan dat van vloeistofkoeling
2 Complexe productie en installatie
De productie van vloeistofkoelsystemen is complex
Aanpassing van vloeistofgekoelde platen en proefproductie van schimmels zijn vereist, met een lange onderzoeks- en ontwikkelingscyclus en patentbarrières.
Luchtkoeling is gebaseerd op gestandaardiseerde luchtkanaalontwerp, met een hoge mate van gemeenschappelijke modus en controleerbare kosten.
Lange installatietijd
De demontage en montage van vloeistofgekoelde batterijkasten duurt meer dan 2 uur (met drainage, afdichtingstesten, enz.), Hoewel luchtkoeling slechts 20 minuten duurt, geschikt voor snelle implementatiescenario's.
3 Hooggeluidsniveau
Het geluid van vloeistofgekoelde eenheden is meestal kleiner dan of gelijk aan 75 dB (dicht bij luchtgekoelde airconditioning), maar het kan verder worden verminderd door het ontwerp van de pompventiel- en geluidsisolatiematerialen te optimaliseren. Tesla's Megapack verplaatst de ventilator naar de bovenkant van de energieopslagkist en installeert de pomplichaam in de kast als een manier om geluid te verminderen.
De belangrijkste geluidsbron van luchtkoeling is de ventilator (minder dan of gelijk aan 60dB), die in het algemeen stiller is.
3. De koeltrend van toekomstige grote opslagproducten
Luchtkoeling+vloeistofkoeling hybride oplossing: het combineren van de voordelen van beide in sommige scenario's, zoals het gebruik van luchtkoeling om de kosten in gebieden met lage en gemiddelde stroom te verlagen, en het gebruik van vloeistofkoeling om de efficiëntie van de warmtedissipatie in hoogkrachtige kerngebieden te verbeteren.
Vloeistofkoeling van onderdompeling: dit is de meest primitieve warmtedissipatiemethode, die direct in contact komt met de warmtebron met de koude bron om warmte af te voeren. De warmtedissipatie -efficiëntie is veel hoger dan die van het wegnemen van warmte door een koelplaat. Als traditionele vloeistofkoeling luchtkanalen elimineert in vergelijking met luchtkoelsystemen, elimineert vloeibare koeling van onderdompeling verder koude platen. Door de batterijcellen direct onder te dompelen, kan extreme warmtedissipatie (temperatuurverschil kleiner dan of gelijk aan 1 graad) worden bereikt, wat in de toekomst traditionele vloeistofkoeling in energieopslag met hoge dichtheid kan vervangen.
4. Samenvatting
Onder de huidige batterijtechnologie en warmtedissipatievereisten lost vloeistofkoeltechnologie de kernpijnpunten van grote energieopslag op in scenario's met hoge vermogensdichtheid (5MWH/20 voet) door efficiënte warmtedissipatie, precieze temperatuurregeling, een laag energieverbruik en een lange levensduur.
Ondanks de hoge initiële kosten- en onderhoudscomplexiteit heeft het gedurende zijn hele levenscyclus aanzienlijke economische en betrouwbaarheidsvoordelen. Met de grootschalige toepassing van vloeistofkoeling (zoals een verwachte penetratiesnelheid van 45% tegen 2025), zal de looptijd van de industriële keten de kosten verder verlagen en deze bevorderen als de "optimale oplossing" voor grootschalige energieopslag.
Postcript: Alle warmteafdeling en brandbeveiligingsmaatregelen zijn gecentreerd rond de batterijcellen. Als batterijcellen op hoge temperatuur in de toekomst in massa kunnen worden geproduceerd door rechtstreeks warmte met lucht uit te wisselen, en de batterijcellen zelf bestand zijn tegen hogere temperaturen, kunnen de kosten van energieopslagsystemen aanzienlijk worden verlaagd. Dit is de technologie die de mensheid ten goede komt.