2、 行業(yè)趨勢:風冷為主,液冷占比快速提升
2.1、 各類方式對比:散熱效率和系統溫差是核心
風冷系統是當前主要的儲能溫控形式,但散熱效率低、占地面積大且易導致 電池溫度分布不均。風冷系統將低溫空氣送入系統內部,通過熱對流和熱傳導 兩種傳熱方式帶走電池產生的熱量,從而達到降溫冷卻的目的。風冷系統具有造 價低、安裝簡單等優(yōu)點,但空氣比熱較小,隨著鋰電池產熱量的增加,風冷系統 占地面積也將不斷增加。同時,大多集裝箱風冷系統采用單風道結構,這導致靠 近進風口的電池溫度偏低,較遠處的電池溫度偏高,從而導致溫度分布不均勻的 問題。 液冷系統散熱效率高,電池簇間溫差小,可以提升電池壽命和全生命周期經 濟性。根據接觸方式的不同,可以將液冷分為直接接觸和間接接觸兩種,直接 接觸是將電池包放置于冷卻液中,這種方式易發(fā)生泄露,危險性較高,所以一般 采用間接接觸的方式,即冷卻液流經液冷板,液冷板與電池包直接接觸換熱,從 而控制電池的溫度。冷卻液比熱容較高,且通過流道設置和流量調節(jié)可以進一步 提升散熱效率。同時,液冷回路一般采用并聯回路,這可以減少電池包之間的溫 差,提升系統壽命。
相變材料和熱管冷卻仍處于在研階段,成本和穩(wěn)定性是影響其投產的重要原 因。相變材料冷卻是使電池單體直接接觸相變材料,利用其相變過程吸收熱 量實現對鋰離子電池的冷卻。相變材料冷卻可以明顯提升儲能系統溫度分布 的均勻性,但其價格較高,且當相變材料吸熱時,其體積變化明顯,容易對 儲能系統的工作性能產生影響。熱管是一種利用介質在吸熱端的蒸發(fā)帶走熱 量,再在放熱端通過冷凝的方式將熱量傳遞到外界的裝置,這一冷卻技術已 相對成熟,但其成本較高,在手機等電子設備上使用較多,應用于儲能系統 上性價比低。
2.2、 發(fā)展趨勢:液冷方案滲透率快速提升
2.2.1、液冷方案的性能與下游需求更加適配
儲能項目整體規(guī)模的增加以及“大電芯”的趨勢,對溫控系統散熱效率與溫 差控制提出了更高的需求。 首先,是項目整體規(guī)模的變大:根據儲能與電力市場不完全統計,國內已規(guī) 劃啟動的單體 GWh 級儲能項目已有 9 個。以單顆電芯 280Ah、3.2V 匡算, 一個 1GWh 的儲能電站將包含超過 100 萬顆電芯。這就要求溫控系統有更高 的散熱效率以及更好的溫差控制能力。 其次,是單體電芯容量的變大:2022 年電站儲能中最常見的電芯容量為 280Ah,進入 2023 年之后,各大廠商又陸續(xù)推出了超過 300Ah 的電芯產品, 其中,億緯鋰能甚至推出了 560Ah 的儲能專用電芯。這就要求溫控系統有更 高的散熱效率。 無論是電芯單體層面容量的變大、還是儲能項目整體規(guī)模的變大,都對溫控 系統的性能提出了更高的要求,在這種情況下,散熱效率更高、溫差控制更 優(yōu)的液冷方案更受青睞。
2.2.2、液冷方案對系統經濟性的提升明顯
需求方對于儲能系統經濟性有了更高的要求。此前,中國儲能市場是由政策 強制配儲驅動的,儲能設施更多的作為風光建設的“路條”,很多儲能裝置 并不投入到實際的使用中,或者實際調用次數很少,使得需求方對于儲能系 統的壽命不會過多關注。隨著電力市場市場化的不斷推進、儲能盈利模式的 逐步完善,未來的儲能電站將通過價差套利、輔助服務等方式賺取收益。在 這種情況下,需求方對于儲能電站的壽命、經濟性就有了更高的要求。 液冷方案在系統壽命上的增益,使得其經濟性凸顯。根據遠景能源實測數據 顯示,與普通風冷儲能產品相比,液冷儲能產品的電池壽命提升了 20%。我 們進行了簡易的測算: 假設 1:液冷儲能系統較風冷儲能系統的單位投資成本增加額為 0.03 元/Wh; 假設 2:液冷儲能系統對于儲能壽命的增益為 20%。 測算得風冷儲能系統的度電成本為 0.39元,液冷儲能系統的度電成本為 0.33 元,液冷儲能系統的度電成本較風冷系統下降 15%。
2.2.3、主流集成廠商近年來均推出液冷產品
各大主流集成廠商近年來均推出了液冷產品,在能量密度、電池壽命上較風 冷產品有了顯著提升。陽光電源的 PowerTitan 產品采用液冷溫控的方式,實 現了所有電芯溫差小于 2.5℃,使電池壽命延長 2 年以上。海博思創(chuàng)的HyperA2-C3354、HyperA2-C6709 產品采用了同程均衡液冷管路設計,實現了 溫差不超過 3℃,電池壽命延長 20%。比亞迪的 Cube T28 產品采用了液冷技術, 空間利用率遠遠高于傳統預留風道的風冷系統。寧德時代的 EnerC 產品,能量 密度較傳統風冷系統提高了近兩倍,可將單簇 416 個電芯溫差控制在 3°C 以內, 全系統 4160 個電芯溫差控制在 5°C 以內。
2.2.4、全沉浸液冷系統嶄露頭角
全沉浸液冷系統的溫差控制能力更強,同時安全性更高。與傳統的液冷方案 不同,全沉浸液冷系統中,電池系統整體浸沒于冷卻絕緣液中,通過液體循環(huán)實現散熱。由于浸沒液與電芯全方位接觸,更好地控制電芯的溫差水平;此外,采 用非油類的冷卻液時,液體本身就具有滅火能力,起到了溫控與消防融合的效果。
多家公司已經推出全沉浸液冷儲能系統產品,在大型儲能電站中,也逐漸開 始示范應用。佛山久安、易事特、科創(chuàng)儲能、南瑞繼保、儲能在線等多個 公司已經推出全浸沒液冷儲能系統產品,并且在大型儲能電站中,全液冷 儲能系統也開始示范應用。2023 年 3 月,南方電網梅州寶湖儲能電站全浸 沒液冷儲能系統投運(項目總規(guī)模 70MW/140MWh,其中全浸沒液冷儲能 系統 15MW/30MWh)。2023 年 4 月,廣東佛山南海電網側獨立電池儲能 電站,75MW/150MWh 浸沒式艙級管理液冷儲能系統集成招標。當前全浸 沒液冷系統的成本與傳統的風冷、液冷相比相對較高,在一些對安全敏感 性更高的場景有望率先取得較大范圍的應用。
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