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酷暑時節(jié)，我國多地高溫橙色預(yù)警，工商業(yè)用電緊張的同時，儲能系統(tǒng)也在面臨嚴(yán)峻的高溫考驗。即使沒有發(fā)生嚴(yán)重的火災(zāi)或爆炸，儲能系統(tǒng)因高溫降載自我保護(hù)或嚴(yán)重時停擺是傳統(tǒng)風(fēng)冷項目中尤為常見的現(xiàn)象。

為了避免極端高溫天氣造成投資人和終端客戶的損失，熱管理的方案設(shè)計和技術(shù)創(chuàng)新尤為重要，液冷成為了儲能賽道的熱門技術(shù)路線。

01.我們?yōu)槭裁葱枰獰峁芾?br />
電池?zé)崾Э乜赡軙l(fā)的嚴(yán)重安全隱患決定了熱管理的重要性。儲能系統(tǒng)工作過程中，電池會持續(xù)性地發(fā)生一系列放熱副反應(yīng)。此時熱量如果得不到有效散發(fā)，可能導(dǎo)致誘發(fā)電池進(jìn)入自加。

溫控能力的精準(zhǔn)度對鋰電池的效率與壽命有極大影響。鋰電池最適宜的長期工作溫度為：20-30℃。研究顯示，過高和過低的電池溫度都會降低電池壽命，影響電池的安全性，甚至造成永久性的損壞；在0~40℃范圍內(nèi)，電池溫度每升高 1℃，預(yù)期壽命將減少兩個月，電池的出力、安全性等均會受到影響。因此，有效的溫控系統(tǒng)能夠保證儲能電站的安全性以及使用壽命，更為精準(zhǔn)的溫度控制可以在一定程度上提升儲能系統(tǒng)性能與效率。


對于儲能系統(tǒng)而言，溫度是影響電芯一致性的重要因素。當(dāng)儲能系統(tǒng)中大量的單體電芯緊密排列時，運行工況更為復(fù)雜多變，容易造成產(chǎn)熱不均勻、溫度分布不均勻、電池間溫差過大等問題。比如在方形的電池組中，如果長期不進(jìn)行主動熱均衡和熱管理，中間的電池通常比四周的電池溫度高5~15℃，此時電池的老化速度、充放電倍率等各項指標(biāo)可能已發(fā)生不可逆的變化，從而影響系統(tǒng)整體壽命。所以說單體電芯之間的溫度差是影響儲能系統(tǒng)的重要因素。


綜上所述，為了確保儲能項目長期、穩(wěn)定、安全、高效的運行，熱管理系統(tǒng)是鋰電池儲能中不可或缺的重要環(huán)節(jié)。

02.熱管理的方案對比

儲能溫控系統(tǒng)的主要功能是根據(jù)儲能系統(tǒng)運行的實際工況要求以及工作期間電池所經(jīng)受的內(nèi)、外熱負(fù)荷狀況，采用恰當(dāng)?shù)臏乜丶夹g(shù)來管理系統(tǒng)內(nèi)、外部的熱交換的過程。熱管理技術(shù)主要為風(fēng)冷、液冷、熱管冷卻和相變冷卻技術(shù)。目前儲能熱管理的主流技術(shù)路線是風(fēng)冷和液冷，熱管和相變冷卻技術(shù)尚未成熟。


風(fēng)冷利用空調(diào)風(fēng)機(jī)、風(fēng)扇或氣泵促使空氣流動，在電池表面或者散熱翅片處形成強(qiáng)制對流，將電池產(chǎn)生的熱量帶走。風(fēng)冷因其統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單且初始投資成本較低，成為目前儲能系統(tǒng)最普及的熱管理方案。但是，風(fēng)冷方案的局限性在于：1、無法準(zhǔn)確地控制單體電池之間的溫度差；2、能耗高帶來極高用電成本；3、散熱效率低，在高溫天氣下有極高的安全隱患；4、長期處于不健康高溫加速電池衰減程度。


相比而言，液冷在散熱效率、能耗、使用壽命及長期成本等方面體現(xiàn)出了巨大的優(yōu)勢。


液冷儲能最大特點是散熱效率高，通過冷卻液對流直接對電芯散熱，不受外界環(huán)境因素影響，對溫度的控制更精確。液體相較氣體擁有更高的比熱容，在吸收大量的熱量后自身溫度不會產(chǎn)生明顯變化，故而能夠穩(wěn)定電池溫度。同時，液體散熱能力是同體積空氣的3000倍，導(dǎo)熱能力是空氣的25倍，故液冷技術(shù)可以使溫度傳遞效果更快、更好。另外，液冷管道排布相比氣體流向的隨機(jī)性可以實現(xiàn)更高精流場控制系統(tǒng)，對每個電池包內(nèi)的溫度進(jìn)行采集并基于采集到的數(shù)據(jù)對整體的流量分配進(jìn)行有效控制。


在能耗方面，儲能液冷通過制冷劑和電芯的熱交換，大部分情況下都可以使用無需壓縮機(jī)工作的自循環(huán)模式，而風(fēng)冷由于能量密度低、受環(huán)境因素影響較大等原因，需要比液冷高4-6倍的能耗來達(dá)到相同的電池溫度控制，增加了系統(tǒng)運行的成本。

在使用壽命方面，液冷方案在精準(zhǔn)控溫及提高電池放電深度一致性的方面有顯著優(yōu)勢，可以有效減少電池組的容量衰減，從而大幅提高電池的使用壽。


實驗結(jié)果可得，長期工作溫度的差異，可能會導(dǎo)致電池實際使用壽命差異在1倍以上。

在儲能系統(tǒng)的全生命周期內(nèi)，采用液冷系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性更優(yōu)。雖然液冷初期成本略高于風(fēng)冷，但液冷在系統(tǒng)功耗和運行效率方面極大的節(jié)省了運維成本，且因其對于電池健康運行的保障，必然在產(chǎn)品的全生命周期內(nèi)跑贏風(fēng)冷，成為獲益更高的選擇。

03.安瑞哲的實踐與真知

安瑞哲能源在最初研發(fā)時采用了風(fēng)冷的方案，但是在海寧廠區(qū)的實際運行中，我們發(fā)現(xiàn)了產(chǎn)品的溫控與能耗問題帶來的安全風(fēng)險與效益損失。


經(jīng)過潛心研發(fā)，安瑞哲全新推出了騏驥233-全液冷分布式儲能系統(tǒng)，這款產(chǎn)品將電池系統(tǒng)和PCS變流器一體化集成設(shè)計，并在行業(yè)內(nèi)率先采用電池系統(tǒng)和PCS變流器全液冷熱管理的設(shè)計方案，可以大幅提高整個儲能系統(tǒng)的綜合效率。騏驥233經(jīng)過了市場的檢驗，從項目運行的真實數(shù)據(jù)可以看出液冷確實在各方面優(yōu)于風(fēng)冷。

04.結(jié)語

儲能系統(tǒng)作為投資回報周期較長的產(chǎn)品，其安全性與使用壽命是項目能否盈利的重要因素。我國目前的儲能市場還在發(fā)展的初期階段，很多投入使用的項目還沒有經(jīng)過時間的檢驗。在綠色能源蓬勃發(fā)展的未來，風(fēng)冷必將被取代，液冷會成為工商業(yè)用戶側(cè)或電網(wǎng)側(cè)中大型儲能項目的主要溫控方案。

原標(biāo)題：三伏盛夏驗證了液冷儲能的必要性