Uvod
Zračno hlajenje in tekoče hlajenje nista sama po sebi dobra ali slaba, le če se uporabljata na ustreznih mestih (scenariji), lahko njihove prednosti v celoti uresničimo. Zakaj torej večina izdelkov za shranjevanje energije namesto zračnega hlajenja izbere tekoče hlajenje?
Pred letom 2021 je bila metoda disipacije toplote za izdelke za shranjevanje energije enakomerno hlajena na zraku (razen Tesla Megapack).
Takrat je bila večina velikih izdelkov za shranjevanje 40 čevljev zabojnikov, ki so zahtevali rezervacijo vzdrževanja/poti za vzdrževanje osebja v skladu z nacionalnimi standardi in nalaganje čim več baterij. Za namestitev več baterij so nekateri proizvajalci celo uporabili večje zabojnike -53 noge z največjo zmogljivostjo 2mWh za 40 čevljev.
V škatli je veliko ventilatorjev, ki od akumulatorja razblinijo toploto, in ko ljudje vstopijo, slišijo kup zvočnih zvokov od ventilatorjev.
Dandanes so sistemi za shranjevanje energije napolnjeni s 5 mWh baterij v 20 -metrski posodi, kar otežuje izpolnjevanje zahtev glede odvajanja toplote s hlajenjem zraka. Torej, katere druge prednosti imajo poleg zgoraj omenjenih sistemov zračno hlajene in tekoče hlajene sisteme?
1. Prednosti tekočega hladilnega sistema
1 Učinkovitost oblikovanja in odvajanja toplote
Oblikovalna kompleksnost
Zračno hlajenje: Tehnologija zračnega hlajenja je zrela in struktura je preprosta. Inženirji bodo pri oblikovanju izbrali zračno hlajenje. Njegova jedrna zasnova je izbira ventilatorjev in zasnova zračnih kanalov, ki razpršijo toploto skozi konvekcijo zraka. Medij za odvajanje toplote je zrak, ki je neizčrpen in ima zato razmeroma nizke stroške. Osnovna oprema zračnega hlajenja so klimatska naprava in zračni kanali, ki so primerni za scenarije z nizko do srednje moči, vendar je težko izpolnjevati zahteve za odvajanje toplote z visoko gostoto, kot je trenutna škatla 5MWh/20 stopal.
Tekoči hlajenje: Treba je oblikovati sistem tekočega obtoka (kot so hladilne plošče, črpalke, izmenjevalniki toplote itd.), Ki je zelo zapleten, vendar se lahko neposredno obrne na vir toplote. Njegova učinkovitost toplotne prevodnosti je 6-krat večja od zračnega hlajenja, zaradi česar je primeren za visokoenergijsko gostoto opreme. Zaključek: Čeprav je oblikovanje tekočega hlajenja zapleteno, je njegova učinkovitost disipacije toplote bistveno večja, še posebej primerna za sisteme za shranjevanje energije z veliko močjo.
Učinek odvajanja toplote in temperaturna enotnost
Tekoče hlajenje doseže natančen nadzor temperature s cirkulacijo hladilne tekočine s temperaturno razliko, ki jo je mogoče nadzorovati v 3 stopinj, medtem ko se zračno hlajenje opira na pretok zraka v okolju, pri čemer temperaturna razlika običajno presega 7 stopinj. Visoko temperaturno okolje lahko zlahka privede do poslabšanja konsistentnosti celic in vpliva na življenjsko dobo baterije. Zaključek: Tekoče hlajenje ima boljšo temperaturno enakomernost in stabilnost odvajanja toplote ter lahko podaljša življenjsko dobo baterije.
2 Prilagodljivost scenarija aplikacije
Zahteve za okolje in moč
Zračno hlajenje: Primerno za zunanja okolja in scenarije z nizko in srednjo močjo (na primer industrijsko in komercialno shranjevanje energije, komunikacijske bazne postaje), vendar občutljivo na visoko temperaturno in visoko vlažno okolje, z omejenimi učinki odvajanja toplote.
Tekoče hlajenje: ima velike prednosti v obsežnem shranjevanju energije (na primer sto projektov na ravni megavata na strani omrežja), visoke stopnje polnjenja in izliva ter izjemnih temperaturnih scenarijev. Na primer, elektrarne v skupni shranjevanju energije v Ningxia, GANSU in drugih krajih sprejemajo tekoče hladilne rešitve.
Zaključek: Tekoče hlajenje je bolj primerno za veliko gostoto moči in zapletene okoljske potrebe.
3 Vzdrževanje in zanesljivost
Ohraniti zapletenost
Zračno hlajenje: Enostaven za vzdrževanje, zahteva le čiščenje ventilatorja in zračnega kanala, vendar zahteva pogosto ravnanje z okoljskim prahom in nezadostnim nadzorom temperature.
Tekoči hlajenje: Potrebno je redno preverjati uhajanje hladilne tekočine, korozijo in delovanje ventila črpalke. Koraki vzdrževanja so okorni, vendar je stabilnost sistema visoka, stopnja okvare pa nizka. Na primer, čas vzdrževanja tekočega hladilnega sistema je 2-3 krat večji od zračnega hladilnega sistema, vendar je tveganje za izklop zelo nizko.
Zaključek: Tekoče hlajenje ima visoke stroške vzdrževanja, vendar boljšo zanesljivost in močno dolgoročno operativno stabilnost.
Varnostna tveganja
Zračno hlajenje nima tveganja za uhajanje tekočine, vendar se zanaša na klimatsko napravo in ventilatorje, kar predstavlja tveganje za pregrevanje.
Tekoče hlajenje zahteva preprečevanje uhajanja in korozije, vendar je mogoče tveganja učinkovito nadzorovati z visoko zasnovo tesnjenja in optimizacijo materiala.
4 življenjska doba in poraba energije
Vpliv na življenjsko dobo baterije
Za vsakega 20 -stopinjskega zvišanja temperature se življenjska doba baterijskega cikla zmanjša za 3000-4000 krat. Tekoči hlajenje lahko stabilizira temperaturo baterijske celice v 30-35 stopnji. Zračno hlajenje lahko doseže več kot 38 stopinj v visokotemperaturnih okoljih, kar pospešuje razpadanje baterije.
Zaključek: Tekoče hlajenje znatno podaljša življenjsko dobo baterije in zmanjša stroške zamenjave celotnega življenjskega cikla.
Delovanje porabe energije
Tekoči hlajenje porabi manj energije kot zračno hlajenje. Na primer, s hladilno zmogljivostjo 3KW je poraba energije tekočega hlajenja le 1/6 od porabe zračnega hlajenja, hitrost odvajanja toplote pa je hitrejša, kar ima za posledico krajši čas hlajenja po zaustavitvi.
Zaključek: Tekoče hlajenje ima znatne dolgoročne učinke varčevanja z energijo in zmanjšuje obratovalne stroške.
5 Primerjava stroškov
Začetni stroški
Stroški zračnega hlajenega sistema so razmeroma nizki (približno 1,1 juana/WH), medtem ko tekoče hlajenje zahteva hladilne plošče, črpalke in druge komponente, kar ima za posledico približno 18% povečanje stroškov (približno 1,3 juana/WH).
Stroški življenjskega cikla
Čeprav ima tekoče hlajenje visoko začetno naložbo, so njeni skupni stroški boljši od zračnega hlajenja zaradi nizke porabe energije (prihranite več kot 30% računov za elektriko), dolge življenjske dobe (zmanjšanje frekvence nadomestitve baterije) in nizke stopnje okvare. Na primer, celotni stroški življenjskega cikla 5MW tekočega ohlajenega projekta so 20% -30% nižji od stroškov projekta z zračnim hlajenjem.
Zaključek: Tekoče hlajenje ima več prednosti v smislu celotnega življenjskega cikla.
6 Shrani prostor
Tekoči hladilni sistem ima visoko stopnjo integracije, odtis zabojnikov za shranjevanje energije z enako zmogljivostjo pa se zmanjša za približno 40% v primerjavi z zračnim hlajenjem, zaradi česar je primeren za scenarije, ki jih je primanjkovalo zemljišč. Trenutna 5MWh baterija se lahko prilega v 20 -metrski zabojnik, predvsem zato, ker tekoči hladilni sistem prihrani veliko prostora.
2. Slabosti tekočih hladilnih sistemov
1 varstvo okolja in varnost
Tekoče hlajenje je strupeno
Etilen glikol, ki se uporablja za hlajenje s tekočim, je strupen, uhajanje pa lahko kontaminira tla in podzemno vodo, ki zahteva strogo obdelavo tesnjenja in recikliranja; Sistem z zračnim hlajenjem nima tveganja za uhajanje tekočine in je bolj okolju prijazen. Na primer, v požarni nesreči Tesla Megapack Energy Shranjevanje v Avstraliji leta 2021 je v Avstraliji povzročil uhajanje tekočega hlajenja, ki je povzročil kratek stik baterije, kar je vodilo do toplotnega pobega.
Ta primer ponazarja, da ima tekoče hlajenje stroge zahteve za tesnjenje in kakovost materiala, zato je treba pri oblikovanju tekočih hladilnih sistemov upoštevati tveganje za odpoved.
Varnost zračnega hladilnega sistema
Sistem z zračnim hlajenjem ni treba skrbeti za tveganje za uhajanje. Zanaša se na neprekinjeno delovanje klimatske naprave in ventilatorjev, najresnejši problem pa je lokalno pregrevanje. Vendar je skupna stopnja nesreč nižja kot pri hlajenju s tekočim
2 zapletena proizvodnja in namestitev
Proizvodnja tekočih hladilnih sistemov je zapletena
Potrebna sta prilagoditev tekoče ohlajenih plošč in preizkusna proizvodnja kalupov z dolgim raziskovalnim in razvojnim ciklom ter patentnimi ovirami.
Zračno hlajenje se opira na standardizirano zasnovo zračnih kanalov, z visoko stopnjo skupnega načina in nadzorovane stroške.
Dolg čas namestitve
Razstavljanje in sestavljanje tekočih hladilnih baterijskih omar traja več kot 2 uri (ki vključuje drenažo, tesnjenje testiranja itd.), Medtem ko zračno hlajenje traja le 20 minut, primerno za scenarije hitrega uvajanja.
3 visoka raven hrupa
Hrup tekoče hlajenih enot je običajno manjši ali enak 75 dB (blizu zračno hlajene klimatske naprave), vendar ga je mogoče še zmanjšati z optimizacijo zasnove črpalke in zvočnih izolacijskih materialov. Teslin Megapack premakne ventilator na vrh škatle za shranjevanje energije in namesti telo črpalke znotraj omare kot način za zmanjšanje hrupa.
Glavni vir hrupa zračnega hlajenja je ventilator (manj kot ali enak 60 dB), ki je na splošno tišji.
3. Trend hlajenja prihodnjih velikih izdelkov za shranjevanje
Hibridno raztopino zračnega hlajenja+tekoče hlajenje: Združevanje prednosti obeh v nekaterih scenarijih, na primer uporaba zračnega hlajenja za zmanjšanje stroškov na območjih z nizko in srednjo energijo ter uporaba tekočega hlajenja za izboljšanje učinkovitosti odvajanja toplote na območjih z visoko močjo.
Potopno tekočino hlajenje: To je najbolj primitivna metoda disipacije toplote, ki neposredno stika s toplotnim virom s hladnim virom, da razprši toploto. Učinkovitost odvajanja toplote je veliko večja kot pri odvzemu toplote skozi hladilno ploščo. Če tradicionalno tekoče hlajenje odpravlja zračne kanale v primerjavi z zračnimi hladilnimi sistemi, potem hlajenje s potopitvijo tekočine še dodatno odpravi hladne plošče. Z neposrednim potopitvijo baterijskih celic je mogoče doseči ekstremno disipacijo toplote (temperaturna razlika, manjša ali enaka 1 stopinjah), kar lahko nadomesti tradicionalno tekoče hlajenje v skladišču energije z visoko gostoto v prihodnosti.
4. Povzetek
V trenutni tehnologiji akumulatorja in zahtev za razprševanje toplote tekoče hladilno tehnologijo rešuje jedrne bolečinske točke velikega shranjevanja energije v scenarijih z visoko gostoto energije (5MWh/20 čevljev) z učinkovitim odvajanjem toplote, natančnim nadzorom temperature, nizko porabo energije in dolgo življenjsko dobo.
Kljub visokim začetnim stroškom in vzdrževalnim kompleksnosti ima v celotnem življenjskem ciklu velike gospodarske in zanesljive prednosti. Z obsežno uporabo tekočega hlajenja (kot je pričakovana stopnja penetracije 45% do leta 2025), bo zapadlost industrijske verige še dodatno zmanjšala stroške in jih spodbujala kot "optimalno rešitev" za obsežno shranjevanje energije.
PostScript: Vsi ukrepi za odvajanje toplote in požar so osredotočeni na baterijske celice. Če lahko visokotemperaturne baterijske celice v prihodnosti masno proizvajamo z neposrednim izmenjavo toplote z zrakom, same baterijske celice pa lahko prenesejo višje temperature, se lahko stroški sistemov za shranjevanje energije znatno zmanjšajo. To je tehnologija, ki koristi človeštvu.