Einführung
Luftkühlung und Flüssigkühlung sind nicht von Natur aus gut oder schlecht, nur wenn sie an geeigneten Stellen (Szenarien) verwendet werden können, können ihre jeweiligen Vorteile vollständig realisiert werden. Warum wählen die meisten Energiespeicherprodukte die Flüssigkühlung anstelle der Luftkühlung?
Vor 2021 war die Wärmedissipationsmethode für Energiespeicherprodukte gleichmäßig luftgekühlt (mit Ausnahme von Tesla Megapack).
Zu diesem Zeitpunkt waren die meisten großen Speicherprodukte 40 Fuß-Container-begehbare Systeme, die die Wartung/Fluchtwege der Personalentwicklung gemäß den nationalen Standards und das Laden so viele Batterien wie möglich mussten. Um mehr Batterien aufzunehmen, haben einige Hersteller sogar größere Behälter -53 Fußbehälter mit einer maximalen Kapazität von 2 mWh für einen 40 -Fuß -Behälter verwendet.
Es gibt viele Lüfter in der Schachtel, um die Wärme von der Batterie abzuleiten, und wenn die Leute hereinkommen, hören sie ein paar Summengeräusche von den Fans.
Heutzutage sind Energiespeichersysteme mit 5 mWh Batterien in einem 20 -Fuß -Behälter gepackt, wodurch es schwierig ist, die Anforderungen an die Wärmeabteilung durch Luftkühlung zu erfüllen. Welche anderen Vorteile haben außer den oben genannten luftgekühlten und flüssiggekühlten Systemen?
1. Vorteile des Flüssigkühlsystems
1 Entwurfs- und Wärmeabteilungseffizienz
Entwurfskomplexität
Luftkühlung: Die Technologie der Luftkühlung ist ausgereift und die Struktur ist einfach. Ingenieure wählen beim Entwerfen Luftkühlung. Sein Kerndesign ist die Auswahl der Lüfter und Luftkanal -Design, die die Wärme durch Luftkonvektion auflösen. Das Wärmeableitungsmedium ist Luft, die unerschöpflich ist und daher relativ niedrige Kosten hat. Die Kernausrüstung für die Luftkühlung ist Klimaanlage und Luftkanäle, die für Szenarien mit niedrigem bis mittlerem Kraftwerk geeignet sind, aber es schwierig ist, Anforderungen an die Wärmeabteilung mit hoher Dichte zu erfüllen, z. B. die aktuelle 5 mWh/20-Fuß-Box.
Flüssigkühlung: Ein Flüssigkreislaufsystem (wie Kühlplatten, Pumpen, Wärmetauscher usw.) muss entworfen werden, was sehr komplex ist, aber direkt an die Wärmequelle kontaktieren kann. Die Effizienz der thermischen Leitfähigkeit beträgt das 6-fache der Luftkühlung, was sie für Geräte mit hochenergetischer Dichte geeignet ist. Schlussfolgerung: Obwohl die Flüssigkühlungsdesign komplex ist, ist die Effizienz seiner Wärmeableitung erheblich höher, insbesondere für Hochleistungs-Energiespeichersysteme.
Wärmeabteilungseffekt und Temperaturgleichmäßigkeit
Die Flüssigkühlung erreicht eine präzise Temperaturregelung durch die Kühlmittelzirkulation, wobei eine Temperaturdifferenz innerhalb von 3 Grad gesteuert werden kann, während die Luftkühlung auf Umgebungsluftstrom beruht, wobei eine Temperaturdifferenz normalerweise 7 Grad übersteigt. Hochtemperaturumgebungen können leicht zu einer Verschlechterung der Zellkonsistenz führen und die Akkulaufzeit beeinflussen. Schlussfolgerung: Die Flüssigkühlung hat eine bessere Temperaturgleichmäßigkeit und die Wärmeableitungsstabilität und kann die Batterielebensdauer verlängern.
2 Anwendungsszenario Anpassungsfähigkeit
Umwelt- und Stromanforderungen
Luftkühlung: Geeignet für Umgebungen im Freien und niedrige bis mittlere Kraftszenarien (z. B. industrielle und kommerzielle Energiespeicher, Kommunikationsbasisstationen), jedoch empfindlich gegenüber hohen Temperatur- und hohen Luftfeuchtigkeitsumgebungen, mit begrenzten Wärmeableitungen.
Flüssigkühlung: Sie hat erhebliche Vorteile bei der groß angelegten Energiespeicherung (z. B. hundert Megawatt-Level-Projekte auf der Netzseite), hohe Lade- und Entladungsraten sowie extreme Temperaturszenarien. Zum Beispiel verfolgen gemeinsame Energiespeicher -Stromstationen in Ningxia, Gansu und an anderen Orten Flüssigkühlungslösungen.
Schlussfolgerung: Flüssigkühlung eignet sich besser für hohe Leistungsdichte und komplexe Umweltanforderungen.
3 Wartung und Zuverlässigkeit
Komplexität aufrechterhalten
Luftkühlung: Einfach zu warten, erfordert nur die Reinigung des Lächer- und Luftkanals, erfordert jedoch häufige Umgang mit Umweltstaub und unzureichender Temperaturregelung.
Flüssigkühlung: Es ist erforderlich, regelmäßig auf Kühlmittel und Korrosion und Pumpenventilbetrieb zu prüfen. Die Wartungsschritte sind umständlich, aber die Systemstabilität ist hoch und die Ausfallrate niedrig. Beispielsweise beträgt die Wartungszeit eines flüssigen Kühlsystems {2-3 mal das eines Luftkühlsystems, aber das Herunterfahrenrisiko ist sehr niedrig.
Schlussfolgerung: Die Flüssigkühlung hat hohe Wartungskosten, aber eine bessere Zuverlässigkeit und eine starke langfristige Betriebsstabilität.
Sicherheitsrisiken
Die Luftkühlung hat kein Risiko für flüssige Leckagen, basiert jedoch auf Klimaanlage und Lüfter, was das Risiko einer Überhitzung darstellt.
Die Flüssigkühlung erfordert die Vorbeugung von Leckagen und Korrosion, die Risiken können jedoch effektiv durch ein hohes Dichtungsdesign und die Materialoptimierung gesteuert werden.
4 Lebensdauer und Energieverbrauch
Auswirkungen auf die Akkulaufzeit
Für jeden Temperaturanstieg um 20 Grad nimmt die Lebensdauer der Batteriezyklus um 3000-4000 -FAME ab. Die Flüssigkühlung kann die Temperatur der Batteriezelle bei 30-35 Grad stabilisieren. Die Luftkühlung kann in Hochtemperaturumgebungen über 38 Grad erreichen und die Batterieverschlechterung beschleunigen.
Schlussfolgerung: Die Flüssigkühlung verlängert die Batterielebensdauer erheblich und senkt die Kosten für den vollen Lebenszyklus.
Betriebsenergieverbrauch
Die Flüssigkühlung verbraucht weniger Strom als Luftkühlung. Beispielsweise beträgt der Energieverbrauch der Flüssigkeitskühlung nur 1/6 der Luftkühlung, und die Wärmeableitungsgeschwindigkeit ist beispielsweise schneller, was zu einer kürzeren Kühlzeit nach dem Abschalten führt.
Schlussfolgerung: Die Flüssigkühlung hat erhebliche langfristige energiesparende Effekte und senkt die Betriebskosten.
5 Kostenvergleich
Anfängliche Kosten
Die Kosten für luftgekühlte Systeme sind relativ niedrig (ca. 1,1 Yuan/WH), während die Flüssigkühlung Kühlplatten, Pumpen und andere Komponenten erfordert, was zu einer Kostensteigerung von etwa 18% (ca. 1,3 Yuan/WH) führt.
Lebenszykluskosten
Obwohl die Flüssigkühlung eine hohe anfängliche Investition aufweist, sind die Gesamtkosten der Luftkühlung aufgrund ihres geringen Energieverbrauchs (Einsparung von über 30% der Stromrechnungen), einer langen Lebensdauer (Reduzierung der Batterieersatzfrequenz) und einer niedrigen Ausfallrate überlegen. Zum Beispiel sind die vollständigen Lebenszykluskosten eines 5-MW-flüssiggekühlten Projekts 20% -30% niedriger als das eines klältigen Projekts.
Schlussfolgerung: Die Flüssigkühlung hat mehr Vorteile hinsichtlich der vollständigen Lebenszykluswirtschaft.
6 Speicherplatz sparen
Das Flüssigkühlsystem hat ein hohes Maß an Integration, und der Fußabdruck von Energiespeicherbehältern mit der gleichen Kapazität wird im Vergleich zur Luftkühlung um etwa 40% reduziert, wodurch es für Landszenarien geeignet ist. Die aktuelle 5 mWh Batterie kann in einen 20 -Fuß -Behälter passen, vor allem, weil das Flüssigkühlsystem viel Platz spart.
2. Nachteile von Flüssigkühlsystemen
1 Umweltschutz und Sicherheit
Flüssigkühlung ist giftig
Ethylenglykol zur Flüssigkeitskühlung ist toxisch und Leckage kann Boden und Grundwasser verunreinigen, was eine strenge Versiegelung und Recyclingbehandlung erfordert. Das luftgekühlte System hat kein Risiko für flüssige Leckagen und ist umweltfreundlicher. Beispielsweise verursachte ein Leck von Flüssigkühlsystemen bei dem Tesla Megapack Energy Station Fire Unfall in Australien einen Brandunfall von 2021 in Tesla Megapack Energy Station.
Dieser Fall zeigt, dass die Flüssigkühlung strenge Anforderungen an die Versiegelung und die Materialqualität hat, und dieses Ausfallrisiko muss bei der Gestaltung von Flüssigkühlsystemen berücksichtigt werden.
Sicherheit des Luftkühlsystems
Das luftgekühlte System muss sich keine Sorgen um das Risiko eines Leckagens machen. Es stützt sich auf den kontinuierlichen Betrieb von Klimaanlage und Lüfter, und das schwerwiegendste Problem ist die lokale Überhitzung. Die Gesamtunfallrate ist jedoch niedriger als die der Flüssigkühlung
2 komplexe Produktion und Installation
Die Produktion von Flüssigkühlsystemen ist komplex
Die Anpassung von flüssig gekühlten Platten und die Erzeugung von Schimmelpilzen sind erforderlich, wobei ein langer Forschungs- und Entwicklungszyklus und Patentbarrieren beteiligt sind.
Die Luftkühlung beruht auf standardisiertem Luftkanaldesign mit hohem Grad an gemeinsamem Modus und steuerbaren Kosten.
Lange Installationszeit
Die Demontage und Montage von flüssig gekühlten Batterieschränken dauert mehr als 2 Stunden (mit Entwässerung, Versiegelungstests usw.), während die Luftkühlung nur 20 Minuten dauert und für schnelle Einsatzszenarien geeignet ist.
3 hoher Geräuschpegel
Das Geräusch von flüssigen abgekühlten Einheiten ist normalerweise weniger als oder gleich 75 dB (nahe luftgekühlter Klimaanlage), kann jedoch durch Optimierung der Pumpenventilkonstruktion und Schalldämmung weiter reduziert werden. Der Megapack von Tesla bewegt den Lüfter auf die Oberseite der Energiespeicherbox und installiert den Pumpenkörper im Schrank, um den Geräusch zu reduzieren.
Die Hauptgeräuschquelle für die Luftkühlung ist der Lüfter (weniger oder gleich 60 dB), was insgesamt leiser ist.
3. Der Kühltrend zukünftigen großen Speicherprodukten
Luftkühlung+Flüssigkühlung Hybridlösung: Kombinieren Sie die Vorteile beider Szenarien, z.
Eintauchkühlung: Dies ist die primitivste Wärmedissipationsmethode, die die Wärmequelle mit der kalten Quelle direkt in Kontakt tritt, um Wärme zu lindern. Die Effizienz der Wärmeabteilung ist viel höher als die Wärme durch eine Kühlplatte. Wenn die herkömmliche Flüssigkühlung im Vergleich zu Luftkühlsystemen Luftkanäle beseitigt, beseitigt die Eintauchungskühlung die Kaltplatten weiter. Durch direktes Eintauchen der Batteriezellen kann extreme Wärmeableitungen (Temperaturdifferenz von weniger als 1 Grad) erreicht werden, was in Zukunft die herkömmliche Flüssigkühlung in der Energiespeicherung mit hoher Dichte ersetzen kann.
4. Zusammenfassung
Unter den Anforderungen an die Batterietechnologie und die Wärmeableitungsanforderungen löst die Flüssigkühlungstechnologie die Kernschmerzpunkte der großen Energiespeicherung in hohen Leistungsdichte (5 mWh/20 Fuß) Szenarien durch effiziente Wärmeableitungen, präziser Temperaturregelung, geringem Energieverbrauch und langer Lebensdauer.
Trotz seiner hohen anfänglichen Kosten- und Wartungskomplexität hat es erhebliche wirtschaftliche und Zuverlässigkeitsvorteile während des gesamten Lebenszyklus. Mit der groß angelegten Anwendung der Flüssigkühlung (z. B. einer erwarteten Penetrationsrate von 45% bis 2025) wird die Reife der Industriekette die Kosten weiter senken und sie als "optimale Lösung" für groß angelegte Energiespeicherung fördern.
PostScript: Alle Wärmeableitungs- und Brandschutzmaßnahmen sind um die Batteriezellen zentriert. Wenn Hochtemperatur-Batteriezellen in Zukunft durch direktes Austausch von Wärme mit Luft in Massenproduktion hergestellt werden können und die Batteriezellen selbst höhere Temperaturen standhalten, können die Kosten für Energiespeichersysteme erheblich reduziert werden. Dies ist die Technologie, die der Menschheit zugute kommt.