Uvođenje
Zračno hlađenje i hlađenje tečnosti nisu inherentno dobre ili loše, samo kada se koriste u odgovarajućim mjestima (scenariji) mogu li se njihove prednosti u potpunosti realizirati. Dakle, zašto većina proizvoda za skladištenje energije biraju tečno hlađenje umjesto hlađenja zraka?
Prije 2021. godine, metoda disipacije topline za proizvode za skladištenje energije bio je jednolično hlađen zrak (osim Tesla Megapack).
U to vrijeme većina velikih proizvoda za pohranu bila je 40 stopa u kontejnera za šetnju, što je zahtijevao rezervirati rute za održavanje osoblja / bijeg prema nacionalnim standardima i učitavanje što više baterija. Da bi se prilagodio više baterija, neki proizvođači su čak koristili veće posude za stopala -53 noga, s maksimalnim kapacitetom 2MWh za kontejner od 40 stopa.
Mnogo je ventilatora unutar kutije kako bi se raspršili toplinu iz baterije, a kad ljudi uđu, čuju gomilu zujanih zvukova iz obožavatelja.
Danas su sustavi za pohranu energije pakirani 5mWh baterija u spremniku od 20 stopa, što otežava ispunjavanje zahtjeva za disipaciju topline kroz hlađenje zraka. Dakle, koje druge prednosti rade zračni i tekući hlađeni sustavi osim gore spomenutih?
1. Prednosti tečnog rashladnog sistema
1 Dizajn i efikasnost disipacije topline
Dizajnerska složenost
Zračno hlađenje: Tehnologija hlađenja zraka je zrela, a struktura je jednostavna. Inženjeri će odabrati hlađenje zraka prilikom dizajniranja. Njegov je osnovni dizajn je odabir ventilatora i dizajn zračnog kanala koji rasipaju toplinu kroz konvekciju zraka. Medij za disipaciju topline je zrak, što je neiscrpno i zato ima relativno nisku cijenu. Okružna oprema za hlađenje zraka je klima uređaj i zračni kanali koji su pogodni za scenarije niskog do srednjih energije, ali teško su zadovoljili potrebe za disipacijom topline visoke gustine, poput trenutne kutije od 5MWh / 20 stopa.
Tečno hlađenje: treba biti dizajniran sistem cirkulacije tečnog cirkulacije (poput hlađenja, pumpi, izmjenjivača topline itd.), Što je vrlo složeno, ali može direktno kontaktirati izvor topline. Njegova efikasnost toplotne provodljivosti je 6 puta veća od hlađenja zraka, što ga čini pogodnim za visokoenergetsku opremu gustine. Zaključak: Iako je dizajn hlađenja tečnosti složen, njegova efikasnost disipacije topline značajno je veća, posebno pogodna za sisteme za skladištenje energije visoke energije.
Efekt disipacije topline i temperaturne ujednačenosti
Tečno hlađenje postiže preciznu kontrolu temperature kroz cirkulaciju rashladne tekućine, sa temperaturnim razlikama koja se može kontrolirati u roku od 3 stepena, dok se hlađenje zrakoplova oslanja na ambijentalni protok zraka, sa temperaturnom razlikom. Visoka temperatura u okruženju mogu lako dovesti do pogoršanja konzistentnosti ćelije i utječu na vijek trajanja baterije. Zaključak: Tečno hlađenje ima bolju temperaturu ujednačenost i stabilnost topline, a može produžiti vijek trajanja baterije.
2 Prilagodljivost scenarija aplikacije
Zahtevi za okoliš i energiju
Zračno hlađenje: Pogodno za vanjsko okruženje i scenarije niske do srednjeg snaza (poput industrijskog i komercijalnog skladišta energije, komunikacijske bazne stanice), ali osjetljivi na visoke temperature i okruženja visoke vlage, sa ograničenim efektima disipacije.
Tečno hlađenje: Ima značajne prednosti u skladištu energije velikim razmjerima (poput stotinu megavatnih projekata na mreži), visokih cijena punjenja i pražnjenja i ekstremne temperaturne scenarije. Na primjer, zajedničke elektrane za skladištenje energije u Ningxia, Gansu i drugim mjestima usvajaju tečna rashladna rješenja.
Zaključak: Tečno hlađenje je pogodnije za velike gustoće snage i složene zaštite okoliša.
3 Održavanje i pouzdanost
Održavati složenost
Zračno hlađenje: Jednostavan za održavanje, zahtijeva samo čišćenje ventilatora i zračnog kanala, ali zahtijeva česte rukovanje prašinom za okoliš i nedovoljnu kontrolu temperature.
Tečno hlađenje: potrebno je redovno provjeravati i prohladnu rashladnu tekuću, koroziju i ventil za ventil pumpe. Koraci za održavanje su nezgrapne, ali stabilnost sustava je velika i stopa kvara je mala. Na primjer, vrijeme održavanja tečnog rashladnog sustava je 2-3 puta veća od sistema zračnog hlađenja, ali rizik od isključivanja je vrlo nizak.
Zaključak: Tečno hlađenje ima visoke troškove održavanja, ali bolju pouzdanost i snažna dugoročna operativna stabilnost.
Sigurnosni rizici
Zračno hlađenje nema opasnost od curenja tečnosti, ali oslanja se na klima uređaj i navijače, što predstavlja rizik od pregrijavanja.
Tečno hlađenje zahtijeva prevenciju curenja i korozije, ali rizici se mogu efikasno kontrolirati kroz visoko brtvljenje dizajna i optimizaciju materijala.
4 životni vijek i potrošnja energije
Uticaj na vijek trajanja baterije
Za svakih 20 stepeni povećanja temperature, život baterije se smanjuje za 3000-4000 puta. Tečno hlađenje može stabilizirati temperaturu baterije u 30-35 stepen. Zračno hlađenje može dostići preko 38 stepena u visokoj temperaturnim okruženjima, ubrzanje degradacije baterije.
Zaključak: Tečno hlađenje značajno produžava trajanje baterije i smanjuje potpunu troškove zamjene životnog ciklusa.
Operacija Potrošnja energije
Tečno hlađenje troši manje snage od hlađenja zraka. Na primjer, sa kapacitetom za hlađenje 3kW, potrošnja energije tečno hlađenje samo je 1/6 od onog od zračnog hlađenja, a brzina rasipanja topline brže je, što rezultira kraćem vremenom hlađenja nakon isključivanja.
Zaključak: Tečno hlađenje ima značajne dugoročne efekte uštede energije i smanjuje operativne troškove.
5 Upoređivanje troškova
Početni trošak
Trošak zračnog hlađenih sustava su relativno niski (oko 1,1 juan / Wh), dok tečno hlađenje zahtijeva hlađenje hlađenja, pumpe i druge komponente, što rezultira povećanjem troškova od oko 18% (oko 1,3 yuan / wh).
Trošak životnog ciklusa
Iako tečno hlađenje ima visoku početnu investiciju, njegova ukupna cijena je superiorna od hlađenja zraka zbog svoje male potrošnje energije (ušteda preko 30% zapisa električne energije), dugih vijek trajaka (smanjenje frekvencije zamjene baterije) i niske brzine za nepoštenje baterije. Na primjer, puni troškovi životnog ciklusa od 5MW tekućeg rashladnog projekta je 20% -30% niže od onog zračnog rashladnog projekta.
Zaključak: Tečno hlađenje ima više prednosti u pogledu pune životne ekonomije.
6 uštedite prostor
Sistem tečnog rashladnog sredstva ima visok stupanj integracije, a tragovi spremnika za skladištenje energije s istim kapacitetima smanjuje se za oko 40% u odnosu na hlađenje zraka, što ga čini pogodnim za oskudne scenarije. Trenutna 5MWh baterija može se uklopiti u kontejner od 20 stopa, uglavnom zato što tečni sistem hlađenja štedi puno prostora.
2. Nedostaci sistema za hlađenje tečnosti
1 Zaštita i sigurnost okoliša
Tečno hlađenje je toksično
Etilen glikol koji se koristi za hlađenje tečnosti je toksično i curenje može kontaminirati tlo i podzemne vode, zahtijevajući strogo zaptivanje i obradu recikliranja; Sistem hlađenog zraka nema rizik od curenja tečnosti i ekološki je ekološki prihvatljiv. Na primjer, u 2021. godini Tesla Megapack Spremište za pošiljku energije u Australiji u Australiji, tekući sistem za hlađenje uzrokovao je kratki spoj baterije, što dovodi do termičkog bijega.
Ovaj slučaj ilustrira da tečno hlađenje ima stroge zahtjeve za brtvljenje i kvalitet materijala, a ovaj rizik neuspjeha mora se razmotriti prilikom dizajniranja tekućih rashladnih sustava.
Sigurnost sistema za hlađenje zraka
Sistem hlađenog zraka ne mora brinuti o riziku od curenja. Osvjetljava se na kontinuirani rad klima uređaja i navijača, a najozbiljniji problem je lokalni pregrijavanje. Međutim, cjelokupna stopa nesreće je niža od tečnog hlađenja
2 složena proizvodnja i ugradnja
Proizvodnja tekućih rashladnih sistema je složena
Potrebna je prilagodba tekućih hlađenih ploča i probnog proizvodnje kalupa, s dugim istraživačkim i razvojnim ciklusom i barijerama patentnih barijera.
Zračno hlađenje se oslanja na standardizirani dizajn zračnog kanala, sa visokim stupnjem zajedničkog načina i kontroliranim troškovima.
Dugo vrijeme ugradnje
Demontaža i montaža tekućih hlađenih ormara za baterije traju više od 2 sata (uključivanje odvodnje, testiranje brtvljenja itd.), Dok hlađenje zraka traje samo 20 minuta, pogodno za brzi scenarije implementacije.
3 Nivo visoke buke
Buka tekućih hlađenih jedinica obično je manja ili jednaka 75db (blizina klima uređaja za hlađenje zraka), ali može se dalje smanjiti optimizacijom dizajna ventila pumpe i zvučnim izolacijskim materijalima. Teslin Megapack pomiče ventilator na vrh kutije za odlaganje energije i instalira tijelo pumpe unutar ormara kao način da se smanji buka.
Glavni izvor buke hlađenja zraka je ventilator (manji ili jednak 60dB), koji je tiši u cjelini.
3. Trend hlađenja budućih velikih proizvoda za pohranu
Zračno hlađenje + tečno hlađenje hibridno rješenje: kombinirajući prednosti i u nekim scenarijima, poput korištenja zračnog hlađenja za smanjenje troškova u područjima sa niskim i srednjim snagama za poboljšanje efikasnosti topline u jezgrama velike snage.
Uronjeno tečno hlađenje: Ovo je najprimitivnija metoda disipacije topline, koja direktno kontaktira izvor topline sa hladnim izvorom da bi se raspršila toplina. Efikasnost disipacije topline mnogo je veća od one oduzevanja topline kroz rashladnu ploču. Ako tradicionalno hlađenje tečnosti eliminira zračne kanale u odnosu na sustave zračnog hlađenja, a zatim uranjanje tekućine hlađenje dalje uklanja hladne ploče. Direktno uranjajući baterije, može se postići ekstremna rasipacija topline (temperaturna razlika manja ili jednaka 1 stepenu) koja može zamijeniti tradicionalno hlađenje tečnosti u skladištu energije visoke gustoće u budućnosti.
4. Sažetak
Pod trenutnom tehnologijom baterija i raspršivanja topline, tečna rashladna tehnologija rješava jezgrena bolovanja velikih skladištenja energije u scenariji velike gustine snage (5MWh / 20 stopa) kroz efikasnu rasipanje topline, preciznu kontrolu temperature, i dugih životnih energije i dugog životnog vijeka.
Uprkos visokim početnim složenošću troškova i održavanja, ima značajne prednosti ekonomske i pouzdanosti tokom cijelog životnog ciklusa. Sa velikom primjenom tečno hlađenja (poput očekivane stope penetracije od 45% do 2025.), dospijeća industrijskog lanca dodatno će smanjiti troškove i promovirati je kao "optimalno rješenje" za pohranu energije u velikoj mjeri.
Postscript: Sva mjera za disipaciju topline i zaštite od požara usredotočena su oko ćelija baterije. Ako se u budućnosti mogu proizvesti na visokoj temperaturi u budućnosti izravnim razmjenom topline zrakom, a same ćelije baterije mogu izdržati veće temperature, a zatim se troškovi sustava za pohranu energije mogu značajno smanjiti. Ovo je tehnologija koja koristi čovječanstvu.