液冷系统是什么?
在介绍液冷系统之前,首先需要对储能系统进行一个简单认识。本文所称储能系统主要指电池储能系统,一般是由电池系统、PCS系统、BMS系统、监控系统等组成。其中电池系统由电池单体经过串并联组成,按照目前常见的40尺2.5MWh风冷储能集装箱计算,大约需要120Ah的电芯6510个,280Ah的电芯2790个,数千个电芯堆放在一起,需要控制其环境温度,否则会影响电池寿命甚至出现热失控进而带来火灾风险。
液冷系统就是针对电池进行温度管理的一种温控技术,我们比较熟悉的空调、电动汽车、数据中心都会用到温控技术。风冷散热技术是从空调延伸过来的,液冷技术则是从电动汽车借鉴而来。目前储能领域温控技术主要包含风冷和液冷两种。风冷散热通过风扇将电芯产生的热量带到外部,液冷散热通过冷却液对流换热,可以对每一个电芯进行精准温度管理。储能系统最早普遍采用风冷技术,因为该技术结构简单、技术成熟、成本低廉,可实现快速交付部署,那么为何此时液冷储能受到更多的关注呢?
液冷储能应用而生
2021年中国储能市场进入真正意义上的规模化发展,据CNESA储能数据库显示,2021年中国共有70余个百兆瓦储能项目处于规划、建设中,且百兆瓦项目多为独立储能/共享储能形式。而建设独立储能/共享储能还面临着几大挑战:安全、效率和经济性,液冷储能的出现正好解决了上述难题。
更安全
随着储能项目建设规模的不断增大,电池单体容量和系统能量密度都随之提高,即使采用280Ah大容量电芯,建设百兆瓦的储能项目仍然需要十几万甚至几十万个电芯组合在一起,这将会产生更大的热量,对储能系统温控管理也提出更高要求。
液冷储能技术门槛较高,因为它不是简单地系统散热,是通过冷却液对流直接对电芯散热,其难点也包括如何降低冷却液的泄露风险。科华数能为此做了大量工作,并提出主动安全设计理念,液冷储能系统采用三级防爆+三级消防+三重绝缘监测与保障,使之具备本体安全、设计安全、结构安全、系统安全、管理安全、消防安全六重安全设计,安全防范无遗漏。
更经济
储能系统集成设计除了安全,还要考虑到全生命周期的运行维护,从这个角度来说,液冷储能系统经济性更优。储能系统运行产热大且散热不均,除危及电池储能系统安全外,还会影响电池寿命。此外,随着百兆瓦储能项目的陆续投运,如何实时监控万级储能电芯运行状态成为不小的挑战。
更适合长时储能
从2021年到现在,全国各地陆续出台了多项储能配比的相关政策,其中涉及到两个指标,一个是功率占比,一个是储能时长,功率占比从5%到30%不等,储能时长从1h到4h不等。从目前规划中的独立储能/共享储能来看,其储能时长要求2h居多,但随着风电、光伏等新能源装机占比的不断提高,将从现在的26.7%提升到“十四五”末的50%以上,未来需要更多的储能来解决日内波动甚至多周灵活的问题,以及应对潜在的极端天气挑战。届时对储能的需求将达到并超过4-5h配置,所以长时储能在未来将成刚需,而这一趋势在国外已经显现。
4h电池储能系统如果继续采用风冷散热技术,很难想像其占地面积和安全状况,而液冷储能的价值将进一步得到凸显,更适合大规模和长时储能场景应用。储能技术在合适的应用场景下,方可发挥其最大的优势。
总而言之,储能系统作为复杂的解决方案,需要对电化学、电力电子、电气、电网等环节都具备深入的了解,而液冷储能则进一步提升了技术门槛。