Indledning
Luftkøling og væskekøling er ikke i sig selv god eller dårlig, kun når de bruges på passende steder (scenarier) kan deres respektive fordele fuldt ud realiseres. Så hvorfor vælger de fleste energilagringsprodukter væskekøling i stedet for luftkøling?
Før 2021 var varmeafledningsmetoden til energilagringsprodukter ensartet luftkølet (undtagen Tesla Megapack).
På det tidspunkt var de fleste af de store lagringsprodukter 40 fod container walk-in-systemer, hvilket krævede vedligeholdelses-/flugtveje til reservering af personale i henhold til nationale standarder og indlæsning af så mange batterier som muligt. For at rumme flere batterier har nogle producenter endda brugt større containere -53 fodbeholdere med en maksimal kapacitet på 2 mWh til en 40 fodsbeholder.
Der er mange fans inde i boksen for at sprede varme fra batteriet, og når folk går ind, hører de en flok summende lyde fra fansen.
I dag er energilagringssystemer pakket med 5 mWh batterier i en 20 fodsbeholder, hvilket gør det vanskeligt at imødekomme varmeafledningskravene gennem luftkøling. Så hvilke andre fordele har luftkølede og væskekølede systemer udover dem, der er nævnt ovenfor?
1. Fordele ved væskekølesystem
1 Design og varmeafledningseffektivitet
Designkompleksitet
Luftkøling: Teknologien til luftkøling er moden, og strukturen er enkel. Ingeniører vælger luftkøling, når de designer. Dets kernesign er fanudvalg og luftkanaldesign, der spreder varme gennem luftkonvektion. Varmeafledningsmediet er luft, som er uudtømmelig og derfor har en relativt lav omkostning. Kerneudstyret i luftkøling er aircondition og luftkanaler, som er egnede til lave til mellemstore effekt-scenarier, men vanskelige at imødekomme kravene til høj densitet, såsom den aktuelle 5 mWh/20 fodboks.
Væskekøling: Et flydende cirkulationssystem (såsom afkølingsplader, pumper, varmevekslere osv.) Skal designes, hvilket er meget komplekst, men direkte kan kontakte varmekilden. Dens termiske ledningsevneffektivitet er 6 gange luftkøling, hvilket gør det velegnet til udstyr med høj energi tæthed. KONKLUSION: Selvom væskekølingsdesign er kompleks, er dens varmeafledningseffektivitet markant højere, især egnet til højeffektenergilagringssystemer.
Varmeafledningseffekt og temperaturuniformitet
Væskekøling opnår præcis temperaturkontrol gennem cirkulationen af kølevæske med en temperaturforskel, der kan kontrolleres inden for 3 grad, mens luftkøling er afhængig af omgivende luftstrøm, med en temperaturforskel, der normalt overstiger 7 grader. Miljøer med høj temperatur kan let føre til forringelse af cellekonsistensen og påvirke batteriets levetid. Konklusion: Væskekøling har bedre temperaturuniformitet og varmeafledningstabilitet og kan udvide batteriets levetid.
2 Applikationsscenarietilpasningsevne
Miljø og strømkrav
Luftkøling: Velegnet til udendørs miljøer og lave til mellemstore effekt -scenarier (såsom industriel og kommerciel energilagring, kommunikationsbasestationer), men følsomme over for miljøer med høj temperatur og høje luftfugtighed med begrænsede varmeafledningseffekter.
Væskekøling: Det har betydelige fordele ved storstilet energilagring (såsom hundrede megawatt-niveau projekter på gittersiden), høje opladnings- og udledningshastigheder og ekstreme temperaturscenarier. F.eks. Indtager delte energilagringseffektstationer i Ningxia, Gansu og andre steder væskekølingsløsninger.
Konklusion: Væskekøling er mere velegnet til høj effekttæthed og komplekse miljøbehov.
3 Vedligeholdelse og pålidelighed
Opretholde kompleksitet
Luftkøling: Let at vedligeholde, kræver kun rengøring af ventilatoren og luftkanalen, men kræver hyppig håndtering af miljøstøv og utilstrækkelig temperaturstyring.
Væskekøling: Det er nødvendigt regelmæssigt at kontrollere for kølevæskelækage, korrosion og pumpeventiloperation. Vedligeholdelsestrinnene er besværlige, men systemstabiliteten er høj, og svigtfrekvensen er lav. For eksempel er vedligeholdelsestiden for et væskekølesystem 2-3 gange det for et luftkølesystem, men risikoen for nedlukning er meget lav.
Konklusion: Væskekøling har høje vedligeholdelsesomkostninger, men bedre pålidelighed og stærk langsigtet operationel stabilitet.
Sikkerhedsrisici
Luftkøling har ingen risiko for flydende lækage, men er afhængig af aircondition og fans, hvilket udgør en risiko for overophedning.
Væskekøling kræver forebyggelse af lækage og korrosion, men risici kan kontrolleres effektivt gennem høj tætningsdesign og materialeoptimering.
4 levetid og energiforbrug
Indflydelse på batteriets levetid
For hver 20 graders stigning i temperaturen falder batteriets cyklus levetid med 3000-4000 gange. Væskekøling kan stabilisere temperaturen på batterietscellen ved 30-35 grad. Luftkøling kan nå over 38 grader i miljøer med høj temperatur og fremskynde nedbrydning af batteriet.
Konklusion: Væskekøling forlænger batteriets levetid markant og reducerer omkostninger til livscyklusudskiftning.
Drift energiforbrug
Væskekøling bruger mindre strøm end luftkøling. For eksempel med en kølekapacitet på 3 kW er energiforbruget ved væskekøling kun 1/6 af luftkøling, og varmeafledningshastigheden er hurtigere, hvilket resulterer i en kortere afkølingstid efter nedlukning.
Konklusion: Væskekøling har betydelige langsigtede energibesparende virkninger og reducerer driftsomkostningerne.
5 Omkostningssammenligning
Oprindelige omkostninger
Omkostningerne ved luftkølede systemer er relativt lave (ca. 1,1 yuan/WH), mens væskekøling kræver afkølingsplader, pumper og andre komponenter, hvilket resulterer i en omkostningsstigning på ca. 18% (ca. 1,3 yuan/WH).
Livscyklusomkostninger
Selvom væskekøling har en høj initial investering, er dens samlede omkostninger bedre end luftkøling på grund af dets lave energiforbrug (spare over 30% af elregningerne), lang levetid (reduktion af batteriudskiftningsfrekvens) og lav svigtfrekvens. F.eks. Er de fulde livscyklusomkostninger for et 5MW væske-afkølet projekt 20% -30% lavere end for et luftkølet projekt.
Konklusion: Væskekøling har flere fordele med hensyn til fuld livscyklusøkonomi.
6 Spar plads
Det flydende kølesystem har en høj grad af integration, og fodaftrykket af energilagringscontainere med samme kapacitet reduceres med ca. 40% sammenlignet med luftkøling, hvilket gør det velegnet til areal -knappe scenarier. Det nuværende 5MWH -batteri kan passe ind i en 20 fods beholder, hovedsageligt fordi det væske kølesystem sparer meget plads.
2. Ulemper ved flydende kølesystemer
1 miljøbeskyttelse og sikkerhed
Væskekøling er giftig
Ethylenglycol, der bruges til væskekøling, er giftig, og lækage kan forurene jord og grundvand, hvilket kræver streng tætning og genanvendelse af behandling; Det luftkølede system har ingen risiko for flydende lækage og er mere miljøvenligt. For eksempel i 2021 Tesla Megapack Energy Storage Station brandulykke i Australien forårsagede et flydende kølesystem lækage en batteri kortslutning, hvilket førte til termisk løb.
Denne sag illustrerer, at væskekøling har strenge krav til tætning og materialekvalitet, og denne fejlrisiko skal overvejes, når der designes væske kølesystemer.
Sikkerhed af luftkølesystem
Det luftkølede system behøver ikke at bekymre sig om risikoen for lækage. Det er afhængig af den kontinuerlige drift af aircondition og fans, og det mest alvorlige problem er lokal overophedning. Imidlertid er den samlede ulykkesfrekvens lavere end for væskekøling
2 kompleks produktion og installation
Produktionen af væskekølesystemer er kompleks
Tilpasning af væskekølede plader og forsøgsproduktion af forme er påkrævet med en lang forsknings- og udviklingscyklus og patentbarrierer involveret.
Luftkøling er afhængig af standardiseret luftkanal -design med høj grad af fælles tilstand og kontrollerbare omkostninger.
Lang installationstid
Demontering og montering af væskekølede batteriskaber tager mere end 2 timer (involverer dræning, forseglingstest osv.), Mens luftkøling kun tager 20 minutter, velegnet til hurtige implementeringsscenarier.
3 højt støjniveau
Støj fra væske afkølede enheder er normalt mindre end eller lig med 75dB (tæt på luftkølet aircondition), men det kan reduceres yderligere ved at optimere pumpeventildesign og lydisoleringsmaterialer. Teslas megapack flytter ventilatoren til toppen af energilagringsboksen og installerer pumpekroppen inde i skabet som en måde at reducere støj.
Den vigtigste støjkilde til luftkøling er ventilatoren (mindre end eller lig med 60 dB), som generelt er mere støjsvag.
3. den afkølende tendens for fremtidige store lagringsprodukter
Luftkøling+væskekøling Hybridopløsning: Kombination af fordelene ved begge i nogle scenarier, såsom at bruge luftkøling til at reducere omkostningerne i områder med lav og mellemstore effekt og bruge væskekøling til at forbedre varmeafledningseffektiviteten i højeffekt kerneområder.
Immersionsvæskekøling: Dette er den mest primitive varmeafledningsmetode, der direkte kontakter varmekilden med den kolde kilde for at sprede varme. Varmeafledningseffektiviteten er meget højere end ved at fjerne varme gennem en kølingsplade. Hvis traditionel væskekøling eliminerer luftkanaler sammenlignet med luftkølingssystemer, eliminerer nedsænkning af nedsænkning af væske køling yderligere kolde plader. Ved direkte at nedsænke battericellerne kan ekstrem varmeafledning (temperaturforskel mindre end eller lig med 1 grad) opnås, hvilket kan erstatte traditionel væskekøling i energilagring med høj densitet i fremtiden.
4. Resume
Under den aktuelle batteriteknologi og varmeafledningskrav løser væskekøleteknologi kerne smertestillinger i store energilagring i scenarier med høj effekt (5mWh/20 fod) gennem effektiv varmeafledning, præcis temperaturstyring, lavt energiforbrug og lang levetid.
På trods af sine høje indledende omkostninger og vedligeholdelseskompleksitet har den betydelige økonomiske og pålidelighedsfordele gennem hele sin livscyklus. Med den store påføring af væskekøling (såsom en forventet penetrationshastighed på 45% i 2025), vil modenheden af den industrielle kæde yderligere reducere omkostningerne og fremme den som den "optimale løsning" til storstilet energilagring.
Postscript: Al varmeafledning og brandbeskyttelsesforanstaltninger er centreret omkring battericellerne. Hvis battericeller med høj temperatur kan masseproduceres i fremtiden ved direkte at udveksle varme med luft, og battericellerne selv kan modstå højere temperaturer, kan omkostningerne ved energilagringssystemer reduceres markant. Dette er den teknologi, der er til gavn for menneskeheden.