Uvod
Zračno hlađenje i tekuće hlađenje nisu inherentno dobro ili loše, samo ako se koriste na odgovarajućim mjestima (scenariji) mogu se u potpunosti ostvariti njihove prednosti. Dakle, zašto većina proizvoda za skladištenje energije odabire tekuće hlađenje umjesto zračnog hlađenja?
Prije 2021. godine, metoda raspršivanja topline za proizvode za skladištenje energije bila je jednoliko hlađena zrakom (osim Tesla Megapack).
U to je vrijeme većina velikih proizvoda za skladištenje bila 40 stopa kontejnerskih sustava, koji su zahtijevali zadržavanje ruta za održavanje/bijeg osoblja prema nacionalnim standardima i učitavanje što više baterija. Kako bi se prilagodile više baterija, neki su proizvođači čak koristili veće spremnike -53, s maksimalnim kapacitetom od 2mWh za spremnik od 40 stopa.
Unutar kutije postoji mnogo ventilatora koji će odbaciti toplinu iz baterije, a kad ljudi uđu, čuju gomilu zvukova zvuka od obožavatelja.
Danas su sustavi za skladištenje energije prepuni 5mwh baterija u spremnik od 20 stopa, što otežava ispunjavanje zahtjeva za raspršivanjem topline putem zračnog hlađenja. Dakle, koje druge prednosti imaju i sustavi hlađenih s zračnim hlađenjem i tekućinom, osim gore spomenutih?
1. Prednosti sustava tekućeg hlađenja
1 Učinkovitost dizajna i rasipanja topline
Složenost dizajna
Zračno hlađenje: Tehnologija zračnog hlađenja je zrela, a struktura je jednostavna. Inženjeri će prilikom dizajniranja odabrati zračno hlađenje. Njegov temeljni dizajn je odabir ventilatora i dizajn zračnog kanala, koji raspršuju toplinu kroz konvekciju zraka. Medij za raspršivanje topline je zrak, koji je neiscrpan i stoga ima relativno nisku cijenu. Temeljna oprema zračnog hlađenja su klima uređaj i zračni kanali, koji su prikladni za scenarije niske do srednje snage, ali teško je ispuniti zahtjeve za raspršivanje topline visoke gustoće, poput trenutne kutije od 5MWH/20 stopa.
Tečno hlađenje: Potrebno je dizajnirati sustav cirkulacije tekućine (poput ploča za hlađenje, pumpi, izmjenjivača topline itd.), Što je vrlo složeno, ali može izravno kontaktirati izvor topline. Njegova učinkovitost toplinske vodljivosti je 6 puta veća od zračnog hlađenja, što ga čini prikladnim za opremu visoke energije gustoće. Zaključak: Iako je dizajn tekućeg hlađenja složen, njegova učinkovitost raspršivanja topline značajno je veća, posebno pogodna za sustave za skladištenje energije velike snage.
Učinak raspršivanja topline i temperaturna ujednačenost
Tečno hlađenje postiže precizno kontrolu temperature kroz cirkulaciju rashladnog sredstva, s temperaturnom razlikom koja se može kontrolirati unutar 3 stupnja, dok se hlađenje zraka oslanja na protok zraka u okolini, a temperaturna razlika obično prelazi 7 stupnjeva. Visoko temperaturno okruženje može lako dovesti do pogoršanja konzistencije ćelija i utjecati na trajanje baterije. Zaključak: Tečno hlađenje ima bolju temperaturnu ujednačenost i stabilnost rasipanja topline i može produžiti vijek trajanja baterije.
2 Prilagodljivost aplikacije
Zahtjevi za okoliš i napajanje
Zračno hlađenje: pogodno za vanjsko okruženje i scenarije niske do srednje snage (poput industrijskog i komercijalnog skladištenja energije, komunikacijskih baznih stanica), ali osjetljivih na okruženje visoke temperature i visoke vlage, s ograničenim efektima disipacije topline.
Tečno hlađenje: Ima značajne prednosti u skladištu energije velikih razmjera (kao što su projekti na razini megavata na strani mreže), visoke stope punjenja i ispuštanja i scenarije ekstremnih temperatura. Na primjer, elektrane za skladištenje energije u Ningxia, GANSU i druga mjesta usvajaju rješenja za hlađenje tekućine.
Zaključak: Tečno hlađenje je prikladnije za veliku gustoću snage i složene zahtjeve za okoliš.
3 Održavanje i pouzdanost
Održavati složenost
Zračno hlađenje: Jednostavno za održavanje, zahtijeva samo čišćenje ventilatora i zraka, ali zahtijeva često rukovanje okolišnom prašinom i nedovoljnu kontrolu temperature.
Tečno hlađenje: Potrebno je redovito provjeravati rad propuštanja rashladne tekućine, korozije i ventila pumpe. Koraci održavanja su glomazni, ali stabilnost sustava je visoka, a stopa kvara niska. Na primjer, vrijeme održavanja tekućeg sustava za hlađenje je 2-3 veće od sustava hlađenja zraka, ali rizik od isključivanja je vrlo nizak.
Zaključak: tekuće hlađenje ima visoke troškove održavanja, ali bolju pouzdanost i snažnu dugoročnu operativnu stabilnost.
Sigurnosni rizici
Zračno hlađenje nema rizik od curenja tekućine, ali se oslanja na klima uređaj i ventilatore, što predstavlja rizik od pregrijavanja.
Tečno hlađenje zahtijeva sprječavanje curenja i korozije, ali rizici se mogu učinkovito kontrolirati pomoću visokog brtvljenog dizajna i optimizacije materijala.
4 životni vijek i potrošnja energije
Utjecaj na vijek trajanja baterije
Za svakih 20 stupnjeva povećanja temperature, vijek ciklusa baterije smanjuje se za 3000-4000 puta. Tečno hlađenje može stabilizirati temperaturu ćelije baterije na stupnju 30-35. Zračno hlađenje može dostići više od 38 stupnjeva u okruženju visoke temperature, ubrzavajući razgradnju baterije.
Zaključak: tekuće hlađenje značajno produžuje vijek trajanja baterije i smanjuje troškove zamjene punih životnih ciklusa.
Potrošnja operacije
Tečno hlađenje troši manje snage od zračnog hlađenja. Na primjer, s kapacitetom hlađenja od 3KW, potrošnja energije tekućeg hlađenja je samo 1/6 od zračnog hlađenja, a brzina rasipanja topline je brža, što rezultira kraćim vremenom hlađenja nakon zatvaranja.
Zaključak: Tečno hlađenje ima značajne dugoročne učinke uštede energije i smanjuje troškove operativnih troškova.
5 Usporedba troškova
Početni trošak
Trošak zračno hlađenih sustava relativno je nizak (oko 1,1 yuan/wh), dok tekuće hlađenje zahtijeva rashladne ploče, pumpe i druge komponente, što rezultira povećanjem troškova od oko 18% (oko 1,3 yuan/wh).
Trošak životnog ciklusa
Iako tekuće hlađenje ima visoku početnu investiciju, njegov je ukupni trošak superiorniji od zračnog hlađenja zbog male potrošnje energije (uštede preko 30% računa za električnu energiju), dugog životnog vijeka (smanjenje frekvencije zamjene baterije) i niske stope neuspjeha. Na primjer, cjeloviti životni ciklus troškova od 5MW tekućih hlađenih projekta je 20% -30% niži od onog projekta hlađenog na zraku.
Zaključak: Tečno hlađenje ima više prednosti u pogledu ekonomije punog životnog ciklusa.
6 Uštedite prostor
Sustav tekućeg hlađenja ima visok stupanj integracije, a otisak spremnika energije s istim kapacitetom smanjen je za oko 40% u usporedbi sa zračnim hlađenjem, što ga čini prikladnim za scenarije oskudnih zemljišta. Trenutna baterija od 5MWh može se uklopiti u spremnik od 20 stopa, uglavnom zato što sustav za hlađenje tekućeg u štedi puno prostora.
2. Nedostaci sustava tekućeg hlađenja
1 Zaštita i sigurnost okoliša
Tečno hlađenje je toksično
Etilen glikol koji se koristi za tekuće hlađenje je toksičan i curenje može kontaminirati tlo i podzemne vode, što zahtijeva strogo brtvljenje i recikliranje; Sigurani sustav nema rizik od propuštanja tekućine i ekološki prihvatljiviji. Na primjer, u 2021. godine Tesla Megapack Energy Station Station u Australiji procurivanje tekućeg rashladnog sustava uzrokovalo je kratki spoj baterije, što je dovelo do toplinskog otpada.
Ovaj slučaj ilustrira da tekuće hlađenje ima stroge zahtjeve za brtvljenje i kvalitetu materijala, a ovaj rizik od kvara mora se uzeti u obzir prilikom dizajniranja sustava tekućeg hlađenja.
Sigurnost zračnog rashladnog sustava
Sigurani sustav ne mora se brinuti zbog rizika od curenja. Oslanja se na kontinuirano djelovanje klima uređaja i ventilatora, a najozbiljniji problem je lokalno pregrijavanje. Međutim, ukupna stopa nesreća je niža od one u tekućem hlađenju
2 složena proizvodnja i instalacija
Proizvodnja sustava tekućeg hlađenja je složena
Potrebna je prilagodba ploča s tekućim ohlađenim i pokusna proizvodnja kalupa, uz dugi istraživački i razvojni ciklus i patentne barijere.
Zračno hlađenje oslanja se na standardizirani dizajn zračnih kanala, s visokim stupnjem uobičajenog načina i kontroliranih troškova.
Dugo vrijeme instalacije
Rastavljanje i sastavljanje ormara s tekućim ohlađenim baterijama traje više od 2 sata (koji uključuju odvodnju, testiranje za brtvljenje itd.), Dok hlađenje zraka traje samo 20 minuta, pogodno za scenarije brzog raspoređivanja.
3 visoka razina buke
Buka tekućih ohlađenih jedinica obično je manja ili jednaka 75 dB (blizu klima uređaja s zračnim hlađenjem), ali može se dodatno smanjiti optimizacijom dizajna ventila pumpe i zvučnih izolacijskih materijala. Teslin Megapack pomiče ventilator na vrh kutije za skladištenje energije i instalira tijelo pumpe unutar ormara kao način smanjenja buke.
Glavni izvor buke zračnog hlađenja je ventilator (manje od ili jednak 60DB), što je sveukupno mirnije.
3. Trend hlađenja budućih velikih proizvoda za pohranu
Zračno hlađenje+Hybrid otopina za hlađenje tekućeg hlađenja: Kombiniranje prednosti i u nekim scenarijima, poput korištenja zračnog hlađenja za smanjenje troškova u područjima s niskom i srednjim napajanjem, te korištenje tekućeg hlađenja za poboljšanje učinkovitosti disipacije topline u područjima velike snage.
Uronjeno tekuće hlađenje: ovo je najprimitivnija metoda raspršivanja topline, koja izravno kontaktira izvor topline s izvornim izvorom kako bi se rasipala toplina. Učinkovitost raspršivanja topline mnogo je veća od one za uklanjanje topline putem rashladne ploče. Ako tradicionalno tekuće hlađenje eliminira zračne kanale u usporedbi sa sustavima hlađenja zraka, tada uranjanje tekuće hlađenje dodatno eliminira hladne ploče. Izravnim uranjanjem ćelija baterije može se postići ekstremno rasipanje topline (temperaturna razlika manja ili jednaka 1 stupnju), što može zamijeniti tradicionalno hlađenje tekućeg u budućnosti u skladištu energije visoke gustoće.
4. Sažetak
Prema trenutnim tehnologiji baterije i potrebama disipacije topline, tehnologija tekućeg hlađenja rješava jezgre boli u velikom scenarijima skladištenja energije u velikoj gustoći energije (5MWH/20 stopa) kroz učinkovitu disipaciju topline, preciznu kontrolu temperature, nisku potrošnju energije i dugi životni vijek.
Unatoč visokoj početnoj složenosti troškova i održavanja, ima značajne ekonomske i pouzdanosti tijekom cijelog svog životnog ciklusa. S velikom primjenom tekućeg hlađenja (poput očekivane stope prodora od 45% do 2025.), zrelost industrijskog lanca dodatno će smanjiti troškove i promovirati ga kao "optimalno rješenje" za skladištenje energije velikih razmjera.
PostScript: Sve mjere raspršivanja topline i zaštite od požara usredotočene su na ćelije baterije. Ako se stanice baterija s visokim temperaturama u budućnosti mogu masovno proizvoditi izravnim razmjenom topline zrakom, a same ćelije baterije mogu izdržati veće temperature, tada se troškovi sustava za skladištenje energije mogu značajno smanjiti. To je tehnologija koja koristi čovječanstvu.