风冷?还是液冷?储能电池热管理系统优劣势分析-任何阻挡历史的都会被历史掩埋

文摘   2024-11-22 07:28   江苏  


光伏发电,风力发电等新能源发电会成为未来新能源的重点发展对象。但要克服风电光伏的间歇性和波动性,整体电力系统都需要发生转变。储能,正是转型之中的关键技术。国家十四五规划和《2030年前碳达峰行动方案》也明确规定了发展新型能源储能方式。这一政策直接将储能变成了风电、光伏项目的官方CP,大规模的风光储能项目陆续装机,储能成为推动能源转型的“抓手”,受到了前所未有的关注。



 2000-2020全球储能市场累计装机规模

从产业链价值量拆分来看,储能系统中电池成本占比约55%,PCS占比约20%,BMS和EMS合计占比约11%,热管理约占2%-4%热管理价值量占比相对较低
但是锂电的性能、安全和生命周期受到工作温度的影响非常大,理想的电池工作温度在25-35摄氏度,并且电池包内的模组温差要小5摄氏度。所以锂电的热管理非常重要,是保证储能系统持续安全运行的关键

  温度对电池性能的影响


储能热管理形式多样,目前锂电池机组主流的热管理方式有两种,风冷和液冷,也有很多工程师在研究相变材料和液冷或风冷的混合模式,但都还不成熟。                                

储能液冷系统利用循环液体散热,其热传导效率高,能快速有效地将储能系统中产生的热量散发出去。与其他解决方案相比,储能液冷解决方案在长期大功率放电条件下更稳定、更安全。在电池包能量密度高,充放电速度快,环境温度变化大的场合得到广泛的应用。

风冷系统是通过空气管道和散热片将散热器上的热量传递到外部。由于没有液体,所以不需要担心漏液。此外,空气冷却方案的设计比液体冷却方案更简单。在电池能量密度低,充放电速度慢的场景还是有比较多的应用。

从冷却效果来看和风冷比液冷有比较大的优势,国外一所机构对此做了深入的研究。

①电池包温度

在相同的入口温度和极限风速及流速下,液冷电池包的温度在30-40摄氏度,而风冷电池包的温度要在37-45摄氏度。液冷的温度均有性更好。其次,液冷可将全部电芯温差精控≤3(风冷无法精准控温)。

 

风冷

液冷

②运行能耗

经试验研究,同等电池均温状态下,风冷需要比液冷高2-3倍的能耗。相同功耗下电池包的最高温度,风冷比液冷要高3-5摄氏度。液冷的功耗更低。

  风冷和液冷的功耗
③电池热失控风险

由于空气比热容、对流换热系数小等因素,电池风冷技术换热效率低,电池发热量增大,会导致电池温度过高,存在热失控风险;液冷系统可以大大降低电池的热失控风险。液冷方案下日常运维较风冷方案更加复杂,对运维人员的经验与素质要求更高。运维液冷系统工作量大,需与厂家专业人员共同完成。

④固定资产投资

据美国国家可再生能源实验室NREL)的数据,目前4小时电池储能系统每千瓦时的电池投资成本在1900人民币(300美金),热管理系统估计占电池成本的2~4%,而液冷系统更易保障电池在舒适温度工作,相较于风冷系统会延长电池寿命超过20%,故项目全生命周期下液冷方案经济性更高。


  储能电池投资成本

⑤结论 
风冷系统具有有初投资小、维护费用低、于维护等优点,比较适合小型民用或者商用电池热管理方式。但是,液冷逐渐在大型地面电站等大容量,高能量比的领域成为主流的电池冷却方式。目前阶段性价比高的还是风冷系统。但随着技术发展飞速和市场应用普及,液冷降本也只是时间问题。未来储能系统对温控的散热效率和温差控制能力将提出更高要求,液冷将更加匹配下游需求。

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