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液冷技术与储能变流器的结合已经成为行业的新趋势。在激烈的市场竞争中,技术创新和产品不断更新成为储能企业在行业周期中脱颖而出的关键。
随着储能电芯朝着更高容量发展,储能系统正迈入5MWh+的新时代,更大规模、更高能量密度成为系统集成的主要发展方向。应用场景的多样化和复杂化对储能系统的寿命、安全性和成本提出了更高要求。这种趋势推动了电芯、PCS、BMS、EMS等储能关键部件技术持续演进。
作为储能系统与电网互连的关键部件,储能变流器在提升系统运行效率、保障系统稳定可靠性方面发挥着至关重要的作用。
根据中国储能网与多家储能PCS企业或部门负责人的沟通,液冷技术在储能变流器中的应用成为PCS产品的重要发展方向之一。液冷技术在提高产品功率密度、优化性能指标和增强环境适应性方面发挥着关键作用,为PCS产品带来全新的性能提升。
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紧跟电池技术潮
随着全球可再生能源装机量的快速增长,储能产业正在迎来更加广阔的市场机遇,但中国储能企业正面临严重的“内卷”问题。要想摆脱这一困境,它们必须依赖技术和产品等核心竞争力。在这个过程中,高安全性、低成本和高效率已成为储能技术升级的不可避免门槛。
在多元化的技术发展路径中,液冷技术在近几年的储能技术升级中扮演了重要角色,尤其在电池领域得到了广泛应用。据数据显示,液冷技术在储能电池中的应用正逐渐增加,其市场渗透率在2023年达到约25%,相较于2019年的12%有显著增长。
一家PCS厂家表示:“在整个储能系统中,电池的成本占比大约为50%,PCS约为15%,电池技术对PCS的迭代方案有着很大影响。” PCS和电池的技术发展方向基本一致,其中液冷技术也在这一趋势中占据重要地位。
据了解,采用液冷冷却方式的PCS能够提供更高的功率密度、更优异的性能指标以及更好的环境适应性。液冷PCS与传统风冷PCS相比,在冷却介质、系统结构和散热能效等多个方面存在显著差异。
风冷PCS利用空气作为冷却介质,通过风扇等设备将空气吹过PCS组件,将热量带出至预制舱风道,再由预制舱内的空调系统进行散热。尽管其系统结构相对简单且初装成本较低,但在散热效率方面表现较为不足。
科华数能副总裁、技术中心总经理曾春保指出:“在储能PCS的液冷与风冷选择中,实际上是在权衡功率与散热需求。”在2.5MW功率等级下,风冷已接近散热极限。
液冷PCS采用高导热系数的冷却液作为介质,通过水泵驱动防冻液在液冷板内循环流动,能够更直接地与PCS组件接触,从而实现更高的散热效率。
由于液冷系统中冷却液的换热系数和比热容更高,且不受海拔和气压等因素的影响,液冷系统具有比风冷系统更强的散热能力,更适用于大规模、高能量密度的储能项目。
在百兆瓦级储能电站场景中,北京毕绿新能源技术院研究员洪森也表示,考虑到过载能力、场站热堆积和热岛效应,PCS采用液冷散热方式已成为行业的发展趋势。
尽管风冷PCS的初始成本较低,但其散热效率有限。为了维持适当的温度,可能需要增加风扇数量和功率,从而增加能耗和运行成本;而液冷系统具有更高的散热效率和更低的能耗,能够在全生命周期内降低综合成本。
此外,在能量密度方面,与风冷PCS相比,液冷PCS通过热对流降低电气设备温度,结构更为复杂且紧凑,无需部署大面积散热通道,占地面积较小,能够更高效地利用空间,提高储能电站的能量密度和整体效率。
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“概念股”落地尚需时日
随着潮流发展,液冷PCS正吸引着越来越多企业的关注。据中国储能网不完全统计,目前多家企业已将产品线扩展至液冷PCS领域,正在积极研发或已推出相关产品,并有企业表示已实现批量生产。
根据下图展示的部分企业液冷PCS产品,可以看出在不同厂家、规格和应用场景下,产品介绍中除了关键词如安全、成本、效率和寿命外,静音模式、宽温域和极端工况等也成为产品推广的亮点。因此,液冷PCS方案具备多重优势,随着未来储能系统调用频率的增加,可能会获得更广阔的发展空间。
液冷PCS与其他新技术路线一样,在成长初期也面临着各种不同的质疑声音。
在接受中国储能网记者采访时,一些企业直言,液冷PCS仅适用于液冷储能系统,而风冷PCS则没有此限制。考虑到目前具有成本优势的风冷系统在储能市场仍占主导地位,液冷技术在PCS领域的应用相对受限。
另一些企业则认为,从实际应用的角度来看,液冷PCS仍处于概念阶段,实际落地应用的产品寥寥可数。
亿储电气的热管理专家郭向吉直言指出,尽管液冷散热技术具有出色的散热性能,但压缩机的巨大电力消耗以及冷水机组的复杂维护问题仍是挑战。此外,液冷系统可能存在的漏液问题和散热均匀性不佳也让人望而却步。
虽然液冷PCS在实际应用方面尚需时间磨炼,但在新技术路线不断涌现的今天,对于处于早期发展阶段的液冷PCS来说,面临更大的挑战。
据郭向吉介绍,亿储电气已基于热虹吸环路效应,研发出一种独特的三维热管理系统,与传统风冷和液冷不同。通过采用微通道强化传热技术和特殊处理散热表面,提升换热性能。
随着储能行业持续升温,技术不断创新,应用于PCS的散热技术方案可能会有新的突破。竞争激烈,最终胜出者将由市场来决定。
对于经受市场检验的液冷PCS,一些积极意见认为,从全生命周期综合成本的角度来看,在许多场景下具备竞争优势。然而,液冷PCS是否能成为主流应用之一,还有待观察。