安全一直是懸在鋰電儲(chǔ)能頭上的“達(dá)摩克利斯之劍”。安全問(wèn)題已經(jīng)將韓系為主的三元鋰電池幾乎排除在儲(chǔ)能“高墻”之外。
如今，磷酸鐵鋰電池依舊高企的安全隱憂，其中最普遍的做法是向本征安全、主動(dòng)安全、被動(dòng)安全單個(gè)維度進(jìn)發(fā)，打造更安全鋰電池儲(chǔ)能。
浸沒(méi)式液冷進(jìn)入儲(chǔ)能領(lǐng)域，指的是把電芯完全泡在一種絕緣、無(wú)毒、可散熱的液體中，通過(guò)液體把熱量帶走，以此實(shí)現(xiàn)更高級(jí)別熱管理。冷卻液在作為溫度控制的介質(zhì)外，還可以作為儲(chǔ)能系統(tǒng)消防液使用，使得溫度控制與消防合二為一，形成了此項(xiàng)技術(shù)最顯著的特點(diǎn)。
目前，儲(chǔ)能系統(tǒng)內(nèi)的電池?zé)峁芾砑夹g(shù)主要有風(fēng)冷或冷板式液冷兩種。伴隨安全的重要性凸顯，其中液冷的滲透率逐漸加快。高工產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù)顯示，液冷有望在2025年達(dá)到50%的滲透率。實(shí)際這已經(jīng)是一個(gè)保守估計(jì)，更多企業(yè)人士表示，今年以來(lái)，液冷在手訂單已經(jīng)超過(guò)風(fēng)冷訂單。
浸沒(méi)式液冷作為液冷中重要的一個(gè)類別，亦正在受到業(yè)界關(guān)注。去年以來(lái)，南瑞繼保、易事特、科創(chuàng)儲(chǔ)能、佛山久安、儲(chǔ)能在線等多個(gè)公司已經(jīng)推出全浸沒(méi)液冷儲(chǔ)能系統(tǒng)產(chǎn)品;與此同時(shí)，具有“異曲同工”的楚能浸沒(méi)式儲(chǔ)能出爐。
當(dāng)前，儲(chǔ)能電芯走向300+Ah、儲(chǔ)能系統(tǒng)紛紛走向5MWh+。以一個(gè)20尺5MWh的液冷儲(chǔ)能集裝箱為例，采用314Ah的電芯，需要電芯約5000顆以上。比采用280Ah儲(chǔ)能電芯的20尺3.44MWh的液冷儲(chǔ)能集裝箱，要多1200顆電芯?？梢哉f(shuō)，這其中的安全性挑戰(zhàn)亦相應(yīng)增加。
浸沒(méi)式液冷在面對(duì)更強(qiáng)安全性要求的產(chǎn)業(yè)背景下，無(wú)疑會(huì)更具優(yōu)勢(shì)。但浸沒(méi)式液冷為何仍處于“叫好不叫座”的狀態(tài)?高工儲(chǔ)能向頭部企業(yè)了解到，今年的儲(chǔ)能仍處于解決溫飽階段，甚至更多企業(yè)為了一時(shí)訂單，不惜低價(jià)競(jìng)爭(zhēng)。那么，價(jià)格較高的浸沒(méi)式液冷的滲透率自然收斂。
但浸沒(méi)式液冷產(chǎn)業(yè)化形勢(shì)究竟幾何?本文將從浸沒(méi)式液冷突然性爆發(fā)、前世今生，以及重要難點(diǎn)等著手分析，試圖全面解鎖浸沒(méi)式儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)化前景。
驚雷一聲“浸沒(méi)”起
2022年以來(lái)儲(chǔ)能按下了“快進(jìn)鍵”，該領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新亦加快腳步。
浸沒(méi)式液冷在去年安全隱憂高企的情況下，加快產(chǎn)業(yè)化進(jìn)度。今年3月6日，南方電網(wǎng)梅州寶湖儲(chǔ)能電站在五華縣河?xùn)|工業(yè)園投入運(yùn)行。這個(gè)百M(fèi)Wh級(jí)別項(xiàng)目的落地，就像平地一聲驚雷起，撬開(kāi)了浸沒(méi)式儲(chǔ)能的“大門”。
該電站的投運(yùn)既標(biāo)志著浸沒(méi)式液冷這一前沿技術(shù)在新型儲(chǔ)能工程領(lǐng)域的成功應(yīng)用，也吸引了業(yè)界對(duì)該項(xiàng)技術(shù)的關(guān)注。
據(jù)介紹，該儲(chǔ)能電站規(guī)模為70MW/140MWh。這也是全球首個(gè)浸沒(méi)式液冷儲(chǔ)能電站，標(biāo)志著浸沒(méi)式液冷這一前沿技術(shù)在新型儲(chǔ)能工程領(lǐng)域的成功應(yīng)用。
這個(gè)項(xiàng)目中，電池直接浸沒(méi)在艙內(nèi)的冷卻液中，實(shí)現(xiàn)對(duì)電池直接、快速、充分冷卻降溫，確保了電池在最佳溫度范圍內(nèi)運(yùn)行，有效延長(zhǎng)電池的使用壽命，整體提升儲(chǔ)能電站的安全性能。這個(gè)百M(fèi)Wh項(xiàng)目的落地，讓業(yè)界看到了這種技術(shù)路線的“前景”。
南方電網(wǎng)公司領(lǐng)軍級(jí)技術(shù)專家、南網(wǎng)儲(chǔ)能科技公司董事長(zhǎng)汪志強(qiáng)表示，"梅州寶湖儲(chǔ)能電站的每個(gè)浸沒(méi)式液冷電池艙容量為5.2兆瓦時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)電池運(yùn)行溫升不超過(guò)5攝氏度，不同電池溫差不超過(guò)2攝氏度。"
浸沒(méi)式液冷“前世今生”
當(dāng)前，儲(chǔ)能熱管理主要有風(fēng)冷、液冷等2種方式。風(fēng)冷是利用自然風(fēng)壓或利用空調(diào)系統(tǒng)對(duì)電池進(jìn)行散熱，雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于安裝，但冷卻效率不高，電池散熱不均勻，電池組之間溫差較大(4℃—8℃)。
冷板式液冷是把裝有循環(huán)流動(dòng)冷卻液的冷卻板放置在電芯下方，給電芯接觸部位降溫，冷卻液不與電芯直接接觸，是一種間接式冷卻方式，存在降溫速度慢、時(shí)間長(zhǎng)等不足。
按照分類，浸沒(méi)式液冷屬于液冷的一種。由于浸沒(méi)液與電芯全方位接觸，更好地控制電芯的溫差水平;此外，采用非油類的冷卻液時(shí)，液體本身就具有滅火能力，起到了溫控與消防融合的效果。
浸沒(méi)式液冷最早運(yùn)用于數(shù)據(jù)中心。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，去年，數(shù)據(jù)中心的浸沒(méi)式液冷市場(chǎng)估計(jì)為3.999億，預(yù)計(jì)年復(fù)合增長(zhǎng)率為26.06%，到預(yù)測(cè)期末將達(dá)到1.5961億美元。數(shù)據(jù)中心不斷增長(zhǎng)的碳足跡被認(rèn)為是采用浸沒(méi)式液冷的主要驅(qū)動(dòng)因素之一。
根據(jù)選擇的冷卻液的不同，浸沒(méi)液冷儲(chǔ)能系統(tǒng)，又可以分為水基、油基、氟基三種主要類型。其中水基的特征是，成本低、導(dǎo)熱性能佳，但過(guò)濾系統(tǒng)復(fù)雜，絕緣性難以保證;油基的特征是絕緣性好，但較難維護(hù)，尤其低溫環(huán)境粘度大，成本較高;氟基的特征主要表現(xiàn)為粘度低、易維護(hù)，但成本是三種中最高的。
除了南瑞繼保、科創(chuàng)儲(chǔ)能、易事特等推出了已經(jīng)推出全沉浸液冷儲(chǔ)能系統(tǒng)產(chǎn)品，楚能新能源的“靜默式消防”亦有異曲同工之妙。
楚能新能源的“浸默”系統(tǒng)，在于消防系統(tǒng)采用液態(tài)消防介質(zhì)，可在3分鐘內(nèi)將有發(fā)生熱失控報(bào)警的液冷PACK箱完全浸沒(méi)，通過(guò)快速降溫以及局部窒息手段，阻斷熱失控電池的進(jìn)一步反應(yīng)，使得電池間以及PACK間不再有熱蔓延，這與浸沒(méi)式液冷有一定的相似之處。
“叫好不叫座”背后
浸沒(méi)式液冷在儲(chǔ)能領(lǐng)域的應(yīng)用，使得儲(chǔ)能安全提升了一大步。但它的商業(yè)化腳步并不算快。其中的致命原因仍在于其價(jià)格高昂。尤其，當(dāng)前國(guó)內(nèi)儲(chǔ)能仍處于商業(yè)化發(fā)展第一階段，盈利性仍是產(chǎn)業(yè)化最大“掣肘”的情況下，經(jīng)濟(jì)性不足的技術(shù)路線更難受到市場(chǎng)青睞。
相對(duì)板換式液冷，更為復(fù)雜化的浸沒(méi)式液冷依舊飽受挑戰(zhàn)。高工儲(chǔ)能了解到，目前對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)、業(yè)主來(lái)說(shuō)，最簡(jiǎn)單安全的系統(tǒng)才是更優(yōu)的解決方案。
浸沒(méi)式液冷儲(chǔ)能系統(tǒng)，在輔助系統(tǒng)消耗明顯高于普通板換式液冷。因此，短時(shí)間內(nèi)，浸沒(méi)式液冷可能仍將處于“叫好不叫座”的狀態(tài)。
值得一提的是的，今年在儲(chǔ)能普遍內(nèi)卷的同時(shí)，儲(chǔ)能技術(shù)也出現(xiàn)了方向性突破。比如，天合儲(chǔ)能提出的無(wú)空調(diào)冷卻儲(chǔ)能系統(tǒng)。該系統(tǒng)高溫鋰電池電芯為核心，同時(shí)優(yōu)化大型儲(chǔ)能的倉(cāng)體結(jié)構(gòu)，來(lái)打造通風(fēng)效果良好的全通暢系統(tǒng)，確保整個(gè)系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。
同樣地，鋰電池龍頭寧德時(shí)代也發(fā)布了歷時(shí)三年打磨而研發(fā)成功的零輔源光儲(chǔ)融合解決方案。該方案通過(guò)自研光儲(chǔ)變流器，配合高溫電芯技術(shù)和自加熱技術(shù)，以求擺脫傳統(tǒng)儲(chǔ)能解決方案對(duì)冷卻系統(tǒng)及其輔助電源的依賴。
天合儲(chǔ)能、寧德時(shí)代推出的“無(wú)空調(diào)”儲(chǔ)能系統(tǒng)的主要目的，是降低空調(diào)所帶來(lái)的能耗問(wèn)題。
上述路線的出現(xiàn)，無(wú)疑給浸沒(méi)式液冷帶來(lái)更大的挑戰(zhàn)。
從外因來(lái)看，這一切仍有賴于儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)的快速突破;而從內(nèi)因來(lái)看，這一技術(shù)路線仍將受到產(chǎn)業(yè)鏈成熟度的掣肘。
當(dāng)前，在浸沒(méi)式儲(chǔ)能技術(shù)及數(shù)據(jù)中心浸沒(méi)式液冷技術(shù)走向火熱的同時(shí)，浸沒(méi)式液冷產(chǎn)業(yè)鏈亦受到更多關(guān)注。比如，新宙邦因全氟聚醚熱穩(wěn)定性好、導(dǎo)熱率高、粘度低、兼容性好，受到業(yè)界廣泛關(guān)注。這一定程度上將助推浸沒(méi)式液冷上游材料不斷走向成熟，從而實(shí)現(xiàn)全產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)化。
此外，浸沒(méi)式液冷儲(chǔ)能系統(tǒng)安全性要求較高的在商業(yè)建筑、機(jī)場(chǎng)、港口、軌道交通等特定領(lǐng)域，該項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)具有較好的應(yīng)用前景。
再次，當(dāng)前儲(chǔ)能仍處于發(fā)展前期，技術(shù)仍處于“百家爭(zhēng)鳴”時(shí)期，浸沒(méi)式液冷作為一種創(chuàng)新性技術(shù)，亦正在受到廣泛論證。
事實(shí)上，板換式液冷在去年也比風(fēng)冷價(jià)格高出不少，而行至今日，也已經(jīng)與風(fēng)冷相差不大。那么，浸沒(méi)式液冷逐步解決經(jīng)濟(jì)性難題后，或許將躍升為主流技術(shù)亦未可知。
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