Ievads
Gaisa dzesēšana un šķidruma dzesēšana nav pēc savas būtības vai slikta, tikai tad, ja tos lieto atbilstošās vietās (scenārijos), to attiecīgās priekšrocības var pilnībā realizēt. Kāpēc vairums enerģijas uzglabāšanas produktu izvēlas šķidru dzesēšanu, nevis dzesēšanu?
Pirms 2021. gada enerģijas uzglabāšanas produktu siltuma izkliedes metode tika vienmērīgi dzesēta ar gaisu (izņemot Tesla Megapack).
Tajā laikā lielākā daļa lielo uzglabāšanas produktu bija 40 pēdu konteineru ieejas sistēmas, kurām bija nepieciešams rezervēt personāla apkopes/evakuācijas ceļus atbilstoši valsts standartiem un pēc iespējas vairāk bateriju iekraušanai. Lai pielāgotos vairāk bateriju, daži ražotāji pat ir izmantojuši lielākus konteinerus -53 pēdu konteinerus ar maksimālo ietilpību 2MWh 40 pēdu traukā.
Kastes iekšpusē ir daudz ventilatoru, lai izkliedētu karstumu no akumulatora, un, kad cilvēki ieiet iekšā, viņi dzird no faniem buzzing skaņu.
Mūsdienās enerģijas uzglabāšanas sistēmas ir iesaiņotas ar 5MWH bateriju 20 pēdu traukā, kas apgrūtina siltuma izkliedes prasību izpildi, izmantojot gaisa dzesēšanu. Tātad, kādas citas priekšrocības ir dzesētās un šķidrās atdzesētas sistēmas papildus iepriekšminētajām?
1. šķidruma dzesēšanas sistēmas priekšrocības
1 Projektēšanas un siltuma izkliedes efektivitāte
Dizaina sarežģītība
Gaisa dzesēšana: gaisa dzesēšanas tehnoloģija ir nobriedusi, un struktūra ir vienkārša. Inženieri, projektējot, izvēlēsies gaisa dzesēšanu. Tās pamatprojekts ir ventilatoru izvēle un gaisa kanāla dizains, kas izkliedē siltumu, izmantojot gaisa konvekciju. Siltuma izkliedes vide ir gaiss, kas ir neizsmeļams, un tāpēc tam ir salīdzinoši zemas izmaksas. Gaisa dzesēšanas pamataprīkojums ir gaisa kondicionēšana un gaisa vadi, kas ir piemēroti zemas vai vidējas enerģijas scenārijiem, bet ir grūti izpildīt augstas blīvuma siltuma izkliedes prasības, piemēram, pašreizējo 5MWh/20 pēdu kasti.
Šķidruma dzesēšana: ir jāprojektē šķidruma cirkulācijas sistēma (piemēram, dzesēšanas plāksnes, sūkņi, siltummaiņi utt.), Kas ir ļoti sarežģīta, bet var tieši saskarties ar siltuma avotu. Tās siltumvadītspējas efektivitāte ir 6 reizes lielāka par gaisa dzesēšanu, padarot to piemērotu augstas enerģijas blīvuma aprīkojumam. Secinājums: lai arī šķidruma dzesēšanas dizains ir sarežģīts, tā karstuma izkliedes efektivitāte ir ievērojami augstāka, īpaši piemērota lieljaudas enerģijas uzkrāšanas sistēmām.
Siltuma izkliedes efekts un temperatūras vienveidība
Šķidruma dzesēšana sasniedz precīzu temperatūras kontroli, veicot dzesēšanas šķidruma cirkulāciju, ar temperatūras starpību, kuru var kontrolēt 3 grādu laikā, savukārt gaisa dzesēšana ir atkarīga no apkārtējās gaisa plūsmas, un temperatūras starpība parasti pārsniedz 7 grādus. Augstas temperatūras vide var viegli izraisīt šūnu konsistences pasliktināšanos un ietekmēt akumulatora darbības laiku. Secinājums: Šķidrumam dzesēšanai ir labāka temperatūras vienveidība un siltuma izkliedes stabilitāte, un tā var pagarināt akumulatora darbības laiku.
2 Pielietojuma scenārija pielāgošanās spējas
Vides un enerģijas prasības
Gaisa dzesēšana: piemērota āra videi un zemas un vidējas enerģijas scenārijiem (piemēram, rūpnieciskās un komerciālās enerģijas uzglabāšanas, sakaru bāzes stacijām), bet jutīgas pret augstu temperatūru un augstu mitruma vidi, ar ierobežotu siltuma izkliedes efektiem.
Šķidruma dzesēšana: tai ir ievērojamas priekšrocības liela mēroga enerģijas uzkrāšanā (piemēram, simts megavatu līmeņa projektos tīkla pusē), augstas uzlādes un izlādes ātrumi un ārkārtas temperatūras scenāriji. Piemēram, koplietojamās enerģijas uzglabāšanas strāvas stacijas Ningxia, Gansu un citās vietās pieņem šķidruma dzesēšanas risinājumus.
Secinājums: šķidruma dzesēšana ir piemērotāka lieljaudas blīvumam un sarežģītām vides prasībām.
3 Apkope un uzticamība
Saglabāt sarežģītību
Gaisa dzesēšana: viegli uzturējama, nepieciešama tikai ventilatora un gaisa vada tīrīšana, bet nepieciešama bieža vides putekļu un nepietiekama temperatūras kontroles apstrāde.
Šķidruma dzesēšana: regulāri jāpārbauda dzesēšanas šķidruma noplūde, korozija un sūkņa vārsta darbība. Apkopes posmi ir apgrūtinoši, bet sistēmas stabilitāte ir augsta, un neveiksmju līmenis ir zems. Piemēram, šķidruma dzesēšanas sistēmas uzturēšanas laiks ir 2-3 reizes vairāk nekā gaisa dzesēšanas sistēmā, bet izslēgšanas risks ir ļoti zems.
Secinājums: šķidrai dzesēšanai ir augstas uzturēšanas izmaksas, bet labāka uzticamība un spēcīga ilgtermiņa darbības stabilitāte.
Drošības riski
Gaisa dzesēšanai nav šķidru noplūdes riska, bet tā ir atkarīga no gaisa kondicionēšanas un ventilatoriem, kas rada pārkaršanas risku.
Šķidrumam dzesēšanai nepieciešama noplūdes un korozijas novēršana, bet riskus var efektīvi kontrolēt, izmantojot augstu blīvējuma dizainu un materiāla optimizāciju.
4 Dzīves ilgums un enerģijas patēriņš
Ietekme uz akumulatora darbības laiku
Uz katriem temperatūras paaugstināšanos par 20 grādiem akumulatora cikla kalpošanas laiks samazinās par 3000-4000 laikiem. Šķidruma dzesēšana var stabilizēt akumulatora šūnas temperatūru 30-35 pakāpē. Gaisa dzesēšana var sasniegt vairāk nekā 38 grādus vidē augstā temperatūrā, paātrinot akumulatora noārdīšanos.
Secinājums: šķidruma dzesēšana ievērojami pagarina akumulatora darbības laiku un samazina pilnas dzīves cikla nomaiņas izmaksas.
Darbības enerģijas patēriņš
Šķidruma dzesēšana patērē mazāk enerģijas nekā gaisa dzesēšana. Piemēram, ar 3 kW dzesēšanas jaudu šķidruma dzesēšanas enerģijas patēriņš ir tikai 1/6 no gaisa dzesēšanas patēriņš, un siltuma izkliedes ātrums ir ātrāks, kā rezultātā pēc izslēgšanas ir īsāks dzesēšanas laiks.
Secinājums: Šķidrai dzesēšanai ir ievērojami ilgtermiņa enerģijas taupīšanas efekti un samazina darbības izmaksas.
5 Izmaksu salīdzinājums
Sākotnējās izmaksas
Ar gaisa dzesēšanas sistēmu izmaksas ir salīdzinoši zemas (apmēram 1,1 juaņu/WH), savukārt šķidrai dzesēšanai ir vajadzīgas dzesēšanas plāksnes, sūkņi un citas sastāvdaļas, kā rezultātā izmaksu pieaugums ir aptuveni 18% (apmēram 1,3 juaņas/WH).
Dzīves cikla izmaksas
Lai arī šķidruma dzesēšanai ir augsts sākotnējais ieguldījums, tās kopējās izmaksas ir augstākas par gaisa dzesēšanu, jo tā ir zema enerģijas patēriņa (ietaupot vairāk nekā 30% no elektrības rēķiniem), ilgu kalpošanas laiku (samazinot akumulatora nomaiņas frekvenci) un zemu atteices līmeni. Piemēram, 5MW šķidruma atdzesēta projekta pilnās dzīves cikla izmaksas ir 20% -30% zemākas nekā gaisa dzesēšanas projektam.
Secinājums: Liquid Cooling ir vairāk priekšrocību attiecībā uz pilnīgu dzīves ciklu ekonomiku.
6 Saglabājiet vietu
Šķidruma dzesēšanas sistēmai ir augsta integrācijas pakāpe, un enerģijas uzglabāšanas konteineru pēdas ar tādu pašu jaudu tiek samazināta par aptuveni 40%, salīdzinot ar gaisa dzesēšanu, padarot to piemērotu zemes trūcīgiem scenārijiem. Pašreizējais 5 mWh akumulators var ietilpt 20 pēdu traukā, galvenokārt tāpēc, ka šķidruma dzesēšanas sistēma ietaupa daudz vietas.
2. Šķidrās dzesēšanas sistēmu trūkumi
1 Vides aizsardzība un drošība
Šķidruma dzesēšana ir toksiska
Etilēnglikols, ko izmanto šķidrā dzesēšanai, ir toksisks, un noplūde var piesārņot augsni un gruntsūdeņus, kuriem nepieciešama stingra blīvēšanas un pārstrādes apstrāde; Gaisa dzesēšanas sistēmai nav šķidras noplūdes riska un tā ir videi draudzīgāka. Piemēram, 2021. gada Tesla Megapack enerģijas uzglabāšanas stacijas ugunsgrēka negadījumā Austrālijā šķidruma dzesēšanas sistēmas noplūde izraisīja akumulatora īssavienojumu, kas izraisīja termisko bēgšanu.
Šis gadījums parāda, ka šķidruma dzesēšanai ir stingras prasības blīvēšanai un materiāla kvalitātei, un šis neveiksmes risks ir jāņem vērā, izstrādājot šķidruma dzesēšanas sistēmas.
Gaisa dzesēšanas sistēmas drošība
Gaisa atdzesētai sistēmai nav jāuztraucas par noplūdes risku. Tas paļaujas uz nepārtrauktu gaisa kondicionēšanas un fanu darbību, un visnopietnākā problēma ir vietēja pārkaršana. Tomēr kopējais negadījumu līmenis ir zemāks nekā šķidruma dzesēšana
2 sarežģīta ražošana un uzstādīšana
Šķidrās dzesēšanas sistēmu ražošana ir sarežģīta
Nepieciešama šķidru atdzesētu plāksņu pielāgošana un pelējumu izmēģinājuma ražošana, iesaistot ilgu pētniecības un attīstības ciklu un patentu barjeras.
Gaisa dzesēšana balstās uz standartizētu gaisa vadu dizainu ar augstu kopējā režīma pakāpi un kontrolējamām izmaksām.
Ilgs uzstādīšanas laiks
Šķidruma atdzesētu akumulatoru izjaukšana un salikšana prasa vairāk nekā 2 stundas (iesaistot kanalizāciju, blīvēšanas pārbaudi utt.), Savukārt gaisa dzesēšana prasa tikai 20 minūtes, kas piemērota ātrai izvietošanas scenārijiem.
3 augsts trokšņa līmenis
Šķidruma atdzesētu vienību troksnis parasti ir mazāks vai vienāds ar 75 dB (tuvu gaisa atdzesētai gaisa kondicionēšanai), bet to var vēl vairāk samazināt, optimizējot sūkņa vārsta dizainu un skaņas izolācijas materiālus. Tesla Megapack pārvieto ventilatoru uz enerģijas uzglabāšanas kārbas augšdaļu un uzstāda sūkņa korpusu skapja iekšpusē kā veidu, kā samazināt troksni.
Galvenais gaisa dzesēšanas trokšņa avots ir ventilators (mazāks vai vienāds ar 60dB), kas kopumā ir klusāks.
3. Nākotnes lielo uzglabāšanas produktu dzesēšanas tendence
Gaisa dzesēšana+šķidruma dzesēšanas hibrīda šķīdums: abu priekšrocību apvienošana dažos scenārijos, piemēram, gaisa dzesēšanas izmantošana, lai samazinātu izmaksas zemas un vidējas jaudas zonās, un šķidruma dzesēšanas izmantošana, lai uzlabotu siltuma izkliedes efektivitāti lieljaudas galvenajās vietās.
Iegremdēšanas šķidruma dzesēšana: šī ir visizcilākā siltuma izkliedes metode, kas tieši saskaras ar siltuma avotu ar auksto avotu, lai izkliedētu siltumu. Siltuma izkliedes efektivitāte ir daudz augstāka nekā siltuma atņemšana caur dzesēšanas plāksni. Ja tradicionālā šķidruma dzesēšana novērš gaisa kanālus, salīdzinot ar gaisa dzesēšanas sistēmām, tad iegremdēšanas šķidruma dzesēšana vēl vairāk novērš aukstās plāksnes. Tieši iegremdējot akumulatora šūnas, var panākt ārkārtēju siltuma izkliedi (temperatūras starpība mazāka vai vienāda ar 1 pakāpi), kas nākotnē var aizstāt tradicionālo šķidruma dzesēšanu augstas blīvuma enerģijas uzkrāšanā.
4. Kopsavilkums
Saskaņā ar pašreizējo akumulatora tehnoloģiju un siltuma izkliedes prasībām šķidrās dzesēšanas tehnoloģija atrisina lielas enerģijas uzkrāšanas galveno sāpju punktus ar lielu jaudas blīvumu (5MWh/20 pēdas) scenārijus, izmantojot efektīvu siltuma izkliedi, precīzu temperatūras kontroli, zemu enerģijas patēriņu un ilgu kalpošanas laiku.
Neskatoties uz augstajām sākotnējām izmaksām un uzturēšanas sarežģītību, tai ir ievērojamas ekonomiskās un uzticamības priekšrocības visā tā dzīves ciklā. Tā kā līdz 2025. gadam ir liela mēroga šķidruma dzesēšanas (piemēram, paredzamais iespiešanās ātrums 45%), rūpnieciskās ķēdes termiņš vēl vairāk samazinās izmaksas un reklamēs to kā “optimālu risinājumu” liela mēroga enerģijas uzkrāšanai.
PostScript: Visi siltuma izkliedes un ugunsdrošības pasākumi ir vērsti uz akumulatora šūnām. Ja akumulatora šūnas ar augstu temperatūru var masveidā ražot nākotnē, tieši apmainoties ar siltumu ar gaisu, un pašas akumulatora šūnas var izturēt augstāku temperatūru, tad enerģijas uzkrāšanas sistēmu izmaksas var ievērojami samazināt. Šī ir tehnoloģija, kas dod labumu cilvēcei.