Żartobliwie mówiąc, w zakresie kontroli temperatury magazynowania energii, pierwszą generacją było chłodzenie powietrzem, drugą i obecnie dominującą, było chłodzenie cieczą z zimną płytą, a chłodzenie cieczą zanurzeniową wciąż zabiegało o miano trzeciej generacji. Nagle pojawiło się chłodzenie bezpośrednie, które wkroczyło na rynek w głośny sposób, konkurując o pozycję następcy trzeciej generacji.
Chiński przemysł magazynowania energii wszedł w fazę szybkiego rozwoju, a ciągłe innowacje technologiczne i synchronizacja wielu szlaków technologicznych są jednym z ważnych przejawów tego okresu.
W szczególności w miarę ewolucji ogniw magazynujących energię w kierunku większej wydajności, integracja systemu rozwija się w kierunku większej skali i wyższej gęstości energii, a scenariusze zastosowań stają się coraz bardziej złożone i zróżnicowane, co stawia wyższe wymagania dotyczące żywotności, bezpieczeństwa, kosztów i innych czynników systemy magazynowania energii. Od integracji systemu po podstawowe komponenty, w tym ogniwa, 3S, kontrolę temperatury i ochronę przeciwpożarową, iteracja technologii jest kontynuowana.
Jako kluczowe ogniwo systemu magazynowania energii, system kontroli temperatury odgrywa kluczową rolę w bezpieczeństwie, wydajności i żywotności magazynów energii. Zwłaszcza w obliczu rosnącego zapotrzebowania na zastosowania takie jak długoterminowe magazynowanie energii i szybkie magazynowanie energii, podniesiono ogólne wskaźniki wydajności komponentów do kontroli temperatury.
Od pierwszej generacji chłodzenia powietrzem, przez obecnie stosowane powszechnie chłodzenie cieczą z zimną płytą, po chłodzenie cieczą zanurzeniową, które cieszy się powszechnym zainteresowaniem, w ostatnich latach technologia kontroli temperatury była wielotorowa, aby stale optymalizować takie kwestie, jak podatność akumulatora na ciepło i nierównomierny rozkład temperatury.
Na początku miesiąca przyszła kolejna ważna wiadomość: CRRC Zhuzhou Institute wraz z 14 firmami należącymi do sieci branżowej, w tym Invic, Hisense Network Energy, Tongfei Co., Ltd. i Midea, wypuścił na rynek przyszłościowy system 6,9 MWh, w którym w ogniwie kontroli temperatury po raz pierwszy zastosowano moduł bezpośredniego chłodzenia z magazynowaniem energii o mocy 12 kW. Gdy tylko ta wiadomość ujrzała światło dzienne, przyciągnęła uwagę branży.
Technologia chłodzenia bezpośredniego, która pierwotnie była stosowana w pojazdach o nowej energii, z wielkim entuzjazmem wkroczyła do branży magazynowania energii. Są głośne głosy poparcia, ale są też głosy sprzeciwu.
Chłodzenie bezpośrednie ma na celu kontrolę temperatury magazynowania energii 3.0?
W ciągu ostatnich dwóch lat globalna moc zainstalowana energii odnawialnej gwałtownie wzrosła. Jak wynika z corocznego raportu rynkowego „Energetyka Odnawialna 2023” opublikowanego przez Międzynarodową Agencję Energetyczną, w 2023 roku światowa moc zainstalowana energii odnawialnej wzrośnie o 50% w porównaniu z 2022 rokiem, a dynamika wzrostu mocy zainstalowanej przewyższa dotychczasową 30 lat. Na tym tle rozwój branży magazynowania energii zapoczątkował coraz szerszą przestrzeń rynkową.
Jednocześnie chińskie firmy zajmujące się magazynowaniem energii wpadają w wir wewnętrznego obiegu. Aby się przełamać, technologia jest najbardziej podstawową konkurencyjnością, podczas gdy wysokie bezpieczeństwo, niski koszt i wysoka wydajność to najważniejsze progi modernizacji technologii magazynowania energii.
Zwłaszcza w obliczu trendu w zakresie wielkoskalowych ogniw akumulatorowych i rosnącej zintegrowanej gęstości mocy systemów magazynowania energii, w centrum zainteresowania branży znalazła się wydajność akumulatorów i ryzyko niekontrolowanej utraty ciepła. Wśród nich ważną rolę odgrywa system kontroli temperatury.
Patrząc uważnie na postęp w technologii kontroli temperatury magazynowania energii, system chłodzenia powietrzem pierwszej generacji był prosty, tani w produkcji i łatwy w instalacji; chłodzenie cieczą drugiej generacji z zimną płytą zaczęło wykorzystywać ciecz jako medium wymiany ciepła, o dużej pojemności cieplnej i wysokiej wydajności wymiany ciepła; oraz zanurzeniowe chłodzenie cieczą, które jest wciąż na wczesnym etapie rozwoju, ma tę zaletę, że skutecznie zapobiega niekontrolowanej niekontrolowanej zmianie temperatury i ekstremalnej jednorodności temperatury, ale boryka się z problemem wysokich kosztów i nie został jeszcze rozwiązany.
W czasach, gdy branża szybko się rozwija, a technologia szybko się unowocześnia, chłodzenie bezpośrednie nagle przestało być popularne. Zgłoszono, że w wyżej wymienionym urządzeniu do bezpośredniego chłodzenia magazynującego energię o mocy 12 kW zastosowano technologię bezpośredniego chłodzenia czynnika chłodniczego, która zmniejsza straty w wyniku wymiany ciepła, sprawia, że system jest bardziej energooszczędny i zmniejsza koszty; jednocześnie przyjmuje konstrukcję, która nie wymaga cyrkulacji wody, a ryzyko wycieku wynosi „zero”. Jednostka ma mniejsze rozmiary i niższy poziom hałasu, a także może zapewnić większą wydajność chłodniczą na ograniczonej przestrzeni, co wpisuje się w trend rozwojowy polegający na zwiększaniu gęstości energii w systemach magazynowania energii i zmniejszaniu dostępnej przestrzeni.
Niektóre firmy z łańcucha dostaw stwierdziły, że technologia bezpośredniej kontroli temperatury chłodzenia zapewni więcej możliwości i kierunków rozwoju branży magazynowania energii i oczekuje się, że w przyszłości stanie się głównym trendem rozwojowym w dziedzinie zarządzania ciepłem magazynowania energii.
Niektóre firmy bez ogródek stwierdziły, że ponieważ ciepło wytwarzane przez ogniwa akumulatora nie jest wystarczająco skoncentrowane, a ciepło wytwarzane na jednostkę powierzchni nie jest zbyt duże, nie ma potrzeby stosowania technologii chłodniczej z wymianą ciepła o wysokiej intensywności, takiej jak chłodzenie bezpośrednie, aby rozwiązać problem .
Czym dokładnie jest chłodzenie bezpośrednie? Według informacji publicznych chłodzenie bezpośrednie to minimalistyczna konstrukcja chłodzenia, która nie wymaga cyrkulacji wody, umożliwiając czynnikowi chłodniczemu bezpośrednie schłodzenie ogniwa akumulatora przez fluorową płytę chłodzącą i szybkie usuwanie wytworzonego ciepła poprzez wymianę ciepła.
Obecnie bardziej powszechnymi technologiami kontroli temperatury są głównie chłodzenie powietrzem i chłodzenie cieczą z zimną płytą, a chłodzenie cieczą zanurzeniową jest wciąż na wczesnym etapie rozwoju. Spośród czterech technologii kontroli temperatury przedstawionych w powyższej tabeli, z wyjątkiem chłodzenia powietrzem, które wykorzystuje powietrze jako czynnik chłodzący, chłodzenia cieczą z zimną płytą, chłodzenia cieczą zanurzeniową i chłodzenia bezpośredniego, wszystkie wykorzystują ciecz.
Spośród trzech technologii chłodzenia cieczą, tylko chłodzenie zanurzeniowe wykorzystuje bezpośredni kontakt poprzez zanurzenie ogniw akumulatora bezpośrednio w cieczy zanurzeniowej, bez pośredniego połączenia wymiany ciepła. Zarówno chłodzenie cieczą zimnej płyty, jak i chłodzenie bezpośrednie wykorzystują kontakt pośredni.
Z konstrukcyjnego punktu widzenia chłodzenie bezpośrednie i chłodzenie cieczą z zimną płytą są dość podobne. Znawcy branży twierdzą, że tradycyjna technologia chłodzenia cieczą z zimną płytą rozprasza ciepło na spód akumulatora poprzez wprowadzenie zimnej wody do płyty chłodzącej, podczas gdy chłodzenie bezpośrednie zastępuje wodę w chłodzeniu cieczą z zimną płytą czynnikiem chłodniczym, który jest następnie wykorzystywany do ochłodzić ogniwo akumulatora za pomocą zimnej płyty fluorowej.
Jednakże, choć formy są podobne, zasady wymiany ciepła w tych dwóch technologiach nie są dokładnie takie same.
Z jednej strony w chłodzeniu bezpośrednim wykorzystuje się wymianę ciepła na podstawie różnicy temperatur. Ponieważ temperatura czynnika chłodniczego jest stosunkowo niska, a sam czynnik chłodniczy ma pojemność cieplną właściwą znacznie większą niż woda, można osiągnąć wyższą efektywność wymiany ciepła. Z drugiej strony, chłodzenie bezpośrednie wykorzystuje również zasadę absorpcji ciepła przez parowanie, pochłaniając ciepło otoczenia poprzez przemianę czynnika chłodniczego z cieczy w gaz.
W związku z tym niektórzy znawcy branży wyjaśnili, że „wysokie sprzężenie układu chłodzenia akumulatora z układem klimatyzacji jest równoznaczne z umieszczeniem parownika układu klimatyzacji bezpośrednio w zestawie akumulatora”.
Można zauważyć, że ilość ciepła, którą można usunąć przez bezpośrednie chłodzenie w tej metodzie podwójnej wymiany ciepła, jest znacznie większa niż w przypadku chłodzenia cieczą z zimną płytą, które po prostu opiera się na wymianie ciepła poprzez różnicę temperatur. Doskonała wydajność wymiany ciepła i ogólna wydajność maszyny sprawiają, że chłodzenie bezpośrednie wydaje się mieć znaczną przestrzeń rynkową w dziedzinie magazynowania energii.
W rzeczywistości pomysł zastosowania technologii bezpośredniej kontroli temperatury chłodzenia w dziedzinie magazynowania energii był proponowany od dawna, ale powiązane produkty i zastosowania są stosunkowo rzadkie, nawet w nowych zastosowaniach badawczych. Powodem jest to, że technologia chłodzenia bezpośredniego wciąż boryka się z wieloma problemami, których nie udało się pokonać.
W promocji produktów do bezpośredniej kontroli temperatury chłodzenia bezpieczeństwo jest często umieszczane na bardzo eksponowanym miejscu. Donoszono, że po wystąpieniu wycieku czynnik chłodniczy automatycznie odparuje do stanu gazowego, co eliminuje ryzyko wycieku i pozwala skutecznie uniknąć zwarć elektrycznych i niekontrolowanej niestabilności termicznej spowodowanej wyciekiem konwencjonalnych czynników chłodzących.
Warto zauważyć, że układ chłodzenia bezpośredniego narażony jest na większe natężenie ciśnienia. Z jednej strony ciśnienie fluoru jest znacznie większe niż wody. Ciśnienie wody wynosi tylko kilka kilogramów, ale ciśnienie fluoru jest o kilkadziesiąt kilogramów wyższe; z drugiej strony ciśnienie parowania czynnika chłodniczego zwykle osiąga 3-4 atmosfer, podczas gdy ciśnienie robocze płyty chłodzącej ciecz mieści się na ogół w granicach 1,3 atmosfery.
Dlatego bezpośrednie chłodzenie znacznie zwiększa wymagania dotyczące wytrzymałości na ciśnienie zimnej płyty, połączeń i rurociągów. Na przykład konwencjonalne rury nylonowe w ogóle nie wytrzymują takiego ciśnienia. Poziom oporu ciśnieniowego płyty bezpośredniego chłodzenia musi wynosić co najmniej 4-krotność ciśnienia parowania.
Ponadto chłodzenie bezpośrednie ma znacznie wyższe wymagania dotyczące uszczelnienia płyty zimnej niż tradycyjne chłodzenie cieczą.
Wszystkie te czynniki bardzo utrudnią firmom z łańcucha dostaw powtarzanie technologii, w związku z czym koszty części również odpowiednio wzrosną. Jeśli chodzi o sterowanie systemem, chłodzenie bezpośrednie jest również bardziej skomplikowane, ponieważ konieczne jest uwzględnienie rozkładu przepływu pomiędzy różnymi PACKami, kontrolą temperatury parowania oraz projektem kanału przepływowego płyty zimnej itp.
Biorąc za przykład projekt kierunku przepływu czynnika chłodniczego w płycie chłodzenia bezpośredniego, zestaw akumulatorów musi nie tylko zapewniać pracę ogniw akumulatora w rozsądnej temperaturze, ale także kontrolować różnicę temperatur pomiędzy różnymi modułami. Ogólnie rzecz biorąc, różnica temperatur ogniw akumulatora nie może przekraczać 5 stopni. Dlatego szczególnie ważne jest zapewnienie jednolitej temperatury samej płyty chłodzącej akumulatora. Dlatego optymalizacja kierunku przepływu czynnika chłodniczego w płycie chłodzenia bezpośredniego i poprawa równomierności temperatury akumulatora magazynującego energię to trudności, które musi pokonać system bezpośredniego chłodzenia.
Można zauważyć, że nadal istnieje wiele problemów związanych z rzeczywistym zastosowaniem technologii chłodzenia bezpośredniego w dziedzinie magazynowania energii, a osiągnięcie zastosowania na dużą skalę zajmie dużo czasu.