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為儲能安全“降溫”!熱管理至關重要
日期:2022-11-14   [復制鏈接]
責任編輯:yutianyang_tsj 打印收藏評論(0)[訂閱到郵箱]
導讀:儲能被稱為解決發(fā)電側與用電側供需不平衡的一種“靈活的電站”。在全球“碳中和”背景下,新型可再生能源受到青睞,風、光裝機量不斷提升,目前儲能在發(fā)電側、電網側、用戶側均有應用,中美歐為主要市場,預計2025年全球儲能裝機量規(guī)?;蜻_362GWh,全球儲能市場規(guī)模有望達4336億元。儲能熱管理是保證儲能系統(tǒng)持續(xù)安全運行的關鍵。
因電池熱特性,熱管理成為電化學儲能產業(yè)鏈關鍵一環(huán)。從產業(yè)鏈價值量拆分來看,儲能系統(tǒng)中電池成本占比約55%,PCS占比約20%,BMS和EMS合計占比約11%,熱管理約占2%-4%。熱管理價值量占比相對較低,但卻起著至關重要的作用。

熱管理是保證儲能系統(tǒng)持續(xù)安全運行的關鍵

電站事故頻發(fā),鋰電池熱失控是引發(fā)儲能系統(tǒng)安全事故的主要原因之一。在鋰電池充放電的過程中,一部分化學能或電能轉化成熱能,如儲能系統(tǒng)散熱不佳,可能致熱失控,造成電池短路、鼓包、出現(xiàn)明火,最終引發(fā)火災、爆炸等安全事故。

據相關機構不完全統(tǒng)計,2022年至今,全球就已經發(fā)生了17起以上的儲能著火事故。

圖:鋰離子電池熱失控過程

儲能系統(tǒng)產熱大,散熱空間有限,自然通風下難以實現(xiàn)溫度控制,易損害電池的壽命和安全。與動力電池系統(tǒng)相比,儲能系統(tǒng)電池的功率更大,數量更多,產熱更多,而電池排列緊密又導致散熱空間有限,熱量難以快速、均勻地散發(fā),易引起電池組之間的熱量聚集、運行溫差過大等現(xiàn)象,最終損害電池的壽命和安全。

鋰電池放電倍率與產熱正相關,儲能系統(tǒng)大容量發(fā)展趨勢下,熱管理系統(tǒng)配備需求不斷增強。儲能系統(tǒng)主動參與調峰調頻,高倍率高容量的發(fā)展趨勢下產熱顯著增加,熱管理系統(tǒng)的重要性不斷增強。

熱管理是保證儲能系統(tǒng)持續(xù)安全運行的關鍵。理想情況下的熱管理設計可以將儲能系統(tǒng)內部的溫度控制在鋰電池運行的最佳溫度區(qū)間(10-35°C),并保證電池組內部的溫度均一性,從而降低電池壽命衰減或熱失控的風險。

圖:大規(guī)模鋰電池儲能集成系統(tǒng)(BESS)

電化學儲能產業(yè)鏈中熱管理價值量約占儲能系統(tǒng)2-3%

熱管理處于電化學儲能產業(yè)鏈的中游。上游包括鋰電池材料和電子元器件;中游為儲能系統(tǒng)集成,包括電芯、電力設備集成(PCS+EMS+BMS)、熱管理、消防系統(tǒng)等;下游包括渠道商和用戶端。下游客戶集中度較高,熱管理貨值相對較低,易形成上下游綁定關系。

熱管理價值量占比相對較低,我們認為下游廠商更看重熱管理方案的穩(wěn)定性及安全性,價格敏感程度相對較低,且易于與方案提供商形成綁定關系,更換供應商的頻率更低,賽道龍頭更容易享受行業(yè)擴容紅利。

圖:電化學儲能產業(yè)鏈拆分
圖:熱管理廠商2021年國內儲能系統(tǒng)出貨量占比

技術路線:以風冷和液冷為主,熱管、相變冷卻在研

目前儲能熱管理的主流技術路線是風冷和液冷。儲能熱管理技術路線主要分為風冷、液冷、熱管冷卻、相變冷卻,其中熱管和相變冷卻技術尚未成熟。

風冷:通過氣體對流降低電池溫度。具有結構簡單、易維護、成本低等優(yōu)點,但散熱效率、散熱速度和均溫性較差。適用于產熱率較低的場合。

液冷:通過液體對流降低電池溫度。散熱效率、散熱速度和均溫性好,但成本較高,且有冷液泄露風險。適用于電池包能量密度高,充放電速度快,環(huán)境溫度變化大的場合。

熱管&相變:分別通過介質在熱管中的蒸發(fā)吸熱和材料的相態(tài)轉換來實現(xiàn)電池的散熱。

圖:儲能熱管理各技術路線對比

從熱管理技術路線來看,風冷和液冷已實現(xiàn)商業(yè)化應用,目前風冷方案為主流,但液冷有望憑借高效、占地小、精準控溫等優(yōu)勢貢獻未來主要增量。根據測算,2025年全球儲能新增裝機量將達到362GWh,全球儲能熱管理市場規(guī)模2025年有望達141億元。因目前市場參與者眾多,我們預計熱管理單位價值量將逐年下降。

由于儲能熱管理技術與精密空調、家用空調及新能源車熱管理系統(tǒng)技術同源,目前切入儲能熱管理賽道的主流企業(yè)大多有相關業(yè)務/技術積累。儲能熱管理賽道尚處發(fā)展初期,格局未定。

原標題:為儲能安全“降溫”!熱管理至關重要
 
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來源:民生證券/EnergyTrend儲能綜合整理
 
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