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全浸沒式液冷技術(shù)的本質(zhì)安全和電池儲能系統(tǒng)研究及應(yīng)用
日期:2023-06-07   [復(fù)制鏈接]
責(zé)任編輯:wangxin_yjm 打印收藏評論(0)[訂閱到郵箱]
5月24~26日,由工業(yè)和信息化部節(jié)能與綜合利用司與國家能源局能源節(jié)約和科技裝備司聯(lián)合指導(dǎo),中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會主辦并聯(lián)合240余家機(jī)構(gòu)共同支持的第十三屆中國國際儲能大會在杭州召開。

來自行業(yè)主管機(jī)構(gòu)、國內(nèi)外駐華機(jī)構(gòu)、科研單位、電網(wǎng)企業(yè)、發(fā)電企業(yè)、系統(tǒng)集成商、金融機(jī)構(gòu)等不同領(lǐng)域的1011余家產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈企業(yè),5417位嘉賓參加了本屆大會,其中245家企業(yè)展示了儲能產(chǎn)品,可謂盛裝出席,涵蓋系統(tǒng)集成、電芯、PCS、BMS、集裝箱、消防、檢測認(rèn)證等新型儲能全產(chǎn)業(yè)鏈。

5月24日下午,南方電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻(廣東)儲能科技公司董事長汪志強受邀在獨立共享儲能電站專場分享了主題報告,報告題目為《全浸沒式液冷技術(shù)的本質(zhì)安全和電池儲能系統(tǒng)研究及應(yīng)用》。以下是報告主要內(nèi)容:

汪志強:大家好!很榮幸受邀出席本次大會并發(fā)表專題演講,我是南方電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻(廣東)儲能科技有限公司的汪志強。我今天的匯報分成三個部分:一是儲能項目的建設(shè)情況與規(guī)劃;二是現(xiàn)有儲能冷卻技術(shù)的概況;三是全浸沒式液冷儲能技術(shù)的初探。

我首先介紹下南網(wǎng)儲能公司的發(fā)展現(xiàn)狀,南網(wǎng)儲能公司是南方電網(wǎng)公司旗下唯一的抽水蓄能和新型儲能投資建設(shè)運營平臺,實施抽水蓄能和新型儲能“兩輪驅(qū)動”的發(fā)展戰(zhàn)略。目前,已經(jīng)建成的抽水蓄能電站的裝機(jī)容量為10280MW,在建的有4800MW,建設(shè)體量很大。新型儲能投運的有111MW/219.2MWh,在建的有300MW/600MWh。我們最早在2012年建成深圳寶清儲能電站,而后建成東莞楊屋、廣州芙蓉、東莞黎貝、??谒幑葍δ茈娬?,我們今年在廣東梅州五華建成一座70MW/140MWh的儲能電站。南網(wǎng)儲能公司規(guī)劃在“十四五”、“十五五”、“十六五”期間分別新增投產(chǎn)新型儲能200萬千瓦、300萬千瓦、500萬千瓦。公司的戰(zhàn)略方向是持續(xù)儲能技術(shù)研究,持續(xù)構(gòu)建儲能技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)體系,持續(xù)通過儲能新技術(shù)研究與示范應(yīng)用,解決行業(yè)、安全、壽命、效率等技術(shù)難題。

下面對現(xiàn)有儲能冷卻技術(shù)概況進(jìn)行介紹。電池是儲能電站的核心部件,具有較大的熱失控風(fēng)險,目前還沒有能夠有效解決熱失控帶來的火災(zāi)和爆炸的相關(guān)措施,容易引發(fā)大面積電池組熱失控,造成嚴(yán)重的火災(zāi)和爆炸事故,像2021年北京豐臺大紅門發(fā)生的直流光儲充電站起火爆炸得到了很大關(guān)注。據(jù)不完全統(tǒng)計,近五年全球儲能電站火災(zāi)事故發(fā)生了45起,其中中國5起,美國3起,韓國34起。韓國采用了三元鋰,所以起火次數(shù)比較多。

電池的壽命和溫度息息相關(guān),電池長期運行溫度不一致容易導(dǎo)致電池模組、電池簇串并聯(lián)失配、電池生命周期內(nèi)利用率低、性能最差的電池將影響整個儲能系統(tǒng),出現(xiàn)個體影響整體的“木桶效應(yīng)”,導(dǎo)致“充不滿放不完”的充放電能力差現(xiàn)象。

目前,電池儲能系統(tǒng)的冷卻手段主要是風(fēng)冷和板換式液冷。現(xiàn)有的電池儲能系統(tǒng)風(fēng)冷主要是利用空調(diào)系統(tǒng)對電池進(jìn)行強迫冷卻。風(fēng)冷所涉及的冷卻結(jié)構(gòu)簡單、便于安裝、成本較低,但會導(dǎo)致電池之間的溫差偏大,即電池散熱不均勻。

液冷是以液體為傳熱介質(zhì)的熱管理技術(shù)。目前很多的儲能系統(tǒng)集成商也都是在往液冷方向上發(fā)展。液冷技術(shù)通過將液體與電池進(jìn)行熱量交換,從而達(dá)到降溫目的?,F(xiàn)有的儲能系統(tǒng)液冷方式基本上是指板換式液冷。板換式液冷儲能系統(tǒng)把裝有冷卻液的液冷板放置在電芯下方,給冷卻液與電芯的接觸部位降溫。電芯的發(fā)熱部位主要是極耳,板換式液冷的冷卻板是在電芯底部,沒有直接對極耳進(jìn)行降溫。目前,要讓液冷板貼著極耳進(jìn)行冷卻降溫可能難度很大,對電芯溫度、電壓的測量采集有所影響。風(fēng)冷和板換式液冷這兩種冷卻方式均屬于間接冷卻技術(shù),存在降溫速度較慢、降溫時間較長等不足。

針對現(xiàn)有的儲能系統(tǒng)冷卻技術(shù)的不足,我們進(jìn)行全浸沒式液冷技術(shù)的初探。思考著有沒有既能解決電芯安全隱患、又能提高冷卻效率、提高電池運行溫度一致性的冷卻方式?我們剛才對電芯的冷卻方式進(jìn)行介紹,主要是風(fēng)冷和液冷。其中,液冷技術(shù)又可以分為板換式液冷和浸沒式液冷。能否將浸沒式液冷技術(shù)遷移應(yīng)用至大容量儲能系統(tǒng),我們進(jìn)行了初步的探究,開發(fā)了浸沒式液冷電池儲能系統(tǒng)。

浸沒式液冷熱管理技術(shù)是將電芯與冷卻油直接接觸,將電池pack完全浸沒于絕緣冷卻油中,并輔助油循環(huán)系統(tǒng)和制冷系統(tǒng),利用冷卻油作散熱介質(zhì),將電池產(chǎn)熱及時、快速、高效帶走。這是一個示意圖,冷卻液循環(huán)流動的時候按簇從底往上流入,經(jīng)過一個循環(huán)向下流出,溫度低的從下面流進(jìn),溫度高的從上面流出,這樣就形成比較高效的熱交換和對流過程,能夠較好地保持電芯溫度的一致性,而且冷卻效率也很高。我們對比了一下,根據(jù)實際投產(chǎn)電站的數(shù)據(jù),冷卻功率可以降低到原有的50%以下。

這是冷卻液的主要指標(biāo)。冷卻液的閃點達(dá)到318度,燃點達(dá)到358度。我們一開始考慮用變壓器油作為冷卻液,價格便宜。最后經(jīng)過實驗之后,發(fā)現(xiàn)常規(guī)的變壓器油閃點太低,燃點也比較低。常規(guī)的變壓器油的閃點169度,有的是130多度。冷卻液的絕緣強度60千伏,而常規(guī)的變壓器油絕緣強度只有40千伏。因此,無論從閃點、燃點,還是從電氣絕緣性能的角度來講,冷卻液的性能都比常規(guī)的變壓器油好。我們目前采用的冷卻油結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、絕緣強度高、導(dǎo)熱率高、材料兼容好、健康環(huán)保。特別是材料兼容好這個特性很重要,因為整個電芯是泡在冷卻液中,包括它的母排,線束,BMS所有全部泡在里面。

浸沒式液冷電池儲能系統(tǒng)的優(yōu)點主要歸結(jié)為四點,第一點是徹底解決電池消防問題,在電池過充過放、短路的情況下均不發(fā)生熱失控,這點對于大家使用電池儲能系統(tǒng)在安全方面的信心具有一定的提振作用。第二點是大幅提升運行溫度一致性,使得不同區(qū)域之間的電池溫差小于2℃,提高電池可用容量和循環(huán)壽命,電池的循環(huán)壽命的提高本質(zhì)上是降低了電池儲能系統(tǒng)的使用成本,這對于目前儲能系統(tǒng)的單位造價成本依然較高的應(yīng)用背景下是至關(guān)重要的。第三點是大幅提高儲能系統(tǒng)箱體能量密度,能量密度提升了20%,標(biāo)準(zhǔn)40尺的儲能集裝箱容量達(dá)到7.45MWh,解決了在儲能電站建設(shè)用地受限條件多的情況下的占地使用問題。第四點是采用集中式冷卻技術(shù),提高冷卻效率,大幅降低能耗,浸沒式液冷電池儲能系統(tǒng)相較傳統(tǒng)風(fēng)冷及板換式液冷方式節(jié)能可以達(dá)到20%以上。

最后,介紹下浸沒式液冷電池儲能系統(tǒng)的工程應(yīng)用項目。浸沒式液冷電池儲能系統(tǒng)應(yīng)用于梅州寶湖儲能電站(70MW/140MWh)。其中,30MWh采用浸沒式液冷技術(shù)路線。這是我們儲能電站實際的電芯溫度曲線,左邊是風(fēng)冷的,右邊是浸沒式液冷的,大家看下差別有多大,浸沒式液冷電池儲能系統(tǒng)的溫差維持在2度以內(nèi),風(fēng)冷儲能系統(tǒng)溫差基本上達(dá)到4~8度,浸沒式液冷電池儲能系統(tǒng)冷卻效果的提升是非常明顯的。 

原標(biāo)題:全浸沒式液冷技術(shù)的本質(zhì)安全和電池儲能系統(tǒng)研究及應(yīng)用
 
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來源:中國儲能網(wǎng)
 
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