¿Cuál es la nueva solución para la gestión térmica del almacenamiento de energía?
A medida que la proporción de energía limpia ha aumentado gradualmente, el almacenamiento de energía desempeña un papel vital en la generación de energía, la red eléctrica y el usuario del sistema de energía. Debido a las ventajas de la alta densidad de energía, la aplicación flexible y la respuesta rápida, el almacenamiento de energía se está desarrollando rápidamente.
Según datos de CNESA, a fines de 2021, la escala instalada acumulada de proyectos globales de almacenamiento de energía eléctrica puestos en operación es de 209,4 GW, y la escala instalada acumulada de almacenamiento de energía nueva es de 25,4 GW. Las baterías de iones de sodio dominan el mercado, con una cuota de mercado superior al 90 % y 23,1 GW. La escala instalada acumulada de proyectos de almacenamiento de energía eléctrica puestos en funcionamiento en China es de 46,1 GW, lo que representa el 22 por ciento del tamaño total del mercado mundial. La escala acumulada instalada de almacenamiento de energía nueva alcanza los 5,73 GW. La batería de iones de litio es la principal ruta tecnológica de almacenamiento de nueva energía, y representa el 89,7 por ciento de los 5,14 GW.
Como componente central del almacenamiento de energía electroquímica, la batería tiene un gran riesgo de fuga térmica. Desde la perspectiva de la seguridad, la gestión térmica del almacenamiento de energía es extremadamente importante.
1. Gestión térmica en el sistema de almacenamiento de energía electroquímica.
La gestión térmica es una parte importante del sistema de almacenamiento de energía electroquímica, la cadena industrial de almacenamiento de energía electroquímica se divide en tres partes: proveedor de equipos aguas arriba, integrador intermedio y final de aplicación aguas abajo.
Los dispositivos upstream incluyen paquetes de baterías, inversores de almacenamiento de energía (PCS), sistemas de gestión de baterías (BMS), sistemas de gestión de energía (EMS), gestión térmica y otros dispositivos; El núcleo del enlace midstream es la integración del sistema más EPC; Los escenarios aguas abajo se dividen en el lado de la fuente de alimentación, el lado de la red eléctrica y el lado del usuario.
La mayoría de las empresas en la cadena de la industria del almacenamiento de energía están involucradas en 1-2 segmentos, mientras que algunas empresas están involucradas en todo el proceso, desde la batería hasta la integración del sistema e incluso EPC.
Entre 2011 y 2021, se produjeron un total de 32 accidentes de incendios y explosiones en centrales eléctricas de almacenamiento de energía en todo el mundo. De enero a mayo de 2022, ocurrieron más de 10 accidentes por incendios de almacenamiento de energía en todo el mundo. Con el rápido desarrollo de las estaciones de almacenamiento de energía en baterías en China, debido a los problemas de calidad de las baterías y los PCS o al desempeño desigual de la construcción de los integradores de sistemas, los riesgos potenciales de incendio del almacenamiento de energía en baterías son graves y los accidentes por incendio son frecuentes.
El 16 de abril de 2021, se produjo un incendio y una explosión en la central eléctrica de almacenamiento de energía de Beijing Guoxuan Fuwei. Según la investigación, la causa del incendio fue un cortocircuito interno en la batería LFP, lo que provocó que la batería se calentara sin control y se incendiara. En julio del mismo año, el proyecto "Victoria Big Battery" en Australia, que está equipado con el sistema de almacenamiento de energía Megapack de Tesla, se incendió en el compartimento de la batería debido a la fuga del sistema de refrigeración durante la prueba.
La fuga térmica de la batería es la principal causa de accidentes por incendio.
La fuga térmica de la batería se refiere al cortocircuito interno o al cortocircuito externo que genera una gran cantidad de calor generado por la batería en poco tiempo, lo que desencadena la reacción de sustancias activas positivas y negativas y la descomposición de electrolitos, generando una gran cantidad de calor y combustible. gas, lo que provocaría un incendio o una explosión de la batería.
Los frecuentes incidentes de incendios destacan que la gestión térmica se ha convertido en un componente esencial para garantizar el funcionamiento seguro de las centrales eléctricas de almacenamiento de energía.
2. Soluciones térmicas
En la actualidad, las soluciones térmicas relativamente maduras de gestión térmica del almacenamiento de energía son la refrigeración por aire y la refrigeración líquida, entre las cuales la refrigeración por aire es la corriente principal en el sistema de almacenamiento de energía actual, y se espera que la permeabilidad del esquema de refrigeración líquida siga aumentando en el futuro. .
La gestión térmica se convierte en el núcleo del sistema de almacenamiento de energía, y la refrigeración por aire y por líquido son tecnologías maduras en la actualidad. Los métodos de enfriamiento de la gestión térmica del almacenamiento de energía incluyen principalmente las siguientes tres tecnologías de enfriamiento: enfriamiento por aire (refrigeración por aire), enfriamiento por líquido y enfriamiento por cambio de fase, y enfriamiento por tubería de calor.
Aire acondicionado
En la actualidad, la tecnología de refrigeración por aire se utiliza principalmente en el sistema de almacenamiento de energía de contenedores y en el sistema de almacenamiento de energía de la estación base de comunicación con baja densidad de potencia. Por un lado, el sistema de enfriamiento por aire es de estructura simple, seguro y confiable, y fácil de implementar; Por otro lado, debido a que el sistema de almacenamiento de energía no es tan restrictivo como el sistema de batería de energía en términos de densidad de energía y espacio, se puede aumentar la cantidad de baterías para obtener una tasa de operación y una tasa de generación de calor más bajas.
refrigeración líquida
La tecnología de refrigeración líquida utiliza agua u otros refrigerantes para disipar el calor a través del contacto indirecto con el conductor distribuido uniformemente en la placa de refrigeración líquida.
Sus ventajas incluyen:
1) Cerca de la fuente de calor, refrigeración eficiente;
2) En comparación con el esquema de enfriamiento por aire del contenedor con la misma capacidad, el sistema de enfriamiento por líquido no necesita diseñar el conducto de aire, lo que ahorra más del 50 por ciento del área del piso y es más adecuado para el futuro almacenamiento de energía a gran escala. central eléctrica de 100 MW o más;
3) En comparación con el sistema de refrigeración por aire, la tasa de fallos es menor porque se reduce el uso de ventiladores y otros componentes mecánicos;
4) Bajo nivel de ruido de refrigeración líquida, ahorrando consumo de energía del sistema y respetuoso con el medio ambiente.
Refrigeración por cambio de fase
El enfriamiento por cambio de fase es un método de enfriamiento que utiliza materiales de cambio de fase para absorber calor.
La elección del material de cambio de fase tiene la mayor influencia en el efecto de disipación de calor de la batería. Cuando la capacidad calorífica específica del material de cambio de fase seleccionado es mayor y el coeficiente de transferencia de calor es mayor, el efecto de enfriamiento en las mismas condiciones es mejor; de lo contrario, el efecto de enfriamiento es peor.
El enfriamiento por cambio de fase tiene las ventajas de una estructura compacta, baja resistencia térmica de contacto, buen efecto de enfriamiento, pero el material de cambio de fase en sí mismo no tiene la capacidad de disipación de calor, el calor absorbido debe depender del sistema de enfriamiento por líquido, sistema de enfriamiento por aire, etc. ., o el material de cambio de fase no puede seguir absorbiendo calor.
Además, los materiales de cambio de fase ocupan espacio y cuestan mucho.
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