Qual é a nova solução para a gestão térmica do armazenamento de energia?

 Como a proporção de energia limpa aumentou gradualmente, o armazenamento de energia desempenha um papel vital na geração de energia, na rede elétrica e no usuário do sistema de energia. Devido às vantagens de alta densidade de energia, aplicação flexível e resposta rápida, o armazenamento de energia está se desenvolvendo rapidamente.

De acordo com dados do CNESA, até o final de 2021, a escala instalada acumulada de projetos globais de armazenamento de energia elétrica colocados em operação é de 209,4 GW, e a escala instalada acumulada de armazenamento de energia nova é de 25,4 GW. As baterias de íons de sódio dominam o mercado, com uma participação de mercado de mais de 90% e 23,1 GW. A escala instalada cumulativa de projetos de armazenamento de energia elétrica colocados em operação na China é de 46,1 GW, representando 22% do tamanho total do mercado global. A escala instalada cumulativa de armazenamento de energia nova atinge 5,73 GW. A bateria de íon-lítio é a principal rota tecnológica de armazenamento de energia nova, respondendo por 89,7 por cento de 5,14 GW.

Como o principal componente do armazenamento de energia eletroquímica, a bateria tem um grande risco de fuga térmica. Do ponto de vista da segurança, o gerenciamento térmico do armazenamento de energia é extremamente importante.

  1. Gerenciamento térmico em sistema de armazenamento de energia eletroquímica

O gerenciamento térmico é uma parte importante do sistema de armazenamento de energia eletroquímica, a cadeia industrial de armazenamento de energia eletroquímica é dividida em três partes: fornecedor de equipamentos upstream, integrador midstream e final de aplicação downstream.

Os dispositivos upstream incluem baterias, inversores de armazenamento de energia (PCS), sistemas de gerenciamento de bateria (BMS), sistemas de gerenciamento de energia (EMS), gerenciamento térmico e outros dispositivos; O núcleo do link midstream é a integração do sistema mais o EPC; Os cenários downstream são divididos em lado da fonte de alimentação, lado da rede elétrica e lado do usuário.

A maioria das empresas na cadeia da indústria de armazenamento de energia está envolvida em 1-2 segmentos, enquanto algumas empresas estão envolvidas em todo o processo, desde a bateria até a integração do sistema e até EPC.

De 2011 a 2021, um total de 32 acidentes de incêndio e explosão em usinas de armazenamento de energia ocorreram globalmente. De janeiro a maio de 2022, mais de 10 acidentes de incêndio em armazenamento de energia ocorreram globalmente. Com o rápido desenvolvimento de estações de armazenamento de energia de bateria na China, devido aos problemas de qualidade de baterias e PCS ou ao desempenho de construção desigual de integradores de sistema, os riscos potenciais de incêndio do armazenamento de energia de bateria são sérios e os acidentes de incêndio são frequentes.

Em 16 de abril de 2021, ocorreu um incêndio e uma explosão na usina de armazenamento de energia Guoxuan Fuwei de Pequim. Segundo a investigação, a causa do incêndio foi um curto-circuito interno na bateria do LFP, que fez com que a bateria esquentasse descontroladamente e pegasse fogo. Em julho do mesmo ano, o projeto "Victoria Big Battery" na Austrália, que é equipado com o sistema de armazenamento de energia Megapack da Tesla, pegou fogo no compartimento da bateria devido ao vazamento do sistema de refrigeração durante o teste.

A fuga térmica da bateria é a principal causa de acidentes com incêndio.

Fuga térmica da bateria refere-se ao curto-circuito interno ou curto-circuito externo leva a uma grande quantidade de calor gerado pela bateria em um curto espaço de tempo, desencadeando a reação de substâncias ativas positivas e negativas e decomposição de eletrólitos, gerando uma grande quantidade de quente e combustível gás, resultando em incêndio ou explosão da bateria.

Incidentes frequentes de incêndio destacam que o gerenciamento térmico se tornou um componente essencial para garantir a operação segura de usinas de armazenamento de energia.

  2. Soluções térmicas

Atualmente, as soluções térmicas relativamente maduras de gerenciamento térmico de armazenamento de energia são resfriamento a ar e resfriamento líquido, entre os quais o resfriamento a ar é o principal no atual sistema de armazenamento de energia, e espera-se que a permeabilidade do esquema de resfriamento líquido continue a aumentar no futuro .

O gerenciamento térmico torna-se o núcleo do sistema de armazenamento de energia, e o resfriamento a ar e líquido são tecnologias maduras no momento. Os métodos de resfriamento do gerenciamento térmico de armazenamento de energia incluem principalmente as três tecnologias de resfriamento a seguir: resfriamento a ar (resfriamento a ar), resfriamento líquido e resfriamento de mudança de fase e resfriamento de tubulação de calor.

  Resfriamento a ar

Atualmente, a tecnologia de resfriamento de ar é usada principalmente em sistemas de armazenamento de energia em contêineres e sistemas de armazenamento de energia em estações base de comunicação com baixa densidade de potência. Por um lado, o sistema de refrigeração a ar é simples na estrutura, seguro e confiável e fácil de implementar; Por outro lado, como o sistema de armazenamento de energia não é tão restritivo quanto o sistema de bateria de energia em termos de densidade de energia e espaço, o número de baterias pode ser aumentado para obter uma menor taxa de operação e taxa de geração de calor.

Resfriamento líquido

A tecnologia de refrigeração líquida utiliza água, ou outros refrigerantes para dissipar o calor através do contato indireto com o condutor distribuído uniformemente na placa de refrigeração líquida.

Suas vantagens incluem:

1) Perto da fonte de calor, refrigeração eficiente;

2) Em comparação com o esquema de resfriamento de ar do contêiner com a mesma capacidade, o sistema de resfriamento líquido não precisa projetar o duto de ar, o que economiza mais de 50% da área útil e é mais adequado para o futuro armazenamento de energia em grande escala central elétrica de 100 MW ou mais;

3) Comparado com o sistema de refrigeração a ar, a taxa de falhas é menor porque o uso de ventiladores e outros componentes mecânicos é reduzido;

4) Baixo ruído de resfriamento líquido, economizando o consumo de energia do sistema e ecologicamente correto.

  Resfriamento de mudança de fase

Resfriamento de mudança de fase é um método de resfriamento que usa materiais de mudança de fase para absorver o calor.

A escolha do material de mudança de fase tem a maior influência no efeito de dissipação de calor da bateria. Quando a capacidade de calor específico do material de mudança de fase selecionado é maior e o coeficiente de transferência de calor é maior, o efeito de resfriamento nas mesmas condições é melhor, caso contrário, o efeito de resfriamento é pior.

O resfriamento de mudança de fase tem as vantagens de estrutura compacta, baixa resistência térmica de contato, bom efeito de resfriamento, mas o próprio material de mudança de fase não tem a capacidade de dissipação de calor, o calor absorvido precisa contar com o sistema de resfriamento líquido, sistema de resfriamento a ar, etc. ., ou o material de mudança de fase não pode continuar a absorver calor.

Além disso, os materiais de mudança de fase ocupam espaço e custam muito.

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