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电池储能温控市场爆发,相变储热能分一杯羹吗?

日期:2022-07-04    来源:CHPLAZA清洁供热平台

国际储能网

2022
07/04
10:17
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关键词: 电池储能温控市场 储能系统电池 发电侧储能系统

储能市场的高速增长,带来了一片蓝海的温控细分市场。

储热技术家族中,相变技术最有可能在这一市场得到应用,但目前却并没有实现大规模应用,为什么?

温控大市场

温控并不是一个新的市场,其被广泛应用于工业、通信、消费电子、新能源、动力电池等多个场景,用于保障电池等原器件正常稳定的工作运转以及工业等环境稳定。

国信证券预测,综合考虑传统工业温控、IDC机房温控、储能温控、新能源车热管理及手机温控空间,预计2025年温控市场有望超过1900亿元,其中,储能温控市场规模预计可达120亿元,复合年均增长率高达63%。

▲国内温控市场空间测算(/亿元),国信证券

这得益于储能市场的爆发式增长。储能温控是防止储能系统容量衰减、寿命减短、热失控的关键措施。

储能系统电池数目多、电池容量和功率大,需要进行有效的电池热管理,否则可能导致电池充放电性能、容量和寿命等下降,甚至引发热失控,造成安全事故。此外,在发电侧储能系统大容量、调峰调频用储能系统电池高倍率的大趋势下,储能温控的重要性将不断上升。

10℃-35℃是锂电池最佳温度区间,以可维持其在最佳使用状态,保证储能系统的性能和寿命。-20℃-45℃内是锂电池常规工作温度区间,但锂电池会面临寿命衰减、电解液凝固、抗阻增加、电池容量明显下降等问题。

温度超60℃时,锂电池内部有害化学反应速率提高,使得电芯失控、BMS失效、PCS保护失效等。温度小于-30℃时,电池的容量和功率急剧降低,特别是充电容量和充电功率下降更加明显,导致储能系统经济性锐减。

而现实情况是,储能系统内部运行温度常常高达150-170℃,远超锂电池组最佳工作区间10-35℃,且电池组内部温度一致性极差,最高温差近20℃。

储能温控技术

因此,储能系统通过温控系统对锂电池进行热管理十分必要。

目前储能系统温控主要采用风冷、液冷技术,在研技术有热管冷却、相变储热冷却技术。

这几种技术的核心区别在于散热速率和成本。风冷的结构简单,成本低,但散热速率最低;液冷散热速率高于风冷,但结构更复杂,成本更高于风冷。热管冷却和相变材料冷却仍在实验室阶段,散热速率更高,但成本也更高。

当前,储能温控以风冷为主,主要系带电量、功率密度相对较小的项目装机占比高;但中期预计液冷占比将快速提升,主要原因是未来单体储能项目装机规模增大,发热量将不断提升,风冷无法满足部分项目的散热需求。

相变储热能分一杯羹吗?

对于储热技术公司,更关注的是相变技术的应用。

相变技术利用相变材料在发生相变时可以储能与放能的特性达到对电池低温加热与高温散热的效果,目前主要有两种方式,一是将相变材料填充到泡沫金属或膨胀石墨中,另一种是将相变材料添加到其他导热性能好的材料中。

相变储热具有系统结构简单、无需额外放置空间、无需耗能等优点。但目前尚未发展起来。

2020年11月25日,百度联合克莱门特、英维克及申菱三家合作伙伴,发布"冰川"相变冷却系统。但在这场发布会之后,截至目前,未见该相变冷却技术的商业化落地项目。

广东申菱环境系统股份有限公司推出了天辰系列相变冷却系统,由无油泵送、热管多联及室外冷凝三大模块组成,集成热管、无油泵送、高效换热等技术,实现高效节能、弹性灵活、高适用性、智能化、模块化的集成解决方案。

天辰相变冷却系统为一次循环,室内末端与散热冷源直接连接,无中间换热环节,降低室外温度要求,超宽自然冷却时间;氟泵及小压比气泵应用,高效节能的逆卡诺循环,建立全冷媒过程,实现热管高效换热。但亦未见该系统的商业化应用案例。

由此可见,相变技术未能实现广泛应用,一是因为风冷、液冷等技术的竞争,二是因其自身的缺陷。

相变材料用于储能热管理,一般需要满足几个条件,材料热密度高,潜热量大;导热率高,吸放热速度快;稳定性好,不易分解或与周边材料发生副反应,使用周期长,不会对系统造成不良影响;价格低廉。

目前来看,能同时满足以上条件的相变材料还有待进一步的研发。目前应用于清洁供热领域的相变储热材料难以在储能温控市场应用。但作为一个潜在研究方向,我们仍然期待相变储热技术公司可以在此方面有所突破,以打开一个新的市场空间。


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