Introduction
Le refroidissement par l'air et le refroidissement du liquide ne sont pas intrinsèquement bons ou mauvais, uniquement lorsqu'ils sont utilisés dans des endroits appropriés (scénarios) que leurs avantages respectifs peuvent être pleinement réalisés. Alors, pourquoi la plupart des produits de stockage d'énergie choisissent-ils le refroidissement du liquide au lieu du refroidissement à l'air?
Avant 2021, la méthode de dissipation de chaleur pour les produits de stockage d'énergie était uniformément refroidie par l'air (à l'exception de Tesla Megapack).
À ce moment-là, la plupart des grands produits de stockage étaient des systèmes de contenant de 40 pieds, ce qui nécessitait des voies de maintenance / évasion du personnel de réserve du personnel en fonction des normes nationales et du chargement autant de batteries que possible. Afin de s'adapter à plus de batteries, certains fabricants ont même utilisé des conteneurs plus grands -53, avec une capacité maximale de 2mwh pour un conteneur de 40 pieds.
Il y a beaucoup de fans à l'intérieur de la boîte pour dissiper la chaleur de la batterie, et lorsque les gens entrent, ils entendent un tas de sons bourdonnants des fans.
De nos jours, les systèmes de stockage d'énergie sont emballés avec 5 MWH de batteries dans un récipient de 20 pieds, ce qui rend difficile la satisfaction des exigences de dissipation de la chaleur par le refroidissement de l'air. Alors, quels autres avantages les systèmes refroidis par air et refroidis par liquide ont-ils à part ceux mentionnés ci-dessus?
1. Avantages du système de refroidissement liquide
1 Efficacité de conception et de dissipation thermique
Complexité de conception
Refroidissement par air: la technologie du refroidissement par l'air est mature et la structure est simple. Les ingénieurs choisiront le refroidissement à l'air lors de la conception. Sa conception centrale est la sélection des ventilateurs et la conception des conduits d'air, qui dissipent la chaleur par la convection d'air. Le milieu de dissipation thermique est l'air, qui est inépuisable et a donc un coût relativement faible. L'équipement central du refroidissement par air est la climatisation et les conduits d'air, qui conviennent aux scénarios de faible puissance, mais difficiles à répondre aux exigences de dissipation de chaleur à haute densité, telles que la boîte actuelle de 5mwh / 20 pieds.
Refroidissement liquide: un système de circulation liquide (comme les plaques de refroidissement, les pompes, les échangeurs de chaleur, etc.) doit être conçu, ce qui est très complexe mais peut contacter directement la source de chaleur. Son efficacité de conductivité thermique est 6 fois celle du refroidissement par air, ce qui le rend adapté à un équipement de densité à haute énergie. Conclusion: Bien que la conception de refroidissement du liquide soit complexe, son efficacité de dissipation thermique est nettement plus élevée, en particulier adaptée aux systèmes de stockage d'énergie à haute puissance.
Effet de dissipation de chaleur et uniformité de la température
Le refroidissement du liquide atteint un contrôle de température précis par la circulation du liquide de refroidissement, avec une différence de température qui peut être contrôlée à 3 degrés, tandis que le refroidissement de l'air repose sur le flux d'air ambiant, avec une différence de température dépassant généralement 7 degrés. Les environnements à haute température peuvent facilement entraîner une détérioration de la consistance des cellules et affecter la durée de vie de la batterie. Conclusion: Le refroidissement du liquide a une meilleure uniformité de la température et la stabilité de la dissipation thermique et peut prolonger la durée de vie de la batterie.
2 Adaptabilité du scénario d'application
Environnement et exigences d'énergie
Refroidissement par air: adapté aux environnements extérieurs et aux scénarios de puissance faible à moyenne (tels que le stockage d'industrie et le stockage d'énergie industriel, les stations de base de communication), mais sensible aux environnements à haute température et à humidité élevée, avec des effets de dissipation de chaleur limités.
Refroidissement liquide: il présente des avantages importants dans le stockage d'énergie à grande échelle (comme des projets de niveau de mégawatts du côté du réseau), des taux de charge et de décharge élevés et des scénarios de température extrêmes. Par exemple, les centrales de stockage d'énergie partagées à Ningxia, Gansu et d'autres endroits adoptent des solutions de refroidissement liquide.
Conclusion: Le refroidissement du liquide convient plus à une densité de puissance élevée et à des exigences environnementales complexes.
3 Maintenance et fiabilité
Maintenir la complexité
Refroidissement par air: facile à entretenir, nécessite seulement le nettoyage du ventilateur et du conduit d'air, mais nécessite une manipulation fréquente de la poussière environnementale et un contrôle de température insuffisant.
Refroidissement liquide: il est nécessaire de vérifier régulièrement les fuites de liquide de refroidissement, la corrosion et le fonctionnement de la vanne de pompe. Les étapes de maintenance sont lourdes, mais la stabilité du système est élevée et le taux de défaillance est faible. Par exemple, le temps de maintenance d'un système de refroidissement liquide est 2-3 fois celui d'un système de refroidissement par air, mais le risque d'arrêt est très faible.
Conclusion: Le refroidissement liquide a des coûts d'entretien élevés mais une meilleure fiabilité et une forte stabilité opérationnelle à long terme.
Risques de sécurité
Le refroidissement de l'air n'a aucun risque de fuite de liquide, mais repose sur la climatisation et les ventilateurs, ce qui présente un risque de surchauffe.
Le refroidissement du liquide nécessite une prévention des fuites et de la corrosion, mais les risques peuvent être efficacement contrôlés par une conception de scellement élevée et une optimisation des matériaux.
4 durée de vie et de consommation d'énergie
Impact sur la durée de vie de la batterie
Pour chaque augmentation de la température de 20 degrés, la durée de vie du cycle de la batterie diminue de 3000-4000. Le refroidissement du liquide peut stabiliser la température de la cellule de la batterie à 30-35. Le refroidissement de l'air peut atteindre plus de 38 degrés dans des environnements à haute température, accélérant la dégradation de la batterie.
Conclusion: Le refroidissement du liquide prolonge considérablement la durée de vie de la batterie et réduit les coûts de remplacement du cycle de vie complet.
Fonctionnement de la consommation d'énergie
Le refroidissement du liquide consomme moins d'énergie que le refroidissement à l'air. Par exemple, avec une capacité de refroidissement de 3 kW, la consommation d'énergie de refroidissement liquide n'est que de 1/6 de celle du refroidissement par l'air, et la vitesse de dissipation de la chaleur est plus rapide, ce qui entraîne un temps de refroidissement plus court après l'arrêt.
Conclusion: Le refroidissement du liquide a des effets d'économie d'énergie à long terme importants et réduit les coûts d'exploitation.
5 comparaison des coûts
Coût initial
Le coût des systèmes refroidis par air est relativement faible (environ 1,1 yuan / wh), tandis que le refroidissement liquide nécessite des plaques de refroidissement, des pompes et d'autres composants, entraînant une augmentation des coûts d'environ 18% (environ 1,3 yuan / wh).
Coût du cycle de vie
Bien que le refroidissement du liquide ait un investissement initial élevé, son coût global est supérieur au refroidissement par l'air en raison de sa faible consommation d'énergie (économisant plus de 30% des factures d'électricité), de longue durée de durée de vie (réduction de la fréquence de remplacement de la batterie) et un faible taux de défaillance. Par exemple, le coût complet du cycle de vie d'un projet refroidi par liquide de 5 MW est de 20% -30% inférieur à celui d'un projet refroidi par air.
Conclusion: Le refroidissement du liquide présente plus d'avantages en termes d'économie de cycle de vie complet.
6 Économisez de l'espace
Le système de refroidissement liquide a un degré élevé d'intégration, et l'empreinte des conteneurs de stockage d'énergie avec la même capacité est réduite d'environ 40% par rapport au refroidissement par air, ce qui le rend adapté aux scénarios rares du terrain. La batterie actuelle de 5mwh peut s'adapter à un récipient de 20 pieds, principalement parce que le système de refroidissement liquide économise beaucoup d'espace.
2. Inconvénients des systèmes de refroidissement liquide
1 Protection et sécurité de l'environnement
Le refroidissement liquide est toxique
L'éthylène glycol utilisé pour le refroidissement liquide est toxique et les fuites peuvent contaminer le sol et les eaux souterraines, nécessitant un traitement strict et de recyclage; Le système refroidi par air n'a aucun risque de fuite de liquide et est plus respectueux de l'environnement. Par exemple, dans l'accident d'incendie de la case de stockage d'énergie de Megapack 2021 Tesla en Australie, une fuite de système de refroidissement liquide a provoqué un court-circuit de batterie, conduisant à la fuite thermique.
Ce cas illustre que le refroidissement liquide a des exigences strictes pour l'étanchéité et la qualité des matériaux, et ce risque de défaillance doit être pris en compte lors de la conception des systèmes de refroidissement liquide.
Sécurité du système de refroidissement de l'air
Le système refroidi par air n'a pas à se soucier du risque de fuite. Il repose sur le fonctionnement continu de la climatisation et des ventilateurs, et le problème le plus grave est la surchauffe locale. Cependant, le taux d'accident global est inférieur à celui du refroidissement liquide
2 production et installation complexes
La production de systèmes de refroidissement liquide est complexe
La personnalisation des plaques refroidies par liquide et la production d'essais de moules sont nécessaires, avec un long cycle de recherche et de développement et des barrières de brevets impliquées.
Le refroidissement de l'air repose sur la conception standardisée des conduits d'air, avec un degré élevé de mode commun et un coût contrôlable.
Temps d'installation long
Le démontage et l'assemblage d'armoires de batterie refroidies liquides prennent plus de 2 heures (impliquant le drainage, les tests d'étanchéité, etc.), tandis que le refroidissement par air ne prend que 20 minutes, adapté à des scénarios de déploiement rapides.
3 niveau de bruit élevé
Le bruit des unités refroidis par liquide est généralement inférieur ou égal à 75 dB (près de la climatisation refroidie par l'air), mais il peut être encore réduit en optimisant la conception de la vanne de pompe et les matériaux d'isolation sonore. Le mégapack de Tesla déplace le ventilateur vers le haut de la boîte de stockage d'énergie et installe le corps de la pompe à l'intérieur de l'armoire afin de réduire le bruit.
La principale source de bruit de refroidissement à l'air est le ventilateur (inférieur ou égal à 60 dB), ce qui est plus silencieux dans l'ensemble.
3. La tendance de refroidissement des futurs grands produits de stockage
Refroidissement par air + solution hybride de refroidissement liquide: combinant les avantages des deux dans certains scénarios, tels que l'utilisation de refroidissement par air pour réduire les coûts dans les zones électriques faibles et moyennes et l'utilisation de refroidissement du liquide pour améliorer l'efficacité de la dissipation thermique dans les zones centrales à haute puissance.
Refroidissement du liquide à immersion: il s'agit de la méthode de dissipation de chaleur la plus primitive, qui contacte directement la source de chaleur avec la source froide pour dissiper la chaleur. L'efficacité de dissipation de la chaleur est beaucoup plus élevée que celle de retirer la chaleur à travers une plaque de refroidissement. Si le refroidissement traditionnel du liquide élimine les conduits d'air par rapport aux systèmes de refroidissement par air, le refroidissement du liquide à immersion élimine davantage les plaques froides. En immergeant directement les cellules de la batterie, une dissipation de chaleur extrême (différence de température inférieure ou égale à 1 degré) peut être obtenue, ce qui peut remplacer le refroidissement traditionnel du liquide dans le stockage d'énergie à haute densité à l'avenir.
4. Résumé
En vertu de la technologie actuelle de la batterie et des exigences de dissipation de la chaleur, la technologie de refroidissement du liquide résout les points de douleur centraux d'un grand stockage d'énergie dans des scénarios de densité haute puissance (5mwh / 20 pieds) grâce à une dissipation de chaleur efficace, un contrôle précis de la température, une faible consommation d'énergie et une longue durée de vie.
Malgré son coût initial élevé et sa complexité de maintenance, il présente des avantages économiques et de fiabilité importants tout au long de son cycle de vie. Avec l'application à grande échelle de refroidissement liquide (comme un taux de pénétration attendu de 45% d'ici 2025), la maturité de la chaîne industrielle réduira encore les coûts et la favorisera comme la "solution optimale" pour le stockage d'énergie à grande échelle.
Postcript: Toutes les mesures de dissipation de chaleur et de protection contre les incendies sont centrées autour des cellules de la batterie. Si les cellules de batterie à haute température peuvent être produites en masse à l'avenir en échangeant directement de la chaleur avec de l'air, et les cellules de la batterie elles-mêmes peuvent résister à des températures plus élevées, le coût des systèmes de stockage d'énergie peut être considérablement réduit. C'est la technologie qui profite à l'humanité.