Qual è la nuova soluzione per la gestione termica dell'accumulo di energia?

 Poiché la percentuale di energia pulita è gradualmente aumentata, lo stoccaggio di energia svolge un ruolo fondamentale nella generazione di energia, nella rete elettrica e nell'utente del sistema elettrico. Grazie ai vantaggi dell'elevata densità di energia, dell'applicazione flessibile e della risposta rapida, l'accumulo di energia si sta sviluppando rapidamente.

Secondo i dati CNESA, entro la fine del 2021, la scala cumulativa installata dei progetti globali di accumulo di energia elettrica messi in funzione è di 209,4 GW e la scala cumulativa installata del nuovo accumulo di energia è 25,4 GW. Le batterie agli ioni di sodio dominano il mercato, con una quota di mercato superiore al 90% e 23,1 GW. La scala cumulativa installata dei progetti di accumulo di energia elettrica messi in funzione in Cina è di 46,1 GW, pari al 22% della dimensione totale del mercato globale. La scala cumulativa installata di nuovo accumulo di energia raggiunge i 5,73 GW. La batteria agli ioni di litio è il percorso tecnologico tradizionale del nuovo accumulo di energia, rappresentando l'89,7 percento di 5,14 GW.

Essendo il componente principale dell'accumulo di energia elettrochimica, la batteria presenta un grande rischio di fuga termica. Dal punto di vista della sicurezza, la gestione termica dell'accumulo di energia è estremamente importante.

  1. Gestione termica nel sistema di accumulo di energia elettrochimica

La gestione termica è una parte importante del sistema di accumulo di energia elettrochimica, la catena industriale di accumulo di energia elettrochimica è divisa in tre parti: fornitore di apparecchiature a monte, integratore midstream e fine applicazione a valle.

I dispositivi a monte includono pacchi batteria, inverter per accumulo di energia (PCS), sistemi di gestione della batteria (BMS), sistemi di gestione dell'energia (EMS), gestione termica e altri dispositivi; Il nucleo del collegamento midstream è l'integrazione del sistema più l'EPC; Gli scenari a valle sono suddivisi in lato alimentatore, lato rete elettrica e lato utente.

La maggior parte delle aziende nella catena del settore dell'accumulo di energia è coinvolta in 1-2 segmenti, mentre alcune aziende sono coinvolte nell'intero processo, dalla batteria all'integrazione del sistema e persino all'EPC.

Dal 2011 al 2021, si sono verificati in tutto il mondo 32 incendi ed esplosioni nelle centrali elettriche ad accumulo di energia. Da gennaio a maggio 2022, a livello globale si sono verificati più di 10 incendi dovuti a accumulo di energia. Con il rapido sviluppo delle stazioni di accumulo di energia della batteria in Cina, a causa dei problemi di qualità delle batterie e dei PCS o delle prestazioni costruttive irregolari degli integratori di sistema, i potenziali rischi di incendio dell'accumulo di energia della batteria sono gravi e gli incidenti di incendio sono frequenti.

Il 16 aprile 2021 si sono verificati un incendio ed un'esplosione nella centrale elettrica di accumulo di energia Guoxuan Fuwei di Pechino. Secondo le indagini, la causa dell'incendio è stata un cortocircuito interno nella batteria LFP, che ha causato il riscaldamento incontrollato della batteria e l'incendio. Nel luglio dello stesso anno, il progetto "Victoria Big Battery" in Australia, dotato del sistema di accumulo di energia Megapack di Tesla, ha preso fuoco nel vano batteria a causa della perdita del sistema di raffreddamento durante il test.

L'instabilità termica della batteria è la principale causa di incendi.

La fuga termica della batteria si riferisce al cortocircuito interno o al cortocircuito esterno che porta a una grande quantità di calore generato dalla batteria in breve tempo, innescando la reazione di sostanze attive positive e negative e la decomposizione dell'elettrolita, generando una grande quantità di calore e combustibile gas, con conseguente incendio o esplosione della batteria.

I frequenti incendi evidenziano che la gestione termica è diventata una componente essenziale per garantire il funzionamento sicuro delle centrali elettriche di stoccaggio dell'energia.

  2. Soluzioni termiche

Allo stato attuale, le soluzioni termiche relativamente mature della gestione termica dell'accumulo di energia sono il raffreddamento ad aria e il raffreddamento a liquido, tra i quali il raffreddamento ad aria è il mainstream nell'attuale sistema di accumulo di energia e si prevede che la permeabilità dello schema di raffreddamento a liquido continuerà ad aumentare in futuro .

La gestione termica diventa il fulcro del sistema di accumulo dell'energia e il raffreddamento ad aria e il raffreddamento a liquido sono attualmente tecnologie mature. I metodi di raffreddamento della gestione termica dell'accumulo di energia includono principalmente le seguenti tre tecnologie di raffreddamento: raffreddamento ad aria (raffreddamento ad aria), raffreddamento a liquido e raffreddamento a cambiamento di fase e raffreddamento a tubo di calore.

  Aria condizionata

Attualmente, la tecnologia di raffreddamento ad aria viene utilizzata principalmente nel sistema di accumulo di energia dei container e nel sistema di accumulo di energia della stazione base di comunicazione con bassa densità di potenza. Da un lato, il sistema di raffreddamento ad aria è semplice nella struttura, sicuro e affidabile e facile da implementare; D'altra parte, poiché il sistema di accumulo di energia non è così restrittivo come il sistema di batterie di potenza in termini di densità di energia e spazio, il numero di batterie può essere aumentato per ottenere una velocità operativa e una velocità di generazione di calore inferiori.

Raffreddamento a liquido

La tecnologia di raffreddamento a liquido utilizza acqua o altri refrigeranti per dissipare il calore attraverso il contatto indiretto con il conduttore distribuito uniformemente sulla piastra di raffreddamento a liquido.

I suoi vantaggi includono:

1) Vicino alla fonte di calore, refrigerazione efficiente;

2) Rispetto allo schema di raffreddamento ad aria del container con la stessa capacità, il sistema di raffreddamento a liquido non ha bisogno di progettare il condotto dell'aria, risparmiando oltre il 50% della superficie del pavimento ed è più adatto per il futuro accumulo di energia su larga scala centrale di potenza pari o superiore a 100 MW;

3) Rispetto al sistema di raffreddamento ad aria, il tasso di guasto è inferiore perché l'uso di ventole e altri componenti meccanici è ridotto;

4) Basso rumore del raffreddamento a liquido, risparmio energetico del sistema e rispetto dell'ambiente.

  Raffreddamento a cambiamento di fase

Il raffreddamento a cambiamento di fase è un metodo di raffreddamento che utilizza materiali a cambiamento di fase per assorbire il calore.

La scelta del materiale a cambiamento di fase ha la maggiore influenza sull'effetto di dissipazione del calore della batteria. Quando la capacità termica specifica del materiale a cambiamento di fase selezionato è maggiore e il coefficiente di scambio termico è maggiore, l'effetto di raffreddamento nelle stesse condizioni è migliore, altrimenti l'effetto di raffreddamento è peggiore.

Il raffreddamento a cambiamento di fase presenta i vantaggi di una struttura compatta, una bassa resistenza termica di contatto, un buon effetto di raffreddamento, ma il materiale a cambiamento di fase stesso non ha la capacità di dissipazione del calore, il calore assorbito deve fare affidamento sul sistema di raffreddamento a liquido, sul sistema di raffreddamento ad aria, ecc. ., oppure il materiale a cambiamento di fase non può continuare ad assorbire calore.

Inoltre, i materiali a cambiamento di fase occupano spazio e costano molto.

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