中國儲能網(wǎng)訊：如果說熱管理的1.0版本是風(fēng)冷，2.0版本是當(dāng)下的主流路線冷板式液冷，那么被稱為下一代3.0版本的浸沒式液冷或許已在悄然間向我們走來。
全球儲能市場的激烈角逐仍在繼續(xù)。
隨著用戶側(cè)儲能領(lǐng)域的日漸火爆和市場多元化需求的不斷提升，包括熱管理、消防在內(nèi)的核心技術(shù)和關(guān)鍵零部件的創(chuàng)新迭代愈發(fā)成為角力的焦點(diǎn)。
就整個儲能系統(tǒng)而言，存在電池易受熱影響和溫度分布不均勻的問題，這會極大影響電池的工作效率，甚至存在熱失控的風(fēng)險(xiǎn)，特別是當(dāng)下電芯從280Ah向300Ah+加速邁進(jìn)和儲能系統(tǒng)集成功率密度不斷提升，更加劇了這一問題。
如此背景下，熱管理系統(tǒng)對儲能系統(tǒng)集成全生命周期所起到的安全性與可靠性作用愈加凸顯。
目前，儲能系統(tǒng)內(nèi)的電池?zé)峁芾砑夹g(shù)主要涉及風(fēng)冷和冷板式液冷兩種，其中冷板式液冷的滲透率正逐年攀升，有數(shù)據(jù)顯示2023年其市場滲透率約為25%，較2021年的12%實(shí)現(xiàn)大幅增長。而浸沒式液冷真正進(jìn)入儲能應(yīng)用，細(xì)究來看不過這一兩年。
幾種熱管理方式，在冷卻介質(zhì)、接觸方式、結(jié)構(gòu)原理等方面存在明顯不同。
在中國儲能網(wǎng)近期的走訪中，已有企業(yè)明確表示，浸沒式液冷將成為繼風(fēng)冷、冷板式液冷之后的新一代熱管理技術(shù)，并將在儲能領(lǐng)域獲得更大的發(fā)展空間。
熱管理的“蝶變”史
熱管理系統(tǒng)的發(fā)展軌跡，至今主要有三段歷程。從1.0到2.0的進(jìn)階，主要盤桓于2021年前后。
2021年以前，風(fēng)冷作為1.0版本“打遍天下無敵手”，所謂“風(fēng)冷”，顧名思義是通過空調(diào)吹出冷風(fēng)，加之通道的特殊設(shè)計(jì)，采取先冷卻空氣，進(jìn)而冷卻電池的方式，具有系統(tǒng)簡單、制造成本低、便于安裝等特點(diǎn)，但散熱效果較差，普遍適用于通信基站等電池能量密度較低、充放電速度慢的場景。
2021年起，以液體作為換熱媒介的2.0液冷路線“橫空出世”，彼時(shí)液冷主要指冷板式液冷，也就是通過冷水機(jī)產(chǎn)生冷卻水，再通過液冷板直接冷卻電池，具有載熱量大、換熱效率高等特點(diǎn)，適用于電池包能量密度高、充放電速度快、環(huán)境溫度變化大場景。
也正因如此，隨著儲能大功率趨勢愈演愈烈，液冷的未來應(yīng)用空間更具想象力。
然而上述兩種熱管理方式，對于電池的均溫性能都無法實(shí)現(xiàn)最佳保障。有行業(yè)人士對中國儲能網(wǎng)記者表示，風(fēng)冷是通過吹風(fēng)降溫，易造成電芯外冷內(nèi)熱；冷板式液冷是將電芯放置于液冷板上，而電芯的發(fā)熱部位源于頂部的極耳，因此無法對極耳進(jìn)行直接降溫，易造成電芯下冷上熱的情況。
技術(shù)的迭代永不停歇。進(jìn)入熱管理發(fā)展的第三程，風(fēng)冷、液冷并存，而3.0浸沒式液冷已經(jīng)向儲能伸出了“橄欖枝”。
同樣是液冷，但浸沒式液冷是將電芯整個浸沒至絕緣、化學(xué)惰性的冷卻液里，使電芯與空氣、水分完全隔離開來，有說法稱其為“電芯泡冷水澡”，由此徹底解決了電池在過充過放等情況下的熱失控問題，實(shí)現(xiàn)兩度以內(nèi)的溫差，使均溫性能達(dá)到極致，同時(shí)提高了容量、壽命、衰減等性能指標(biāo)。
目前，浸沒式液冷系統(tǒng)根據(jù)換熱機(jī)理和冷卻液的不同，可分為多種類型。
根據(jù)不同的換熱機(jī)理，浸沒式液冷系統(tǒng)可分為單相和兩相兩種路線。前者是通過外部散熱器循環(huán)散熱的冷卻液始終保持液態(tài)；后者則是隨著電池表面溫度升高，冷卻液發(fā)生相變并依靠液體沸騰快速帶走熱量。
而根據(jù)冷卻液的不同，浸沒式液冷儲能系統(tǒng)主要又可分為水基、油基、氟基三種。
市場導(dǎo)向刺激多方參與
2023年3月，全球首個浸沒式液冷儲能電站——南方電網(wǎng)梅州寶湖70MW/140MWh儲能電站在廣東省梅州市五華縣正式投運(yùn)，如春雷乍響般，自此浸沒式液冷這一前沿技術(shù)快速步入行業(yè)視野。
據(jù)悉，該項(xiàng)目選取了風(fēng)冷和浸沒式液冷兩種技術(shù)路線，其中30MWh采用浸沒式液冷技術(shù)，每個電池艙5.2MWh，配置14個電池簇，每個電池簇由16個電池模塊串聯(lián)，每個電池模塊由26個電池單體串聯(lián)組成，全部電芯浸沒在冷卻液內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了直接、快速、充分冷卻降溫，確保了電池在最佳溫度范圍內(nèi)運(yùn)行，有效延長電池的使用壽命，整體提升儲能電站的安全性能。
作為浸沒式液冷方案在儲能領(lǐng)域的首次應(yīng)用，該項(xiàng)目的落地，為浸沒式液冷在儲能市場中打開了一扇門，也讓業(yè)界看到了這種技術(shù)路線的“前景”。
南方電網(wǎng)公司領(lǐng)軍級技術(shù)專家、南網(wǎng)儲能科技公司董事長汪志強(qiáng)曾表示，“浸沒式液冷電池儲能系統(tǒng)的成功研制，實(shí)現(xiàn)了電化學(xué)儲能安全技術(shù)的迭代升級，電池散熱效率較傳統(tǒng)方式提升了50％，將為行業(yè)發(fā)展帶來前所未有的推動力。”
據(jù)中國儲能網(wǎng)不完全統(tǒng)計(jì)，至今不到2年的時(shí)間內(nèi)，我國已涌現(xiàn)出多家布局浸沒式液冷儲能產(chǎn)品的企業(yè)，且成果頗豐。
大規(guī)模發(fā)展應(yīng)用遇阻
浸沒式液冷的誕生和應(yīng)用，可謂是儲能系統(tǒng)在安全和穩(wěn)定性能上實(shí)現(xiàn)進(jìn)階的“一劑良藥”，此前，已有多家企業(yè)對于“全浸沒式液冷儲能的應(yīng)用進(jìn)展比預(yù)想得要快很多，或?qū)⒊蔀橐环N未來趨勢”的說法給予了肯定。但時(shí)至今日，其規(guī)?；l(fā)展的腳步卻遲遲未能邁出，究其原因，源自多個方面。
首先，與浸沒式液冷本身的技術(shù)特點(diǎn)分不開。相較于風(fēng)冷和冷板式液冷，浸沒式液冷系統(tǒng)需要精確控制冷卻液的流動和分布，以確保均勻散熱，同時(shí)需要考量壓力平衡、泡沫控制等問題。這無疑拔高了技術(shù)門檻，對于設(shè)計(jì)者在流體動力學(xué)和熱傳遞領(lǐng)域理解的深入程度提出了更高要求。
其次，冷卻液等核心材料的選擇和漏液風(fēng)險(xiǎn)面臨挑戰(zhàn)。由于冷卻液需要與電池和其他電子組件兼容，且不引起腐蝕或其他化學(xué)變化，因此選擇合適的冷卻液和材料尤為關(guān)鍵；儲能系統(tǒng)運(yùn)行常見于高溫或高壓環(huán)境，且電站所建之處往往相對偏遠(yuǎn)，從安全、運(yùn)維的角度出發(fā)，這對于浸沒式液冷系統(tǒng)的密封和耐壓設(shè)計(jì)要求頗為嚴(yán)苛。
安全性之外，經(jīng)濟(jì)性是制約儲能行業(yè)快速發(fā)展的另一大因素。不得不說，成本問題的確是阻礙浸沒式液冷大跨步前行的重要因素。
目前風(fēng)冷仍在熱管理市場中占據(jù)優(yōu)勢的主要原因，即為成本低，在經(jīng)濟(jì)性方面占有很大優(yōu)勢，而今年以來，冷板式液冷的價(jià)格已經(jīng)大幅下降，與風(fēng)冷相差不大。
顯然，在儲能市場對價(jià)格尤為敏感的當(dāng)下，浸沒式液冷相對較高的成本已成為掣肘。僅建設(shè)成本來看，浸沒式液冷較冷板式液冷每千瓦即高出約40%。
多技術(shù)路線共競
同樣值得關(guān)注的是，更多新穎的技術(shù)路線出現(xiàn)，正在為儲能熱管理貢獻(xiàn)新的思路和方向。
比如天合儲能、寧德時(shí)代開始在“無空調(diào)”儲能系統(tǒng)上做文章。
前者以高溫鋰電池電芯為核心，優(yōu)化大型儲能的倉體結(jié)構(gòu)，以此打造通風(fēng)效果良好的全通暢系統(tǒng)，確保整個系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行；
后者發(fā)布的零輔源光儲融合解決方案，同樣采用無冷卻系統(tǒng)解決方案，通過自研光儲變流器，配合高溫電芯技術(shù)和自加熱技術(shù)，以削弱、擺脫對冷卻系統(tǒng)及其輔助電源的依賴。
有的系統(tǒng)集成商在嘗試采用“風(fēng)冷+液冷”組合的方式，并且加強(qiáng)了智能化技術(shù)應(yīng)用；還有的廠商直接摒棄了空調(diào)和液冷系統(tǒng)，溫控硬件只保留風(fēng)扇，利用自然風(fēng)進(jìn)行降溫。
可見，今天的儲能市場仍處在技術(shù)百舸爭流的碰撞階段，對于產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展尚不成熟的浸沒式儲能而言，想要穩(wěn)穩(wěn)扛起熱管理3.0的進(jìn)階大旗，確要面臨不小的挑戰(zhàn)。
現(xiàn)階段，作為一種創(chuàng)新性、未來向技術(shù)，浸沒式液冷正在接受廣泛論證。
對此，行業(yè)中已有積極的聲音傳來，盡管目前浸沒式液冷在儲能行業(yè)的應(yīng)用并不常見，但其在數(shù)據(jù)中心應(yīng)用的可靠性已經(jīng)得到了真實(shí)而有效的驗(yàn)證，特別是數(shù)據(jù)中心對于能耗和安全性均有著更高的要求。“隨著持續(xù)的技術(shù)發(fā)展和規(guī)?；瘧?yīng)用，假以時(shí)日，這一前沿技術(shù)的價(jià)值有望被儲能行業(yè)更大化接受?！?
