文|華夏能源網(wǎng) 蔣波
儲能高景氣下，技術(shù)迭代也越來越快。在一個月前還沒有被認(rèn)可的技術(shù)，可能就會在一個月之后正式被行業(yè)承認(rèn)。
4月份，第十一屆“儲能國際峰會暨展覽會”（ESIE 2023）上，對于全浸沒式液冷儲能技術(shù)，多家企業(yè)還持以懷疑態(tài)度，但是僅僅過去一個月，在5月份的上海SNEC展會上，行業(yè)企業(yè)不僅風(fēng)口發(fā)生了轉(zhuǎn)變，而且展出全浸沒式液冷樣品的企業(yè)和聲稱有布局的企業(yè)越來越多。
“全浸沒式液冷儲能的應(yīng)用進(jìn)展比我們預(yù)想的要快很多，將來也可能會是一種趨勢。”在SNEC 2023上，某儲能系統(tǒng)集成頭部企業(yè)的工作人員告訴華夏能源網(wǎng)（公眾號hxnyx3060）。而此前在ESIE 2023上，該企業(yè)的工作人員還稱全浸沒式液冷只能存在“紙面上”。
雖然技術(shù)路線的爭議尚在持續(xù)，產(chǎn)品的應(yīng)用卻已經(jīng)開始。今年3月6日，中國能建廣東火電承建的廣東梅州寶湖70兆瓦/140兆瓦時儲能電站項目正式投入運行。據(jù)介紹，該電站是全球首個浸沒式液冷儲能電站，其儲能系統(tǒng)由廣東科創(chuàng)儲能提供。
或許正如另一家新能源制造企業(yè)的陳經(jīng)理所說的：“全浸沒式液冷必將成為主流?！奔夹g(shù)的迭代，超過所有人的想象。
挑戰(zhàn)傳統(tǒng)熱管理技術(shù)
所謂全浸沒液冷儲能，就是在儲能系統(tǒng)中，將儲能電芯直接浸沒于冷卻液中，使電芯與空氣、水分等完全隔離，以達(dá)到控制儲能電池系統(tǒng)運行溫度、實現(xiàn)熱管理的目的。
儲能電站的運行需要一個穩(wěn)定的溫度。如果溫度過高或過低，都將影響儲能電站的運行效率和使用壽命。尤其在溫度過高的情況下，還有可能引發(fā)電芯的著火、爆炸，給儲能電站的安全帶來威脅。
目前，針對儲能系統(tǒng)的熱管理問題，業(yè)界已經(jīng)推出了多種解決方案?！澳壳霸谑袌錾?，關(guān)于儲能系統(tǒng)熱管理主要有兩種方案，一個是液冷，一個是風(fēng)冷。但這兩種方案都是有優(yōu)點和缺點的?！标惤?jīng)理告訴華夏能源網(wǎng)（公眾號hxnyx3060）說。
風(fēng)冷，就是采用空氣作為換熱媒介，通過空調(diào)等機械設(shè)備，使空氣在電池組中進(jìn)行循環(huán)，利用電池模塊和空氣之間的溫差進(jìn)行熱傳遞。最大優(yōu)點是溫度控制比較穩(wěn)定，溫度比較均勻，缺點就是散熱效果比較差。
風(fēng)冷主要應(yīng)用在小型民用或者商用儲能電站，而近些年，隨著儲能電站的箱（艙）體越來越大，電芯容量越來越大，大量電芯集成工作時發(fā)熱越來越多，風(fēng)冷系統(tǒng)的冷卻能力已經(jīng)不能滿足電池組的散熱需求。
液冷，就是采用液體作為換熱媒介，擁有比空氣更高的比熱容、更高的導(dǎo)熱率，且冷卻速度較快，對降低局部最高溫度、提升電池模塊溫度一致性效果顯著。所以，液冷越來越受到業(yè)界的關(guān)注。高工產(chǎn)業(yè)研究院（GGII）預(yù)測，預(yù)計2025年液冷市場滲透率將達(dá)到45%左右。
關(guān)于液冷，也有多條技術(shù)路線，目前最主要的有兩條，一條是用載有冷卻液的管道環(huán)繞、接觸每個電池，以此來降低電池溫度和平衡電池間的溫差；另一條是在電池或者電池模塊之間放置內(nèi)有液體微通道的冷卻板。
“這兩種液冷方式的冷卻效果明顯優(yōu)于風(fēng)冷，但有一個矛盾不好處理?！标惤?jīng)理介紹說，“在這兩種方案中，電池主要是通過與其接觸的管道或冷卻板來實現(xiàn)降溫的，這就造成了電池的絕緣性不好，容易導(dǎo)致熱失控的發(fā)生；如果絕緣做好，但導(dǎo)熱性就會降低，影響電池的運行效果。這個矛盾很難平衡?！?/p>
陳經(jīng)理表示，全浸沒式液冷雖然也是液冷方式的一種，但與前兩者有明顯的不同。這種方式是把電芯完全泡在一種絕緣、無毒、可散熱的液體中，通過液體把熱量帶走，以此實現(xiàn)熱管理。最重要的是，全浸沒式液冷還可以起到消防的作用，防止儲能電站火災(zāi)的發(fā)生。
華夏能源網(wǎng)（公眾號hxnyx3060）注意到，在全球儲能電站的事故中，因電池?zé)崾Э囟鸬幕馂?zāi)占比最大。引發(fā)電池?zé)崾Э氐脑蚝芏?，比如短路、零件老化等等。電池一旦發(fā)生熱失控，就會起火。如果采用全浸沒式液冷，火苗會在第一時間被包圍在其周圍的液體所熄滅，確保不會波及到其他電池，防止整個電站發(fā)生火災(zāi)。
效果還需市場檢驗
經(jīng)濟(jì)性和安全性，是制約儲能行業(yè)快速發(fā)展的兩大因素。儲能安全的核心是電芯安全，實現(xiàn)的路徑主要有兩條，一條是提升電芯的安全性，因此出現(xiàn)了固態(tài)電池、鈉離子電池、釩電池等等，另一條是提升熱管理技術(shù)。
在熱管理技術(shù)上，也是多種路線并存，除了空冷和傳統(tǒng)液冷技術(shù)外，近期還出現(xiàn)了多個新技術(shù)、新路線。
不久前，空調(diào)制造龍頭美的集團(tuán)（SZ：000333）推出了多款儲能熱管理新品，其中包括插框平臺、側(cè)出風(fēng)平臺、頂出風(fēng)平臺等。彼時媒體報道稱，美的集團(tuán)在行業(yè)內(nèi)首次將熱泵與儲能相互結(jié)合，能夠讓低溫電池啟動速率提升400%，恒溫靜置±0.3℃，制冷能效提升23%，加熱功耗降低75%。
華夏能源網(wǎng)（公眾號hxny3060）注意到，近期，馬斯克多次提及，熱泵是特斯拉“宏圖計劃”的重要組成，目前已經(jīng)作為熱管理設(shè)備應(yīng)用在新能源車上，由此熱泵已成為能源界最熱門話題之一。
事實上，熱泵并不是一項黑科技或者新技術(shù)，其本質(zhì)也為了熱管理，是通過電力將多余的熱量移動到需要的地方去，或者直接散去。美的集團(tuán)將熱泵應(yīng)用到了儲能領(lǐng)域，也是一個大膽的創(chuàng)新。
此外，還有一項儲能熱管理方案在近期成為熱點，就是天合儲能提出的無空調(diào)冷卻儲能系統(tǒng)。據(jù)稱，該方案以耐高溫鋰電池電芯為核心，通過優(yōu)化大型儲能的倉體結(jié)構(gòu)，來打造通風(fēng)效果良好的全通暢系統(tǒng)，在白天通過自然風(fēng)來控制電芯的溫差，在晚上或者低溫季節(jié)，通過脈沖自加熱技術(shù)為鋰電升溫，確保整個系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行。
與天合儲能方案類似的還有鋰電池龍頭寧德時代（SZ：300750），該公司于近期發(fā)布了歷時三年打磨而研發(fā)成功的零輔源光儲融合解決方案。據(jù)介紹，該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)，以求擺脫傳統(tǒng)儲能解決方案對冷卻系統(tǒng)（空調(diào)等）及其輔助電源的依賴。
天合儲能和寧德時代推出“無空調(diào)”解決方案的主要目的，是降低空調(diào)所帶來的能耗問題，也是一種極具創(chuàng)新性的思路。這一方案的核心，就是新研發(fā)的耐高溫鋰電池。
隨著儲能行業(yè)的持續(xù)火熱，以及技術(shù)迭代的加速，關(guān)于儲能熱管理的技術(shù)和方案可能還會越來越多，但是，究竟那種技術(shù)路線會勝出，最終還要由市場來評判，其中兩大因素起著至關(guān)重要的作用，一是經(jīng)濟(jì)性，二是溫控效果。
就目前而言，風(fēng)冷依然占據(jù)著主要的市場份額，主要原因就在于成本低，在經(jīng)濟(jì)性方面占有很大優(yōu)勢。但這種優(yōu)勢目前正面臨著極大的挑戰(zhàn)。
“每個技術(shù)或方案隨著發(fā)展階段的不同成本也會不同。目前，全浸沒式液冷的成本比空冷和傳統(tǒng)液冷成本雖然增加了一些，但還是可以接受的。而且，隨著技術(shù)的大規(guī)模推廣、應(yīng)用，其成本還會降得更低?！标惤?jīng)理告訴華夏能源網(wǎng)（公眾號hxny3060）說。
在效果上，全浸沒式液冷表現(xiàn)良好且得到了實踐的驗證。
針對梅州寶湖儲能電站，南網(wǎng)儲能董事長汪志強曾表示：“浸沒式液冷電池儲能系統(tǒng)的成功研制，實現(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50%。梅州寶湖儲能電站能夠?qū)崿F(xiàn)電池運行溫升不超過5℃，不同電池溫差不超過2℃。”這些數(shù)據(jù)表現(xiàn)，在目前的儲能行業(yè)中是非常優(yōu)秀的。
集熱管理及消防為一體的全浸沒液冷，優(yōu)勢明顯，效果正在得到市場初步認(rèn)可，后期隨著成本的進(jìn)一步下降，預(yù)期在不久，其成為市場主流的預(yù)測或?qū)⒊蔀楝F(xiàn)實。