Die große Anzahl an Batterien in Energiespeichersystemen, ihre hohe Kapazität und Leistung, die dichte Anordnung der Batterien sowie die komplexen und variablen Betriebsbedingungen begünstigen Probleme wie ungleichmäßige Temperaturverteilung und große Temperaturunterschiede zwischen den Batterien. Dies führt zu einer Verschlechterung der Batterieleistung, Kapazitätsreduzierung und verkürzter Lebensdauer, beeinträchtigt die Gesamtleistung des Systems und kann in schweren Fällen zu thermischem Durchgehen und Sicherheitsunfällen führen. Um Energiespeicher mit hoher Leistungsfähigkeit, mittlerer und langer Zyklenzahl, hoher Toleranz und hoher Sicherheit zu realisieren, hat sich die Flüssigkeitskühlung als gängige Methode im Bereich des Wärmemanagements von Energiespeichern etabliert.
Aktuell sind auf dem Markt die gängigen Methoden des Wärmemanagements im Folgenden aufgeführt.
Luftkühlung
Die Luftkühlung ist eine Kühlmethode, bei der Luft als Kältemedium und Konvektionswärmeübertragung genutzt werden, um die Temperatur der Batterie zu senken. Sie findet breite Anwendung in der industriellen Kältetechnik, bei Telekommunikationsbasisstationen und in der Temperaturregelung von Rechenzentren und zeichnet sich durch eine relativ hohe technische Reife und Zuverlässigkeit aus.
Flüssigkeitskühlung
Bei der Flüssigkeitskühlung wird eine Flüssigkeit als Kältemittel verwendet, um die von den internen Komponenten der IT-Geräte im Rechenzentrum erzeugte Wärme durch einen Flüssigkeitsstrom nach außen abzuführen. Im Vergleich zur Luftkühlung ist die Struktur des Flüssigkeitskühlsystems komplexer und kompakter. Da keine großflächigen Wärmeableitungskanäle benötigt werden, ist der Platzbedarf deutlich geringer.
Wärmerohrkühlung
Die Wärmerohrkühlung nutzt den Phasenübergang des im Rohr eingeschlossenen Kühlmediums zur Wärmeübertragung und zeichnet sich durch hohe Wärmeabfuhreffizienz, Sicherheit und Zuverlässigkeit aus. Allerdings sind die Kosten auch hoch, und ihre praktische Anwendung in Batteriesystemen mit hoher Kapazität, wie z. B. Energiespeichern, ist relativ gering.
| Vergleich dreier wichtiger technischer Routinen im Bereich Wärmemanagement | |||
| Merkmal | Luftkühlung | Flüssigkeitskühlung | Phasenwechsel-Kühlung |
| Kühlmedium | Luft | Flüssig | Phasenwechselmaterial |
| Kontaktmethode | Direkt | Indirekt | Direkt |
| Design | Einfach | Komplex | Einfach |
| Wärmeübertragungseffizienz | Untere | Höher (0,5-10) | Medium |
| Kosten | Untere | Höher | Medium |
| Schutz | Geringe Anforderungen, leicht zu erreichen | Komplexes System, schwer zu erreichen | Einfaches System, leicht zu erreichen |
| Wärmeübergangskoeffizient | 25-100 | 1000-15.000 | / |
| Temperaturhomogenität | Nicht-Uniformität | Gleichmäßigkeit | Gleichmäßigkeit |
| Lebensdauer | ≥10 Jahre | 3-5 Jahre | Bezug zu Materialien |
| Installation | Einfach | Schwierig | Einfach |
| Anwendung | Niedrige Batterieenergiedichte Aufladen und Entladen | Hohe Batterieenergiedichte, Aufladen und Entladen | Medium |
| Technischer Reifegrad | Reifen | Reifen | Unreif |
Aufgrund des höheren Wärmeübergangskoeffizienten und der höheren spezifischen Wärmekapazität des Kühlmittels sowie der Tatsache, dass es nicht von Faktoren wie Höhe und Luftdruck beeinflusst wird, verfügt das Flüssigkeitskühlsystem über eine stärkere Wärmeabfuhrkapazität als das luftgekühlte System und ist daher besser an den Entwicklungstrend von groß angelegten Energiespeicherprojekten mit hoher Energiedichte angepasst.
Aus Kostensicht ist der Energieverbrauch von Flüssigkeitskühlsystemen laut einschlägiger Forschung bei gleicher Kühlleistung in der Regel deutlich geringer als der von Luftkühlsystemen. Obwohl die anfänglichen Investitionskosten für Flüssigkeitskühlsysteme höher sind, können die Gesamtkosten über den gesamten Lebenszyklus des Energiespeichersystems daher niedriger sein als die von Luftkühlsystemen. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Flüssigkeitskühlung in bestimmten Anwendungsfällen die Luftkühlung als gängigste Form der Temperaturregelung für Energiespeicher voraussichtlich schrittweise ablösen wird.
| Die Vorteile der Flüssigkeitskühlung | |
| Niedrige Energiekosten | Bei der Flüssigkeitskühlung kann in den meisten Fällen 45 °C heißes Wasser (113 °F) zur Kühlung verwendet werden. |
| Hohe Kühlleistungsdichte | Die Luftkühlung für Schaltschränke über 20 kW reduziert den Effekt der Flüssigkeitskühlung und des Eintauchens auf Chipebene erheblich. |
| Geringer Wasserverbrauch | Die Verdunstungskühlung kann beseitigt oder deutlich reduziert werden. |
| Anpassung an raue Umgebungen | Die Tauchflüssigkeitskühlung benötigt keinen Luftstrom und ist von der äußeren Umgebung isoliert. |
| Geringer Geräuschpegel | Für die Flüssigkeitskühlung auf Chipebene wird nur ein geringer Luftdurchsatz benötigt. |
| Gleichmäßige Wärmeableitung | Gute durchschnittliche Wärmeableitung für Energiespeicher und Leistungsbatterien. |
| Deutlich geringerer Energieverbrauch | Der Gesamtstromverbrauch ist gering; bei gleicher Kühlleistung ist der Stromverbrauch genauso niedrig wie bei luftgekühlten Geräten. |
| Die Effekte sind das ganze Jahr über nachhaltig. | Weniger wetterabhängig, geringere saisonale Schwankungen |
Der Umfang des Flüssigkeitskühlungsmarktes
Die Flüssigkeitskühlungstechnologie hat bei einigen nachgelagerten Endverbraucherunternehmen Anerkennung gefunden.
Im August 2023 veröffentlichte die Longyuan Power Group die zweite Tranche der Rahmenausschreibung für Flüssigkeitskühlsysteme und vormontierte integrierte Umrichter-Booster-Kabinen für Energiespeicherkraftwerke im Jahr 2023. Die Beschaffungsschätzung für Flüssigkeitskühl-Energiespeichersysteme belief sich auf 600 MW/1200 MWh. Die National Energy Group veröffentlichte die zweite Tranche der Rahmenausschreibung für Energiespeicherausrüstung im Jahr 2023. Die Gesamtmenge der Flüssigkeitskühl-Batteriesysteme für Energiespeicherkraftwerke betrug 600 MW/1200 MWh.
Seit 2022 haben relevante Hersteller verstärkt flüssigkeitsgekühlte Energiespeichersysteme auf den Markt gebracht, und die Vielfalt der flüssigkeitsgekühlten Produkte hat zugenommen.
Im Mai 2022 brachte Sunny Power PowerTitan für große Freiluftkraftwerke und PowerStack für die gewerbliche und industrielle Energiespeicherung auf den Markt; beide Systeme nutzen Flüssigkeitskühlung.
Das von GCL EnerD angekündigte, serienreife Projekt verwendet Lithium-Eisenphosphat-Batteriezellen mit einer maximalen Lebensdauer von bis zu 15.000 Ladezyklen. Gleichzeitig kommt ein integriertes, flüssigkeitsgekühltes Rohrleitungssystem mit einer Temperaturdifferenz von unter 3 °C zum Einsatz. Die integrierten, flüssigkeitsgekühlten Energiespeicherschränke sind in zwei Hauptproduktreihen (100 kW und 200 kW) erhältlich und decken den Bedarf von Industrie-, Gewerbe- und Kraftwerken unterschiedlicher Größe und in beliebigen Kombinationen ab. Die vorgefertigte Bauweise reduziert Zeit- und Kostenaufwand für Installation und Inbetriebnahme vor Ort.
| Neues Flüssigkeitskühlungs-Energiespeicherprodukt im Jahr 2022 | ||||
| NEIN. | Unternehmen | Produktname | Merkmal | Anwendung |
| Container-Energiespeichersystem | ||||
| 1 | Kelong | Kelong S flüssigkeitsgekühltes Energiespeichersystem | Ausgestattet mit 1500-V-Energiespeicherbatterie, Cluster, Flüssigkeitskühlsystem, Sicherheitssystem und intelligentem Managementsystem. Sicher, intelligent und einfach. | Neue Energieerzeugungsseite, Netzseite, Nutzerseite |
| 2 | Sonnenbrand | PowerTitan | Flüssigkeitsgekühlte Energiespeicherlösung | Großes Bodenkraftwerk |
| 3 | Chinaztt | Flüssigkeitskühlsystem der neuen Generation MUSE1.0 | Eisenphosphat-Batterien mit keramikbeschichtetem Gehäuse, Spurenelementdotierung und BMS-Ausgleich, Aluminiumrahmen mit vorvioletten Strukturmodulen: IP67-zertifiziertes Batteriefach mit unabhängigem Brandschutzsystem, PACK-Füllstandsüberwachung und Cluster-Sprühsystem, U-förmige Flüssigkeitskühlplatte und professionelles Rohrleitungsdesign. | / |
| 4 | Sermatec | Serlattice flüssigkeitsgekühltes, containerisiertes Energiespeichersystem | Flüssigkeitsgekühltes Wärmemanagement mit hoher Systemintegrationsdichte; Brandschutz auf PACK-Ebene: lokales Sicherheitswarnsystem | Energiespeicherung für Gewerbe und Industrie |
| 5 | Hyperstrong | HyperSafe-Serie: Eigensicheres Festkörperbatterie-Energiespeichersystem mit Flüssigkeitskühlung | Es verwendet eine 280-Ah-Eisenphosphat-Festkörperbatterie; es implementiert technische Garantien in vier Dimensionen der Batteriesicherheit, der Integrationssicherheit, der Polizeisicherheit und der aktiven Sicherheit, um die Sicherheit des gesamten Systems zu gewährleisten. | / |
| 6 | Zhougu | CX-1000 Rohcontainer-Energiespeichersystem | Mit Schutzart IP54; Korrosionsschutz C4-5, modularem und hochintegriertem Design des mehrstufigen Feuerlöschsystems und vorgefertigter Kabinenmontagelösung. | / |
| 7 | Naradapower | CenterL-Energiespeichersystem der neuen Generation mit Flüssigkeitskühlung | Flüssigkeitsgekühltes System, bestückt mit 280-Ah-Eisenphosphat-Batterien, 1500-V-Systemplattform mit hoher Effizienz und Integration höchster Sicherheit und langer Lebensdauer, verbessertes LCOS – vier wesentliche Vorteile | / |
| 8 | Vorabend | Eve 1500V flüssigkeitsgekühltes Energiespeichersystem | Umfassender Schutz, präzise Temperaturregelung, flexibles Layout und hohe Effizienz bieten vier Kernvorteile; Unterstützung der DC1500V-Spannungsplattform, schnelle Implementierung und einfache Vernetzung. | / |
| 9 | Ipotisedge | Intelligentes flüssigkeitsgekühltes Energiespeichersystem mit 1500 V | Keine Installation erforderlich, flüssigkeitsgekühltes Design, doppelter Brandschutz, intelligente Cloud-Anbindung, Echtzeitanalyse, zehnjährige Lebensdauer, lebenslanger Betrieb und Wartung | Integration erneuerbarer Energien in das Stromnetz, Netzsystemdienstleistungen, dezentrale Stromübertragung und -verteilung sowie Mikronetze |
| 10 | Chintpower | Neue Generation PowerBlock Energiespeichersystem | Hochintegriertes Energiespeicher-Batteriemodul, Hochspannungskasten, Temperaturregelungssystem, Frühwarnsystem für Brände, Stromverteilungssystem usw. | Großanlagen zur Energiespeicherung |
| 11 | Trinasolar | Flüssigkeitsgekühlte Energiespeicherschrankprodukte TrinaStorageEle menta | Mit „kosteneffizient, höchster Sicherheit, intelligentem Betrieb und Wartung sowie komfortabler und flexibler Bedienung“ vier wesentlichen Vorteilen | / |
| 12 | Hithium | Flüssigkeitsgekühlter Behälter der neuen Generation | Seitliche Kühltechnologie, optimierte Temperaturverteilung durch mehrstufiges Wärmemanagementsystem mit variablem Durchmesser; mehrfacher elektrischer Schutz; hohe Systemsicherheit durch Explosionsschutz- und Feuerlöschanlage im Abgaskanal | Netzseite, Stromseite |
| 13 | Shuangdeng-Gruppe | Shuangdeng PowerBank Neues flüssigkeitsgekühltes Energiespeichersystem | Mehrdimensionale Brandbekämpfung und vormontiertes Design des Komplettsystems mit Flüssigkeitskühlungstechnologie | Großanlagen zur Energiespeicherung |
| All-in-One-Energiespeicherschrank | ||||
| 1 | Sonnenbrand | PowerStack | Flüssigkeitsgekühlte Energiespeicherlösung für die „dreifache Leistungsintegration“ | Gewerbliche und industrielle Kraftwerke |
| 2 | Teplore | TensorpackT Verteiltes Energiespeichersystem | Durch die Anwendung eines hochintegrierten Designkonzepts integriert der Schrank Batterie, BMS/EMS, Wärmemanagementsystem, bidirektionalen DC/AC-Wandler und Brandbekämpfungssystem in einem einzigen Bauteil. | Industrielle und kommerzielle Szenarien wie Fabrikparks, Ladestationen, Geschäftsgebäude, Rechenzentren usw. |
| 3
| Sermatec | Flüssigkeitsgekühlte integrierte Außenschränke | Hochintegriertes PCS, Batterie, Flüssigkeitskühler, Stromverteilungs- und Brandschutzsystem: Weitbereichs-Eingangsspannungsparadigma, maximale Unterstützung für 4 parallele Einheiten: 3-schichtige BMS-Architektur, digitalisiertes LCD-Display, ausgestattet mit intelligentem EMS zur Erfassung und Überwachung der zugehörigen Gerätedaten. | / |
| 4 | Sinexcel | Batterieaufbewahrungsschrank im Außenbereich | Für kleine Industrie- und Gewerbebetriebe bis hin zu einem 30-kW-Energiespeichertransmitter als Kernstück. Unterstützt den Parallelbetrieb mehrerer Schränke und deckt damit den Megawattbereich mittlerer und großer Industrie- und Gewerbebetriebe, Inselnetze und andere Anwendungsbereiche ab – sowohl im Netzverbund als auch netzunabhängig und in schwachen Netzumgebungen. Plug-and-Play-fähig, integriertes All-in-One-Design. | Kleine gewerbliche und industrielle Nutzer |
| 5 | Hyperstrong | Neue Generation flüssigkeitsgekühlter Aufbewahrungsschränke der HyperSafe-Serie für eigensichere Festkörperbatterien | Verwendet eine 280-Ah-Kalium-Eisenphosphat-Festkörperbatterie; implementiert technische Sicherheitsvorkehrungen in den vier Dimensionen Batteriesicherheit, Erzeugungssicherheit, Managementsicherheit und aktive Sicherheit, um die Sicherheit des gesamten Systems zu gewährleisten. | Energiespeicher für Privathaushalte, Energiespeicherkraftwerke, gewerbliche und industrielle Energiespeicher |
| 6 | Jd-Energie | Modularer Flüssigkeitskühler, 1500-V-Energieblock eBlock372 (Gitterseite) | Das Al-in-One-Design integriert Batterie, BMS, Hochleistungs-PCS, Sicherheitssystem und Wärmemanagementsystem in einem einzigen standardisierten Außenschrank und bildet so ein integriertes, sofort einsatzbereites Energiespeichersystem für industrielle und gewerbliche Kraftwerke. | Quellnetzwerkseite |
| 7 | Kundenseite aus dem gewerblichen und industriellen Bereich 1000V Energieblockprodukte eBlock200 | / | Seite der gewerblichen und industriellen Nutzer | |
| Hochspannungs-Kaskaden-Energiespeichersystem | ||||
| 1 | Jinpan Technology | Vollständig flüssigkeitsgekühlt 35 kV/12,5 MW/25 MWh Hochspannungskaskadenspeicher | Kein Transformator erforderlich, direkter Zugang zu Hochspannung über 6 kV. Netz: unter Verwendung von Batterie-Aktivausgleichstechnologie, Hochspannungs-Kaskaden-Energiespeichertechnologie und Wärmemanagementtechnologie mit reiner Flüssigkeitskühlung. | Erzeugungsseite, Netzseite, industrielle und gewerbliche Nutzerseite |
| 2 | Zhiguang | Kaskadiertes, direkt montiertes 35-kV-Hochspannungs-Energiespeichersystem mit großer Kapazität | Das gemeinsam von Zhiguang Energy Storage, der Huaneng Qingneng Energy Academy und der Shanghai Jiaotong University entwickelte System eignet sich für den Bau von neuen Energiespeicherkraftwerken und großtechnischen elektrochemischen Energiespeicherkraftwerken im Gigawattbereich. | Großanlagen zur Energiespeicherung |
Derzeit haben die meisten in- und ausländischen Hersteller von Energiespeichersystemen, darunter auch führende in- und ausländische Anbieter, flüssigkeitsgekühlte Energiespeicher auf Basis von Wärmemanagementtechnologie auf den Markt gebracht. Seit der zweiten Jahreshälfte des letzten Jahres werden diese Technologien in vielen Projekten sukzessive und in breitem Anwendungsbereich eingesetzt. Einige Hersteller haben sogar die Produktion luftgekühlter Energiespeicher aufgegeben und setzen nun voll auf Flüssigkeitskühlung. Da die Technologie und die Anwendungsszenarien von Flüssigkeitskühlsystemen immer ausgereifter sind, können sie den dringenden Bedarf des Marktes an Energiespeichersystemen mit steigender Größe und Energiedichte besser decken. Vorteile wie hohe Energiedichte, geringer Platzbedarf, niedriger Hilfsenergieverbrauch und präzise Temperaturregelung werden daher zunehmend an Bedeutung gewinnen.
| Unternehmen für Energiespeicher-Temperaturregelungsanlagen | |||
| Unternehmen | Hauptkunden und Prozess | Hauptprodukt | Technische Routine |
| Envicool | CATL, BYD, Narada Power, KeLu Electronics, PingGao Group, Sunshine Power, Hyberstrong sowie ausländische Hersteller von Klimaanlagen der MC-Serie für den Außenbereich, führende Systemintegratoren und Batteriehersteller der MC-Serie; 2021 beliefen sich die Umsätze im Bereich energiespeichernder Klimaanlagen und der EMW-Serie von energiespeichernden Kältemaschinen mit Temperaturregelung auf 337 Millionen Yuan. | Die C-Serie richtet sich an Systemintegratoren und Batteriehersteller im Mainstream-Bereich; Energiespeicher-Klimaanlage (2021), Energiespeicher-Kältemaschine der EMW-Serie. | Luftkühlung, Flüssigkeitskühlung |
| Shenling | State Grid usw. | Integrierte Dachklimaanlage, Split-Raumklimaanlage, integrierte Einbauklimaanlage, raummontierte Split-Präzisionsklimaanlage | Luftkühlung |
| Tongfei | Im Jahr 2020 begann das Unternehmen, den Bereich der Temperaturregelung bei Energiespeichern zu erschließen und erweiterte seinen Kundenstamm um Unternehmen wie Sunny Power, Kelong, Trinasolar usw. | Flüssigkeitsgekühlte Systeme, dachmontierte Industrieklimaanlagen, integrierte Industrieklimaanlagen, Split-Industrieklimaanlagen, wandmontierte Klimaanlagen | Luftkühlung, Flüssigkeitskühlung |
| Gaolan | Unsere Hauptkunden sind Hersteller von dezentralen Batterieintegrationssystemen und Batteriefabriken, und wir haben bereits eine Zusammenarbeit mit Ningde Times aufgenommen. | Basierend auf Lithiumbatterie-Einzelschrank-Energiespeicherflüssigkeitskühlprodukten, großtechnischen Energiespeicherkraftwerksflüssigkeitskühlsystemen, vorgefertigten Kabinen-Energiespeicherflüssigkeitskühlprodukten usw. | Flüssigkeitskühlung |
| Songzhi | Das Unternehmen ist in das Lieferantensystem von Ningde Times, Vision Energy und anderen Kunden aufgenommen worden; zwei Produkte befinden sich bereits in der Serienproduktion, und mehrere weitere Produkte sind in der Entwicklung. | Flüssigkeitsgekühltes Wärmemanagementsystem für Energiespeicher (zwei Produkte in Serienproduktion, mehrere in Entwicklung) | Luftkühlung, Flüssigkeitskühlung |
| Aotecar | Die Belieferung von Ningde Times beginnt im Jahr 2020, die Serienproduktion des flüssigkeitsgekühlten Wärmemanagementsystems für Energiespeicher beginnt im Jahr 2021. | Energiespeicher-Flüssigkeitskühlungs- und Wärmemanagementsystem | Luftkühlung, Flüssigkeitskühlung |
Das Potenzial der Flüssigkeitskühlungsenergie in der Zukunft
Hinsichtlich der Kosten ist der Energieverbrauch von Flüssigkeitskühlsystemen laut einschlägigen Studien bei gleicher Kühlleistung in der Regel deutlich geringer als der von luftgekühlten Systemen. Obwohl die anfänglichen Investitionskosten für ein Flüssigkeitskühlsystem höher sind, können die Gesamtkosten über den gesamten Lebenszyklus des Energiespeichersystems daher niedriger sein als die eines luftgekühlten Systems. Zusammenfassend gehen wir davon aus, dass die Flüssigkeitskühlung in bestimmten Anwendungsfällen die Luftkühlung als gängigste Form der Temperaturregelung für Energiespeicher schrittweise ablösen wird.
Trotzdem stehen Flüssigkeitskühlsysteme hinsichtlich ihrer Zuverlässigkeit weiterhin vor gewissen Herausforderungen. Bislang ist die Anwendung von Flüssigkeitskühlung in der Temperaturregelung von Energiespeichern relativ gering, und die Technologie weist im Vergleich zur Luftkühlung noch gewisse Entwicklungslücken auf, insbesondere in Bezug auf Betriebsstabilität und -sicherheit. Konkret neigen die Rohrleitungen von Flüssigkeitskühlsystemen zu Korrosion und Ablagerungen, was zu Verstopfungen oder Kühlmittelleckagen führen kann. Zudem können Wasser, Glykol, Silikonöl und andere gängige Kühlmittel die Batterie beschädigen oder Kurzschlüsse im System verursachen, wodurch Sicherheitsrisiken für Energiespeicherkraftwerke entstehen.
Darüber hinaus beträgt die geplante Lebensdauer des Energiespeichersystems üblicherweise 15 Jahre, die Lebensdauer der Pumpen und Ventile im Flüssigkeitskühlsystem hingegen oft nur etwa 7 Jahre. Hier besteht eine gewisse Diskrepanz. Daher ist es sehr wahrscheinlich, dass im laufenden Betrieb des Speicherprojekts Wartungsarbeiten am Flüssigkeitskühlsystem oder der Austausch von Komponenten erforderlich sein werden, was die Wirtschaftlichkeit des Projekts beeinträchtigt. Mit dem Fortschritt der Flüssigkeitskühltechnologie gehen wir jedoch davon aus, dass diese Probleme nach und nach gelöst werden und die Flüssigkeitskühlung auch zukünftig den Entwicklungstrend für die Temperaturregelung von Energiespeichern darstellen wird.
