El gran número de baterías en el sistema de almacenamiento de energía, su alta capacidad y potencia, su densa disposición y las condiciones de funcionamiento complejas y variables, propician problemas como la distribución desigual de la temperatura y las grandes diferencias térmicas entre las baterías. Esto conlleva la degradación del rendimiento de las baterías, la reducción de su capacidad y el acortamiento de su vida útil, afectando al rendimiento de todo el sistema y, en casos graves, pudiendo provocar un sobrecalentamiento descontrolado y accidentes de seguridad. Para lograr un almacenamiento de energía a gran escala, con ciclos de vida medios y largos, alta tolerancia y un elevado nivel de seguridad, la tecnología de refrigeración líquida se ha convertido en una opción popular en el campo de la gestión térmica del almacenamiento de energía.
Actualmente, en el mercado existen los métodos de gestión térmica más comunes, que se muestran a continuación.
Refrigeración por aire
La refrigeración por aire es un método de enfriamiento que utiliza el aire como medio frío y la transferencia de calor por convección para reducir la temperatura de la batería. Se utiliza ampliamente en la refrigeración industrial, las estaciones base de telecomunicaciones y los centros de datos, y cuenta con un nivel de madurez técnica y fiabilidad relativamente alto.
Refrigeración líquida
La refrigeración líquida utiliza un líquido como refrigerante para transferir el calor generado por los componentes internos de los equipos informáticos del centro de datos hacia el exterior. En comparación con la refrigeración por aire, la estructura del sistema de refrigeración líquida es más compleja y compacta, y no requiere la instalación de una gran superficie de canales de disipación de calor, por lo que ocupa un espacio relativamente pequeño.
Refrigeración por tubo de calor
La refrigeración por tubos de calor se basa en el cambio de fase del medio refrigerante contenido en el tubo para lograr la transferencia de calor, con una alta eficiencia de disipación de calor, seguridad y fiabilidad, etc., pero el coste también es elevado y su aplicación práctica en sistemas de baterías de gran capacidad, como el almacenamiento de energía, es relativamente pequeña.
| Comparación de tres rutinas técnicas principales de gestión del calor | |||
| Característica | Refrigeración por aire | Refrigeración líquida | enfriamiento por cambio de fase |
| Medio de enfriamiento | Aire | Líquido | material de cambio de fase |
| Método de contacto | Directamente | Indirectamente | Directamente |
| Diseño | Fácil | Complejo | Fácil |
| eficiencia de transferencia de calor | Más bajo | Superior (0,5-10) | Medio |
| Costo | Más bajo | Más alto | Medio |
| Protección | Requisitos bajos, fácil de lograr | Sistema complejo, difícil de lograr | Sistema sencillo, fácil de lograr |
| coeficiente de transferencia de calor | 25-100 | 1000-15.000 | / |
| Uniformidad de la temperatura | No uniformidad | Uniformidad | Uniformidad |
| Esperanza de vida | ≥10 años | 3-5 años | Relacionado con materiales |
| Instalación | Fácil | Difícil | Fácil |
| Solicitud | Baja densidad de energía de la batería, recarga y descarga | Alta densidad energética de la batería, recarga y descarga. | Medio |
| Nivel de madurez técnica | Maduro | Maduro | Inmaduro |
Debido al mayor coeficiente de transferencia de calor y capacidad calorífica específica del refrigerante, y al hecho de que no se ve afectado por factores como la altitud y la presión atmosférica, el sistema de refrigeración líquida tiene una mayor capacidad de disipación de calor que el sistema de refrigeración por aire, lo que lo hace más adaptable a la tendencia de desarrollo de proyectos de almacenamiento de energía a gran escala y de alta densidad energética.
Desde el punto de vista del costo, según las investigaciones pertinentes, para lograr el mismo efecto de enfriamiento, el consumo energético de un sistema de refrigeración líquida suele ser mucho menor que el de un sistema de refrigeración por aire. Por lo tanto, si bien la inversión inicial en un sistema de refrigeración líquida es mayor, su costo total durante el ciclo de vida del sistema de almacenamiento de energía puede ser inferior al de un sistema de refrigeración por aire. En resumen, consideramos que, en algunos casos, la refrigeración líquida reemplazará gradualmente a la refrigeración por aire como la principal forma de control de temperatura para el almacenamiento de energía.
| Las ventajas de la refrigeración líquida | |
| Bajos costos de energía | La refrigeración líquida puede utilizar agua a 45 °C/113 °F para la refrigeración la mayor parte del tiempo. |
| Alta densidad de potencia de refrigeración | La refrigeración por aire para gabinetes de más de 20 kW reduce significativamente el efecto de la refrigeración líquida a nivel de chip y la inmersión. |
| Bajo consumo de agua | El enfriamiento por evaporación puede eliminarse o reducirse significativamente. |
| Adaptación a entornos hostiles | La refrigeración líquida sumergida no requiere flujo de aire y está aislada del entorno externo. |
| Nivel de ruido bajo | La refrigeración líquida a nivel de chip requiere solo una pequeña cantidad de flujo de aire. |
| Disipación uniforme del calor | Buena disipación de calor promedio para baterías de almacenamiento de energía y de potencia. |
| Consumo de energía significativamente menor | El consumo energético total es bajo; en las mismas condiciones de capacidad de refrigeración, el consumo energético es tan bajo como el de las unidades refrigeradas por aire. |
| Los efectos a lo largo del año son sostenibles. | Menos afectado por el clima, menor volatilidad estacional. |
La magnitud del mercado de refrigeración líquida
Algunas empresas usuarias finales de la tecnología de refrigeración líquida han reconocido su utilidad.
En agosto de 2023, Longyuan Power Group publicó el segundo lote de contratos marco para la adquisición de sistemas de refrigeración líquida y cabinas integradas convertidor-reductor preensambladas para centrales eléctricas de almacenamiento de energía en 2023, y la estimación de adquisición del sistema de almacenamiento de energía con refrigeración líquida fue de 600 MW/1200 MWh; National Energy Group publicó el segundo lote de avisos de licitación para la adquisición de equipos de almacenamiento de energía en 2023, y la cantidad total del sistema de baterías con refrigeración líquida para centrales eléctricas de almacenamiento de energía fue de 600 MW/1200 MWh.
Desde 2022, los fabricantes relevantes han lanzado intensivamente sistemas de almacenamiento de energía refrigerados por líquido, y la variedad de productos refrigerados por líquido ha ido en aumento.
En mayo de 2022, Sunny Power lanzó PowerTitan para grandes centrales eléctricas terrestres y PowerStack para el almacenamiento de energía comercial e industrial, ambos sistemas que utilizan refrigeración líquida.
En el proyecto anunciado para su producción por GCL EnerD, el paquete de baterías refrigerado por líquido utiliza celdas de fosfato de hierro y litio, con una vida útil máxima de hasta 15 000 ciclos, y al mismo tiempo adopta un diseño de tuberías de refrigeración líquida integrada, con una diferencia de temperatura inferior a 3 °C. Los gabinetes de almacenamiento de energía refrigerados por líquido integrados se clasifican en dos series principales de productos, a saber, 100 kW y 200 kW, que pueden satisfacer la demanda de todo tipo de centrales eléctricas industriales, comerciales y de diversos tamaños y en cualquier combinación, y la forma prefabricada puede reducir el tiempo y el costo de instalación y puesta en marcha en el sitio.
| Nuevo producto de almacenamiento de energía con refrigeración líquida en 2022. | ||||
| No. | Empresa | Nombre del producto | Característica | Solicitud |
| Sistema de almacenamiento de energía en contenedores | ||||
| 1 | Kelong | Sistema de almacenamiento de energía refrigerado por líquido Kelong S | Incluye batería de almacenamiento de energía de 1500 V, panel de instrumentos, sistema de refrigeración líquida, sistema de protección de seguridad y sistema de gestión inteligente. Seguro, inteligente y sencillo. | Lado de la generación de energía nueva, lado de la red, lado del usuario |
| 2 | Crepúsculo | PowerTitan | Solución de almacenamiento de energía refrigerada por líquido | Gran central eléctrica terrestre |
| 3 | Chinaztt | Sistema de refrigeración líquida MUSE1.0 de nueva generación | Baterías de fosfato de hierro con estructura revestida de cerámica, dopaje con oligoelementos y ecualización BMS, marco de aluminio con módulos estructurales pre-violeta: compartimento de batería con clasificación IP67 con sistema de protección contra incendios independiente, monitorización del nivel del paquete y diseño de rociado a nivel de grupo, placa de refrigeración líquida en forma de U y diseño de tuberías profesional. | / |
| 4 | Sermatec | Sistema de almacenamiento de energía en contenedores refrigerado por líquido Serlattice | Diseño de gestión térmica con refrigeración líquida y alta densidad de integración del sistema. Protección contra incendios a nivel de paquete: sistema de alerta de seguridad local. | Almacenamiento de energía comercial e industrial |
| 5 | Hiperfuerte | Sistema de almacenamiento de energía refrigerado por líquido con batería de estado sólido intrínsecamente segura de la serie HyperSafe | Adopta una batería de estado sólido de fosfato de hierro de 280 Ah; implementa una garantía técnica en cuatro dimensiones: seguridad de la batería, seguridad de la integración, seguridad policial y seguridad activa, para lograr la seguridad de todo el sistema. | / |
| 6 | zhougu | Sistema de almacenamiento de energía en contenedores CX-1000 | Con nivel de protección IP54; protección contra la corrosión C4-5, diseño modular y altamente integrado de un sistema de extinción de incendios multietapa, y solución de montaje en cabina prefabricada. | / |
| 7 | Naradapower | Sistema de almacenamiento de energía refrigerado por líquido CenterL de nueva generación | Sistema refrigerado por líquido, cargado con baterías de fosfato de hierro de 280 Ah, plataforma de sistema de 1500 V con alta eficiencia e integración de máxima seguridad y larga vida útil, mejor LCOS, cuatro ventajas principales. | / |
| 8 | Víspera | Sistema de almacenamiento de energía refrigerado por líquido Eve 1500V | Con cuatro ventajas principales: protección integral, control preciso de la temperatura, diseño flexible, alta eficiencia, plataforma de voltaje DC1500V, implementación rápida y conexión en red rápida. | / |
| 9 | Ipotisedge | Sistema inteligente de almacenamiento de energía refrigerado por líquido de 1500 V | No requiere instalación, diseño refrigerado por líquido, doble protección contra incendios, nube inteligente, análisis en tiempo real, vida útil de diez años, funcionamiento y mantenimiento de por vida. | Integración de energías renovables en la red, servicios auxiliares de la red, transmisión y distribución de energía en redes distribuidas y microrredes. |
| 10 | Poder de Chint | Nueva Generación Sistema de almacenamiento de energía PowerBlock | Módulo de batería de almacenamiento de energía altamente integrado, caja de alto voltaje, sistema de control de temperatura, sistema de alerta temprana de incendios, sistema de distribución de energía, etc. | Plantas de almacenamiento de energía a gran escala |
| 11 | Trinasolar | Productos de gabinetes de almacenamiento de energía refrigerados por líquido TrinaStorageEle menta | Con cuatro ventajas principales: “rentabilidad, máxima seguridad, funcionamiento inteligente y mantenimiento conveniente y flexible” | / |
| 12 | Hitio | Contenedor refrigerado por líquido de nueva generación | Adopta tecnología de refrigeración lateral, optimiza la distribución de la temperatura del sistema mediante un diseño de sistema de gestión térmica de diámetro variable de múltiples etapas; diseño de protección eléctrica múltiple; seguridad del sistema mediante alivio de explosión en el canal de escape y diseño de sistema de extinción de incendios. | Lado de la red, lado de la energía |
| 13 | Grupo Shuangdeng | Shuangdeng PowerBank: Nuevo sistema de almacenamiento de energía refrigerado por líquido. | Sistema de extinción de incendios multidimensional y diseño preensamblado del sistema completo con tecnología de refrigeración líquida. | Plantas de almacenamiento de energía a gran escala |
| Armario de almacenamiento de energía todo en uno | ||||
| 1 | Crepúsculo | PowerStack | Solución de almacenamiento de energía refrigerada por líquido para la “triple integración de energía”. | Centrales eléctricas comerciales e industriales |
| 2 | Explorar | Sistema de almacenamiento de energía distribuida Tensorpack™ | Gracias a un concepto de diseño altamente integrado, el armario integra en una sola unidad la batería, el sistema de gestión de baterías (BMS/EMS), el sistema de gestión térmica, el convertidor bidireccional CC/CA y el sistema de extinción de incendios. | Escenarios industriales y comerciales como parques industriales, estaciones de carga, edificios comerciales, centros de datos, etc. |
| 3
| Sermatec | Armarios exteriores integrados con refrigeración líquida | Sistema altamente integrado de PCS, batería, refrigeración líquida, distribución de energía y protección contra incendios: amplio rango de voltaje de entrada, soporte máximo para 4 unidades en paralelo: arquitectura BMS de 3 capas, pantalla LCD digitalizada, con EMS inteligente integrado, para lograr la adquisición y monitorización de datos del equipo correspondiente. | / |
| 4 | Sinexcel | Gabinete exterior para almacenamiento de baterías | Transmisor de almacenamiento de energía de 30 kW para pequeños usuarios industriales y comerciales. Admite múltiples gabinetes en paralelo para satisfacer las necesidades de megavatios de comunidades industriales y comerciales medianas y grandes, islas y otros entornos conectados a la red, fuera de la red o con redes débiles. Diseño integrado todo en uno, fácil de usar y listo para usar. | Pequeños usuarios comerciales e industriales |
| 5 | Hiperfuerte | Nueva generación de armarios de almacenamiento refrigerados por líquido de la serie HyperSafe para baterías de estado sólido intrínsecamente seguras. | Utiliza una batería de estado sólido de fosfato de hierro y potasio de 280 Ah; implementa medidas de seguridad técnicas en las cuatro dimensiones de seguridad de la batería, seguridad de la generación, seguridad de la gestión y seguridad activa para lograr la seguridad de todo el sistema. | Almacenamiento de energía doméstica, central eléctrica de almacenamiento de energía, almacenamiento de energía comercial e industrial. |
| 6 | Energía Jd | Enfriador líquido modular, lado de la rejilla de alimentación, bloque de energía de 1500 V eBlock372 | Diseño todo en uno: la batería, el BMS, el PCS de alta potencia, el sistema de seguridad y el sistema de gestión térmica se integran en un único gabinete exterior estandarizado, formando un sistema de almacenamiento de energía integrado, plug-and-play, para centrales eléctricas industriales y comerciales. | lado de la red de origen |
| 7 | Cliente comercial e industrial Bloque de energía de 1000 V, producto eBlock200 | / | Lado del usuario comercial e industrial | |
| Sistema de almacenamiento de energía en cascada de alto voltaje | ||||
| 1 | Tecnología Jinpan | Refrigeración líquida completa Sistema de almacenamiento en cascada de alta tensión de 35 kV/12,5 MW/25 MWh | No requiere transformador, acceso directo a alta tensión superior a 6 kV. Red eléctrica: utiliza tecnología de ecualización activa mediante baterías, tecnología de almacenamiento de energía en cascada de alto voltaje y tecnología de gestión térmica con refrigeración totalmente líquida. | Lado de la generación, lado de la red, lado del usuario industrial y comercial |
| 2 | Zhiguang | Sistema de almacenamiento de energía de gran capacidad y montaje directo de alta tensión de 35 kV tipo cascada | Desarrollado conjuntamente por Zhiguang Energy Storage, la Academia de Energía Huaneng Qingneng y la Universidad Jiaotong de Shanghái, es adecuado para la construcción de nuevas centrales eléctricas de almacenamiento de energía y centrales eléctricas electroquímicas de almacenamiento de energía a gran escala con capacidad de nivel de GW. | Plantas de almacenamiento de energía a gran escala |
Actualmente, los principales fabricantes de sistemas de almacenamiento de energía, tanto nacionales como extranjeros, han lanzado equipos de almacenamiento de energía basados en tecnología de gestión térmica por refrigeración líquida. Desde la segunda mitad del año pasado, se han implementado gradualmente en numerosos proyectos una amplia gama de aplicaciones, e incluso algunos fabricantes han abandonado los productos de almacenamiento de energía refrigerados por aire, apostando por completo por la tecnología de refrigeración líquida. Por lo tanto, en comparación con los sistemas refrigerados por aire, a medida que la tecnología y los escenarios de aplicación de los sistemas refrigerados por líquido maduran, estos sistemas son más capaces de satisfacer las necesidades urgentes del mercado en cuanto a escala y densidad energética. Las ventajas de alta densidad energética, tamaño reducido, bajo consumo de energía auxiliar y control preciso de la temperatura atraerán mayor atención.
| Empresas de equipos de control de temperatura para almacenamiento de energía | |||
| Empresa | Principales clientes y procesos | Producto principal | Rutina técnica |
| Envicool | CATL, BYD, Narada Power, KeLu Electronics, PingGao Group, Sunshine Power, Hyberstrong, así como los fabricantes extranjeros de aires acondicionados de gabinetes exteriores de la serie MC, los principales integradores de sistemas y fabricantes de baterías de la serie MC; los ingresos comerciales de control de temperatura de los aires acondicionados de almacenamiento de energía de la serie EMW de 2021 ascendieron a 337 millones de yuanes. | Integradores de sistemas y fabricantes de baterías de la serie C; aire acondicionado con almacenamiento de energía 2021, enfriador con almacenamiento de energía serie EMW | Refrigeración por aire, refrigeración líquida |
| shenling | Red eléctrica estatal, etc. | Aire acondicionado integral de techo, aire acondicionado de columna dividida para habitaciones, aire acondicionado integrado empotrado, aire acondicionado de precisión dividido para habitaciones | Refrigeración por aire |
| Tongfei | En 2020, la empresa comenzó a desarrollar el campo del control de temperatura en el almacenamiento de energía y amplió su cartera de clientes para incluir a Sunny Power, Kelong, Trinasolar, etc. | Sistemas de refrigeración líquida, aires acondicionados industriales de techo, aires acondicionados industriales integrados, aires acondicionados industriales split, aires acondicionados murales. | Refrigeración por aire, refrigeración líquida |
| Gaolano | Nuestros principales clientes son fabricantes de sistemas de integración de baterías distribuidos y fábricas de baterías, y ya hemos iniciado una colaboración con Ningde Times. | Basado en productos de refrigeración líquida para almacenamiento de energía en gabinetes individuales de baterías de litio, sistemas de refrigeración líquida para centrales eléctricas de almacenamiento de energía a gran escala, productos de refrigeración líquida para almacenamiento de energía en cabinas prefabricadas, etc. | Refrigeración líquida |
| Songzhi | Se ha incorporado al sistema de proveedores de Ningde Times, Vision Energy y otros clientes, con dos productos en fase de producción en masa y varios productos en desarrollo. | Sistema de gestión térmica refrigerado por líquido para el almacenamiento de energía (dos productos en producción en serie, varios en desarrollo). | Refrigeración por aire, refrigeración líquida |
| Aotecar | El suministro a Ningde Times comenzará en 2020, y la producción del lote base del sistema de gestión térmica refrigerado por líquido para el almacenamiento de energía comenzará en 2021. | Sistema de almacenamiento de energía, refrigeración líquida y gestión térmica | Refrigeración por aire, refrigeración líquida |
El potencial de la energía de refrigeración líquida en el futuro
En términos de costo, según estudios relevantes, el consumo de energía de los sistemas de refrigeración líquida suele ser mucho menor que el de los sistemas de refrigeración por aire, para el mismo efecto de enfriamiento. Por lo tanto, si bien el costo de inversión inicial de un sistema de refrigeración líquida es mayor, su costo total durante todo el ciclo de vida del sistema de almacenamiento de energía puede ser menor que el de un sistema de refrigeración por aire. En resumen, creemos que, en algunos escenarios, se espera que la refrigeración líquida reemplace gradualmente a la refrigeración por aire como la principal forma de control de temperatura para el almacenamiento de energía.
A pesar de ello, los sistemas de refrigeración líquida aún presentan ciertos desafíos en cuanto a fiabilidad. Anteriormente, la aplicación de la refrigeración líquida en el control de temperatura de los sistemas de almacenamiento de energía era relativamente limitada, y su tecnología aún presenta ciertas deficiencias con respecto a la refrigeración por aire, especialmente en lo que respecta a la estabilidad y fiabilidad de su funcionamiento. En concreto, las tuberías de los sistemas de refrigeración líquida son propensas a la corrosión y la acumulación de depósitos, lo que puede provocar obstrucciones o fugas del refrigerante. Además, el agua, el glicol, el aceite de silicona y otros refrigerantes comunes pueden dañar la batería o provocar cortocircuitos en el sistema, lo que supone riesgos para la seguridad de la central eléctrica de almacenamiento de energía.
Además, la vida útil de diseño del sistema de almacenamiento de energía suele alcanzar los 15 años, mientras que la de las bombas y válvulas del sistema de refrigeración líquida es de aproximadamente 7 años, lo que genera una discrepancia. Por lo tanto, es muy probable que sea necesario realizar mantenimiento o reemplazar componentes del sistema de refrigeración líquida durante su funcionamiento, lo que afecta la rentabilidad del proyecto. Sin embargo, con el avance de la tecnología de refrigeración líquida, se espera que estos problemas se resuelvan progresivamente, y la refrigeración líquida seguirá siendo la tendencia de desarrollo futuro en el control de la temperatura del almacenamiento de energía.
