L'elevato numero di batterie nei sistemi di accumulo energetico, l'alta capacità e potenza, la fitta disposizione delle batterie e le condizioni operative complesse e variabili sono soggette a problemi quali la distribuzione non uniforme della temperatura e l'ampia differenza di temperatura tra le batterie, che portano al degrado delle prestazioni delle batterie, alla riduzione della capacità e alla riduzione della durata di vita, influenzando le prestazioni dell'intero sistema e, nei casi più gravi, possono causare instabilità termica e incidenti di sicurezza. Al fine di realizzare sistemi di accumulo energetico su larga scala, con cicli di vita medio-lunghi, elevata tolleranza e prestazioni di sicurezza elevate, la tecnologia di raffreddamento a liquido è diventata una soluzione diffusa nel campo della gestione termica dei sistemi di accumulo energetico.
Attualmente, sul mercato sono presenti i principali metodi di gestione termica, che saranno illustrati di seguito.
Raffreddamento ad aria
Il raffreddamento ad aria è un metodo di raffreddamento che utilizza l'aria come mezzo refrigerante e il trasferimento di calore per convezione per ridurre la temperatura della batteria. È ampiamente utilizzato nella refrigerazione industriale, nelle stazioni base di telecomunicazione e nei centri dati per il controllo della temperatura, e presenta un livello di maturità tecnologica e affidabilità relativamente elevato.
Raffreddamento a liquido
Il raffreddamento a liquido è un tipo di raffreddamento che utilizza un liquido come refrigerante, sfruttando il flusso di un liquido per trasferire il calore generato dai componenti interni delle apparecchiature IT nei data center verso l'esterno. Rispetto al raffreddamento ad aria, la struttura del sistema di raffreddamento a liquido è più complessa e compatta e, non richiedendo l'installazione di un'ampia superficie di canali di dissipazione del calore, occupa quindi uno spazio relativamente ridotto.
raffreddamento a tubo di calore
Il raffreddamento a tubo di calore si basa sul cambiamento di fase del fluido di raffreddamento racchiuso nel tubo per realizzare il trasferimento di calore, con elevata efficienza di dissipazione del calore, sicurezza e affidabilità, ecc., ma ha anche un costo elevato e la sua applicazione pratica in sistemi di batterie di grande capacità come l'accumulo di energia è relativamente limitata.
| Confronto tra tre principali routine tecniche di gestione del calore | |||
| Caratteristica | Raffreddamento ad aria | Raffreddamento a liquido | raffreddamento a cambiamento di fase |
| Mezzo di raffreddamento | Aria | Liquido | Materiale a cambiamento di fase |
| Metodo di contatto | Direttamente | Indirettamente | Direttamente |
| Progetto | Facile | Complesso | Facile |
| efficienza del trasferimento di calore | Inferiore | Superiore (0,5-10) | Mezzo |
| Costo | Inferiore | Più alto | Mezzo |
| Protezione | Requisiti minimi, facile da raggiungere | Sistema complesso, difficile da realizzare | Sistema semplice, facile da realizzare |
| coefficiente di trasferimento del calore | 25-100 | 1000-15.000 | / |
| Uniformità di temperatura | Non uniformità | Uniformità | Uniformità |
| Durata | ≥10 anni | 3-5 anni | Relativo ai materiali |
| Installazione | Facile | Difficile | Facile |
| Applicazione | Bassa densità energetica della batteria, ricarica e scarica | Elevata densità energetica della batteria, ricarica e scarica | Mezzo |
| Livello di maturità tecnica | Maturo | Maturo | Immaturo |
Grazie al coefficiente di scambio termico e al calore specifico più elevati del fluido refrigerante, e al fatto che non risente di fattori quali altitudine e pressione atmosferica, il sistema di raffreddamento a liquido presenta una maggiore capacità di dissipazione del calore rispetto al sistema di raffreddamento ad aria, risultando quindi più adatto alla tendenza di sviluppo di progetti di accumulo di energia su larga scala e ad alta densità energetica.
Dal punto di vista dei costi, secondo le ricerche pertinenti, a parità di effetto di raffreddamento, il consumo energetico di un sistema di raffreddamento a liquido è generalmente molto inferiore a quello di un sistema di raffreddamento ad aria. Pertanto, sebbene il costo di investimento iniziale di un sistema di raffreddamento a liquido sia più elevato, il suo costo complessivo nell'intero ciclo di vita del sistema di accumulo energetico potrebbe essere inferiore a quello di un sistema di raffreddamento ad aria. In sintesi, riteniamo che in alcuni scenari il raffreddamento a liquido sia destinato a sostituire gradualmente il raffreddamento ad aria come principale metodo di controllo della temperatura per i sistemi di accumulo energetico.
| I vantaggi del raffreddamento a liquido | |
| bassi costi energetici | Il raffreddamento a liquido può utilizzare acqua a 45 °C/113 °F per il raffreddamento nella maggior parte dei casi |
| Elevata densità di potenza di raffreddamento | Il raffreddamento ad aria per armadi rack superiori a 20 kW riduce significativamente l'effetto del raffreddamento a liquido a livello di chip e dell'immersione. |
| Basso consumo idrico | Il raffreddamento evaporativo può essere eliminato o ridotto in modo significativo |
| Adattamento ad ambienti ostili | Il raffreddamento a liquido sommerso non richiede alcun flusso d'aria ed è isolato dall'ambiente esterno. |
| Basso livello di rumore | Il raffreddamento a liquido a livello di chip richiede solo una piccola quantità di flusso d'aria |
| Dissipazione uniforme del calore | Buona dissipazione del calore media per batterie di accumulo di energia e di alimentazione. |
| Consumo energetico notevolmente inferiore | Il consumo energetico complessivo è basso; a parità di capacità di refrigerazione, il consumo energetico è paragonabile a quello delle unità raffreddate ad aria. |
| Gli effetti sono sostenibili durante tutto l'anno. | Meno influenzato dalle condizioni meteorologiche, minore volatilità stagionale |
La portata del mercato del raffreddamento a liquido
La tecnologia di raffreddamento a liquido è stata riconosciuta da alcune aziende utilizzatrici finali a valle.
Nell'agosto 2023, Longyuan Power Group ha pubblicato il secondo lotto di appalti quadro per sistemi di raffreddamento a liquido e cabine integrate preassemblate convertitore-booster per centrali elettriche ad accumulo di energia nel 2023, e la stima di approvvigionamento di sistemi di accumulo di energia a raffreddamento a liquido era di 600 MW/1200 MWh; National Energy Group ha pubblicato il secondo lotto di bandi di gara per appalti quadro di apparecchiature di accumulo di energia nel 2023, e la quantità totale di sistemi di batterie a raffreddamento a liquido per centrali elettriche ad accumulo di energia era di 600 MW/1200 MWh.
Dal 2022, i produttori del settore hanno lanciato sul mercato in modo intensivo sistemi di accumulo di energia raffreddati a liquido, e la gamma di prodotti raffreddati a liquido è in costante aumento.
Nel maggio 2022, Sunny Power ha lanciato PowerTitan per le grandi centrali elettriche a terra e PowerStack per l'accumulo di energia in ambito commerciale e industriale, entrambi basati su sistemi di raffreddamento a liquido.
Nel progetto annunciato da GCL EnerD, il pacco batterie raffreddato a liquido adotta celle al litio ferro fosfato con una durata massima del ciclo fino a 15.000 cicli e, allo stesso tempo, un design integrato di tubazioni di raffreddamento a liquido con una differenza di temperatura inferiore a 3 °C. Gli armadi di accumulo di energia raffreddati a liquido integrati sono suddivisi in due serie principali di prodotti, da 100 kW e 200 kW, in grado di soddisfare le esigenze di centrali elettriche industriali, commerciali e di vario tipo, di diverse dimensioni e in qualsiasi configurazione. La prefabbricazione consente di ridurre i tempi e i costi di installazione e collaudo in loco.
| Nuovo prodotto per l'accumulo di energia tramite raffreddamento a liquido nel 2022 | ||||
| NO. | Imprese | Nome del prodotto | Caratteristica | Applicazione |
| Sistema di accumulo energetico per container | ||||
| 1 | Kelong | Sistema di accumulo di energia a raffreddamento a liquido Kelong S | Include batteria di accumulo di energia da 1500 V, quadro strumenti, sistema di raffreddamento a liquido, sistema di protezione di sicurezza e sistema di gestione intelligente. Sicuro, intelligente e semplice. | Lato produzione di nuova energia, lato rete, lato utente |
| 2 | Sungrow | PowerTitan | Soluzione di accumulo di energia a raffreddamento a liquido | Grande centrale elettrica terrestre |
| 3 | Chinaztt | Sistema di raffreddamento a liquido MUSE1.0 di nuova generazione | Batterie al fosfato di ferro con struttura rivestita in ceramica, drogaggio con oligoelementi e equalizzazione BMS, telaio in alluminio con moduli strutturali pre-violetti: vano batterie con grado di protezione IP67 e sistema antincendio indipendente, monitoraggio del livello PACK e sistema di spruzzatura a livello di cluster, piastra di raffreddamento a liquido a forma di U e design professionale delle tubazioni. | / |
| 4 | Serratec | Sistema di accumulo di energia containerizzato a raffreddamento a liquido Serlattice | Progettazione di gestione termica a raffreddamento a liquido con elevata densità di integrazione del sistema Protezione antincendio di livello PACK: sistema di allarme di sicurezza locale | Stoccaggio di energia per uso commerciale e industriale |
| 5 | Iperforte | Sistema di accumulo di energia a stato solido raffreddato a liquido a sicurezza intrinseca della serie HyperSafe con batteria a stato solido. | Adotta una batteria a stato solido al fosfato di ferro da 280 Ah; implementa garanzie tecniche in quattro dimensioni: sicurezza della batteria, sicurezza dell'integrazione, sicurezza delle forze dell'ordine e sicurezza attiva, in modo da garantire la sicurezza dell'intero sistema. | / |
| 6 | Zhougu | Sistema di accumulo di energia per container grezzi CX-1000 | Con grado di protezione IP54; protezione anticorrosione C4-5, design modulare e altamente integrato del sistema antincendio multistadio e soluzione di montaggio della cabina prefabbricata. | / |
| 7 | Naradapower | Sistema di accumulo di energia a raffreddamento a liquido CenterL di nuova generazione | Sistema di raffreddamento a liquido, caricato con batterie al fosfato di ferro da 280 Ah, piattaforma di sistema da 1500 V con elevata efficienza e integrazione della massima sicurezza e lunga durata, migliori quattro vantaggi principali LCOS | / |
| 8 | Vigilia | Sistema di accumulo di energia raffreddato a liquido Eve 1500V | Con protezione completa, controllo accurato della temperatura, layout flessibile, elevata efficienza e quattro vantaggi principali, supporto piattaforma di tensione DC1500V, implementazione rapida, rapida connessione in rete | / |
| 9 | Ipotisedge | Sistema di accumulo di energia intelligente a raffreddamento a liquido da 1500 V | Nessuna installazione richiesta, design con raffreddamento a liquido, doppia protezione antincendio, cloud intelligente, analisi in tempo reale, durata di dieci anni, funzionamento e manutenzione a vita | Integrazione delle energie rinnovabili nella rete elettrica, servizi ancillari di rete, trasmissione e distribuzione di rete, reti distribuite e microreti. |
| 10 | Chintpower | Nuova generazione Sistema di accumulo di energia PowerBlock | Modulo batteria per l'accumulo di energia altamente integrato, quadro elettrico ad alta tensione, sistema di controllo della temperatura, sistema di allarme antincendio, sistema di distribuzione dell'energia, ecc. | Impianti di accumulo di energia su larga scala |
| 11 | Trinasolar | Prodotti per armadi di accumulo di energia raffreddati a liquido TrinaStorageElementa | Con quattro vantaggi principali: “economicità, massima sicurezza, funzionamento intelligente e manutenzione comoda e flessibile”. | / |
| 12 | Hithium | Contenitore raffreddato a liquido di nuova generazione | Adotta la tecnologia di raffreddamento laterale, ottimizza la distribuzione della temperatura del sistema attraverso un sistema di gestione termica a diametro variabile multistadio; adotta un sistema di protezione elettrica multipla; garantisce la sicurezza del sistema grazie a un sistema di sfogo delle esplosioni e di estinzione degli incendi tramite un canale di scarico. | Lato rete, lato alimentazione |
| 13 | Gruppo Shuangdeng | Shuangdeng PowerBank: Nuovo sistema di accumulo di energia a raffreddamento a liquido | Antincendio multidimensionale e progettazione preassemblata dell'intero sistema con tecnologia di raffreddamento a liquido. | Impianti di accumulo di energia su larga scala |
| Armadio di accumulo energetico tutto in uno | ||||
| 1 | Sungrow | PowerStack | Soluzione di accumulo di energia raffreddata a liquido per la “tripla integrazione di potenza” | Centrali elettriche commerciali e industriali |
| 2 | Teplore | Sistema di accumulo di energia distribuito TensorpackT | Adottando un concetto di design altamente integrato, l'armadio integra in un unico dispositivo batteria, BMS EMS, sistema di gestione termica, convertitore bidirezionale CC/CA e sistema antincendio. | Scenari industriali e commerciali come parchi industriali, stazioni di ricarica, edifici commerciali, centri dati, ecc. |
| 3
| Serratec | Armadi da esterno integrati con raffreddamento a liquido | Sistema PCS, batteria, raffreddamento a liquido, distribuzione di energia e protezione antincendio altamente integrato: ampio paradigma di ingresso della tensione, supporto massimo per 4 unità in parallelo: architettura BMS a 3 strati, display LCD digitalizzato, dotato di EMS intelligente, per realizzare l'acquisizione e il monitoraggio dei dati delle apparecchiature correlate. | / |
| 4 | Sinexcel | Armadio esterno per il vano batterie | Per piccoli utenti industriali e commerciali, il trasmettitore di accumulo di energia da 30 kW funge da nucleo. Supporta più armadi in parallelo, per soddisfare le esigenze di livello megawatt di comunità industriali e commerciali di medie e grandi dimensioni, isole e altri campi registrati in rete, fuori rete, scenari di rete debole, plug and play, design integrato All-in-one. | Piccoli utenti commerciali e industriali |
| 5 | Iperforte | Nuova generazione di armadi di stoccaggio raffreddati a liquido della serie HyperSafe per batterie a stato solido a sicurezza intrinseca. | Utilizza una batteria a stato solido al fosfato di potassio e ferro da 280 Ah; implementa misure di sicurezza tecniche nelle quattro dimensioni della sicurezza della batteria, della sicurezza della generazione, della sicurezza della gestione e della sicurezza attiva per garantire la sicurezza dell'intero sistema. | Accumulo di energia domestica, centrale elettrica ad accumulo di energia, accumulo di energia commerciale e industriale. |
| 6 | Jd-energia | Blocco di energia modulare lato griglia per sistema di raffreddamento a liquido 1500V eBlock372 | Design "tutto in uno": batteria, BMS, PCS ad alta potenza, sistema di sicurezza e sistema di gestione termica in un unico armadio esterno standardizzato, formando un sistema di accumulo di energia integrato e plug-and-play, ideale per centrali elettriche industriali e commerciali. | lato rete sorgente |
| 7 | Clientela commerciale e industriale Prodotti per blocchi energetici da 1000 V eBlock200 | / | lato utente commerciale e industriale | |
| Sistema di accumulo di energia a cascata ad alta tensione | ||||
| 1 | Tecnologia Jinpan | Completamente raffreddato a liquido Sistema di accumulo a cascata ad alta tensione da 35 kV/12,5 MW/25 MWh | Non è necessario alcun trasformatore, accesso diretto ad alta tensione superiore a 6 kV. Rete elettrica: utilizzo di tecnologia di equalizzazione attiva a batteria, tecnologia di accumulo di energia a cascata ad alta tensione e tecnologia di gestione termica a raffreddamento completamente a liquido. | Lato generazione, lato rete, lato utente industriale e commerciale |
| 2 | Zhiguang | Sistema di accumulo di energia ad alta tensione da 35 kV a montaggio diretto, di tipo a cascata e di grande capacità. | Sviluppato congiuntamente da Zhiguang Energy Storage, Huaneng Qingneng Energy Academy e Shanghai Jiaotong University, è adatto alla costruzione di nuove centrali elettriche ad accumulo di energia e di centrali elettrochimiche ad accumulo di energia su larga scala, dell'ordine dei GW. | Impianti di accumulo di energia su larga scala |
Attualmente, i principali produttori nazionali ed esteri di sistemi di accumulo energetico integrati hanno sostanzialmente lanciato sul mercato apparecchiature basate sulla tecnologia di gestione termica a raffreddamento a liquido e, a partire dalla seconda metà dello scorso anno, in molti progetti hanno gradualmente implementato un'ampia gamma di applicazioni. Alcuni produttori hanno persino abbandonato i prodotti di accumulo energetico a raffreddamento ad aria, puntando tutto sulla tecnologia a raffreddamento a liquido. Pertanto, rispetto ai sistemi a raffreddamento ad aria, con la continua maturazione della tecnologia e degli scenari applicativi dei sistemi a raffreddamento a liquido, questi ultimi sono in grado di soddisfare le esigenze urgenti del mercato in termini di dimensioni e densità energetica dei sistemi di accumulo, grazie ai vantaggi di elevata densità energetica, ingombro ridotto, basso consumo di energia ausiliaria e controllo preciso della temperatura, attirando sempre più attenzione.
| aziende produttrici di apparecchiature per il controllo della temperatura e l'accumulo di energia | |||
| Imprese | Clienti principali e processo | Prodotto principale | routine tecnica |
| Envicool | CATL, BYD, Narada Power, KeLu Electronics, PingGao Group, Sunshine Power, Hyberstrong, nonché i principali integratori di sistemi e produttori di batterie della serie MC di condizionatori d'aria per esterni; nel 2021, i ricavi del settore dei condizionatori d'aria con accumulo di energia e dei refrigeratori con controllo della temperatura della serie EMW di EMW sono ammontati a 337 milioni di yuan. | Integratori di sistemi e produttori di batterie della serie C; condizionatore d'aria ad accumulo di energia 2021, refrigeratore ad accumulo di energia serie EMW | raffreddamento ad aria, raffreddamento a liquido |
| Shenling | Griglia statale, ecc. | Condizionatore d'aria integrato a tetto, condizionatore d'aria split a colonna per ambienti, condizionatore d'aria integrato a incasso, condizionatore d'aria split di precisione per ambienti | Raffreddamento ad aria |
| Tongfei | Nel 2020, l'azienda ha iniziato a sviluppare il settore del controllo della temperatura per l'accumulo di energia e ha ampliato la propria clientela includendo Sunny Power, Kelong, Trinasolar, ecc. | Sistemi di raffreddamento a liquido, condizionatori d'aria industriali a tetto, condizionatori d'aria industriali integrati, condizionatori d'aria industriali split, condizionatori d'aria a parete | raffreddamento ad aria, raffreddamento a liquido |
| Gaolano | I nostri principali clienti sono produttori di sistemi di integrazione di batterie distribuite e fabbriche di batterie, e abbiamo già avviato una collaborazione con Ningde Times. | Basato su prodotti di raffreddamento a liquido per sistemi di accumulo di energia a singolo armadio con batterie al litio, sistemi di raffreddamento a liquido per centrali elettriche ad accumulo di energia su larga scala, prodotti di raffreddamento a liquido per cabine prefabbricate ad accumulo di energia, ecc. | Raffreddamento a liquido |
| Songzhi | È entrata a far parte del sistema di fornitura di Ningde Times, Vision Energy e altri clienti, con due prodotti che hanno raggiunto la fase di produzione di massa e diversi altri in fase di sviluppo. | Sistema di gestione termica a raffreddamento a liquido per l'accumulo di energia (due prodotti in produzione di massa, diversi in fase di sviluppo) | raffreddamento ad aria, raffreddamento a liquido |
| Aotecar | La fornitura a Ningde Times inizierà nel 2020, mentre la produzione del primo lotto di sistemi di gestione termica a raffreddamento a liquido per l'accumulo di energia inizierà nel 2021. | Sistema di accumulo di energia, raffreddamento a liquido e gestione termica | raffreddamento ad aria, raffreddamento a liquido |
Il potenziale dell'energia da raffreddamento a liquido nel futuro
In termini di costi, secondo studi pertinenti, il consumo energetico dei sistemi di raffreddamento a liquido è generalmente molto inferiore a quello dei sistemi di raffreddamento ad aria, a parità di effetto refrigerante. Pertanto, sebbene il costo di investimento iniziale di un sistema di raffreddamento a liquido sia più elevato, il suo costo complessivo nell'intero ciclo di vita del sistema di accumulo energetico potrebbe essere inferiore a quello di un sistema di raffreddamento ad aria. In sintesi, riteniamo che in alcuni scenari il raffreddamento a liquido sia destinato a sostituire gradualmente il raffreddamento ad aria come principale metodo di controllo della temperatura per l'accumulo di energia.
Nonostante ciò, i sistemi di raffreddamento a liquido presentano ancora alcune problematiche in termini di affidabilità. In passato, l'applicazione del raffreddamento a liquido nel campo del controllo della temperatura dei sistemi di accumulo di energia era relativamente limitata e la maturità tecnologica rispetto al raffreddamento ad aria era ancora limitata, soprattutto in termini di stabilità e affidabilità di funzionamento. Nello specifico, le tubazioni dei sistemi di raffreddamento a liquido sono soggette a corrosione e depositi, con conseguenti ostruzioni o perdite di refrigerante, mentre acqua, glicole, olio di silicone e altri refrigeranti comuni possono danneggiare la batteria o causare cortocircuiti nel sistema, con conseguenti rischi per la sicurezza delle centrali di accumulo di energia.
Inoltre, la durata di vita prevista per un sistema di accumulo di energia è generalmente di 15 anni, mentre la durata utile di pompe e valvole all'interno del sistema di raffreddamento a liquido è spesso di circa 7 anni, creando una certa discrepanza tra le due. Pertanto, è molto probabile che durante il funzionamento del progetto di accumulo sia necessario intervenire sul sistema di raffreddamento a liquido per la manutenzione o la sostituzione dei componenti, con conseguente arresto del sistema stesso, il che incide sulla redditività del progetto. Naturalmente, con il progresso della tecnologia di raffreddamento a liquido, riteniamo che questi problemi verranno risolti gradualmente e che il raffreddamento a liquido rappresenterà comunque la futura tendenza di sviluppo per il controllo della temperatura nei sistemi di accumulo di energia.
