エネルギー貯蔵システムでは、バッテリーの数が多く、容量と出力が大きく、バッテリーの配置が密で、動作条件が複雑かつ変動しやすいため、温度分布の不均一性やバッテリー間の温度差の増大といった問題が発生しやすく、バッテリー性能の低下、容量の減少、寿命の短縮につながり、システム全体の性能に影響を与え、深刻な場合には熱暴走や安全事故を引き起こす可能性があります。エネルギー貯蔵を大規模、中長期サイクル、高耐性、高安全性の方向へ実現するために、液冷技術はエネルギー貯蔵の熱管理分野において広く採用される手法となっています。
現在、市場で主流となっている熱管理方法は以下のとおりです。
空冷
空冷は、空気を冷却媒体として対流熱伝達を利用してバッテリーの温度を下げる冷却方法の一種であり、産業用冷凍、通信基地局、データセンターの温度制御などの場面で広く用いられており、比較的高い技術的成熟度と信頼性を有している。
液体冷却
液冷は、液体を冷媒として用い、データセンター内のIT機器内部部品で発生した熱を液体の流れによって機器外部に伝達する冷却方式です。空冷と比較すると、液冷システムの構造はより複雑かつコンパクトであり、広い放熱経路を設ける必要がないため、設置面積は比較的小さくて済みます。
ヒートパイプ冷却
ヒートパイプ冷却は、管内に封入された冷却媒体の相変化を利用して熱伝達を実現する方式であり、放熱効率が高く、安全性や信頼性にも優れているが、コストも高く、エネルギー貯蔵などの大容量バッテリーシステムにおける実用化は比較的小規模である。
| 熱管理技術ルーチンの主な3つの比較 | |||
| 特性 | 空冷 | 液体冷却 | 相変化の鳴き声 |
| 冷却媒体 | 空気 | 液体 | 相変化材料 |
| 連絡方法 | 直接 | 間接的に | 直接 |
| デザイン | 簡単 | 複雑な | 簡単 |
| 熱伝達効率 | より低い | 高い（0.5～10） | 中くらい |
| 料金 | より低い | より高い | 中くらい |
| 保護 | 要件が低く、達成しやすい | 複雑なシステムで、達成が難しい | シンプルなシステムで、実現も簡単 |
| 熱伝達係数 | 25-100 | 1000～15000 | / |
| 温度均一性 | 不均一性 | 均一 | 均一 |
| 寿命 | 10歳以上 | 3～5歳 | 材料に関連する |
| インストール | 簡単 | 難しい | 簡単 |
| 応用 | バッテリーエネルギー密度が低い、 充電と放電 | 高いバッテリーエネルギー密度、充電および放電 | 中くらい |
| 技術成熟度レベル | 成熟した | 成熟した | 未熟 |
冷却材の熱伝達係数と比熱容量が高く、高度や気圧などの要因の影響を受けないため、液冷システムは空冷システムよりも放熱能力が高く、大規模で高エネルギー密度のエネルギー貯蔵プロジェクトの開発動向により適している。
コスト面から見ると、関連研究によれば、同じ冷却効果の場合、液冷システムのエネルギー消費量は通常、空冷システムよりもはるかに少ない。したがって、液冷システムの初期投資コストは高いものの、エネルギー貯蔵システムのライフサイクル全体における総合コストは、空冷システムよりも低くなる可能性がある。結論として、いくつかのシナリオにおいては、液冷がエネルギー貯蔵における温度制御の主流として、徐々に空冷に取って代わっていくと予想される。
| 液体冷却の利点 | |
| エネルギーコストが低い | 液体冷却では、ほとんどの場合、45℃/113°Fの水を冷却に利用できます。 |
| 高い冷却能力密度 | 20kWを超えるキャビネットの場合、空冷はチップレベルの液冷や浸漬冷却の効果を大幅に低減します。 |
| 節水 | 蒸発冷却は排除または大幅に削減できる。 |
| 過酷な環境への適応 | 液中冷却は空気の流れを必要とせず、外部環境から隔離されている。 |
| 低騒音レベル | チップレベルの液冷には、少量の空気流量しか必要ありません。 |
| 均一な放熱 | エネルギー貯蔵用バッテリーやパワーバッテリーに適した、良好な平均放熱性能。 |
| エネルギー消費量が大幅に削減 | 全体的な消費電力は低く、同じ冷凍能力条件下では、空冷式ユニットと同程度の低さです。 |
| 年間を通して持続的な効果が得られる | 天候の影響を受けにくく、季節変動も少ない |
液体冷却市場の規模
液冷技術は、一部の川下エンドユーザー企業から認知されている。
2023年8月、龍源電力グループは、2023年のエネルギー貯蔵発電所向け液冷システムおよび組立済みコンバータブースター一体型キャビンの第2弾フレームワーク調達を発表し、液冷エネルギー貯蔵システムの調達見積量は600MW/1200MWhでした。国家エネルギーグループは、2023年のエネルギー貯蔵設備の第2弾フレームワーク調達入札通知を発表し、エネルギー貯蔵発電所向け液冷バッテリーシステムの総量は600MW/1200MWhでした。
そして2022年以降、関連メーカーは液冷式エネルギー貯蔵システムを積極的に投入し、液冷式製品の選択肢は増え続けている。
2022年5月、サニーパワー社は、大型地上発電所向けのPowerTitanと、商業・産業用エネルギー貯蔵向けのPowerStackを発表した。どちらも液冷システムを採用している。
GCL EnerDが生産開始を発表したプロジェクトでは、液冷式バッテリーパックはリン酸鉄リチウム電池セルを採用し、最大サイクル寿命は15,000回に達し、同時に一体型液冷配管設計を採用し、温度差は3℃未満となっています。一体型液冷エネルギー貯蔵キャビネットは、100kWと200kWの2つの主要シリーズに分類され、さまざまな規模と組み合わせのあらゆる種類の産業、商業、および産業用発電所の需要をサポートできます。また、プレハブ形式により、現場での設置とデバッグの時間とコストを削減できます。プレハブ形式により、現場での設置と試運転の時間とコストを削減できます。
| 2022年に新たな液冷式蓄電製品が登場 | ||||
| いいえ。 | 企業 | 製品名 | 特性 | 応用 |
| コンテナ型エネルギー貯蔵システム | ||||
| 1 | ケロン | ケロンS液冷式エネルギー貯蔵システム | 1500V蓄電池、クラスター、液冷システム、安全保護システム、インテリジェント管理システムを搭載。安全、スマート、シンプル。 | 新エネルギー発電側、送電網側、ユーザー側 |
| 2 | サングロウ | パワータイタン | 液冷式エネルギー貯蔵ソリューション | 大規模地上発電所 |
| 3 | チャイナズット | 新世代MUSE1.0液冷システム | セラミックコーティングされた筐体、微量元素ドーピング、BMS均等化機能を備えたリン酸鉄電池、耐紫外線構造モジュールを備えたアルミニウムフレーム：独立した防火システムを備えたIP67規格のバッテリーコンパートメント、PACKレベル監視およびクラスターレベル噴霧設計、U字型液冷プレート、および専門的な配管設計。 | / |
| 4 | セルマテック | Serlattice社製液冷式コンテナ型エネルギー貯蔵システム | 液冷式熱管理設計による高密度システム統合、PACKレベルの防火機能：ローカルセキュリティ警報システム | 商業用および産業用エネルギー貯蔵 |
| 5 | ハイパーストロング | ハイパーセーフシリーズ 本質安全防爆型固体電池液冷式エネルギー貯蔵システム | 280Ahのリン酸鉄固体電池を採用し、電池の安全性、統合安全性、警察の安全性、アクティブ安全性の4つの側面で技術的保証を実施することで、システム全体の安全性を実現しています。 | / |
| 6 | 周谷 | CX-1000 生コンテナ型エネルギー貯蔵システム | IP54の保護等級、C4-5の耐腐食性、モジュール式で高度に統合された多段階消火システム、およびプレハブ式キャビン取り付けソリューションを備えています。 | / |
| 7 | ナラダパワー | 新世代CenterL液冷式エネルギー貯蔵システム | 液冷システム、280Ahリン酸鉄バッテリー搭載、1500Vシステムプラットフォーム、高効率、究極の安全性と長寿命の統合、優れたLCOSの4つの主要な利点 | / |
| 8 | イブ | Eve 1500V液冷式エネルギー貯蔵システム | 包括的な保護、正確な温度制御、柔軟なレイアウト、高効率という4つのコアの利点を備え、DC1500Vの電圧プラットフォームをサポートし、迅速な展開と迅速なネットワーク化を実現します。 | / |
| 9 | Ipotisege | 1500Vインテリジェント液冷式エネルギー貯蔵システム | 設置不要、液冷式設計、二重防火機能、インテリジェントクラウド、リアルタイム分析、10年の耐用年数、生涯にわたる運用とメンテナンス | 再生可能エネルギーの系統統合、系統補助サービス、系統送配電、分散型およびマイクログリッド |
| 10 | チンパワー | 新しい世代 PowerBlockエネルギー貯蔵システム | 高度に統合されたエネルギー貯蔵バッテリーモジュール、高電圧ボックス、温度制御システム、早期火災警報システム、配電システムなど。 | 大規模エネルギー貯蔵プラント |
| 11 | トリナソーラー | 液冷式エネルギー貯蔵キャビネット製品 TrinaStorageElementa | 「コスト効率、究極の安全性、便利で柔軟なインテリジェントな運用とメンテナンス」という4つの大きな利点を備えています。 | / |
| 12 | ヒシウム | 新世代液冷コンテナ | 側面冷却技術を採用し、多段可変径熱管理システム設計によりシステム温度分布を最適化。複数の電気保護設計を採用。排気チャネル爆発緩和および消火システム設計によりシステムの安全性を確保。 | グリッド側、電力側 |
| 13 | 双登グループ | 双登パワーバンク新型液冷式エネルギー貯蔵システム | 多次元消火機能と液冷技術を採用したシステム全体の事前組み立て設計 | 大規模エネルギー貯蔵プラント |
| オールインワン型エネルギー貯蔵キャビネット | ||||
| 1 | サングロウ | PowerStack | 「トリプルパワー統合」のための液冷式エネルギー貯蔵ソリューション | 商業用および産業用発電所 |
| 2 | テプロア | TensorpackT 分散型エネルギー貯蔵システム | 高度に統合された設計コンセプトを採用したこのキャビネットは、バッテリー、BMS EMS、熱管理システム、DC/AC双方向コンバータ、および消火システムを一体化しています。 | 工場団地、充電ステーション、商業ビル、データセンターなど、産業および商業のシナリオ。 |
| 3
| セルマテック | 液冷式一体型屋外キャビネット | 高度に統合されたPCS、バッテリー、液体冷却器、配電、および防火システム：広範囲の電圧入力パラダイム、最大4つの並列ユニットをサポート：3層BMSアーキテクチャ、デジタルLCDディスプレイ、インテリジェントEMSを搭載し、関連機器データの取得と監視を実現します。 | / |
| 4 | シネクセル | バッテリー収納屋外キャビネット | 小規模な産業・商業ユーザーから30kWのエネルギー貯蔵・送信機をコアとする製品。複数のキャビネットを並列接続することで、メガワットレベルの中規模・大規模の産業・商業コミュニティ、離島などのグリッド接続、オフグリッド、弱グリッドといったシナリオに対応し、プラグアンドプレイで統合されたオールインワン設計となっています。 | 小規模な商業および産業ユーザー |
| 5 | ハイパーストロング | 本質安全防爆型固体電池用、新世代のHyperSafeシリーズ液冷式保管キャビネット | 280Ahのリン酸鉄カリウム固体電池を使用し、電池の安全性、発電の安全性、管理の安全性、アクティブセーフティの4つの側面で技術的な安全対策を実施することで、システム全体の安全性を実現しています。 | 家庭用エネルギー貯蔵、エネルギー貯蔵発電所、商業用および産業用エネルギー貯蔵 |
| 6 | JDエネルギー | モジュラー式液体冷却器電源グリッド側 1500V エネルギーブロック eBlock372 | オールインワン設計により、バッテリー、BMS、高PCS、安全システム、熱管理システムが単一の標準化された屋外キャビネットに統合され、産業用および商業用発電所向けの統合型プラグアンドプレイエネルギーブロック蓄電システム製品を形成します。 | ソースネットワーク側 |
| 7 | 商業・産業分野の顧客側 1000V エネルギーブロック製品 eBlock200 | / | 商業および産業ユーザー側 | |
| 高電圧カスケード型エネルギー貯蔵システム | ||||
| 1 | ジンパンテクノロジー | 完全液冷式 35kV/12.5MW/25MWh高電圧カスケード蓄電システム | 変圧器不要、6KV以上の高電圧に直接接続可能。 グリッド：バッテリーアクティブ均等化技術、高電圧カスケードエネルギー貯蔵技術、および全液冷式熱管理技術を採用。 | 発電側、送電網側、産業・商業ユーザー側 |
| 2 | 志光 | カスケード型35kV高電圧直結型大容量エネルギー貯蔵システム | 智光能源貯蔵、華能青能能源研究院、上海交通大学が共同開発したこの技術は、新エネルギー貯蔵発電所や大規模なギガワット級電気化学エネルギー貯蔵発電所の建設に適している。 | 大規模エネルギー貯蔵プラント |
現在、国内外の主流エネルギー貯蔵統合メーカーは、基本的に液冷式熱管理技術をベースとしたエネルギー貯蔵装置を発売しており、昨年後半から多くのプロジェクトで徐々に幅広い用途を展開し、一部のメーカーは空冷式エネルギー貯蔵製品を放棄し、液冷式技術路線に全力で移行しています。そのため、空冷式システムと比較して、液冷式システムの技術と応用シナリオが成熟するにつれて、エネルギー貯蔵システムの規模とエネルギー密度の増加という市場の緊急のニーズに、高エネルギー密度、低設置面積、低補助エネルギー消費、精密な温度制御といった利点でより対応できるようになり、注目を集めています。
| エネルギー貯蔵温度制御機器会社 | |||
| 企業 | 主な顧客とプロセス | 主な製品 | 技術的なルーチン |
| エンビクール | CATL、BYD、Narada Power、KeLu Electronics、PingGao Group、Sunshine Power、Hyberstrong、および海外のMCシリーズ屋外キャビネット型エアコン、MCシリーズの主流システムインテグレーターおよびバッテリーメーカー。2021年のエネルギー貯蔵エアコン、EMWシリーズエネルギー貯蔵チラー温度制御事業の売上高は3億3700万元に達した。 | Cシリーズの主流システムインテグレーターおよびバッテリーメーカー、2021年型蓄電式エアコン、EMWシリーズ蓄電式チラー | 空冷、液冷 |
| シェンリン | 州電力網など | 一体型屋根設置型エアコン、スプリット型ルームエアコン、一体型埋め込み型エアコン、ルームマウント型スプリット精密エアコン | 空冷 |
| 通肥 | 2020年、同社はエネルギー貯蔵の温度制御分野への進出を開始し、顧客をSunny Power、Kelong、Trinasolarなどに拡大した。 | 液冷式システム、屋上設置型産業用エアコン、一体型産業用エアコン、分離型産業用エアコン、壁掛け型エアコン | 空冷、液冷 |
| ガオラン | 当社の主な顧客は分散型バッテリー統合メーカーおよびバッテリー工場であり、すでに寧徳時代社との協力関係を開始しています。 | リチウム電池単体キャビネット型蓄電液冷却製品、大規模蓄電発電所液冷却システム、プレハブ式キャビネット型蓄電液冷却製品など。 | 液体冷却 |
| 松志 | 寧徳時代、ビジョンエネルギーなどの顧客のサプライヤーシステムに組み込まれており、2つの製品が量産段階に入り、複数の製品が開発中である。 | エネルギー貯蔵用液冷式熱管理システム（量産中の製品2種類、開発中の製品数種類） | 空冷、液冷 |
| アオテカー | 寧徳時代への供給は2020年に開始され、エネルギー貯蔵用液冷式熱管理システムの初回生産は2021年に開始される予定です。 | エネルギー貯蔵液冷および熱管理システム | 空冷、液冷 |
液冷エネルギーの将来的な可能性
コスト面に関して言えば、関連研究によると、同じ冷却効果が得られる場合、液冷システムのエネルギー消費量は空冷システムよりもはるかに低いのが一般的です。したがって、液冷システムの初期投資コストは高くなりますが、エネルギー貯蔵システムのライフサイクル全体における総合コストは、空冷システムよりも低くなる可能性があります。結論として、いくつかのシナリオにおいては、液冷がエネルギー貯蔵における温度制御の主流として、徐々に空冷に取って代わっていくと予想されます。
しかしながら、液冷システムは信頼性の面で依然としていくつかの課題を抱えています。従来、エネルギー貯蔵の温度制御分野における液冷の応用は比較的小規模であり、特に動作の安定性と信頼性において、空冷システムに比べて技術成熟度に一定の差がありました。具体的には、液冷システムの配管は腐食や堆積物が発生しやすく、冷却液の詰まりや漏れにつながる可能性があります。また、水、グリコール、シリコーンオイルなどの一般的な冷却液は、バッテリーを損傷したり、システムの短絡を引き起こしたりする可能性があり、エネルギー貯蔵発電所の安全上のリスクにつながります。
さらに、エネルギー貯蔵システムの設計寿命は通常15年ですが、液冷システム内部のポンプやバルブの耐用年数は7年程度であることが多く、両者の間に一定のずれが生じています。そのため、貯蔵プロジェクトの運用中に液冷システムを停止してメンテナンスや部品交換を行う必要が生じる可能性が高く、プロジェクトの経済性に影響を与えます。もちろん、液冷技術の進歩に伴い、これらの問題は順次解決されると予想され、液冷は今後もエネルギー貯蔵温度制御の発展における主要な技術動向であり続けるでしょう。
