O grande número de baterias em um sistema de armazenamento de energia, sua alta capacidade e potência, a alta densidade de armazenamento e as condições de operação complexas e variáveis tornam o sistema propenso a problemas como distribuição desigual de temperatura e grandes diferenças de temperatura entre as baterias. Isso leva à degradação do desempenho das baterias, redução da capacidade e diminuição da vida útil, afetando o desempenho de todo o sistema e, em casos graves, podendo causar fuga térmica e acidentes. Para viabilizar o armazenamento de energia em larga escala, com ciclos de operação de médio a longo prazo, alta tolerância a variações e alto nível de segurança, a tecnologia de resfriamento líquido tornou-se uma abordagem popular na gestão térmica de sistemas de armazenamento de energia.
Atualmente, os principais métodos de gerenciamento térmico disponíveis no mercado são os seguintes:
Refrigeração a ar
O resfriamento a ar é um método de refrigeração que utiliza o ar como meio frio e a transferência de calor por convecção para reduzir a temperatura da bateria. É amplamente utilizado em refrigeração industrial, estações base de telecomunicações e no controle de temperatura de centros de dados, apresentando um nível relativamente alto de maturidade técnica e confiabilidade.
Refrigeração líquida
O resfriamento líquido utiliza um líquido como fluido refrigerante para transferir o calor gerado pelos componentes internos dos equipamentos de TI em um data center para o exterior, através do fluxo do líquido. Comparado ao resfriamento a ar, o sistema de resfriamento líquido possui uma estrutura mais complexa e compacta, não exigindo a instalação de grandes canais de dissipação de calor e, portanto, ocupando uma área relativamente menor.
Resfriamento por tubo de calor
O resfriamento por tubo de calor depende da mudança de fase do fluido refrigerante contido no tubo para realizar a transferência de calor, apresentando alta eficiência de dissipação de calor, segurança e confiabilidade, entre outras vantagens. No entanto, o custo também é elevado, e sua aplicação prática em sistemas de baterias de grande capacidade, como os de armazenamento de energia, é relativamente pequena.
| Comparação das três principais rotinas técnicas de gerenciamento de calor | |||
| Característica | Refrigeração a ar | Refrigeração líquida | resfriamento por mudança de fase |
| Meio de resfriamento | Ar | Líquido | Material de mudança de fase |
| Método de contato | Diretamente | Indiretamente | Diretamente |
| Projeto | Fácil | Complexo | Fácil |
| Eficiência de transferência de calor | Mais baixo | Maior (0,5-10) | Médio |
| Custo | Mais baixo | Mais alto | Médio |
| Proteção | Requisitos baixos, fácil de alcançar | Sistema complexo, difícil de alcançar | Sistema simples, fácil de implementar. |
| Coeficiente de transferência de calor | 25-100 | 1000-15.000 | / |
| Uniformidade de temperatura | Não uniformidade | Uniformidade | Uniformidade |
| Vida útil | ≥10 anos | 3 a 5 anos | Relacionado com materiais |
| Instalação | Fácil | Difícil | Fácil |
| Aplicativo | Baixa densidade de energia da bateria, recarga e descarga | Alta densidade de energia da bateria, recarga e descarga | Médio |
| Nível de maturidade técnica | Maduro | Maduro | Imaturo |
Devido ao maior coeficiente de transferência de calor e capacidade térmica específica do fluido refrigerante, e ao fato de não ser afetado por fatores como altitude e pressão atmosférica, o sistema de refrigeração líquida possui uma capacidade de dissipação de calor superior à do sistema refrigerado a ar, sendo, portanto, mais adaptável à tendência de desenvolvimento de projetos de armazenamento de energia em larga escala e com alta densidade energética.
Do ponto de vista de custos, de acordo com pesquisas relevantes, para o mesmo efeito de resfriamento, o consumo de energia de um sistema de resfriamento líquido é geralmente muito menor do que o de um sistema de resfriamento a ar. Portanto, embora o custo inicial de investimento em um sistema de resfriamento líquido seja maior, seu custo total ao longo de todo o ciclo de vida do sistema de armazenamento de energia pode ser menor do que o de um sistema de resfriamento a ar. Em resumo, acreditamos que, em alguns cenários, o resfriamento líquido poderá substituir gradualmente o resfriamento a ar como a principal forma de controle de temperatura para armazenamento de energia.
| As vantagens do resfriamento líquido | |
| Baixos custos de energia | O resfriamento líquido pode utilizar água a 45°C/113°F para resfriamento na maior parte do tempo. |
| Alta densidade de poder de refrigeração | O resfriamento a ar para gabinetes acima de 20 kW reduz significativamente o efeito do resfriamento líquido e da imersão em nível de chip. |
| Baixo consumo de água | O resfriamento evaporativo pode ser eliminado ou significativamente reduzido. |
| Adaptação a ambientes hostis | O resfriamento por líquido submerso não requer fluxo de ar e é isolado do ambiente externo. |
| Baixo nível de ruído | O resfriamento líquido em nível de chip requer apenas uma pequena quantidade de fluxo de ar. |
| Dissipação uniforme de calor | Boa dissipação de calor média para armazenamento de energia e baterias de potência. |
| Consumo de energia significativamente menor | O consumo total de energia é baixo; nas mesmas condições de capacidade de refrigeração, o consumo de energia é tão baixo quanto o das unidades refrigeradas a ar. |
| Os efeitos ao longo do ano são sustentáveis. | Menos afetado pelo clima, menor volatilidade sazonal. |
A dimensão do mercado de refrigeração líquida
A tecnologia de refrigeração líquida foi reconhecida por algumas empresas usuárias finais do setor.
Em agosto de 2023, o Grupo de Energia Longyuan divulgou o segundo lote de licitações para aquisição de sistemas de refrigeração líquida e cabines integradas pré-montadas de conversores e boosters para usinas de armazenamento de energia, com uma estimativa de aquisição de 600 MW/1200 MWh para sistemas de armazenamento de energia com refrigeração líquida. Já o Grupo de Energia Nacional divulgou o segundo lote de licitações para aquisição de equipamentos de armazenamento de energia em 2023, com uma estimativa de aquisição de 600 MW/1200 MWh para sistemas de baterias com refrigeração líquida para usinas de armazenamento de energia.
Desde 2022, os fabricantes relevantes têm lançado intensivamente sistemas de armazenamento de energia com refrigeração líquida, e a variedade de produtos com refrigeração líquida tem aumentado.
Em maio de 2022, a Sunny Power lançou o PowerTitan para grandes usinas de energia terrestre e o PowerStack para armazenamento de energia comercial e industrial, ambos utilizando sistemas de refrigeração líquida.
No projeto anunciado para produção pela GCL EnerD, o conjunto de baterias com refrigeração líquida utiliza células de fosfato de ferro-lítio, com vida útil máxima de até 15.000 ciclos, e adota um sistema integrado de tubulação com refrigeração líquida, resultando em uma diferença de temperatura inferior a 3°C. Os gabinetes integrados de armazenamento de energia com refrigeração líquida são categorizados em duas séries principais de produtos, 100 kW e 200 kW, capazes de atender à demanda de diversos tipos de usinas industriais, comerciais e industriais de diferentes tamanhos e em qualquer combinação. O formato pré-fabricado reduz o tempo e o custo de instalação e comissionamento no local.
| Novo produto de armazenamento de energia para refrigeração líquida em 2022. | ||||
| Não. | Empresa | Nome do produto | Característica | Aplicativo |
| Sistema de armazenamento de energia em contêineres | ||||
| 1 | Kelong | Sistema de armazenamento de energia refrigerado a líquido Kelong S | Inclui bateria de armazenamento de energia de 1500V, cluster, sistema de refrigeração líquida, sistema de proteção de segurança e sistema de gerenciamento inteligente. Seguro, inteligente e simples. | Lado da nova geração de energia, lado da rede, lado do usuário |
| 2 | Sungrow | PowerTitan | Solução de armazenamento de energia com refrigeração líquida | Estação de energia terrestre de grande porte |
| 3 | Chinaztt | Sistema de Refrigeração Líquida MUSE1.0 de Nova Geração | Baterias de fosfato de ferro com revestimento cerâmico, dopagem de oligoelementos e equalização BMS, estrutura de alumínio com módulos estruturais pré-corrosivos: compartimento de baterias com classificação IP67, sistema independente de proteção contra incêndio, monitoramento em nível de PACK e projeto de pulverização em nível de cluster, placa de resfriamento líquido em formato de U e projeto de tubulação profissional. | / |
| 4 | Sermatec | Sistema de armazenamento de energia em contêiner refrigerado a líquido Serlattice | Projeto de gerenciamento térmico com refrigeração líquida e alta densidade de integração do sistema. Proteção contra incêndio em nível PACK: sistema de alerta de segurança local. | Armazenamento de energia comercial e industrial |
| 5 | Hiperforte | Sistema de armazenamento de energia com bateria de estado sólido intrinsecamente segura e refrigeração líquida da série HyperSafe | Utiliza bateria de estado sólido de fosfato de ferro de 280Ah; implementa garantia técnica em quatro dimensões: segurança da bateria, segurança de integração, segurança policial e segurança ativa, de forma a alcançar a segurança de todo o sistema. | / |
| 6 | Zhougu | Sistema de armazenamento de energia em contêineres brutos CX-1000 | Com nível de proteção IP54; proteção contra corrosão C4-5, design modular e altamente integrado de sistema de combate a incêndio em múltiplos estágios e solução de montagem em cabine pré-fabricada. | / |
| 7 | Naradapower | Sistema de armazenamento de energia CenterL de nova geração com refrigeração líquida | Sistema refrigerado a líquido, equipado com baterias de fosfato de ferro de 280Ah, plataforma de sistema de 1500V com alta eficiência e integração, oferecendo máxima segurança e longa vida útil, além de quatro grandes vantagens em termos de desempenho em baixo consumo de energia (LCOS). | / |
| 8 | Véspera | Sistema de armazenamento de energia Eve 1500V com refrigeração líquida | Com proteção abrangente, controle preciso de temperatura, layout flexível e alta eficiência, a plataforma suporta tensão de 1500 V CC, permitindo implantação e conexão em rede rápidas. | / |
| 9 | Ipotisedge | Sistema inteligente de armazenamento de energia refrigerado a líquido de 1500 V | Sem necessidade de instalação, design com refrigeração líquida, dupla proteção contra incêndio, nuvem inteligente, análise em tempo real, dez anos de vida útil, operação e manutenção vitalícias. | Integração de energias renováveis à rede elétrica, serviços auxiliares à rede, transmissão e distribuição de energia, redes distribuídas e microrredes. |
| 10 | Chintpower | Nova Geração Sistema de armazenamento de energia PowerBlock | Módulo de bateria de armazenamento de energia altamente integrado, caixa de alta tensão, sistema de controle de temperatura, sistema de alerta precoce de incêndio, sistema de distribuição de energia, etc. | Usinas de armazenamento de energia em grande escala |
| 11 | Trinasolar | Produtos de armários de armazenamento de energia refrigerados a líquido TrinaStorageEle menta | Com quatro grandes vantagens: “custo-benefício, máxima segurança, operação inteligente e manutenção conveniente e flexível” | / |
| 12 | Hithium | Contêiner refrigerado a líquido de nova geração | Adota tecnologia de resfriamento lateral, otimizando a distribuição de temperatura do sistema através de um sistema de gerenciamento térmico de diâmetro variável em múltiplos estágios; projeto com múltiplas proteções elétricas; segurança do sistema com alívio de explosão por canal de exaustão e sistema de extinção de incêndio. | Lado da rede, lado da energia |
| 13 | Grupo Shuangdeng | Shuangdeng PowerBank: Novo sistema de armazenamento de energia com refrigeração líquida | Sistema completo de combate a incêndios multidimensional e pré-montado com tecnologia de refrigeração líquida. | Usinas de armazenamento de energia em grande escala |
| Armário de armazenamento de energia completo | ||||
| 1 | Sungrow | PowerStack | Solução de armazenamento de energia com refrigeração líquida para “integração tripla de energia” | Usinas de energia comerciais e industriais |
| 2 | Teplore | Sistema de armazenamento de energia distribuída TensorpackT | Adotando um conceito de design altamente integrado, o gabinete integra bateria, BMS, EMS, sistema de gerenciamento térmico, conversor bidirecional CC/CA e sistema de combate a incêndio em um único componente. | Cenários industriais e comerciais, como parques fabris, estações de carregamento, edifícios comerciais, centros de dados, etc. |
| 3
| Sermatec | Armários externos integrados com refrigeração líquida | Sistema altamente integrado de PCS, bateria, refrigeração líquida, distribuição de energia e proteção contra incêndio: paradigma de entrada de tensão ampla, suporte máximo para 4 unidades em paralelo: arquitetura BMS de 3 camadas, display LCD digitalizado, equipado com EMS inteligente para aquisição e monitoramento de dados dos equipamentos relacionados. | / |
| 4 | Sinexcel | Armário externo para armazenamento de baterias | Pequenos usuários industriais e comerciais podem utilizar o transmissor de armazenamento de energia de 30 kW como núcleo. Suporta múltiplos gabinetes em paralelo, para atender ao nível de megawatt de comunidades industriais e comerciais de médio e grande porte, ilhas e outros locais conectados à rede, fora da rede ou em cenários de rede fraca. Design integrado "plug and play" (tudo-em-um). | Usuários comerciais e industriais de pequeno porte |
| 5 | Hiperforte | Nova geração de gabinetes de armazenamento refrigerados a líquido da série HyperSafe para baterias de estado sólido intrinsecamente seguras. | Utiliza bateria de estado sólido de fosfato de ferro-potássio de 280Ah; implementa medidas de segurança técnicas nas quatro dimensões de segurança da bateria, segurança da geração, segurança da gestão e segurança ativa para garantir a segurança de todo o sistema. | Armazenamento de energia residencial, usina de armazenamento de energia, armazenamento de energia comercial e industrial |
| 6 | Jd-energia | Bloco de energia modular para resfriador líquido, lado da grade de alimentação, 1500 V, eBlock372 | Design tudo-em-um: bateria, BMS, PCS de alta potência, sistema de segurança e sistema de gerenciamento térmico em um único gabinete externo padronizado, formando um sistema de armazenamento de energia integrado e pronto para uso, ideal para usinas de energia industriais e comerciais. | lado da rede de origem |
| 7 | Lado do cliente comercial e industrial Bloco de energia 1000V Produtos eBlock200 | / | Lado do usuário comercial e industrial | |
| Sistema de armazenamento de energia em cascata de alta tensão | ||||
| 1 | Tecnologia Jinpan | Totalmente refrigerado a líquido Armazenamento em cascata de alta tensão de 35 kV/12,5 MW/25 MWh | Não requer transformador, acesso direto a alta tensão acima de 6KV. Rede elétrica: utiliza tecnologia de equalização ativa de baterias, tecnologia de armazenamento de energia em cascata de alta tensão e tecnologia de gerenciamento térmico com resfriamento totalmente líquido. | Lado da geração, lado da rede, lado do usuário industrial e comercial |
| 2 | Zhiguang | Sistema de armazenamento de energia de alta tensão de 35 kV tipo cascata, montado diretamente e de grande capacidade. | Desenvolvido em conjunto pela Zhiguang Energy Storage, Huaneng Qingneng Energy Academy e Shanghai Jiaotong University, é adequado para a construção de novas usinas de armazenamento de energia e usinas de armazenamento de energia eletroquímica de grande escala, na ordem de gigawatts. | Usinas de armazenamento de energia em grande escala |
Atualmente, os principais fabricantes de sistemas de armazenamento de energia, tanto nacionais quanto internacionais, já lançaram equipamentos baseados em tecnologia de gerenciamento térmico com resfriamento líquido. A partir do segundo semestre do ano passado, diversos projetos têm implementado uma ampla gama de aplicações, com alguns fabricantes até mesmo abandonando os produtos de armazenamento de energia com resfriamento a ar e priorizando totalmente a tecnologia de resfriamento líquido. Portanto, em comparação com os sistemas de resfriamento a ar, o resfriamento líquido, com sua tecnologia e cenários de aplicação cada vez mais maduros, está cada vez mais apto a atender às necessidades urgentes do mercado de sistemas de armazenamento de energia, que apresentam vantagens como alta densidade energética, tamanho reduzido, baixo consumo de energia auxiliar e controle preciso de temperatura.
| empresas de equipamentos de controle de temperatura para armazenamento de energia | |||
| Empresa | Principais clientes e processo | Produto principal | Rotina técnica |
| Envicool | CATL, BYD, Narada Power, KeLu Electronics, PingGao Group, Sunshine Power, Hyberstrong, bem como fabricantes estrangeiros de condicionadores de ar externos da série MC, integradores de sistemas convencionais da série MC e fabricantes de baterias; em 2021, o faturamento com condicionadores de ar de armazenamento de energia e chillers de armazenamento de energia da série EMW para controle de temperatura totalizou 337 milhões de yuans. | Integradores de sistemas convencionais da série C e fabricantes de baterias; ar condicionado com armazenamento de energia de 2021, chiller com armazenamento de energia da série EMW | Refrigeração a ar, refrigeração líquida |
| Shenling | Rede elétrica estadual, etc. | Ar condicionado de teto integrado, ar condicionado de coluna split para ambientes internos, ar condicionado embutido integrado, ar condicionado de precisão split para ambientes internos | Refrigeração a ar |
| Tongfei | Em 2020, a empresa começou a desenvolver o campo do controle de temperatura para armazenamento de energia e expandiu sua carteira de clientes para incluir Sunny Power, Kelong, Trinasolar, etc. | Sistemas de refrigeração líquida, condicionadores de ar industriais montados no telhado, condicionadores de ar industriais integrados, condicionadores de ar industriais split, condicionadores de ar montados na parede | Refrigeração a ar, refrigeração líquida |
| Gaolan | Nossos principais clientes são fabricantes de integração de baterias distribuídas e fábricas de baterias, e já iniciamos a cooperação com a Ningde Times. | Com base em produtos de refrigeração líquida para armazenamento de energia em gabinete único com bateria de lítio, sistemas de refrigeração líquida para usinas de energia de grande escala, produtos de refrigeração líquida para armazenamento de energia em cabines pré-fabricadas, etc. | Refrigeração líquida |
| Songzhi | A empresa passou a integrar o sistema de fornecedores do Ningde Times, Vision Energy e outros clientes, com dois produtos em fase de produção em massa e vários outros em desenvolvimento. | Sistema de gerenciamento térmico com refrigeração líquida para armazenamento de energia (dois produtos em produção em massa, vários em desenvolvimento) | Refrigeração a ar, refrigeração líquida |
| Aotecar | O fornecimento para a Ningde Times começará em 2020, e a produção do primeiro lote do sistema de gerenciamento térmico com resfriamento líquido para armazenamento de energia terá início em 2021. | Sistema de armazenamento de energia, resfriamento líquido e gerenciamento térmico | Refrigeração a ar, refrigeração líquida |
O potencial da energia de refrigeração líquida no futuro
Em termos de custo, de acordo com estudos relevantes, o consumo de energia dos sistemas de refrigeração líquida é geralmente muito menor do que o dos sistemas refrigerados a ar, considerando o mesmo efeito de resfriamento. Portanto, embora o custo inicial de investimento em um sistema de refrigeração líquida seja maior, seu custo total ao longo de todo o ciclo de vida do sistema de armazenamento de energia pode ser menor do que o de um sistema refrigerado a ar. Em resumo, acreditamos que, em alguns cenários, a refrigeração líquida poderá substituir gradualmente a refrigeração a ar como a principal forma de controle de temperatura para armazenamento de energia.
Apesar disso, os sistemas de refrigeração líquida ainda enfrentam certos desafios em termos de confiabilidade. Anteriormente, a aplicação da refrigeração líquida no controle de temperatura para armazenamento de energia era relativamente pequena, e a maturidade da tecnologia ainda apresentava uma certa defasagem em relação à refrigeração a ar, principalmente em termos de estabilidade e confiabilidade operacional. Especificamente, as tubulações do sistema de refrigeração líquida são propensas à corrosão e ao acúmulo de depósitos, resultando em bloqueios ou vazamentos do fluido refrigerante. Além disso, água, glicol, óleo de silicone e outros fluidos refrigerantes comuns podem danificar a bateria ou causar curto-circuito no sistema, representando riscos à segurança da usina de armazenamento de energia.
Além disso, a vida útil projetada do sistema de armazenamento de energia geralmente atinge 15 anos, mas a vida útil das bombas e válvulas dentro do sistema de resfriamento líquido costuma ser de cerca de 7 anos, havendo uma certa discrepância entre as duas. Portanto, é muito provável que o sistema de resfriamento líquido precise de manutenção ou que componentes sejam substituídos durante a operação do projeto de armazenamento, o que afeta a viabilidade econômica do projeto. Naturalmente, com o avanço da tecnologia de resfriamento líquido, acreditamos que esses problemas serão resolvidos gradualmente, e o resfriamento líquido continuará sendo a tendência futura no controle de temperatura em sistemas de armazenamento de energia.
