Was ist die neue Lösung für das Wärmemanagement des Energiespeichers?

 Da der Anteil an sauberer Energie allmählich zugenommen hat, spielt die Energiespeicherung eine entscheidende Rolle bei der Stromerzeugung, dem Stromnetz und dem Nutzer des Stromsystems. Aufgrund der Vorteile von hoher Energiedichte, flexibler Anwendung und schneller Reaktion entwickelt sich die Energiespeicherung rasant.

Laut CNESA-Daten beträgt die kumulierte installierte Größe der in Betrieb genommenen globalen Elektroenergiespeicherprojekte bis Ende 2021 209,4 GW und die kumulierte installierte Größe neuer Energiespeicher 25,4 GW. Natrium-Ionen-Batterien dominieren den Markt mit einem Marktanteil von über 90 Prozent und 23,1 GW. Die kumulierte installierte Größe der in China in Betrieb genommenen Elektroenergiespeicherprojekte beträgt 46,1 GW, was 22 Prozent der gesamten globalen Marktgröße entspricht. Die kumulierte installierte Größenordnung neuer Energiespeicher erreicht 5,73 GW. Lithium-Ionen-Batterien sind die Mainstream-Technologieroute der neuen Energiespeicherung und machen 89,7 Prozent von 5,14 GW aus.

Als Kernkomponente der elektrochemischen Energiespeicherung birgt die Batterie ein großes Risiko des thermischen Durchgehens. Aus sicherheitstechnischer Sicht ist das thermische Management von Energiespeichern äußerst wichtig.

  1. Thermisches Management im elektrochemischen Energiespeichersystem

Das Wärmemanagement ist ein wichtiger Bestandteil des elektrochemischen Energiespeichersystems. Die industrielle Kette der elektrochemischen Energiespeicherung ist in drei Teile unterteilt: vorgelagerter Gerätelieferant, mittlerer Integrator und nachgelagertes Anwendungsende.

Zu den vorgeschalteten Geräten gehören Batteriepakete, Energiespeicher-Wechselrichter (PCS), Batteriemanagementsysteme (BMS), Energiemanagementsysteme (EMS), Wärmemanagement und andere Geräte; Der Kern von Midstream Link ist Systemintegration plus EPC; Die nachgelagerten Szenarien sind in Stromversorgungsseite, Stromnetzseite und Benutzerseite unterteilt.

Die meisten Unternehmen in der Energiespeicherbranche sind in 1-2-Segmenten tätig, während einige Unternehmen am gesamten Prozess von der Batterie bis zur Systemintegration und sogar EPC beteiligt sind.

Von 2011 bis 2021 ereigneten sich weltweit insgesamt 32 Brand- und Explosionsunfälle in Energiespeicherkraftwerken. Von Januar bis Mai 2022 ereigneten sich weltweit mehr als 10 Brandunfälle bei Energiespeichern. Mit der rasanten Entwicklung von Batterie-Energiespeicherstationen in China, aufgrund der Qualitätsprobleme von Batterien und PCS oder der uneinheitlichen Konstruktionsleistung von Systemintegratoren, sind die potenziellen Brandgefahren von Batterie-Energiespeichern ernst und Brandunfälle sind häufig.

Am 16. April 2021 kam es im Energiespeicherkraftwerk Guoxuan Fuwei in Peking zu einem Brand und einer Explosion. Ursache des Brandes war den Ermittlungen zufolge ein interner Kurzschluss in der LFP-Batterie, wodurch sich die Batterie unkontrolliert erhitzte und entzündete. Im Juli desselben Jahres fing das Projekt „Victoria Big Battery“ in Australien, das mit Teslas Megapack-Energiespeichersystem ausgestattet ist, Feuer im Batteriefach, weil das Kühlsystem während des Tests ausgelaufen war.

Das thermische Durchgehen von Batterien ist die Hauptursache für Brandunfälle.

Das thermische Durchgehen der Batterie bezieht sich auf den internen Kurzschluss oder den externen Kurzschluss, der zu einer großen Wärmemenge führt, die von der Batterie in kurzer Zeit erzeugt wird, wodurch die Reaktion positiver und negativer aktiver Substanzen und die Elektrolytzersetzung ausgelöst wird, wodurch eine große Menge heißer und brennbarer erzeugt wird Gas, was zu einem Brand oder einer Explosion der Batterie führen kann.

Häufige Brandereignisse zeigen, dass das Thermomanagement zu einem wesentlichen Bestandteil für den sicheren Betrieb von Energiespeicherkraftwerken geworden ist.

  2. Thermische Lösungen

Gegenwärtig sind Luftkühlung und Flüssigkeitskühlung die relativ ausgereiften thermischen Lösungen für das Wärmemanagement von Energiespeichern, wobei die Luftkühlung die Hauptströmung im aktuellen Energiespeichersystem darstellt, und es wird erwartet, dass die Durchlässigkeit des Flüssigkeitskühlungssystems in Zukunft weiter steigen wird .

Das Wärmemanagement wird zum Kern des Energiespeichersystems, und Luftkühlung und Flüssigkeitskühlung sind derzeit ausgereifte Technologien. Die Kühlmethoden des Energiespeicher-Thermomanagements umfassen im Wesentlichen die folgenden drei Kühltechnologien: Luftkühlung (Luftkühlung), Flüssigkeitskühlung und Phasenwechselkühlung sowie Heatpipe-Kühlung.

  Luftkühlung

Derzeit wird die Luftkühlungstechnologie hauptsächlich in Container-Energiespeichersystemen und Kommunikations-Basisstation-Energiespeichersystemen mit geringer Leistungsdichte eingesetzt. Einerseits ist das Luftkühlsystem einfach im Aufbau, sicher und zuverlässig und leicht zu implementieren; Da andererseits das Energiespeichersystem in Bezug auf Energiedichte und Platz nicht so restriktiv wie das Leistungsbatteriesystem ist, kann die Anzahl der Batterien erhöht werden, um eine niedrigere Betriebsrate und Wärmeerzeugungsrate zu erhalten.

Flüssigkeitskühlung

Die Flüssigkeitskühlungstechnologie verwendet Wasser oder andere Kühlmittel, um Wärme durch indirekten Kontakt mit dem Leiter abzuleiten, der gleichmäßig auf der Flüssigkeitskühlplatte verteilt ist.

Zu seinen Vorteilen gehören:

1) In der Nähe einer Wärmequelle, effiziente Kühlung;

2) Verglichen mit dem Container-Luftkühlungsschema mit der gleichen Kapazität muss das Flüssigkeitskühlsystem den Luftkanal nicht entwerfen, was mehr als 50 Prozent der Bodenfläche einspart und besser für die zukünftige Energiespeicherung im großen Maßstab geeignet ist Kraftwerk mit 100 MW oder mehr;

3) Im Vergleich zum Luftkühlsystem ist die Ausfallrate geringer, da der Einsatz von Lüftern und anderen mechanischen Komponenten reduziert ist;

4) Geräuscharm durch Flüssigkeitskühlung, spart Stromverbrauch des Systems und ist umweltfreundlich.

  Phasenwechselkühlung

Phasenwechselkühlung ist eine Kühlmethode, die Phasenwechselmaterialien verwendet, um Wärme zu absorbieren.

Die Wahl des Phasenwechselmaterials hat den größten Einfluss auf die Wärmeableitungswirkung der Batterie. Wenn die spezifische Wärmekapazität des ausgewählten Phasenwechselmaterials größer und der Wärmeübergangskoeffizient höher ist, ist die Kühlwirkung unter den gleichen Bedingungen besser, andernfalls ist die Kühlwirkung schlechter.

Die Phasenwechselkühlung hat die Vorteile einer kompakten Struktur, eines geringen thermischen Kontaktwiderstands und einer guten Kühlwirkung, aber das Phasenwechselmaterial selbst hat keine Wärmeableitungsfähigkeit, die absorbierte Wärme muss sich auf das Flüssigkeitskühlsystem, das Luftkühlsystem usw. verlassen ., oder das Phasenwechselmaterial kann nicht weiter Wärme aufnehmen.

Außerdem nehmen Phasenwechselmaterialien Platz ein und kosten viel.

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