به شوخی، در زمینه کنترل دمای ذخیره انرژی، نسل اول خنک کننده هوا، نسل دوم و در حال حاضر غالب خنک کننده مایع صفحه سرد بود و خنک کننده مایع غوطه وری همچنان در تلاش برای تبدیل شدن به نسل سوم بود. ناگهان خنک کننده مستقیم پدیدار شد و به شکلی پرطرفدار وارد بازار شد و برای جایگاه جانشین نسل سوم رقابت کرد.
صنعت ذخیره سازی انرژی چین وارد مرحله توسعه سریع شده است و نوآوری های مداوم تکنولوژیکی و همگام سازی مسیرهای تکنولوژیکی متعدد از جلوه های مهم این دوره است.
به ویژه، با تکامل سلولهای ذخیره انرژی به سمت ظرفیت بزرگتر، یکپارچگی سیستم به سمت مقیاس بزرگتر و چگالی انرژی بالاتر توسعه مییابد و سناریوهای کاربردی پیچیدهتر و متنوعتر میشوند، که همگی الزامات بالاتری را در مورد عمر، ایمنی، هزینه و سایر عوامل ایجاد میکنند. سیستم های ذخیره انرژی از یکپارچه سازی سیستم تا اجزای اصلی از جمله سلول ها، 3S، کنترل دما و حفاظت در برابر آتش، تکرار فناوری ادامه دارد.
به عنوان یک حلقه کلیدی در سیستم ذخیره انرژی، سیستم کنترل دما نقشی حیاتی در ایمنی، کارایی و عمر ذخیره انرژی ایفا می کند. به خصوص با افزایش تقاضا برای کاربردهایی مانند ذخیره انرژی طولانی مدت و ذخیره انرژی با نرخ بالا، شاخص های عملکرد کلی برای اجزای کنترل دما افزایش یافته است.
از نسل اول خنک کننده هوا، تا خنک کننده مایع صفحه سرد فعلی، تا خنک کننده مایع غوطه وری که توجه گسترده ای را به خود جلب کرده است، فناوری کنترل دما در سال های اخیر برای بهینه سازی مداوم مسائلی مانند حساسیت باتری به گرما و توزیع ناهموار دما
در ابتدای ماه، خبر مهم دیگری منتشر شد: موسسه CRRC Zhuzhou، همراه با 14 شرکت زنجیره ای صنعتی از جمله Invic، Hisense Network Energy، Tongfei Co., Ltd.، و Midea، یک سیستم 6.9 مگاوات ساعتی آینده گرا را منتشر کردند که در آن لینک کنترل دما برای اولین بار از یک واحد خنک کننده مستقیم ذخیره انرژی 12 کیلوواتی استفاده کرد. به محض انتشار این خبر، توجه صنعت را به خود جلب کرد.
فناوری خنک کننده مستقیم که در ابتدا در زمینه خودروهای انرژی نو مورد استفاده قرار می گرفت، با سر و صدای زیادی وارد صنعت ذخیره سازی انرژی شده است. صداهایی مبنی بر حمایت بلندپایه و همچنین صدای اعتراض وجود دارد.
هدف خنک کننده مستقیم کنترل دمای ذخیره انرژی 3.0؟
در دو سال گذشته، ظرفیت نصب شده جهانی انرژی های تجدیدپذیر به سرعت رشد کرده است. بر اساس گزارش بازار سالانه «انرژی های تجدیدپذیر 2023» که توسط آژانس بین المللی انرژی منتشر شده است، در سال 2023، ظرفیت نصب شده انرژی های تجدیدپذیر در جهان نسبت به سال 2022 50 درصد افزایش می یابد و نرخ رشد ظرفیت نصب شده از گذشته فراتر رفته است. 30 سال. در مقابل این پسزمینه، توسعه صنعت ذخیرهسازی انرژی فضای بازار گستردهای را به وجود آورده است.
در عین حال، شرکتهای ذخیرهسازی انرژی چین در گرداب گردش داخلی گرفتار شدهاند. برای شکست، فناوری اصلی ترین رقابت است، در حالی که ایمنی بالا، هزینه کم و راندمان بالا مهم ترین آستانه برای ارتقاء فناوری ذخیره انرژی هستند.
به خصوص با روند سلول های باتری در مقیاس بزرگ و افزایش چگالی توان یکپارچه سیستم های ذخیره انرژی، کارایی باتری و خطر فرار حرارتی مورد توجه صنعت قرار گرفته است. در این میان سیستم کنترل دما نقش مهمی ایفا می کند.
با نگاهی دقیق به پیشرفت فناوری کنترل دمای ذخیره سازی انرژی، سیستم خنک کننده هوای نسل اول ساده، هزینه ساخت پایین و نصب آسان بود. خنک کننده مایع صفحه سرد نسل دوم شروع به استفاده از مایع به عنوان واسطه تبادل حرارتی با ظرفیت حمل گرما زیاد و راندمان تبادل حرارت بالا کرد. و خنک کننده مایع غوطه وری که هنوز در مراحل اولیه توسعه خود است، از مزایای موثر جلوگیری از فرار حرارتی و یکنواختی شدید دما برخوردار است، اما در دام مشکل هزینه بالا گرفتار شده و هنوز حل نشده است.
در زمانی که صنعت به سرعت در حال توسعه است و فناوری به سرعت در حال تکرار است، خنکسازی مستقیم ناگهان با مشخصات بالایی پایان یافت. گزارش شده است که واحد خنک کننده مستقیم ذخیره انرژی 12 کیلوواتی فوق از فناوری خنک کننده مستقیم مبرد استفاده می کند که تلفات تبادل گرما را کاهش می دهد، سیستم را کارآمدتر انرژی می کند و هزینه ها را کاهش می دهد. در عین حال، طرحی را اتخاذ می کند که نیازی به گردش آب ندارد و خطر نشت "صفر" است. این واحد از نظر اندازه کوچکتر و صدای کمتری دارد و می تواند ظرفیت خنک کنندگی بیشتری را در فضای محدود ارائه دهد که با روند توسعه افزایش تراکم انرژی سیستم های ذخیره انرژی و کاهش فضای موجود مطابقت دارد.
برخی از شرکت های زنجیره تامین گفتند که فناوری کنترل دمای خنک کننده مستقیم گزینه ها و جهت گیری های بیشتری را برای توسعه صنعت ذخیره سازی انرژی ارائه می دهد و انتظار می رود در آینده به روند اصلی توسعه در زمینه مدیریت حرارتی ذخیره انرژی تبدیل شود.
برخی از شرکت ها به صراحت اعلام کرده اند که از آنجایی که گرمای تولید شده توسط سلول های باتری به اندازه کافی متمرکز نیست و گرمای تولید شده در واحد سطح بسیار زیاد نیست، نیازی به فناوری تبرید انتقال حرارت با شدت بالا مانند خنک کننده مستقیم برای حل مشکل نیست. .
خنک کننده مستقیم دقیقا چیست؟ بر اساس اطلاعات عمومی، خنک کننده مستقیم یک طراحی خنک کننده مینیمالیستی است که نیازی به گردش آب ندارد و به مبرد اجازه می دهد به طور مستقیم سلول باتری را از طریق صفحه سرد فلوئور خنک کند و به سرعت گرمای تولید شده را از طریق تبادل حرارت حذف کند.
در حال حاضر، متداولترین فناوریهای کنترل دما عمدتاً خنککننده هوا و خنککننده مایع صفحه سرد هستند و خنککننده مایع غوطهوری هنوز در مراحل اولیه توسعه است. در میان چهار فناوری کنترل دما که در جدول بالا نشان داده شده است، به جز خنک کننده هوا که از هوا به عنوان محیط خنک کننده استفاده می کند، خنک کننده مایع صفحه سرد، خنک کننده مایع غوطه وری و خنک کننده مستقیم، همه از مایع استفاده می کنند.
در بین سه فناوری خنککننده مایع، تنها خنککننده غوطهوری از تماس مستقیم با غوطهور کردن سلولهای باتری به طور مستقیم در مایع غوطهوری بدون هیچ گونه پیوند انتقال حرارت در بین آن استفاده میکند. خنک کننده مایع صفحه سرد و خنک کننده مستقیم هر دو از تماس غیر مستقیم استفاده می کنند.
از نظر ساختاری، خنک کننده مستقیم و خنک کننده مایع صفحه سرد کاملاً مشابه هستند. صاحبان صنعت میگویند که فناوری خنککننده مایع صفحه سرد سنتی با وارد کردن آب سرد به صفحه خنککننده مایع، گرما را به ته باتری پراکنده میکند، در حالی که خنکسازی مستقیم، آب خنککننده مایع صفحه سرد را با مبرد جایگزین میکند که سپس برای استفاده از آن استفاده میشود. سلول باتری را از طریق یک صفحه سرد فلوئور خنک کنید.
با این حال، اگرچه اشکال مشابه هستند، اما اصول تبادل حرارتی این دو فناوری دقیقاً یکسان نیست.
در سرمایش مستقیم از یک طرف از تبادل حرارتی اختلاف دما استفاده می شود. از آنجایی که دمای مبرد نسبتاً پایین است و خود مبرد دارای ظرفیت گرمایی ویژه بسیار بیشتر از آب است، می توان بازده تبادل حرارتی بالاتری را به دست آورد. از سوی دیگر، خنکسازی مستقیم از اصل جذب گرمای تبخیر نیز استفاده میکند و با تبدیل مبرد از مایع به گاز، گرمای اطراف را جذب میکند.
در همین راستا، برخی از دست اندرکاران صنعت توضیح دادند که "کوپلینگ زیاد سیستم خنک کننده باتری با سیستم تهویه مطبوع معادل قرار دادن مستقیم اواپراتور در سیستم تهویه مطبوع در بسته باتری است."
مشاهده میشود که میزان گرمایی که میتوان با خنکسازی مستقیم در این روش تبادل حرارتی دوگانه حذف کرد، بسیار بیشتر از خنککننده مایع صفحه سرد است که صرفاً به تبادل حرارت اختلاف دما متکی است. ظرفیت تبادل حرارت عالی و راندمان کلی دستگاه باعث می شود خنک کننده مستقیم فضای بازار قابل توجهی در زمینه ذخیره سازی انرژی داشته باشد.
در واقع، ایده استفاده از فناوری کنترل دمای خنککننده مستقیم در زمینه ذخیرهسازی انرژی برای مدت طولانی مطرح شده است، اما محصولات و کاربردهای مرتبط، حتی در کاربردهای تحقیقاتی جدید، نسبتاً نادر هستند. دلیل آن این است که فناوری خنک کننده مستقیم هنوز مشکلات زیادی دارد که از بین نرفته است.
در ترویج محصولات کنترل دمای خنک کننده مستقیم، ایمنی اغلب در موقعیت بسیار برجسته ای قرار می گیرد. گزارش شده است که به محض وقوع نشت، مبرد به طور خودکار به گاز تبخیر می شود و خطر نشتی را صفر می کند و می تواند به طور موثر از اتصال کوتاه الکتریکی و فرار حرارتی ناشی از نشت رسانه های خنک کننده معمولی جلوگیری کند.
شایان ذکر است که سیستم خنک کننده مستقیم با شدت فشار بیشتری مواجه است. از یک طرف، فشار فلوئور بسیار بیشتر از فشار آب است. فشار آب فقط چند کیلوگرم است، اما فشار فلوئور ده ها کیلوگرم بیشتر از آن است. از طرف دیگر، فشار تبخیر مبرد به طور کلی به 3-4 اتمسفر می رسد، در حالی که فشار کاری صفحه خنک کننده مایع معمولاً در 1.3 اتمسفر است.
بنابراین، خنکسازی مستقیم، نیازهای مقاومت فشاری صفحه سرد، اتصالات و خطوط لوله را تا حد زیادی افزایش میدهد. به عنوان مثال، لوله های نایلونی معمولی به هیچ وجه نمی توانند چنین فشاری را تحمل کنند. سطح مقاومت فشار صفحه خنک کننده مستقیم باید حداقل 4 برابر فشار تبخیر باشد.
علاوه بر این، خنکسازی مستقیم نیازمندیهای بسیار بالاتری برای آببندی صفحه سرد نسبت به خنککننده مایع سنتی است.
همه این عوامل تکرار فناوری خود را برای شرکت های زنجیره تامین بسیار دشوار می کند و هزینه قطعات نیز بر همین اساس افزایش می یابد. از نظر کنترل سیستم، خنک کننده مستقیم نیز پیچیده تر است زیرا باید توزیع جریان بین پک های مختلف، کنترل دمای تبخیر و طراحی کانال جریان صفحه سرد و غیره را در نظر گرفت.
با در نظر گرفتن طراحی جهت جریان مبرد در صفحه خنک کننده مستقیم به عنوان مثال، بسته باتری نه تنها باید اطمینان حاصل کند که سلول های باتری در دمای معقول کار می کنند، بلکه باید اختلاف دما بین ماژول های مختلف را نیز کنترل کند. به طور کلی، اختلاف دمای سلول های باتری لازم است بیش از 5 درجه نباشد. بنابراین، اطمینان از دمای یکنواخت صفحه سرد باتری بسیار مهم است. بنابراین، بهینه سازی جهت جریان مبرد در صفحه خنک کننده مستقیم و بهبود یکنواختی دمای باتری ذخیره انرژی، مشکلاتی هستند که سیستم خنک کننده مستقیم باید بر آنها غلبه کند.
مشاهده می شود که هنوز مشکلات زیادی برای استفاده واقعی از فناوری خنک کننده مستقیم در زمینه ذخیره سازی انرژی وجود دارد و رسیدن به کاربرد در مقیاس بزرگ زمان زیادی را می طلبد.