中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)是當(dāng)下熱度最高的行業(yè)之一，而作為儲(chǔ)能產(chǎn)品核心系統(tǒng)之一的熱管理系統(tǒng)，機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存。從第十三屆中國(guó)國(guó)際儲(chǔ)能大會(huì)上可以看到，各企業(yè)爭(zhēng)相推出全浸沒式液冷散熱技術(shù)相關(guān)產(chǎn)品，用于溫度控制的儲(chǔ)能液冷技術(shù)正處于快速發(fā)展階段，未來市場(chǎng)空間廣闊。
據(jù)中國(guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)儲(chǔ)能分會(huì)統(tǒng)計(jì)，截至目前，我國(guó)涉及儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)的注冊(cè)企業(yè)已超過8萬家，到2025年新型儲(chǔ)能的產(chǎn)業(yè)規(guī)模或突破萬億元大關(guān)，到2030年預(yù)計(jì)接近3萬億元。
液冷儲(chǔ)能系統(tǒng)已成主流
液冷儲(chǔ)能對(duì)系統(tǒng)的安全性和經(jīng)濟(jì)性提升明顯
儲(chǔ)能項(xiàng)目整體規(guī)模的增加以及“大電芯”的趨勢(shì)，安全風(fēng)險(xiǎn)提升，如何更好的控制電芯溫度，降低儲(chǔ)能系統(tǒng)能耗，提升儲(chǔ)能系統(tǒng)安全性，業(yè)界提出的解決方案之一是升級(jí)儲(chǔ)能熱管理系統(tǒng)（即風(fēng)冷散熱經(jīng)冷板式液冷散熱向全浸沒式液冷散熱過渡）。
目前儲(chǔ)能熱管理的主流技術(shù)路線是風(fēng)冷和液冷。儲(chǔ)能熱管理技術(shù)路線主要分為風(fēng)冷、液冷、熱管冷卻、相變冷卻，其中熱管和相變冷卻技術(shù)尚未成熟。
風(fēng)冷：以空氣為介質(zhì)進(jìn)行熱交換。主要特點(diǎn)為結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，但散熱速度和效率較低，適用于電池產(chǎn)熱率不高的儲(chǔ)能項(xiàng)目；
液冷：以液體為介質(zhì)進(jìn)行熱交換。主要特點(diǎn)為散熱速度和效率更高，但結(jié)構(gòu)更復(fù)雜、成本更高，同時(shí)需考慮冷卻介質(zhì)泄露的風(fēng)險(xiǎn)；
熱管冷卻（正在實(shí)驗(yàn)室階段中）：憑借著管內(nèi)的冷卻介質(zhì)發(fā)生了相變來進(jìn)行換熱。主要特點(diǎn)為散熱速度和效率高于液冷，冷卻介質(zhì)泄露風(fēng)險(xiǎn)更低，但成本更高；
相變冷卻（尚處于實(shí)驗(yàn)室階段）：通過相變材料吸收熱量，并結(jié)合風(fēng)冷/液冷系統(tǒng)等導(dǎo)出熱量。主要特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、接觸熱阻低、冷卻效果好，吸收的熱量需要依靠液冷系統(tǒng)、風(fēng)冷系統(tǒng)等導(dǎo)出，但相變材料占空間，成本高。
液冷儲(chǔ)能最大特點(diǎn)是冷卻能力強(qiáng)，通過冷卻液對(duì)流直接對(duì)電芯散熱，不受外界條件影響，對(duì)溫度的控制更精確。液冷儲(chǔ)能系統(tǒng)除了經(jīng)濟(jì)和安全性，而且也更加適用于大容量?jī)?chǔ)能。相較于傳統(tǒng)風(fēng)冷集裝箱，能量密度可提升100%，節(jié)省占地面積40%以上。液冷系統(tǒng)比風(fēng)冷系統(tǒng)可節(jié)能30%左右，可保障電芯溫度更低、溫度均勻性更好，有效延長(zhǎng)電池壽命，降低經(jīng)濟(jì)投入，縮短回本年限。
圖1：風(fēng)冷與液冷的方案介紹
圖2：風(fēng)冷與液冷在各項(xiàng)上的對(duì)比
綜合來看，液冷方案在保證儲(chǔ)能系統(tǒng)安全、散熱效率等方面綜合優(yōu)勢(shì)顯著。因此從長(zhǎng)期來看，隨著新能源電站、離網(wǎng)儲(chǔ)能等更大電池容量、更高系統(tǒng)功率密度的儲(chǔ)能電站需求起步，儲(chǔ)能系統(tǒng)能量密度與發(fā)熱量更大，對(duì)安全性和壽命的要求更高，將推動(dòng)行業(yè)更多轉(zhuǎn)向采用液冷方案。
大規(guī)模應(yīng)用面臨的難題
目前，液冷技術(shù)漸漸成為大型儲(chǔ)能系統(tǒng)的主流方案，進(jìn)入大規(guī)模應(yīng)用階段。去年，液冷儲(chǔ)能基本上得到了市場(chǎng)認(rèn)可?，F(xiàn)在，大型儲(chǔ)能項(xiàng)目招標(biāo)近80%是采用液冷儲(chǔ)能技術(shù)，也有很多工程師在研究相變材料和液冷或風(fēng)冷的混合模式。
伴隨大規(guī)模儲(chǔ)能時(shí)代的到來，對(duì)電池技術(shù)及儲(chǔ)能系統(tǒng)提出了更高的要求，液冷儲(chǔ)能也面臨一些挑戰(zhàn)。首先，液冷管路復(fù)雜，接口多，如何保障整體全生命周期下管路的運(yùn)行可靠性是重點(diǎn)；其次，防凍液的壽命偏短，需要定期維護(hù)，一般3-5年后需要涉及一定的運(yùn)維或更換；最后，液冷pack的整體重量是幾百公斤等級(jí)，對(duì)pack級(jí)的維護(hù)需要專用設(shè)備及工具，也對(duì)運(yùn)維提出了較高的要求。
目前市場(chǎng)上儲(chǔ)能溫控液多采用傳統(tǒng)的技術(shù)路線，通過各類添加劑來消耗解決乙二醇氧化酸化等問題，使用年限一般不超過5年，在使用后期由于添加劑消耗過快而導(dǎo)致液冷系統(tǒng)管路出現(xiàn)腐蝕及沉積等情況，極易造成溫控液的堵塞或泄露，從而損壞電池或造成系統(tǒng)短路，導(dǎo)致儲(chǔ)能電站安全隱患。而頻繁更換冷卻液或修理管道需要在能項(xiàng)目的運(yùn)行過程中需要通過關(guān)停等方式來對(duì)液冷系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)或更換，從而極大影響項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性。因此，研發(fā)超長(zhǎng)壽命的儲(chǔ)能溫控液將是儲(chǔ)能溫控未來的發(fā)展趨勢(shì)。
全浸沒式液冷系統(tǒng)嶄露頭角
全浸沒液冷儲(chǔ)能技術(shù)，顧名思義，在儲(chǔ)能系統(tǒng)中，電芯直接浸沒于冷卻液（介質(zhì)是超純水、礦物油、聚烯烴和含氟類滅火劑等各種冷卻絕緣液體），與空氣、水分等完全隔離，通過電芯與冷卻液直接接觸以及液體循環(huán)來實(shí)現(xiàn)快速、充分的溫度控制。
形象地說，如果把風(fēng)冷散熱比喻成吹風(fēng)扇，冷板液冷散熱比喻為貼著冰塊，那全浸沒液冷散熱就是電芯集體“泡冷水澡”。
實(shí)際工作時(shí)，電池直接浸沒在艙內(nèi)的冷卻液中，實(shí)現(xiàn)對(duì)電池直接、快速、充分冷卻降溫，可確保電池在最佳溫度范圍內(nèi)運(yùn)行，有效延長(zhǎng)電池的使用壽命，整體提升儲(chǔ)能電站的安全性能。
圖3：儲(chǔ)能在線PACK級(jí)全浸沒液冷原理圖及電池箱
綜合來看，全浸沒液冷散熱相較風(fēng)冷散熱和冷板液冷散熱，優(yōu)點(diǎn)在于溫度控制效率高、系統(tǒng)安全性高，缺點(diǎn)則是現(xiàn)階段系統(tǒng)成本、運(yùn)維成本較高，且現(xiàn)階段大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用模式還未完全成熟，正處于初步試用階段。
全浸沒式液冷儲(chǔ)能系統(tǒng)現(xiàn)階段成本較高，難以應(yīng)用在對(duì)成本較為敏感的儲(chǔ)能場(chǎng)景。不過，針對(duì)那些高度重視安全性，對(duì)成本不那么敏感的場(chǎng)景，如公共設(shè)施、數(shù)據(jù)中心、商業(yè)建筑、機(jī)場(chǎng)、港口、軌道交通等領(lǐng)域，全浸沒式液冷儲(chǔ)能系統(tǒng)前景廣闊。
未來，隨著全浸沒式液冷儲(chǔ)能技術(shù)進(jìn)一步迭代，規(guī)?；?biāo)準(zhǔn)化應(yīng)用形成，成本大幅下降，結(jié)合其高安全性的壓倒性優(yōu)勢(shì)，其在儲(chǔ)能系統(tǒng)內(nèi)的滲透率將得到爆發(fā)性提升。
液冷儲(chǔ)能系統(tǒng)滲透率有望25年達(dá)到45%！
對(duì)于儲(chǔ)能液冷市場(chǎng)展望，根據(jù)高工產(chǎn)業(yè)研究院測(cè)算，2022-2025年，中國(guó)儲(chǔ)能溫控市場(chǎng)規(guī)模將從46.6億元增長(zhǎng)至164.6億元，復(fù)合年均增長(zhǎng)率為52.3%。據(jù)高工產(chǎn)業(yè)研究院(GGII)分析，2025年國(guó)內(nèi)儲(chǔ)能溫控出貨價(jià)值量將達(dá)到165億元隨著儲(chǔ)能能量和充放電倍率的提升，中高功率儲(chǔ)能產(chǎn)品使用液冷的占比將逐步提升，液冷有望成為未來主流方案，其中液冷技術(shù)到2025年滲透率有望達(dá)到45%左右。
未來，由于新能源電站和離網(wǎng)儲(chǔ)能等需要更大的電池容量和更高的系統(tǒng)功率密度，液冷儲(chǔ)能的占比將越來越大，必將憑借其綜合優(yōu)勢(shì)成為儲(chǔ)能市場(chǎng)的主流。并將激發(fā)儲(chǔ)能系統(tǒng)廠商持續(xù)布局新產(chǎn)品、新技術(shù)的熱情，推動(dòng)儲(chǔ)能系統(tǒng)的安全性和經(jīng)濟(jì)性提升。
（上述內(nèi)容整合自搜狐、中國(guó)證券報(bào)、電化學(xué)儲(chǔ)能、知乎、ofweek儲(chǔ)能網(wǎng)等）
