エネルギー貯蔵熱管理の新しいソリューションとは?

 クリーン エネルギーの割合が徐々に増加するにつれて、エネルギー貯蔵は、発電、送電網、および電力システムのユーザーにおいて重要な役割を果たします。 高エネルギー密度、柔軟なアプリケーション、および迅速な応答という利点により、エネルギー貯蔵は急速に発展しています。

CNESA のデータによると、2021 年末までに稼働する世界の電気エネルギー貯蔵プロジェクトの累積設置規模は 209.4GW であり、新しいエネルギー貯蔵の累積設置規模は 25.4GW です。 ナトリウム イオン電池は市場を支配しており、90% 以上の市場シェアと 23.1GW を占めています。 中国で稼働中の電気エネルギー貯蔵プロジェクトの累積設置規模は 46.1GW で、世界の総市場規模の 22% を占めています。 新しいエネルギー貯蔵の累積設置規模は5.73GWに達します。 リチウム イオン電池は、5.14GW の 89.7% を占め、新しいエネルギー貯蔵の主流技術ルートです。

電気化学エネルギー貯蔵のコア コンポーネントとして、バッテリーには熱暴走の大きなリスクがあります。 安全性の観点から、エネルギー貯蔵の熱管理は非常に重要です。

  1. 電気化学エネルギー貯蔵システムにおける熱管理

熱管理は電気化学エネルギー貯蔵システムの重要な部分です。電気化学エネルギー貯蔵の産業チェーンは、上流の機器サプライヤー、中流のインテグレーター、下流のアプリケーションエンドの 3 つの部分に分かれています。

アップストリーム デバイスには、バッテリー パック、エネルギー ストレージ インバーター (PCS)、バッテリー管理システム (BMS)、エネルギー管理システム (EMS)、熱管理、およびその他のデバイスが含まれます。 ミッドストリーム リンクの中核は、システム統合と EPC です。 下流のシナリオは、電源側、送電網側、およびユーザー側に分けられます。

エネルギー貯蔵産業チェーンのほとんどの企業は 1-2 セグメントに関与していますが、一部の企業はバッテリーからシステム統合、さらには EPC までの全プロセスに関与しています。

2011 年から 2021 年にかけて、世界で合計 32 件のエネルギー貯蔵発電所の火災および爆発事故が発生しました。 2022 年 1 月から 5 月にかけて、世界で 10 件以上のエネルギー貯蔵火災事故が発生しました。 中国でのバッテリーエネルギー貯蔵ステーションの急速な発展に伴い、バッテリーとPCSの品質問題またはシステムインテグレーターの不均一な建設性能により、バッテリーエネルギー貯蔵の潜在的な火災の危険性は深刻であり、火災事故が頻繁に発生しています。

2021 年 4 月 16 日、北京の国軒福威蓄電発電所で火災と爆発が発生しました。 調査によると、火災の原因はLFPバッテリーの内部短絡であり、バッテリーが暴走して発火した。 同年 7 月、テスラのメガパック エネルギー貯蔵システムを搭載したオーストラリアの「ビクトリア ビッグ バッテリー」プロジェクトで、テスト中の冷却システムの漏れにより、バッテリー コンパートメントで火災が発生しました。

バッテリーの熱暴走は、火災事故の主な原因です。

バッテリーの熱暴走とは、内部短絡または外部短絡がバッテリーによって短時間に大量の熱を発生させ、正と負の活性物質の反応と電解質の分解を引き起こし、大量の高温で可燃性の物質を生成することを指しますガスが発生し、バッテリーの発火または爆発の原因となります。

頻繁な火災事故は、熱管理がエネルギー貯蔵発電所の安全な運用を確保するために不可欠な要素になっていることを強調しています。

  2. サーマルソリューション

現在、エネルギー貯蔵熱管理の比較的成熟した熱ソリューションは空冷と液体冷却であり、その中で現在のエネルギー貯蔵システムでは空冷が主流であり、液体冷却スキームの透過性は将来も上昇し続けると予想されます.

熱管理はエネルギー貯蔵システムの中核となり、現在、空冷と液体冷却は成熟した技術です。 エネルギー貯蔵熱管理の冷却方法には、主に、空冷（空冷）、液体冷却と相変化冷却、およびヒートパイプ冷却の3つの冷却技術が含まれます。

  空冷

現在、空冷技術は主にコンテナエネルギー貯蔵システムと低電力密度の通信基地局エネルギー貯蔵システムで使用されています。 一方では、空冷システムは構造がシンプルで、安全で信頼性が高く、実装が簡単です。 一方、エネルギー貯蔵システムは、エネルギー密度とスペースの点で動力電池システムほど制限がないため、バッテリーの数を増やして稼働率と発熱率を下げることができます。

液体冷却

液体冷却技術は、水または他の冷却剤を使用して、液体冷却プレート上に均等に配置された導体と間接的に接触することで熱を放散します。

その利点は次のとおりです。

1) 熱源に近く、効率的な冷凍;

2）同じ容量のコンテナ空冷方式と比較して、液体冷却システムはエアダクトを設計する必要がなく、床面積の50％以上を節約し、将来の大規模エネルギー貯蔵により適しています100 MW 以上の発電所。

3) 空冷方式に比べて、ファンなどの機械部品の使用が減るため、故障率が低くなります。

4) 液体冷却の低ノイズ、システムの省電力、環境に優しい。

  相変化冷却

相変化冷却は、相変化材料を使用して熱を吸収する冷却方法です。

相変化材料の選択は、バッテリーの放熱効果に最も大きな影響を与えます。 選択された相変化材料の比熱容量が大きく、熱伝達係数が高い場合、同じ条件下での冷却効果はより良くなり、そうでない場合、冷却効果はより悪くなります。

相変化冷却には、コンパクトな構造、低い接触熱抵抗、優れた冷却効果という利点がありますが、相変化材料自体には放熱能力がなく、吸収された熱は液体冷却システム、空冷システムなどに依存する必要があります.、または相変化材料が熱を吸収し続けることができません。

さらに、相変化材料はスペースを取り、多くの費用がかかります。

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