安全一直是懸在鋰電儲能頭上的“達摩克利斯之劍”。安全問題已經(jīng)將韓系為主的三元鋰電池幾乎排除在儲能“高墻”之外。
如今，磷酸鐵鋰電池依舊高企的安全隱憂，其中最普遍的做法是向本征安全、主動安全、被動安全單個維度進發(fā)，打造更安全鋰電池儲能。
浸沒式液冷進入儲能領域，指的是把電芯完全泡在一種絕緣、無毒、可散熱的液體中，通過液體把熱量帶走，以此實現(xiàn)更高級別熱管理。冷卻液在作為溫度控制的介質外，還可以作為儲能系統(tǒng)消防液使用，使得溫度控制與消防合二為一，形成了此項技術最顯著的特點。
目前，儲能系統(tǒng)內的電池熱管理技術主要有風冷或冷板式液冷兩種。伴隨安全的重要性凸顯，其中液冷的滲透率逐漸加快。高工產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù)顯示，液冷有望在2025年達到50%的滲透率。實際這已經(jīng)是一個保守估計，更多企業(yè)人士表示，今年以來，液冷在手訂單已經(jīng)超過風冷訂單。
浸沒式液冷作為液冷中重要的一個類別，亦正在受到業(yè)界關注。去年以來，南瑞繼保、易事特、科創(chuàng)儲能、佛山久安、儲能在線等多個公司已經(jīng)推出全浸沒液冷儲能系統(tǒng)產(chǎn)品;與此同時，具有“異曲同工”的楚能浸沒式儲能出爐。
當前，儲能電芯走向300+Ah、儲能系統(tǒng)紛紛走向5MWh+。以一個20尺5MWh的液冷儲能集裝箱為例，采用314Ah的電芯，需要電芯約5000顆以上。比采用280Ah儲能電芯的20尺3.44MWh的液冷儲能集裝箱，要多1200顆電芯?？梢哉f，這其中的安全性挑戰(zhàn)亦相應增加。
浸沒式液冷在面對更強安全性要求的產(chǎn)業(yè)背景下，無疑會更具優(yōu)勢。但浸沒式液冷為何仍處于“叫好不叫座”的狀態(tài)?高工儲能向頭部企業(yè)了解到，今年的儲能仍處于解決溫飽階段，甚至更多企業(yè)為了一時訂單，不惜低價競爭。那么，價格較高的浸沒式液冷的滲透率自然收斂。
但浸沒式液冷產(chǎn)業(yè)化形勢究竟幾何?本文將從浸沒式液冷突然性爆發(fā)、前世今生，以及重要難點等著手分析，試圖全面解鎖浸沒式儲能產(chǎn)業(yè)化前景。
驚雷一聲“浸沒”起
2022年以來儲能按下了“快進鍵”，該領域的技術創(chuàng)新亦加快腳步。
浸沒式液冷在去年安全隱憂高企的情況下，加快產(chǎn)業(yè)化進度。今年3月6日，南方電網(wǎng)梅州寶湖儲能電站在五華縣河東工業(yè)園投入運行。這個百MWh級別項目的落地，就像平地一聲驚雷起，撬開了浸沒式儲能的“大門”。
該電站的投運既標志著浸沒式液冷這一前沿技術在新型儲能工程領域的成功應用，也吸引了業(yè)界對該項技術的關注。
據(jù)介紹，該儲能電站規(guī)模為70MW/140MWh。這也是全球首個浸沒式液冷儲能電站，標志著浸沒式液冷這一前沿技術在新型儲能工程領域的成功應用。
這個項目中，電池直接浸沒在艙內的冷卻液中，實現(xiàn)對電池直接、快速、充分冷卻降溫，確保了電池在最佳溫度范圍內運行，有效延長電池的使用壽命，整體提升儲能電站的安全性能。這個百MWh項目的落地，讓業(yè)界看到了這種技術路線的“前景”。
南方電網(wǎng)公司領軍級技術專家、南網(wǎng)儲能科技公司董事長汪志強表示，"梅州寶湖儲能電站的每個浸沒式液冷電池艙容量為5.2兆瓦時，能夠實現(xiàn)電池運行溫升不超過5攝氏度，不同電池溫差不超過2攝氏度。"
浸沒式液冷“前世今生”
當前，儲能熱管理主要有風冷、液冷等2種方式。風冷是利用自然風壓或利用空調系統(tǒng)對電池進行散熱，雖然結構簡單、便于安裝，但冷卻效率不高，電池散熱不均勻，電池組之間溫差較大(4℃—8℃)。
冷板式液冷是把裝有循環(huán)流動冷卻液的冷卻板放置在電芯下方，給電芯接觸部位降溫，冷卻液不與電芯直接接觸，是一種間接式冷卻方式，存在降溫速度慢、時間長等不足。
按照分類，浸沒式液冷屬于液冷的一種。由于浸沒液與電芯全方位接觸，更好地控制電芯的溫差水平;此外，采用非油類的冷卻液時，液體本身就具有滅火能力，起到了溫控與消防融合的效果。
浸沒式液冷最早運用于數(shù)據(jù)中心。相關數(shù)據(jù)顯示，去年，數(shù)據(jù)中心的浸沒式液冷市場估計為3.999億，預計年復合增長率為26.06%，到預測期末將達到1.5961億美元。數(shù)據(jù)中心不斷增長的碳足跡被認為是采用浸沒式液冷的主要驅動因素之一。
根據(jù)選擇的冷卻液的不同，浸沒液冷儲能系統(tǒng)，又可以分為水基、油基、氟基三種主要類型。其中水基的特征是，成本低、導熱性能佳，但過濾系統(tǒng)復雜，絕緣性難以保證;油基的特征是絕緣性好，但較難維護，尤其低溫環(huán)境粘度大，成本較高;氟基的特征主要表現(xiàn)為粘度低、易維護，但成本是三種中最高的。
除了南瑞繼保、科創(chuàng)儲能、易事特等推出了已經(jīng)推出全沉浸液冷儲能系統(tǒng)產(chǎn)品，楚能新能源的“靜默式消防”亦有異曲同工之妙。
楚能新能源的“浸默”系統(tǒng)，在于消防系統(tǒng)采用液態(tài)消防介質，可在3分鐘內將有發(fā)生熱失控報警的液冷PACK箱完全浸沒，通過快速降溫以及局部窒息手段，阻斷熱失控電池的進一步反應，使得電池間以及PACK間不再有熱蔓延，這與浸沒式液冷有一定的相似之處。
“叫好不叫座”背后
浸沒式液冷在儲能領域的應用，使得儲能安全提升了一大步。但它的商業(yè)化腳步并不算快。其中的致命原因仍在于其價格高昂。尤其，當前國內儲能仍處于商業(yè)化發(fā)展第一階段，盈利性仍是產(chǎn)業(yè)化最大“掣肘”的情況下，經(jīng)濟性不足的技術路線更難受到市場青睞。
相對板換式液冷，更為復雜化的浸沒式液冷依舊飽受挑戰(zhàn)。高工儲能了解到，目前對儲能系統(tǒng)、業(yè)主來說，最簡單安全的系統(tǒng)才是更優(yōu)的解決方案。
浸沒式液冷儲能系統(tǒng)，在輔助系統(tǒng)消耗明顯高于普通板換式液冷。因此，短時間內，浸沒式液冷可能仍將處于“叫好不叫座”的狀態(tài)。
值得一提的是的，今年在儲能普遍內卷的同時，儲能技術也出現(xiàn)了方向性突破。比如，天合儲能提出的無空調冷卻儲能系統(tǒng)。該系統(tǒng)高溫鋰電池電芯為核心，同時優(yōu)化大型儲能的倉體結構，來打造通風效果良好的全通暢系統(tǒng)，確保整個系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行。
同樣地，鋰電池龍頭寧德時代也發(fā)布了歷時三年打磨而研發(fā)成功的零輔源光儲融合解決方案。該方案通過自研光儲變流器，配合高溫電芯技術和自加熱技術，以求擺脫傳統(tǒng)儲能解決方案對冷卻系統(tǒng)及其輔助電源的依賴。
天合儲能、寧德時代推出的“無空調”儲能系統(tǒng)的主要目的，是降低空調所帶來的能耗問題。
上述路線的出現(xiàn)，無疑給浸沒式液冷帶來更大的挑戰(zhàn)。
從外因來看，這一切仍有賴于儲能產(chǎn)業(yè)的快速突破;而從內因來看，這一技術路線仍將受到產(chǎn)業(yè)鏈成熟度的掣肘。
當前，在浸沒式儲能技術及數(shù)據(jù)中心浸沒式液冷技術走向火熱的同時，浸沒式液冷產(chǎn)業(yè)鏈亦受到更多關注。比如，新宙邦因全氟聚醚熱穩(wěn)定性好、導熱率高、粘度低、兼容性好，受到業(yè)界廣泛關注。這一定程度上將助推浸沒式液冷上游材料不斷走向成熟，從而實現(xiàn)全產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)化。
此外，浸沒式液冷儲能系統(tǒng)安全性要求較高的在商業(yè)建筑、機場、港口、軌道交通等特定領域，該項技術已經(jīng)具有較好的應用前景。
再次，當前儲能仍處于發(fā)展前期，技術仍處于“百家爭鳴”時期，浸沒式液冷作為一種創(chuàng)新性技術，亦正在受到廣泛論證。
事實上，板換式液冷在去年也比風冷價格高出不少，而行至今日，也已經(jīng)與風冷相差不大。那么，浸沒式液冷逐步解決經(jīng)濟性難題后，或許將躍升為主流技術亦未可知。
文章來源 微信公眾號：高工儲能 ID：weixin-gg-ess
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