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【高工储能】全液冷+交直流一体储能系统会成为“顶流”吗?

2024.09.25

伴随第二代314Ah储能电芯投入使用,PCS逐渐走向液冷温控,这使得整套系统走向全液冷温控成为重要进化趋势之一。


据高工储能调研了解,目前液冷PCS与电池PACK的液冷大都是采用2套控制系统,同1套液体管路,从而来实现整套系统全液冷温控。


当前,储能产品的开发逻辑将聚焦极致安全、高能效长寿命和极简集成设计。在大储领域,交直流一体的设置,可以节省占地空间,提高系统效率,也备受青睐。在阳光电源、远景能源、科陆电子、力神电池、融和元储等推动下,加速释放其产品生命力。


而在第二代电芯搭载的5MWh+储能系统,上述技术趋势尤为明显。部分厂商认为,二者结合起来,可以带来更安全、高效的储能的系统。


据了解,设备厂商偏爱交直流一体的首要考虑在于安全、降本。但伴随电站规模越大,散热等安全难题备受关注,交直流一体、液冷PCS、一簇一管理正在成为储能系统、电站变大之后的重要技术选择。


交直流一体,系统走向高集成

据高工储能不完全统计,阳光电源、远景能源、科陆电子、力神电池、融和元储等均发布了交直流一体的储能系统。其中,阳光电源率先在储能系统引入交直流一体、全液冷的温控方式。交直流一体+全液冷,或将成为新一代电站中的“标配”。


据了解,交直一体意味着省去PCS、LC等设备占地及维护空间,占地节省29%,百兆瓦时储能电站仅2000㎡。“交直一体”,可进一步免去现场PCS安装、直流接线、通讯测试、充放电测试四大环节。


传统的直流电缆长,裸露在外,风险隐患大。交直流一体系统直流不出柜,标准化短线缆内置于全液冷散热“空调房”,避免各类安全隐患。此外搭载大电流AI灭弧技术,秒级关断电弧,保护整柜安全。


2023年10月,阳光电源行业率先发布了交直流一体、全液冷的PowerTian 2.0。据阳光电源高管表示,“交直流一体”设计具备多种优势,(1)大大简化现场安装调试,提高工程安全性和效率;(2)能量密度高;(3)安全性强;(4)循环寿命长,可维护性高;(5)实现构网型技术,电网友好;(6)采用液冷多种模式自动调节,运行能耗低。


今年上半年,由中国华能集团投资、十一科技EPC承建的“华能龙腾特钢20MW/40MWh用户侧储能项目”全容量并网发电,共投运8套2.5MW/5MWh阳光电源PowerTitan2.0液冷储能系统。这是国内首座采用“交直流一体”设计的储能电站,系统效率高于传统储能2%-3%,标志着“AC存储”时代加速到来。


今年4月,远景储能发布全球首个“交直一体”5.6MWh储能系统,双液冷也是该产品重要搭配。“交直一体”结构,可使直流线缆不出柜,搭配出厂前预安装、预调试,大幅降低安装、调试时间,双液冷高度集成,标准20尺集装箱容量达5.6MWh。相比市面同类产品,EnPower智慧储能全生命周期度电成本可降低45%。


“交直一体”结构,生命周期内性能表现更佳、运维更便利,适合储能大规模、高性能部署,助力新型能源系统构建。


今年6月,力神电池发布全新一代20尺5MWh“交直流一体”液冷集装箱。力神电池表示,将直流侧与交流侧集成在标准20尺储能集装箱中,相比传统“一柜一PCS”,力神储能产品实现了“一簇一PCS”,单簇管理,解决簇级并联环流、簇间不均流及并联容损三大问题;同时,簇控 BMS 和 PCS 高度融合设计,集成度更高,系统成本更优、空间利用率更高。


力神电池提到,“交直流一体”,可省去现场PCS安装、直流接线、通讯测试、充放电测试等环节。高效集成及模块化设计,使得标准20尺地基设计、施工更统一,可实现快速到站并网。在性能提升上,得益于“一簇一PCS”,系统全生命周期放电量可提升8%左右。


9月8日,融和元储发布了新一代交直流一体液冷储能系统集装箱——“融和·玄武”。该系统是一款可适用全储能场景的5MWh储能系统,采用“交直一体”设计,一簇一管理,消除簇间环流。


自去年10月以来,以阳光电源为首行业率先推进交直流一体的储能系统,今年至今已经有多家主流厂商跟进,在生产论证、产业落地验证环节,交直流一体设计带来的高集成化储能系统的优势逐渐明晰。


全液冷,电站走向大规模


据可靠数据测试,在环境温度为43℃的100MW/200MWh大型电站区,使用常规散热设计方案,生活区环境温度为46℃,而电站内部环境温度高达53.3℃。


与交直流一体,最好的搭档是全液冷储能储能系统。全液冷储能系统指的是电池PACK以及PCS的温控方式,采用的全部是液冷。


液冷PACK自2022年开始冒头,渗透率逐渐走高,采用的底部配置液冷板的方式居多。


去年,新发布的PowerTitan2.0采用液冷PACK+液冷PCS“全液冷”散热,并搭载AI仿生热平衡技术,具备速冷、微冷、加热三种控温模式,可根据电芯、环境温度、运行工况智能切换,辅电能耗降低45%。


与此同时,科华数能、英飞源、禾迈电子、盛弘股份也加速加入液冷PCS阵列。


风冷PCS,是采用空气作为冷却介质,通过风扇等设备,将空气吹过PCS组件,把热量带出至预制舱风道,再由预制舱内的空调系统进行散热。其优势在于系统结构相对简单,初装成本较低,但从散热效率来看,风冷PCS明显示弱。


有设备厂商表示,储能PCS的液冷与风冷的路线选择上,实际是功率与散热需求的平衡,2.5MW功率等级下,风冷已基本达到散热极限。


从这一角度来看,液冷PCS因为采用了高导热系数的冷却液作为介质,通过水泵驱动防冻液在液冷板内循环流动,能够更直接地与PCS组件接触,因此散热效率更高。


今年8月,科华数能推出了全新一代S³—EStation2.0 5MW/10MWh智慧液冷储能系统。系统采用“全液冷散热+全站顶出风”的创新设计,破除“热岛”危机。


据透露,冷却液的换热系数与比热容更高,且不受海拔和气压等因素影响,液冷系统拥有比风冷系统更强的散热能力,更加适应大规模、高能量密度的储能项目。


英飞源一技术专家告诉高工储能,在充电模块,液冷充电系统通过水泵驱动冷却液在液冷充电模块内部及外部散热器之间循环,带走模块热量,同时通过大风量风扇或是水冷机将热量散走。充电模块及系统内部的发热器件通过冷却液与散热器进行热交换,与外部环境完全隔绝,与灰尘、湿气、盐雾、易燃易爆气体无接触。


在英飞源人士看来,液冷充电系统可靠性远高于传统的风冷充电系统,同时液冷充电模块无散热风扇,通过水泵驱动冷却液散热,模块自身零噪声,系统则采用大风量低频风扇噪声低。英飞源自2022年就开始做液冷PCS,他们认为液冷在充电模块的优势可以复刻到储能PCS领域。


今年4月,英飞源发布了Blue Ozean系列全液冷储能系统,针对工地、矿山、海岛等极端恶劣环境应用而设计。系统采用液冷PACK+液冷PCS的全液冷散热设计,效果极佳,满足持续1C充放电的散热需求。


值得一提的是,第三方PCS厂家盛弘股份9月的上海展会上也发布了一款大功率液冷模块化储能变流器PWS1-225/450K-H-L,适配交直流一体系统,通过高效液冷设计,不仅提升散热效率,更是在大型储能电站中,破除长期困扰行业的“热岛”效应。


在愈来愈大的电站中,交直流一体、一簇一管理、全液冷或将成为重要进化方式。


直冷进入储能胜算几何?


值得一提的是,中车株洲所近期联合14家产业链企业发布了一款面向未来的6.9MWh系统。其中,采用了首款储能直冷机,采用相变直冷,无水循环。从此来看,直冷正在进入储能领域。


据供应链厂家介绍,相较于传统液冷,直冷技术采用制冷剂通过氟冷板直接冷却电芯,减少了水系统的二次换热,降低了换热损失,令系统能效更高;另一方面因取缔了水系统,没有了“水患”,同时机组体积更小,噪音更低,于有限空间内能够提供更大的制冷量,契合储能系统能量密度渐趋增大、可利用空间愈发减小的发展趋向。


技术层出不穷的同时,储能加快走向利用。9月9日,中国电力企业联合会发布《2024年上半年电化学储能电站行业统计数据》。


从运行情况来看,2024年上半年,电化学储能运行情况相较去年上半年有所提升。日均运行小时由 4.17h提升至4.27h,日均利用小时由2.16h 提升至2.55h,日均等效充放电次数由0.58次提升至0.63 次(相当于每1.6天完成一次完整充放电),平均利用率指数由 34%提升至42%。


在储能走向利用的不久的未来,储能技术应用比拼时代将加速到来。伴随越来越多技术路线的交锋,最终储能领域或将出现新的格局亦未可知。但值得注意的,新的产品一定是基于底层技术的创新,才能带给行业新的突破。


由高工储能、高工产业研究院(GGII)联合主办的2024高工储能年会将于12月11-13日在深圳举行,届时超1000位系统、电池、PCS、BMS、EMS、温控消防、电站运营等产业链人士共聚一堂,共同探讨储能技术进化趋势,加快推进储能产业跨越周期、共赢未来。

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