Sissejuhatus
Õhu jahutamine ja vedela jahutamine ei ole olemuselt hea ega halb, ainult siis, kui neid kasutatakse sobivates kohtades (stsenaariumid), saab nende vastavaid eeliseid täielikult realiseerida. Miks valib enamik energiahoidlaid toote jahutamise asemel vedelat jahutamist?
Enne 2021. aastat oli energiahoidlate soojuse hajumise meetod ühtlaselt õhkjahutusega (välja arvatud Tesla Megapack).
Sel ajal oli enamik suuri salvestussaateid 40-jalaste konteinerite sissesõidusüsteemi, mis nõudis personali hoolduse/põgenemisteede reserveerimist vastavalt riiklikele standarditele ja laadida võimalikult palju akusid. Rohkem patareide majutamiseks on mõned tootjad kasutanud isegi suuremaid konteinereid -53 jalamahuteid, maksimaalse mahuga 20WH 40 -jalase konteineri jaoks.
Kasti sees on palju fänne, et akust soojust hajutada, ja kui inimesed sisse kõnnivad, kuulevad nad fännidelt hunnikut sumisevaid helisid.
Tänapäeval on energiasalvestussüsteemid pakitud 5 mWh akudega 20 -jalase anumas, mis raskendab õhujahutuse kaudu soojuse hajumise nõuete täitmist. Milliseid muid eeliseid on ka õhkjahutusega ja vedela jahutusega süsteemidel lisaks ülalnimetatutele?
1. Vedela jahutussüsteemi eelised
1 disaini ja soojuse hajumise efektiivsus
Disaini keerukus
Õhujahutus: õhujahutuse tehnoloogia on küps ja struktuur on lihtne. Insenerid valivad kujundamisel õhujahutuse. Selle põhikujundus on ventilaatori valimine ja õhukanali disain, mis hajutab soojuse õhu konvektsiooni kaudu. Soojuse hajumise sööde on õhk, mis on ammendamatu ja seetõttu on suhteliselt odav. Õhujahutuse tuumaseadmed on kliimaseadmed ja õhukanalid, mis sobivad madala ja keskmise energiastsenaariumide jaoks, kuid raskete tihedusega soojuse hajumise nõuete täitmiseks, näiteks praegune 5MWH/20 jala kast.
Vedelik jahutus: tuleb kavandada vedela ringlussüsteem (näiteks jahutusplaadid, pumbad, soojusvahetid jne), mis on väga keeruline, kuid võib otseselt ühendust võtta soojusallikaga. Selle soojusjuhtivuse efektiivsus on 6 korda suurem kui õhu jahutamine, muutes selle sobivaks suure energiaga tihedusega seadmetele. Järeldus: kuigi vedela jahutamise disain on keeruline, on selle soojuse hajumise efektiivsus märkimisväärselt kõrgem, eriti sobib suure energiatarbega energiasalvestussüsteemide jaoks.
Soojuse hajumise efekt ja temperatuuri ühtlus
Vedelik jahutus saavutab jahutusvedeliku ringluse kaudu täpse temperatuuri kontrolli, temperatuuri erinevusega, mida saab juhtida 3 kraadi jooksul, samal ajal kui õhujahutus tugineb ümbritseva õhuvooluga, mille temperatuuride erinevus ületab tavaliselt 7 kraadi. Kõrge temperatuuriga keskkond võib hõlpsalt põhjustada rakkude konsistentsi halvenemist ja mõjutada aku kestvust. Järeldus: vedeliku jahutamisel on parem temperatuuri ühtlus ja soojuse hajumise stabiilsus ning see võib pikendada aku kestvust.
2 rakenduse stsenaariumi kohanemisvõime
Keskkonna- ja energianõuded
Õhujahutus: sobib välistingimustes ja madala ja keskmise energiassenaariumi jaoks (näiteks tööstuslik ja kaubanduslik energia ladustamine, kommunikatsioonijaamad), kuid tundlikud kõrge temperatuuri ja kõrge õhuniiskuse keskkonna suhtes, millel on piiratud soojuse hajumise mõju.
Vedelik jahutamine: sellel on märkimisväärsed eelised suuremahulises energiasäästmises (näiteks sada megavatt-taseme projektide ruudustikul), kõrge laadimis- ja tühjenemiskiirus ning äärmuslikud temperatuuristsenaariumid. Näiteks võtavad Ningxia, Gansu ja muudes kohtades jagatud energiasalvestusjaamad kasutusele vedelad jahutuslahendused.
Järeldus: vedela jahutamine sobib paremini suure võimsusega tiheduse ja keerukate keskkonnavajaduste jaoks.
3 Hooldus ja usaldusväärsus
Säilitama keerukust
Õhu jahutamine: hõlpsasti hooldatav, nõuab ainult ventilaatori ja õhukanali puhastamist, kuid nõuab keskkonnatolmu sagedast käitlemist ja ebapiisavat temperatuurikontrolli.
Vedelik jahutus: on vaja regulaarselt kontrollida jahutusvedeliku leket, korrosiooni ja pumbaklapi kasutamist. Hooldus etapid on kohmakad, kuid süsteemi stabiilsus on kõrge ja rikete määr on madal. Näiteks on vedela jahutussüsteemi hooldusaeg 2-3 korda õhujahutussüsteemil, kuid seiskamise oht on väga madal.
Järeldus: vedeliku jahutamisel on kõrged hoolduskulud, kuid parem töökindlus ja tugev pikaajaline töö stabiilsus.
Turvariskid
Õhujahutamisel pole vedeliku lekke ohtu, vaid tugineb kliimaseadmele ja ventilaatoritele, mis kujutab endast ülekuumenemise ohtu.
Vedela jahutamine nõuab lekke ja korrosiooni ennetamist, kuid riske saab tõhusalt kontrollida kõrge tihendamise ja materjali optimeerimise kaudu.
4 eluiga ja energiatarbimine
Mõju aku kestvusele
Iga 20 -kraadise temperatuuri tõusu korral väheneb aku tsükli kasutusaeg 3000-4000 korda. Vedela jahutus suudab akuelemendi temperatuuri stabiliseerida kraadi 30-35. Õhujahutus võib kõrgel temperatuuril keskkonnas ulatuda üle 38 kraadi, kiirendades aku lagunemist.
Järeldus: vedelik jahutus pikendab märkimisväärselt aku kestvust ja vähendab kogu elutsükli asendamise kulusid.
Operatsioonienergia tarbimine
Vedela jahutus tarbib vähem energiat kui õhujahutus. Näiteks jahutamisvõimega 3kW on vedeliku jahutuse energiatarbimine ainult 1/6 õhujahutusest ja soojuse hajumise kiirus on kiirem, mille tulemuseks on lühem jahutusaeg pärast sulgemist.
Järeldus: vedeliku jahutamisel on märkimisväärne pikaajaline energiasäästlik mõju ja see vähendab tegevuskulusid.
5 kulude võrdlus
Algkulud
Õhkjahutusega süsteemide maksumus on suhteliselt madal (umbes 1,1 jüaani/WH), samas kui vedela jahutamine nõuab jahutusplaate, pumbasid ja muid komponente, mille tulemuseks on kulude arv umbes 18% (umbes 1,3 jüaani/WH).
Elutsükli maksumus
Kuigi vedelikujahutamisel on kõrge lähteinvesteering, on selle kogukulud madala energiatarbimise tõttu (säästes üle 30% elektriarvetest), pika elueaga (vähendamine aku asendamise sageduse vähendamine) ja madala rikkemäära tõttu. Näiteks on 5mW vedela jahutatud projekti elutsükli täielik maksumus 20% -30% madalam kui õhkjahutusega projekti oma.
Järeldus: vedela jahutamisel on täieliku elutsükli majanduse osas rohkem eeliseid.
6 Säästke ruumi
Vedela jahutussüsteemi integreerimise aste on kõrge ja sama võimsusega energiahoidlate jalajälg vähendatakse umbes 40% võrreldes õhujahutusega, muutes selle sobivaks maismaal nappide stsenaariumide jaoks. Praegune 5MWH aku mahub 20 -jalasse anumasse, peamiselt seetõttu, et vedela jahutussüsteem säästab palju ruumi.
2. vedelate jahutussüsteemide puudused
1 keskkonnakaitse ja ohutus
Vedel jahutus on mürgine
Vedela jahutamiseks kasutatav etüleenglükool on mürgine ja leke võib saastada mulda ja põhjavett, nõudes ranget tihendamist ja ringlussevõtu töötlemist; Õhkjahutusega süsteemil pole vedeliku lekke ohtu ja see on keskkonnasõbralikum. Näiteks 2021. aasta Tesla Megapacki energiasalvestusjaama tulekahjuõnnetuses Austraalias põhjustas vedela jahutussüsteemi leke aku lühise, mis viib termilise põgenemiseni.
See juhtum illustreerib, et vedeliku jahutamisel on ranged tihendus- ja materjalide kvaliteedi nõuded ning seda tõrkeriski tuleb arvestada vedelate jahutussüsteemide kavandamisel.
Õhujahutussüsteemi ohutus
Õhkjahutusega süsteem ei pea muretsema lekke riski pärast. See tugineb kliimaseadmete ja fännide pidevale toimimisele ning kõige tõsisem probleem on kohalik ülekuumenemine. Kuid üldine õnnetuste määr on madalam kui vedeliku jahutamise oma
2 keeruline tootmine ja paigaldamine
Vedelate jahutussüsteemide tootmine on keeruline
Vajalik on vedelate jahutatud plaatide kohandamine ja vormide proovitootmine, millega kaasnevad pikk uurimis- ja arendustsükkel ning patenditõkked.
Õhujahutus tugineb standardiseeritud õhukanali disainile, kus on kõrge ühise režiimi ja kontrollitava maksumus.
Pikk paigaldusaeg
Vedelate jahutatud akukappide lahtivõtmine ja kokkupanek võtab rohkem kui 2 tundi (hõlmab drenaaži, tihendamiskatset jne), õhujahutus võtab aga vaid 20 minutit, mis sobib kiireks juurutamisstsenaariumideks.
3 kõrge müratase
Vedelate jahutatud ühikute müra on tavaliselt väiksem või võrdne 75 dB (lähedal õhkjahutusega kliimaseadmele), kuid seda saab veelgi vähendada, optimeerides pumbaklapi disaini ja heli isolatsioonimaterjale. Tesla Megapack liigutab ventilaatori energiasalvestuskasti ülaossa ja paigaldab pumba korpuse kapi sisse, et vähendada müra.
Õhujahutuse peamine müraallikas on ventilaator (vähem või võrdne 60 dB), mis on üldiselt vaiksem.
3. tulevaste suurte ladustavate toodete jahutussuundumus
Õhujahutus+vedela jahutushübriidlahendus: mõne stsenaariumi eeliste ühendamine, näiteks õhujahutuse kasutamine kulude vähendamiseks madala ja keskmise võimsusega piirkondades ning vedeliku jahutuse kasutamine soojuse hajumise tõhususe parandamiseks suure võimsusega südamiku piirkondades.
Keelevedeliku jahutamine: see on kõige primitiivsem soojuse hajumise meetod, mis võtab soojusallikaga otseselt ühendust külma allikaga, et soojust hajutada. Kuumuse hajumise efektiivsus on palju suurem kui jahutusplaadi kaudu soojuse äravõtmine. Kui traditsiooniline vedela jahutamine kõrvaldab õhukanalid võrreldes õhujahutussüsteemidega, välistab keelekümblusvedelik jahutus veelgi külmaplaate. Akuelementide otse sukeldamisega on saavutada äärmuslik soojuse hajumine (temperatuuri erinevus vähem või võrdne 1 kraadi), mis võib tulevikus asendada suure tihedusega energiasäästu traditsioonilise vedeliku jahutuse.
4. kokkuvõte
Praeguse akutehnoloogia ja soojuse hajumise nõuete kohaselt lahendab vedelate jahutustehnoloogia suure energiasäästu põhipinnad suure võimsustihedusega (5 mWh/20 jalga) stsenaariumide abil tõhusa soojuse hajumise, täpse temperatuurikontrolli, madala energiatarbimise ja pika eluea kaudu.
Vaatamata kõrgele algkulude ja hoolduse keerukusele on sellel kogu elutsükli vältel olulised majanduslikud ja usaldusväärsuse eelised. Vedela jahutuse laiaulatusliku kasutamisega (näiteks 2025. aastaks eeldatav läbitungimismäär 45%) vähendab tööstusahela küpsus kulusid veelgi ja edendab seda kui "optimaalset lahendust" suuremahulise energiasalvestuse jaoks.
PostScript: kogu soojuse hajumine ja tulekaitsemeetmed on keskmes akuelemendid. Kui tulevikus saab tulevikus kõrge temperatuuriga akulakke, vahetades soojust otse õhuga ja akuelemendid ise taluvad kõrgemat temperatuuri, siis saab energiasalvestussüsteemide kulusid märkimisväärselt vähendada. See on tehnoloogia, millest on kasu inimkonnale.