黨的二十屆三中全會強調指出,我國要加快規劃建設新型能源體系[1]。而可再生能源因其間歇性和波動性的特點給電網系統帶來的挑戰也逐漸凸顯,儲能技術為這一問題提供了科學有效的解決方案[2]。儲能技術是實現“源-網-荷”三側配置優化和協同控制的關鍵,其在電力系統削峰填谷、頂峰保供、調頻調壓等方面發揮著重要作用,是新型電力系統穩定高效運行的重要支撐[3]。

近年來,全球儲能市場發展迅猛,新增投運電力儲能項目裝機規模屢創新高[4]。至2023年底,我國已累計建成投運新型儲能項目累計裝機規模達3139萬kW/6687萬kWh,同比增長超過260%,提前達成了“十四五”規劃的新型儲能裝機目標[5]。

中國政府高度重視儲能及相關技術的發展,通過了一系列包括但不限于稅收優惠、技術創新獎勵、項目補貼等形式的地方及國家政策措施,用以支持儲能及相關技術的研發和產業化,極有力地推動了儲能產業鏈的形成和蓬勃發展[6]。根據CNESADataLink全球儲能數據庫的不完全統計,截至2024年4月底,全國累計發布儲能相關政策1977項,主要集中在補貼、市場運行、規劃等領域[7]。2024年《政府工作報告》首提新型儲能,意味著發展新型儲能將成為2024年乃至今后相當長時期內我國經濟社會工作的重要任務之一[8]。

作為新型電力能源體系的重要組成,以鋰離子電池為主的電化學儲能技術的發展和應用在近年來得到了顯著地推進,在儲能市場中的占比與日俱增[9]。然而典型電化學儲能系統充放電過程中產生的大量熱量如不能有效管理,將會嚴重影響儲能系統的性能和壽命,甚至引發安全風險[10-11]。

儲能系統熱管理是一種有效的控制手段,能夠顯著提升儲能系統的性能和安全性[12]。其中,儲能液冷熱管理技術由于其優異的性能,能夠實現更為高效和均勻的散熱,從而確保系統的穩定運行并延長儲能系統壽命,因此液冷技術在儲能領域的應用比例逐漸增大,已成為提升電化學儲能系統性能和安全性的主要解決方案[13]。文章介紹了當前分布式電化學儲能中主流熱管理技術的特點,總結了各技術的優勢與不足,重點分析了液冷熱管理技術的關鍵技術及設備的應用及研究現狀,并對液冷技術未來的發展給出建議和展望。

1、儲能系統熱管理技術簡介

1.1儲能系統熱管理的需求與挑戰

近年來,為確保電化學儲能系統運行時的穩定和安全,很多企業和科研單位在高效熱管理技術研發上投入了大量的精力[14]。熱管理技術的發展不僅可以推動儲能系統和新能源發電的大規模應用,也有利于構建更為可靠和更為持久的清潔電網解決方案。

隨著預鋰化、硅碳負極等儲能電芯技術的發展,儲能系統能量密度逐漸提升已是必然趨勢[15]。

目前鋰離子儲能型電芯已逐漸逼近能量密度的理論極限,同樣也帶來了更大的電池熱失控風險[16-17]。

據高工產研鋰電研究所(GGII)不完全統計,2014—2023年全球儲能安全事故累計90余起,僅2023年有報道的儲能安全事故便有達十余起,部分事故如表1所示,其中鋰離子電池溫度熱失控是引起事故的主要原因[18]。因此,如何在大規模儲能系統中有效地管理電池產生的大量熱量,維持其長期穩定的運行,是當下及未來亟須解決的基本問題。而隨著儲能電芯單體容量及功率的快速增大,電化學儲能系統的能量密度也越來越高,安全隱患也隨之增大,這對儲能電站的熱管理系統也提出了更高的挑戰[19]。

其次,溫度對儲能電芯性能一致性有著至關重要的影響[20]。研究表明,儲能系統內部的溫度分布及電池熱量積累不均勻的問題,將導致儲能系統有效容量明顯降低[21-22]。為充分發揮儲能系統的性能和提高儲能電芯的效率,必須引入高效的熱管理系統以優化電池組的溫度分布。此外,電池的局部過熱會導致電池壽命折損,進而影響儲能電站的可運行年限[23-24]。國家標準規定,儲能熱管理系統需要保證電池在充放電發熱時,單簇電芯溫差不得超過6K,而部分龍頭企業的產品則更為嚴格[25]。因此,如何通過提高控溫精度,進而改善電池組溫度曲線、降低電池內部不均勻損耗,是熱管理系統未來發展的重要挑戰。

此外,儲能系統面臨的另一個挑戰則是極端工況下的運行穩定性,儲能電站的應用往往會面臨高溫、高寒、高濕、高海拔以及沙漠地帶等惡劣環境,這些嚴苛的條件對熱管理機組的穩定性和安全性是一項嚴苛考驗[26]。當下,高溫環境下系統冷量衰減,極寒環境下壓縮機難以啟動,高海拔環境下存在電氣拉弧情況,高濕環境凝露導致電控短路,雷擊天氣導致控制板失效以及風沙天氣防沙等仍迫切需要解決的問題[27]。因此,復雜環境下熱管理系統仍能正常高效運轉是儲能系統長期安全穩定運行的重要保障。

總而言之,儲能系統的熱管理是一個復雜的問題,需要綜合考慮熱積累、溫度均勻性控制以及極端工況下的穩定性等多個方面[28]。盡管已有多種熱管理策略被提出和應用,但隨著儲能電芯技術的高速發展以及儲能應用場景的多元化,如何在保證新型電化學儲能系統性能穩步提升的同時,實現更高效、更安全、更節能環保的熱管理仍是一項巨大的挑戰。只有通過不斷升級熱管理技術和針對特殊工況下改進系統,才可以有效地解決這些問題。

1.2當前主要儲能熱管理技術

目前主流的儲能熱管理技術主要是空冷、液冷、熱管冷卻和相變冷卻技術,其主要優缺點及適用范圍如表2所示,基本原理如圖1所示。為了解決儲能熱管理系統所面臨的上述挑戰,研究者們不斷對這些熱管理技術進行著研究和改善[29-30]。

空氣冷卻技術通過空氣對流帶走熱量,具有結構簡單、成本低廉的優點[35]。儲能系統中采用的空氣冷卻技術一般為強制冷卻,由于不存在漏液風險,除了應用于預制艙式儲能電柜外,也適用于較為復雜、對濕度有要求的BMS(BatteryManagementSystem,電池管理系統)及電氣系統[31]。

但由于空氣比熱及導熱較差的原因,風冷技術已不能滿足高功率密度和高能量密度的儲能系統散熱需求,且風冷儲能電站整體的溫度均勻性較差,在大規模儲能電站熱管理系統中所占比例逐漸減少。

液冷技術是利用液體介質循環流動對被冷卻設備進行散熱的技術,具有較高的冷卻效率,適用于高功率密度的儲能系統[36]。按照冷卻介質與電芯的接觸方式不同,儲能液冷可分為間接式液冷和直接式液冷兩種。間接式液冷一般采用裝有循環流動冷卻液的冷卻板(簡稱冷板)與電芯接觸,利用液體對流換熱給電芯接觸部位降溫,轉移電池工作時產生的熱量[37]。直接式液冷則是通過冷卻液與儲能電池直接接觸的方式實現對電池高效控溫的熱管理方式。

相變熱管理技術依靠相變材料在相變過程中吸熱或放熱的特性,對儲能電芯進行冷卻或保溫,具有結構緊湊、低接觸熱阻和良好冷卻效果的特點[38-39]。相變材料的選擇對電池散熱效果至關重要,比熱容較大、傳熱系數較高的相變材料在相同條件下能提供更好的冷卻效果,反之則效果較差[40]。由于相變材料種類和安裝空間的限制,相變冷卻技術通常與風冷或液冷技術結合使用,但存在占用空間大、綜合成本高的問題[41-42]。

熱管冷卻技術是通過熱管吸熱端與電芯接觸吸熱帶走電池熱量,再在放熱端將熱量釋放到外界的散熱技術[43-44]。相對來說,熱管冷卻技術的散熱速率和效率都高于液冷。然而,由于熱管本身并不具備主動制冷能力,應用時其溫度均勻性及控溫精度受外界因素影響嚴重,往往需要輔以額外冷卻系統,這會增加系統總重量且成本相對較高,因此熱管冷卻技術若要推廣應用,需要在系統結構設計或管內材料或工質上突破。

總之,液冷熱管理技術較為成熟,有著較高的性價比,是目前電動汽車和電化學儲能電站熱管理系統中占比最多的技術路線[45-46]。相較風冷技術,液冷更能將電芯控制在最佳溫度運行區間內,且系統溫差更小。在同等環境條件下若將儲能系統維持在同等溫度,液冷的功耗顯著低于風冷,而為達到較好的冷卻效果,相變熱管理、熱管熱管理在應用時往往需要與風冷或液冷耦合使用,增加了系統復雜性與成本,因此液冷具有更優的全生命周期經濟性,也是最具發展前景的技術路線[47]。

2、儲能液冷熱管理技術

2.1液冷熱管理技術簡介

液冷技術具有優異的控溫能力及極佳的性價比,已逐漸成為電化學儲能系統熱管理技術的主流。目前,應用于儲能系統的液冷技術主要可分為直接式與間接式,具體分類方式如圖2所示。其中直接液冷分為噴淋式冷卻與浸沒式冷卻兩種,浸沒式冷卻根據浸沒液有無發生相變又分為單相浸沒式液冷和雙相浸沒式液冷。間接液冷指的是采用冷板對電池進行冷卻的技術,而根據與冷板中循環介質的不同又分為冷卻液液冷與制冷劑直冷。表3展示了不同的儲能熱管理方法的主要特征及其應用范圍。

直接液冷中,浸沒式液冷是通過冷卻液直接接觸電池表面對電池進行散熱的技術,如圖3(a)所示,儲能電芯直接浸沒在冷卻介質中,介質通過循環泵與制冷機組循環換熱。浸沒式液冷具有較高的冷卻效率,可顯著降低電池PACK內最高溫度和最大溫差,提高電池溫度均勻性[48]。其中,雙相浸沒式液冷利用浸沒液在相變時吸收大量汽化潛熱的原理,有著更高的傳熱能力與控溫能力,但由于浸沒液材料限制以及密封性等原因,雙相浸沒式液冷技術在電化學儲能系統中應用尚較少,而在數據中心的冷卻上得到了一定的推廣應用[49]。未來,若能解決耐壓性、兼容性及運行穩定性的問題,雙相浸沒式液冷將是直接式液冷的重要方向。從循環原理圖3(b)中我們可以看出,噴淋式液冷技術原理與浸沒式液冷類似,不同的是,噴淋式液冷采用噴淋的方法將冷卻液與儲能電芯接觸,使得冷卻液具有較好的流動性,但需要更大的空間尺寸和功耗。而同樣,由于材料兼容性和技術成熟度等原因,尚未大規模在電化學儲能系統中進行推廣[50]。

如圖4所示,間接液冷則是通過將電芯與冷板接觸,載冷劑在冷板中循環流動帶走熱量的熱管理技術[51]。按照冷板中載冷劑的類型又分為冷卻液液冷技術(圖4(a))和制冷劑直冷技術(圖4(b))。其中,冷卻液液冷技術是最早被應用的技術之一,其冷卻效果顯著優于風冷技術,對于一些需要兼顧高性能和安全性的電子器件散熱也十分適用,目前儲能熱管理中對PCS等電氣部件采用液冷也是一個熱門的研究方向[52]。而制冷劑直冷技術由于沒有中間二次載冷的過程,因此成本與傳熱效率均優于冷板液冷,但由于直冷系統精準控溫難度大、系統運行壓力高等原因,尚未在儲能系統中大規模使用,目前只在中小型新能汽車動力電池熱管理中應用較多。

2.2儲能液冷熱管理系統關鍵設備

典型電化學儲能系統主要由電池柜、BMS系統、匯流柜、逆變器,配電系統、消防系統以及熱管理系統組成,其結構如圖5(a)所示。其中儲能液冷熱管理系統主要由核心零部件(如壓縮機、換熱器、冷板等)、冷卻液及控制系統組成,目前的研究也聚焦在對上述組成的優化及改進上。

2.2.1儲能液冷熱管理系統組成與原理

以應用占比最多的冷卻液式儲能熱管理系統為例,其系統組成如圖5(b)所示,主要包括制冷循環及液冷循環,其中制冷系統多為蒸氣壓縮式制冷循環,而液冷循環中則為冷卻液循環回路,兩者之間通過中間換熱器(如板換)聯接實現冷量傳遞。制冷劑直冷系統則省去了液冷循環,低溫制冷劑直接與電芯進行傳熱,減少中間換熱過程,故具有更高的系統能效。

對液冷熱管理系統的改進,一直是行業與學者研究的重點。目前,已有許多學者對儲能液冷系統進行了研究[53-54],主要方向包括但不限于提高關鍵部件熱效率、降低系統能耗以及通過結構或材料的改進增強系統的可靠性和適應性等方面[55-56]。值得一提的是,自然冷卻技術被認為是一種有效降低能耗的方式[57]。通過在原制冷循環中增設空氣換熱器,在環境溫度極低時(一般低于零攝氏度)將循環冷卻液與空氣直接換熱,此時壓縮機不運行,系統能耗極低。而在環境溫度較低時,亦可分擔儲能電芯熱負荷,降低制冷系統能耗。因此,相較于常規液冷機組,結合自然冷卻技術可顯著降低熱管理系統的全年運行能耗,縮短儲能系統投資回收期,具有極佳的應用前景。

總之,通過不斷的技術創新和系統優化,可以有效提高液冷系統的冷卻效率和可靠性,從而支持電化學儲能行業和其他高能量需求領域的發展[58]。

2.2.2高效液冷系統關鍵零部件

與先進儲能液冷技術相對應的,則是儲能液冷系統的關鍵裝備。通過集成先進的冷卻設備與智能控制系統,才能夠充分發揮出先進液冷技術的能力,實現對儲能系統的高效熱管理[59]。

高效智能液冷系統的關鍵部件主要包括壓縮機、循環泵、冷板、換熱器等。液冷設備的設計與優化是提高液冷效率的關鍵,包括壓縮機高性能化、環保工質替代、泵的專用化設計與優化、液冷板流體力學與熱力學優化、熱交換器設計等方面[60]。

1)壓縮機

壓縮機作為制冷系統的核心部件,在儲能液冷系統中,是最為關鍵的部件之一。隨著儲能系統的不斷發展,對壓縮機的能效、可靠性、使用壽命等方面都提出了新的要求[61]。首先,為適應設備內部有限的安裝空間,壓縮機小型化和輕量化設計是必然,然而,也需要保證嚴苛環境下的運行穩定性。同時隨著環保法規的不斷升級,開發使用新型環保工質的壓縮機也是必然趨勢。諸多壓縮機企業都宣布將進行適用于儲能領域的壓縮機研發,未來的壓縮機必將朝著高速無油化、變頻變容、寬運行溫域、抗振消音等特點發展。

2)循環泵

循環泵作為冷板式液冷系統循環的主要部件,在冷卻液系統中承擔著循環和補液的功能,往往需要全天候運轉,因此其性能好壞對液冷系統有直接影響[62]。儲能電站應用地域廣泛,工作環境溫度為-40~45℃,因此循環泵也應具備較寬的工作溫度區間。同時,由于循環冷卻液兼容性的要求不同,循環泵也需要不同的防腐方案。為應對儲能領域可能存在的高海拔、強風沙、高濕度、高鹽霧的各類發電側環境,以及緊湊有限的安裝空間需求,一些泵業公司不斷地研發高效儲能用泵產品,未來小型化、高效能、高可靠性的循環泵解決方案必然是主流。

3)冷板

冷板是儲能系統中起對電芯散熱與支撐結構作用的部件[63]。作為導熱部件,冷板的溫度均勻性是電芯間熱均勻的保證;而作為結構件,冷板不僅要具備剛性與輕量化的特點,還應耐腐蝕、可靠性強。按照冷卻結構形式,冷板可分為底部冷卻、上部冷卻、側面冷卻以及三面冷卻。其中,三面冷卻具有最高的冷卻能力及均溫性,但其加工難度及成本也最高。按照加工工藝,冷板主要可分為:鋁基板埋銅管式、攪拌摩擦焊式、吹脹式以及沖壓釬焊式等,不同的工藝所具備的承壓能力也不同,相對來說,埋銅管式承壓能力最強,但也成本相對較高。目前,由于成本及加工難度等原因,冷板批量加工主要以沖壓釬焊和吹脹式作為主要技術路線。

而按照冷板內介質循環的形式,可分為冷卻液液冷板(冷板中為單相冷卻液)和制冷劑直冷板(冷板中為氣液兩相制冷劑)。冷板,無論是用于冷卻液液冷系統或是制冷劑直冷系統,其流道與結構設計對系統的溫度均勻性、換熱性能以及能耗都有直接影響。因此,作為關鍵部件的直冷板的設計及優化十分重要,如微冷板通道設計、流道仿生優化等均是當下研究的重點[64-65]。其中利用計算流體力學(CFD)對冷板進行模擬優化則也是一個快速且節約研發成本的方法[66]。未來液冷板的改進應以優化冷板流道、改善溫度分布、采用更穩定材料等為主,進而提高液冷熱管理技術的可靠性和經濟性。

4)換熱器換熱器為系統與環境進行熱交換的核心元件,其換熱效率對系統性能有較大影響[67]。現有液冷系統中常用的換熱器主要有板式換熱器、翅片管換熱器以及微通道換熱器,根據其功能及特點的不同,所適用的領域也不盡相同。

微通道換熱器通過在內部形成微小通道,使得管內液體流速增快并減薄邊界層,從而更有效地發散熱量,提高散熱效率,具有高效換熱和布局緊湊的特點,是當下儲能熱管理系統應用和研究的重點方向之一[68]。在小型分布式儲能系統中,冷凝器采用微通道換熱器是一種趨勢。然而由于微通道換熱器易臟堵的原因,在大規模集中式儲能系統的熱管理制冷系統中,一般采用性能更穩定的套片式翅片管換熱器作為冷凝器。未來的儲能系統換熱器設計時,不僅要考慮惡劣環境下換熱器易臟堵、破損的問題,還應根據實際應用場景采取相應的保障措施,以保證儲能系統的長期穩定運行。

總體而言,隨著壓縮機、循環泵等部件的產品專用化改進,冷板的性能優化以及換熱器結構改良等關鍵部件的創新,儲能液冷系統的性能得到進一步提升,這也是未來儲能液冷系統的重點發展方向。

2.2.3儲能液冷系統冷卻液

冷卻液是液冷系統的重要組成,合適的冷卻液不僅可以提高系統的效率,還可以延長設備的使用壽命,因此冷卻液的研究也是液冷系統發展重點方向之一[69-70]。理想的冷卻液一般需要同時滿足:絕緣性能良好和傳熱性能優異、低運動粘度、化學穩定性高、不燃、環境性能友好且與電子部件接觸時不產生任何腐蝕等條件[71]。目前研究較多的冷卻液包括乙二醇水溶液、去離子水、碳氫化合物、電子氟化液、硅油類等,表4列出了這些冷卻液的主要特點,其性能與應用的場合都有所不同。

一般來說,間接液冷系統中,純水是一種優秀的載冷液,比熱容大且成本低廉,但其冰點為0℃,故不具備在低溫環境下工作的能力。最常用的解決手段便是在水中添加乙二醇降低溶液的冰點。

隨著乙二醇濃度增加,水溶液冰點不斷降低,最低可達零下48℃,使得液冷系統內的冷卻液不易結冰。然而,乙二醇存在著長期使用氧化酸化的問題。因此,目前應用上多采用通過添加各類添加劑的方式延緩乙二醇酸化氧化時間,但在使用后期易出現由于添加劑消耗過快而導致液冷系統管路出現腐蝕及沉積等情況,極易造成液冷管路的堵塞或泄露,對儲能系統的安全性造成影響,因此冷卻液及其循環系統的改進、維護是一項需要長期進行的工作。

間接液冷中的制冷劑直冷系統,采用制冷系統中的制冷劑作為冷卻介質,在與電池組換熱時為相變傳熱,因此制冷劑直冷技術換熱能力優于常規冷卻液系統。但由于電化學儲能可能存在的熱失控及燃爆風險,對于制冷劑直冷系統來說,所采用的制冷劑應為不易燃工質。同時,電化學儲能應用地域廣闊,有時會面臨高溫、極寒、高海拔等惡劣環境,這些環境下往往維護較難,所采用的制冷劑也應具有使用溫區廣、與管路材料兼容性好、工作壓力低等良好的熱物理性質,以確保系統能夠長期穩定可靠運行。值得注意的是,所有需使用制冷劑的熱管理系統,均面臨著制冷劑替代的問題。制冷劑按照發展歷程可分為四代,目前應用最廣泛的為第三代制冷劑氫氟烷烴(HFCs),但其大氣壽命長、溫室效應強,已被國際組織逐漸禁止使用。中國也于2021年9月15日也正式宣布加入《基加利修正案》,至2045年對HFCs的生產與消費削減80%。零ODP和低GWP值的第四代制冷劑,如自然工質(R744、R290等)、氫氟烯烴(HFOs)等,有望是未來替代制冷劑。因此,未來制冷設備以及制冷劑直冷系統中亦需要采用環境友好型的制冷劑進行系統設計與匹配。

而直接液冷系統中,浸沒液作為熱傳遞的核心工具,幾乎與系統內的所有材料接觸,因此其性質對直接液冷系統性能有至關重要的影響,浸沒液的研究進展是直接式液冷規模化應用的關鍵[73-74]。目前浸沒液的研發方向主要分為水基、油基以及氟基材料。水基浸沒液典型代表為去離子水,具有性價比較好、導熱性好的優點,但是由于配套過濾系統復雜,且極易被污染導致絕緣性無法保障,易造成系統短路。為此,研究學者提出多種解決方案,包括絕緣涂層[75],硅膠密封[76]等,但現在尚未有大規模示范項目。油基浸沒液主要為硅油、礦物油或其他油類,絕緣性好,零部件成熟,但油類物質存在閃點,具有可燃性,安全性需要十分重視,且低溫下粘度大系統運行維護困難,因此應用場景有限。氟基浸沒液主要為氫氟醚等電子氟化液,由于絕緣性高且不具備可燃性,是浸沒式液冷的主要應用類型,成本是制約其發展的主要原因。

2.2.4儲能液冷熱管理系統集成控制及智能化

儲能熱管理系統集成控制也是熱管理設計的重要部分,設計目標即為實現對儲能系統溫度的有效控制[77]。集成系統主要包括硬件和軟件,硬件主要為傳感器、控制器及關鍵部件等,而軟件則是核心監控界面、控制策略及集成算法等。在保障溫度安全性的情況下,如何通過控制策略及算法的優化,提高系統的能效和溫度的精準控制,實現儲能系統全生命周期的高效管理也是研究的重點方向[78]。

人工智能技術的飛速發展,也帶動著液冷系統的智能化水平進一步提升[79-80]。通過集成先進的傳感器和控制系統,并結合智能化控制算法或主動控制冷卻液的流量、制冷系統功率等參數,可實現對冷卻過程的精確監控和調節,以達到最佳的熱管理效果[81]。目前常用的控制算法實現方式主要有邏輯門限值、PID調節、MPC算法以及深度學習和神經網絡算法等。通過控制算法之間的相互結合,如PID與模糊算法結合、PID與神經網絡復合、MPC與遺傳算法結合等方式對控制方式進行改進,進而達到提高響應速度、降低綜合運行能耗以及提升溫度控制效果等目標。

3、結論與展望

儲能系統熱管理技術中,液冷技術因其散熱效率高、成本較低且容易實現等優越性能,逐漸成為了主流的熱管理方式,在實踐應用及研究中已經取得了一定的進展。未來,通過開發專用性、通用性、擴展性并存的液冷熱管理設備,進一步拓展液冷熱管理技術在交通運輸、能源工業、電子設備等儲能場景的應用,甚至在數據中心、充電站、信號基站等領域的應用,對實現降本增效,助力雙碳目標的實現具有重要的意義。

針對目前液冷熱管理技術的應用現狀及發展趨勢,主要結論如下:

1)隨著對環保和能效的要求增高,儲能液冷熱管理系統的設計不僅應考慮溫度控制的效果、成本、體積等初期因素,也需要綜合考慮壽命、輕量化、環境友好及綜合能效等長期運行因素。

2)單一的散熱方式均有各自的優缺點,可能無法同時滿足儲能系統復雜情況下的運行工況,因此,液冷與其他熱管理方式的耦合,即復合式熱管理,也是未來發展的方向。通過不同熱管理方式之間的復合,達到既能兼顧單一熱管理方式的優勢,又能弱化原本的劣勢,進而提升整體冷卻性能的效果。

3)壓縮機、循環泵、冷板、換熱器等關鍵部件是液冷熱管理的基本組成,需要針對規模化儲能及工商儲等實際應用場景的合理優化乃至專用化設計,這既是保障儲能系統安全長壽命運行的基本要素,也是降低系統總能耗的關鍵。

4)研發寬使用溫域、兼容性好、導熱能力強的冷卻液,是液冷技術推廣應用的一個重要突破點。

但冷卻液的研究不能僅停留在實驗室,如何突破規模化儲能中冷卻液當下存在的腐蝕性、穩定性不足以及運行維護成本高等問題,是極其重要的一步。此外,制冷劑作為直冷系統的冷卻介質,也應向著下一代環保制冷劑發展。同樣,無論直接式液冷還是間接式液冷,均需結合環境和硬件需求“因地制宜”地選擇冷卻液,以確保最佳的熱傳遞和系統穩定性。

5)對于大規模儲能系統,一方面需要對散熱系統進行設計優化,另一方面也需要改進控制策略。通過引入AI技術,能夠實現實時監測冷卻系統狀態并預測性能變化趨勢,及時對系統進行維護或更換。同時,利用大數據分析并預測系統運行需求,通過改進控制策略,進而實現精準控溫和降低儲能系統綜合運行成本也是未來的一個發展方向。

6)目前市面上各類儲能液冷機組百花齊放,但為更好地推動液冷技術在儲能乃至更多產業的應用,雖然目前已有儲能液冷機組團體標準以及預制艙式儲能系統國家標準,但仍需要盡快在全國乃至國際上推出液冷的統一標準,以推動國內液冷行業走在國際的前列。

儲能液冷熱管理系統及其關鍵技術的進步,為電化學儲能系統的廣泛應用奠定了堅實基礎。未來,液冷熱管理技術及裝備將繼續向更穩定、更高能效、更環保和更智能化的趨勢發展。相信在不久的將來,隨著技術的不斷提升和應用場景的不斷延伸,液冷技術將在儲能乃至更多的領域得到更廣泛的應用,為實現綠色可持續發展能源體系建設提供有力支撐。

參考文獻

[1] 周孝信,趙強,張玉瓊,等.“雙碳”目標下我國能源電力系統發展趨勢分析———綠電替代與綠氫替代[J].中國電機工程學報,2024,44(17):6707-6721.

[2] 卓振宇,張寧,謝小榮,等.高比例可再生能源電力系 統關鍵技術及發展挑戰[J].電力系統自動化,2021,45(9):171-191.

[3] ABBASQ,MOJTABAOJTABA M,MICHAEL-R-C H,etal.Currentstateandfutureprospectsforelectrochemicalenergystorageandconversionsystems [J].Energies(Basel),2020,13(21):5847.

[4]潘新慧,陳人杰,吳鋒.電化學儲能技術發展研究[J].中國工程科學,2023,25(6):225-236.

[5] 李明,鄭云平,亞夏爾·吐爾洪,等.新型儲能政策分析 與建議[J].儲能科學與技術,2023,12(6):2022-2031.

[6] 陳維江,靳曉凌,吳鳴,等.雙碳目標下我國配電網形態快速演進的思考[J].中國電機工程學報,2024,44(17):6811-6818.

[7] 陳海生,李泓,徐玉杰,等.2023年中國儲能技術研究 進展[J].儲能科學與技術,2024,13(5):1359-1397.

[8] 中華人民共和國國務院.政府工作報告[R].(2024-03-05)[2024-03-12].https:∥www.gov.cn/yaowen/ liebiao/202403/content_6939153.htm.

[9] 孟祥飛,龐秀嵐,崇鋒,等.電化學儲能在電網中的應用分析及展望[J].儲能科學與技術,2019,8(S1):38-42.

[10] TRSGBENOU,FOPAH-LELE A,WANG K.Recentstatusandprospectsonthermochemicalheatstorageprocessesandapplications[J].Entropy(Basel),2021,23(8):953.

[11]潘新慧,陳人杰,吳鋒.電化學儲能技術發展研究[J].中國工程科學,2023,25(6):225-236.

[12] 李晉,王青松,孔得朋,等.鋰離子電池儲能安全評價研 究進展[J].儲能科學與技術,2023,12(7):2282-2301.

[13] WUXL,LUYJ,OUYANGHSH,etal.The-oreticalandexperimentalinvestigationsonliquidimmersioncoolingbatterypacksforelectricvehiclesbased onanalysisofbatteryheatgenerationcharacteristics [J].EnergyConversionandManagement,2024,310 118478.

[14] MAO YZ,LIU QY,XU QR,etal.Reviewofpreventionandmitigationtechnologiesforthermalrunawayinlithiumionbatteries[J].Aerospace Traffic andSafety,2024,1(1):55-72.

[15] ZHENG W T,LIZ,TAN L,etal.Recentadvances insynthesisandmodificationstrategiesforlithium ionbatteryternarycathodes[J].JournalofEnergy Storage,2024,98113085.

[16]喻航,張英,徐超航,等.鋰電儲能系統熱失控防控技術研究進展[J].儲能科學與技術,2022,11(8):2653-2663.

[17] 吳唐琴.鋰離子電池產熱和熱誘導失控特性實驗研 究[D].合肥:中國科學技術大學,2018.