2022年，我國已投運鋰離子電池儲能項目裝機規(guī)模約822.15萬千瓦，根據(jù)《2030年前碳達峰行動方案》，2025年如果鋰電儲能項目在新型儲能裝機量中占比保持94.5%不變，該數(shù)據(jù)將超2835萬千瓦。

　　電化學儲能兩大痛點

　　目前，成本和安全是制約鋰電儲能發(fā)展的兩個核心痛點。

　　成本方面，據(jù)江蘇儲能協(xié)會數(shù)據(jù)，2022年，我國鋰電儲能系統(tǒng)度電成本約1.66元/Wh(0.5C系統(tǒng))。未來，隨著鋰電儲能系統(tǒng)制造規(guī)模擴大、技術發(fā)展、材料供應及時等因素影響，成本還將繼續(xù)下降。

　　換言之，長期來看，鋰電儲能系統(tǒng)安全性的提升是鋰電儲能發(fā)展的最關鍵制約因素。

　　儲能系統(tǒng)安全性影響因素眾多，從系統(tǒng)外部來看，安全性的影響因素則主要集中在儲能電站運營維護上，包括電站運行監(jiān)視、運行操作、巡視檢查、異常運行及故障處理等;從系統(tǒng)內(nèi)部來看，鋰離子電池模組本身工作特性，BMS數(shù)據(jù)采集不夠全面、及時、精確等基礎設計是主要原因。

　　其中，儲能系統(tǒng)中針對鋰離子電池模組本身工作特性進行改進，是提升儲能系統(tǒng)安全性的治本之策。

　　儲能鋰電池通常組裝在電池艙內(nèi)使用，在充放電過程中會持續(xù)發(fā)熱，熱量難以及時傳導至艙外環(huán)境，但是儲能鋰電池最佳工作溫度為25-40℃，長時間高溫運行，輕則對儲能系統(tǒng)的工作效率、性能和壽命產(chǎn)生不可逆影響，重則引發(fā)熱失控風險，產(chǎn)生安全事故。

　　針對儲能電池冷卻問題，市場建言獻策，目前主流的電池組散熱方式是風冷散熱和液冷散熱。

　　風冷散熱

　　眾所周知，熱傳遞有有三種方式，即熱傳導、熱輻射和熱對流。

　　熱傳導指熱量從系統(tǒng)的一部分傳到另一部分或由一個系統(tǒng)傳到另一系統(tǒng)的現(xiàn)象;熱對流指液體或氣體中較熱部分和較冷部分之間通過循環(huán)流動使溫度趨于均勻的過程;熱輻射指物體因自身的溫度而向外發(fā)射能量。

　　集裝箱式鋰電儲能系統(tǒng)內(nèi)部結構如下，集裝箱長12 m，寬2.4 m，高2.8 m，電池艙內(nèi)共放置12組電池簇，每側放置6組，每組電池簇由15個電池模組組成。

　　以降溫為例，電池模組充放電過程中溫度提高，風冷散熱時，首先通過熱輻射將熱量傳遞到艙內(nèi)空氣中，然后艙內(nèi)空氣與艙外空氣通過熱對流的形式進行熱量傳遞，降低艙內(nèi)溫度。

　　空氣對流方式則主要有兩種，自然風和機械風，空氣從進風口流入集裝箱，換熱后從出風口流出。

　　自然風效率偏低，除了特定條件用的較少;機械風則需要搭配空調(diào)系統(tǒng)使用，可高效率的調(diào)節(jié)空氣溫度。

　　目前，針對這一換熱過程，市場側重于三類研究，一是改變強制風冷條件，二是改變風道設計，三是在電池艙內(nèi)增設導流板。

　　第一，強迫風冷散熱，有兩種改變方式，加大熱源件散熱表面積和加快單位時間內(nèi)空氣流速。前者可通過在電池模組表面加裝散熱片實現(xiàn)，后者可通過安裝風扇(風機)實現(xiàn)。

　　改變風道設計要求較高，風道包括與空調(diào)出口連接的主風道、主風道內(nèi)的擋風板、風道出口以及電池架兩端的擋風板，根據(jù)集裝箱特點左右對稱布置?，F(xiàn)有風道設計效率基本都較高，進一步提升較為困難。

　　電池艙內(nèi)增設導流板，根據(jù)導流板數(shù)量不同、位置不同，電池艙內(nèi)空氣流場分布、溫度分布以及降溫情況都會有變化。

　　側重點雖然不同，可三種方式目的都相同，提高電池艙內(nèi)風速，增加換熱空氣在艙內(nèi)的擾動范圍，最后達到提高儲能艙內(nèi)換熱效率，使電池模組溫度保持在正常工作溫度內(nèi)的效果。

　　綜合來講，風冷散熱具有原理簡單、安裝方便、成本較低等優(yōu)點，廣泛應用于電池能量密度低，充放電速度慢的儲能場景。

　　液冷散熱

　　液冷散熱分內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)，內(nèi)循環(huán)設置于電池艙內(nèi)，外循環(huán)設置于電池艙外。

　　內(nèi)循環(huán)方面，電池PACK與液冷板直接接觸，熱量通過熱傳導的方式從電池模組轉移到導熱介質內(nèi)部，導熱介質從艙內(nèi)向艙外流動，通過熱對流將熱量從電池艙內(nèi)轉移到電池艙外。

　　外循環(huán)方面，通過空調(diào)等溫度調(diào)節(jié)設備，可將導熱介質溫度調(diào)節(jié)到合適范圍。

　　液冷散熱與風冷散熱差異眾多，如導熱介質不同、介質流通裝置不同。

　　導熱介質方面，風冷散熱導熱介質是空氣，液冷散熱導熱介質種類更為多樣，包括水、乙醇、制冷劑等?？諝獾谋葻釣?.4kJ/ (kg*K)，液體介質中水比熱為4.2kJ/ (kg*K)，是空氣的三倍，因此液冷散熱比風冷散熱效率更高。

　　介質流通裝置方面，液冷散熱需要在集裝箱內(nèi)儲能電池系統(tǒng)上貫通一根主管，每個電池簇連接一根更細的支管，各支管分別與各電池PACK上布置的液冷板連接，通過改變液冷板內(nèi)導熱介質種類和流速進行換熱。

　　液冷板形式眾多，包括并行迷你流道冷板、蛇形流道結構冷板、流線型流道冷板、雙層反轉流道冷板、并行發(fā)散流道冷板和仿生翅脈流道冷板等，形式不同散熱效率也有差別。

　　浸沒式液冷指將儲能電池直接浸泡在特殊的絕緣冷卻液中，電池充放電過程中產(chǎn)生的熱量被冷卻液吸收后，再進入外循環(huán)冷卻。

　　綜合來講，液冷散熱的優(yōu)點是換熱效率高，缺點是前期成本高，適用于電池能量密度高，充放電速度快，功率要求高的儲能環(huán)境。

　　寫在最后

　　儲能系統(tǒng)具體布置過程中，風冷散熱和液冷散熱的選擇，是需要根據(jù)預算多少、裝機量大小、儲能電池種類、所處地理環(huán)境以及換熱效率要求高低來進行考慮的。

　　從整個儲能市場來看，風冷和液冷兩種散熱方式，只存在滲透率高低的差異，適合與否的問題。

　　目前，除了風冷和液冷，還有很多工程師在研究相變材料和液冷或風冷的混合模式，但都還不成熟。