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直击储能大会|山东朗进张永利:关于储能系统温控热管理的思考

作者:中国储能网新闻中心 来源:中国储能网 发布时间:2022-09-27 浏览:

中国储能网讯:第十二届中国国际储能大会演讲速记如下:

张永利:大家好!我叫张永利,来自山东朗进科技股份有限公司,我今天给大家带来的演讲题目是关于储能系统温控热管理的思考。刚才大家听了好几个演讲,都是关于电池的,我今天讲的这个可能是给大家稍微换一下口味,主要是关于储能温控热管理。

我的思考主要有三点,这三点是基于现在储能整个市场的现状:

思考1:误区-储能温控很简单,不是关键环节。刚才大家都在讲电池,或者说这个行业里面,除了电芯,还有BMS,或者说还有PCS,可能是讲得最多的,储能温控其实关注得不是很多,所以说这是我的思考1,大家可能认为温控很简单,它不是储能里面的关键环节。

思考2:没有关注到储能全生命周期成本,因为现在储能整个行业政策,或者是市场的现象就是成本要求得比较苛刻,所以大家老是在一味压缩成本,对储能的全生命周期成本,我觉得是没有关注得足够多。

思考3:没有认识到储能温控是一套系统,不是一个单纯的设备。

下面我基于我的这三点思考,来给大家做一个分享。

一、储能行业

首先储能这个行业我想不用多讲,现在大家都比较清楚,3060、碳达峰、碳中和,对于储能其实是提出了很高的要求,当然也是一个很好的机遇。储能利用抽水蓄能、电化学储能、飞轮储能都有应用,我其中重点是想讲电化学储能,它有灵活性、密度高等特点,是目前大家比较认可的储能方式。

在电化学储能里面,安全是至关重要的,另外一点是寿命。在安全和寿命方面,和电芯的发热是密切相关的。首先从安全和寿命来说,大家最注重的是BMS,通过BMS如何管控电芯的发热、寿命和安全。其次比较关注的是消防系统,如何利用消防系统预防或者是通过后期的控制,来提升整个储能的安全性,这也是现在比较关注的。最后才关注到温控热管理以及其他系统,我觉得现在行业里面是这样的顺序。

从温控热管理整个现状来看,我们总结了这么几点:

第一,热管理因为是一整套系统,而我们觉得其中相对来讲比较欠缺的,是在系统层面上的,工程师经验欠缺。所以最后容易导致选型配置不合理,成本高,效果也不是很好的问题。

第二,电芯准确的热物性评估不够,尤其是到了集成商的时候,电芯的厂家是比较专业的,但是整个储能行业环节非常多,到了最终集成的时候,热物性评估不够,最终的结果也会导致全生命周期内电池的寿命、末期的温控系统不满足要求。

第三,就是冷却的方式,到底是采取哪种冷却方式,怎么去评估,包括整个系统里面的流场等等,也不是评估得很到位,最终选取的不是很合适。

第四,应用场景的评价及全生命周期运维,包括海拔、联动控制因素等等。

二、朗进思考

基于以上这些,我们提出了我们作为一个温控厂家的一些思考。

首先肯定是储能价值的最大化,我觉得不管是对于咱们在座的还是对于终端客户来说,追求的肯定是储能价值的最大化。这里面我们认为有几个指标:安全、可靠、节能、智能,最终能够都体现到全生命周期成本(LCC)上。

1、安全。

安全肯定是重在预防,预防又是通过几个方面来体现的:一是BMS,这也是目前大家关注得非常多、研究得非常多的;二是温控热管理,因为温控热管理的作用,电芯的发热是要靠温控热管理把它带走,每个电芯的热量都能被带走,BMS控制才可以得心应手。如果我们发的热带不走,那可能BMS控制起来就会大打折扣;三是消防预警,消防预警作为辅助,我们现在是尽可能地把预警提前,越往前对整个安全控制越有利。当万一出现安全隐患的时候,消防可以及时把它控制住。

当然,我今天主要是分享温控。而温控,我们认为有四点是非常关键的:一是冷量,冷量是安全的源头,必须要设计出足够的而且是合理的冷量,来供整个储能系统的发热,能把热量全部都带走,从热的角度来说要处在非常安全的可控范围之内;二是流量均匀性,从每个电柜到每个电箱一直到每个电芯,要有合理均匀的流量;三是冷量的利用率,从每个电柜、每个电箱到每个电芯中间各个环节的阻力如何去评估,如何能把它做到通过阻力的计算来合理地把冷量整个都利用起来;四是冷量的精准性,不同的负荷,不同热量,要匹配最适合的冷量。这些是我们从温控热管理匹配细节上认为比较关键的四点。

下面是关于冷量的均匀性,均匀性到底如何去保证,首先肯定是要有气流仿真组织,我们在设计的前期,要通过合理的仿真来确保整个后期实物和前期设计是符合的。另外就是要保证仿真的偏差要小,这样才可以保证整个环节里面时间缩短,同时可以对设计、研发费用起到节约和控制作用。

刚才是讲的气流,这里主要是讲电池热管理,从电池本身的仿真,电池的发热,以及电箱里面每个电芯的发热情况,包括电柜里面发热的情况,这样从仿真的角度来保证每个电芯之间的温差要做到最小。

一套理想的温控系统,要有各个环节的配合,横纵向的管理。因为现在的电化学储能,整个集成以后是比较复杂的,整个从冷量的源头开始一直到风道,分道也包括横的风道和竖的风道,沿线非常长,阻力各个环节都不一样,加起来也是非常大的。到底如何从源头把电芯需要的冷量送到它相应的位置,这中间是一整套系统的匹配设计,也都需要对安全性进行把控。

2、可靠。

产品如何做到可靠,首先是要评估产品的RAMS,可靠性、可用性、可维护性、安全性,这是我们做产品肯定要从这几个指标方面去评估,做到产品可靠。其次是设计,从设计计算到仿真,然后我们要评估产品的MTBF,到底是10万小时还是8万小时,必须要有详细的计算。还有可靠度,可靠度现在也是非常好的一个指标,尤其在军工上,对产品的可靠度是99%还是98%,也要有详细的计算,而且是要有一个具体的值,通过这个值就能知道这个产品到底是一种什么样的指标。第三是体系上,体系上9000/14000,大家都比较熟悉,还有从国军标的角度,或者是TS22163,高铁的角度,或者是IATF16949汽车,这些特殊领域对产品的体系方面的认证,还是做得非常全面和到位的。

3、节能。

现在整个行业越来越关注节能,前几年的时候,大家只是说对成本关注得比较多,其实节能,随着整个储能投放市场越来越大,(刚才有嘉宾讲到)可能由GW到TW,这么大的市场保有量,它的用电就显得非常突出。

而整套储能的系统效率有两个,一个是设备转换效率指标,还有一个是系统自用电,整个储能系统的自用电里面,空调是最大的用电设备,其他的像消防用电可能都比较小。下面我举了一个例子给大家计算,可能有更直观的印象。

以一个5MWh储能箱为例,要被100kW制冷量空调,能效比2.5计算,用电功率是40kW,按照每天8h,全年300天计算,全年总用电量达到了96000kWh的用电量。

如果我们采用变频空调,现在行业里面可能有不同的空调,变频空调相对来说比较节电,按照结电20%计算,一年可以省38.4万度电,如果把电费算出来,按每度电0.7元计算,就能节省26.88万元。如果再把它转化成标准煤,就是122吨,再把它转换成减排二氧化碳,就是328吨。

这个数据我们只是按照一个100MWh的项目计算,现在我们的储能项目,基本上每个项目都是大几十兆瓦,百MWh以上,我们这么多的储能项目,在节能减排这块我觉得也是非常可观的。

4、智能。

智能这一块我只是简单列了一下,一个是空调要智能运维,二是和消防包括BMS等等来实现联动,这样可以充分利用整个智能化的程度。

5、全生命周期成本(LCC)。

全生命周期成本依托于前面的四个,我们的设备购置成本小于20%,整个全生命周期里面运营成本大于80%,这还是一个比较保守的数字。所以说运营成本里面,就是可靠、节能、安全这些来最终决定的。

三、解决方案

上面大概讲了一下关于储能方面的思考和一些具体的想法,下面是我们朗进科技针对整个储能温控的解决方案。这个解决方案,我们主要是提供全链条的解决方案,不仅是提供一个设备,从最开始和客户一起去设计策划,包括空调的选型,包括中间的风场,系统仿真,电池仿真,一直到最后产品投放市场以后智能运维的管理,是全链条的。

这是我们提供的解决方案,从集装箱、电力预制舱、室外柜等等,产品从0.6kW到40kW全系列。

这是外挂空调方案,主要是风冷的,从0.6kW到25kW,主要是挂在集装箱的侧壁上。这是内置式的空调方案,从12.5kW到25kW。这是顶置式的空调方案,现在也越来越多一些,冷量从5-35kW,放在集装箱顶部以后可以省出内部空间来,这里面可能有的客户会质疑放在顶部以后漏水怎么办,顶置式空调的安装、防水在行业里面非常成熟,有一套成熟的解决方案,没有任何问题。

这是液冷场景解决方案,我们现在提供从电化学储能、飞轮储能以及数据中心、汽车换电站,以及新能源交通的动力电池,提供全系列的解决方案。冷量从30kW到40kW。

再有就是朗进科技的核心技术,我们朗进科技做温控已经做了20多年,目前我们的领域做得非常多,除了现在的储能,包括轨道交通领域、新能源交通领域,还有数据中心领域等等。首先是变频,我们朗进的温控全部是变频产品,因为我们的变频技术是自研的,已经有将近30年的经验。另外一个是空调整个的控制系统,也是技术非常成熟的,还有电磁兼容技术,包括智能预测控制技术,还有适量变频驱动技术,包括热泵制热技术,这是我们目前在温控领域的核心技术。

重点讲一下温度控制算法,一个是温度控制得精不精准,另外一个是节能,也是通过这个来控制。传统的控制方法是PID,我们现在的控制方法是MPC的,就是提前预测。

另外还有智能运维系统,主要是围绕着咱们产品投放市场以后产品的健康状态到底怎么样,是不是有故障,或者是没有故障,但是处在亚健康状态,我们有这么一套完整的运维系统,这样可以节省整个后期的运维费用。

朗进数字能源是我们朗进科技股份上市公司下面的一家子公司,聚焦数据中心能源、通信能源、电力及储能能源及智能户外一体化机柜(智能端点)等领域,针对各行业用户的特殊应用场景,提供整体解决方案,实现安全、高效、节能、智能运维等需求。

产品涉及得比较多,这是我们产品涉及到的各个领域。

我的内容就分享到这儿,谢谢大家!

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