近幾年來,國家推行節(jié)能環(huán)保。
中國目標是實現2030年“碳達峰”,2060年“碳中和”。
為實現雙碳目標,中國的非化石能源在一次能源消費中占比,2025年達到20%,2030年達到25%,2060年提升至80%,達到碳中和。
由于其他非化石能源的資源等限制,預期未來新增的非化石能源消費主要來自于風能和太陽能。
在“雙碳”目標下,非化石能源消費占比將持續(xù)提升。
風力發(fā)電裝機及光伏發(fā)電裝機在未來幾十年時間中將持續(xù)提升。
根據國家電網規(guī)定,光伏、風電等分布式發(fā)電比例不能超過電網的10%,超過了就要加入儲能系統。
目前已有十余個省份對新能源配套儲能比例提出具體量化要求,大多數省份的儲能配置比例在10%-20%之間。
儲能是新型電力系統的重要組成部分。
從發(fā)電側來看,“雙碳”政策的推出使得電力供應能源向可再生能源轉型,而可再生能源(如風能、光能)發(fā)電存在間歇性和不穩(wěn)定性,無法持續(xù)穩(wěn)定輸出電力;
從用電側而言,居民用電和工業(yè)用電存在高峰期與低谷期,電力需求存在波動。
因此,電網系統天然存在供給端與需求端時間性和區(qū)域性不匹配的問題,而新能源的快速發(fā)展則將這種矛盾進一步凸顯。
儲能技術可以增加電力調配彈性、改善電力質量、提升電網穩(wěn)定性,是解決新型電力系統供需不匹配矛盾的重要手段。
儲能系統為什么需要散熱管理
儲能系統在輸入或者輸出能量時,都會存在能量損耗,損耗的能量一般轉化為熱量,溫度過高不但影響設備效率,甚至可能損壞設備部件或者發(fā)生火災等事故,因此儲能系統的散熱管理非常重要。目前,儲能熱管理方式主要有兩種:散熱風扇的風冷和冷卻液的液冷,各有特點。
但由于液冷所用的換熱介質防凍液的密度是空氣的1000倍,比熱是空氣的4倍,因此作為熱量載體和風冷相比液冷先天具備載熱量大,換熱效率高的特點。
液冷散熱在電池包能量密度越來越高,充放電速度越來越快,環(huán)境溫度變化大的場合對于電池熱失控的防范更加有效。
雖說如此,目前儲能溫控卻以散熱風扇的風冷為主,主要原因:
1、當前儲能項目對制冷效率要求相對不高:行業(yè)中裝機量占比較高的是通信基站、小型地面電站等帶電量、功率密度相對較小的項目,風冷方案的風扇制冷效率可以滿足項目的安全標準;
2、風冷設備成本低于液冷,當前儲能項目對成本較敏感:單GWh風冷、液冷的價值量約3000、9000萬元,其中液冷主機約5000萬元,由于當前儲能項目在部分應用場景中經濟性不強,疊加當前電池成本不斷上漲,下游需求對裝機成本的敏感性強,因此會趨向于選擇成本更低的使用散熱風扇的風冷方案。
采用風冷來解決散熱問題的儲能散熱系統,其優(yōu)點是儲能散熱風扇有著成熟的技術,且成本低、安全穩(wěn)定、散熱快、安裝簡單、壽命長、維護簡便等。
預計液冷占比有望持續(xù)上升,主要原因是:
儲能項目的發(fā)熱量將不斷提升,風冷的制冷效率可能無法滿足部分項目散熱需求:中期來看,能量型儲能如新能源電站、離網儲能等更大電池容量、更高系統功率密度的項目裝機量上升,以及功率型儲能對調峰調頻性能要求的提升,將帶動儲能項目的平均發(fā)熱量提升,屆時對制冷效率更高的液冷的需求將有望提升。
極端高溫:風冷運行過程中,室外機將冷凝器的高溫冷媒與外界空氣進行熱交換,當室外溫度過高、內外溫差太小時,熱交換效率將變差,使得機組冷媒冷凝壓力提高,最終會導致機組壓縮機的制冷功率下降;
極端低溫:當室外溫度達到零下時,液冷中管道、冷卻塔里的液體會產生結冰現象,導致溫控系統無法使用,甚至可能引起管道凍裂,目前采取的應對方式是往液體中添加防凍液,但過量的防凍液可能會造成管道、管壁、塔身腐蝕。
水資源豐富程度:缺水地區(qū)不適合用液冷。液冷的工作原理是依靠液體進行熱交換,需要消耗大量的水(尤其是采用開式冷卻塔或閉式蒸發(fā)冷卻塔),要求儲能項目地需要有充足的水資源。兩種技術方向的選擇與項目發(fā)熱量也有關系:
發(fā)熱量較小的項目用風冷的儲能系統散熱風扇足夠滿足需求:如小型地面電站、戶用、通信基站等儲能項目。
發(fā)熱量較大的項目需要用液冷:如裝機容量較大的發(fā)電側項目、調峰調頻要求較高的電網側項目等。因此,新裝機的儲能項目大概率選擇風冷方案:
a.位于極端低溫、水資源缺乏地區(qū);
b.為發(fā)熱量不高的小型地面電站、戶用、通信基站項目;
而位于極端高溫地區(qū),大概率選擇液冷方案。
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