La scelta del raffreddamento inizia con il flusso di calore, non con le dimensioni del cabinet
Il raffreddamento ad aria è solitamente la scelta più semplice per le applicazioni C&I BESS a potenza moderata, dove la densità di calore e le condizioni ambientali sono gestibili. Il raffreddamento a liquido diventa più attraente man mano che aumentano la densità di potenza, l'intensità del ciclo, i requisiti di uniformità della temperatura o l'esposizione a temperature elevate. Gli acquirenti dovrebbero confrontare la diffusione della temperatura, la potenza ausiliaria, la derating, il carico di manutenzione e le prestazioni del ciclo di vita, senza assumere automaticamente che il raffreddamento a liquido sia “migliore”.
Il lavoro di gestione termica delle batterie del NREL spiega chiaramente il compromesso fisico: il raffreddamento ad aria offre semplicità, meno componenti e nessun rischio di perdita di refrigerante, ma la minore capacità termica e la capacità di trasferimento di calore dell'aria rendono più difficile l'uniformità della temperatura rispetto al raffreddamento a liquido.
Questa è la differenza ingegneristica da cui inizierei.
Segui l'aria attraverso il cabinet
In un armadio raffreddato ad aria, l'aria di raffreddamento non rimane alla stessa temperatura.
Entra, assorbe calore dalle celle e dai moduli, e esce più calda.
Il progettista termico può migliorare la geometria dei condotti, la distribuzione del flusso d'aria, il controllo della ventola e lo scambio di calore, ma il problema di base rimane: il mezzo di raffreddamento cambia temperatura mentre attraversa la batteria.
Questo è importante perché i pacchi batteria preferiscono non solo unatemperatura media, ma anche una piccola differenza di temperatura tra celle e moduli. Il NREL osserva che una temperatura non uniforme del pacco può portare a comportamenti di carica/scarica diversi e a prestazioni ridotte del pacco.
Il raffreddamento ad aria diventa quindi sempre più impegnativo quando l'armadio combina:
alta densità di potenza
cicli frequenti
alta temperatura ambiente
espaziatura compatta delle celle.
Ma ha un grande vantaggio: semplicità.
Meno pompe, tubi, guarnizioni e circuiti di refrigerante significano meno componenti del sistema liquido da ispezionare.
Il raffreddamento a liquido cambia il percorso del calore
I sistemi a liquido raffreddato spostano il calore attraverso piastre fredde o un altro interfaccia termica liquida piuttosto che dipendere principalmente dal flusso d'aria dell'armadio attorno ai moduli della batteria.
Questo fornisce una capacità di trasferimento di calore molto maggiore e può produrre una distribuzione della temperatura più uniforme.
Un attuale esempio di Dawnice è il suo125 kW / 261.248 kWh Honey Series tutto-in-uno ESS. La specifica pubblicata utilizza un raffreddamento liquido intelligente e indica una differenza di temperatura della batteria di≤3°C, con un tasso massimo di carica/scarica di 0.5C.
Questa è una specifica utile.
Ma non dovrebbe essere trasformato nella affermazione:
Il raffreddamento a liquido offre sempre una maggiore durata della batteria.
L'uniformità della temperatura è solo un fattore che influisce sulla degradazione. La chimica delle celle, la finestra di stato di carica, il tasso di carica, l'invecchiamento calendariale, le condizioni ambientali e la strategia di controllo sono anch'essi importanti.
L'affermazione più difendibile è:
una migliore uniformità termica rimuove una fonte importante di invecchiamento non uniforme.
L'efficienza è più complicata di un semplice 'il liquido vince'
Sarei cauto con le brochure che affermano che un metodo di raffreddamento aggiunge automaticamente diversi punti percentuali di efficienza di ritorno del BESS.
Il raffreddamento consuma energia.
I sistemi a raffreddamento ad aria utilizzano ventilatori e, a seconda dell'architettura, attrezzature di climatizzazione.
I sistemi a liquido possono utilizzare pompe, ventilatori, scambiatori di calore e talvolta chiller.
Il vincitore dipende dal punto operativo.
A temperature ambientali miti e con potenza della batteria modesta, un semplice sistema a raffreddamento ad aria può richiedere relativamente poca energia di raffreddamento.
A carichi termici elevati, forzare più aria attraverso un armadio denso può richiedere un flusso d'aria sostanziale pur consentendo gradienti di temperatura più ampi. Il raffreddamento a liquido può quindi diventare più efficace nel trasportare il calore lontano dalle celle.
Per l'acquisto, chiederei:
l'efficienza di ritorno del BESS
il consumo ausiliario
la temperatura ambientale di prova
la potenza di carica/scarica
e se l'energia HVAC/raffreddamento è inclusa nel confine di efficienza pubblicato.
Senza quel confine, confrontare90% contro 92%potrebbe significare confrontare due misurazioni diverse.
La manutenzione è dove il raffreddamento ad aria si vendica
Il raffreddamento a liquido risolve un problema ingegneristico aggiungendo un altro sistema.
Un BESS a raffreddamento ad aria richiede tipicamente ai team di manutenzione di controllare:
filtri
ventilatori
passaggi d'aria
scambiatori di calore
accumulo di polvere
restrizione del flusso d'aria
Un sistema a raffreddamento a liquido aggiunge un altro vocabolario:
liquido di raffreddamento
pompa
flusso
pressione
tubi e connessioni
piastre fredde
rilevamento perdite
condizioni del liquido di raffreddamento
Questo non significa che il raffreddamento a liquido sia inaffidabile.
Significa che il team O&M ha più componenti del sistema termico da gestire.
Il prodotto attuale di Dawnice da 261 kWh raffreddato a liquido sul lato DC, per esempio, include unafunzione automatica di riempimento del liquido di raffreddamento, dimostrando come i produttori stiano cercando di ridurre quel carico di manutenzione. Dawnice pubblica anche l'uniformità della temperatura di ≤3°C per questa piattaforma.
In confronto, il sistema di DawniceBS09-225-Dè un sistema da 225,07 kWh sul lato DC che utilizza il raffreddamento ad aria intelligente, con un intervallo di temperatura operativa pubblicato che si estende fino a 55°C.
L'esistenza di entrambe le architetture nella stessa famiglia di prodotti commerciali è una prova utile in sé.
Non c'è un vincitore universale.
"Rated 45°C" non significa "nessuna derating a 45°C"
Questa è una specifica che contesterei durante una RFQ.
Supponiamo che un datasheet del cabinet affermi:
Temperatura operativa: −30°C a 55°C
Questo mi dice dove il prodotto è autorizzato a operare nelle sue condizioni specificate.
Non mi dice automaticamente che a 50°C la batteria può fornire continuamente la stessa:
kW
corrente
energia utilizzabile
oaspettativa di vita del ciclo
come fa a 25°C.
Per un progetto in clima caldo, quindi, richiederei la curva di derating termico e chiederei:
A temperatura ambiente di progetto, quale potenza di carica/scarica continua rimane disponibile?
Quale intervallo di temperatura delle celle dovremmo aspettarci?
Quanta energia ausiliaria consuma il raffreddamento?
Cosa succede dopo il guasto di una ventola o di una pompa?
Queste risposte sono più utili del numero massimo dell'ambiente.
Prenderei la decisione in base al ciclo di lavoro
Un confronto tra acquirenti può rimanere piuttosto breve:
| Condizione del progetto | Raffreddamento ad Aria | Raffreddamento a liquido |
|---|---|---|
| Densità di potenza moderata | Candidato forte | Possibile |
| Alta densità di potenza | Richiede verifica attenta | Candidato forte |
| Clima mite | Una soluzione più semplice può essere attraente | La complessità aggiuntiva potrebbe non ripagare |
| Operazione calda/ad alta potenza | Derating e gradienti necessitano di attenzione | Vantaggio nel controllo termico |
| Semplicità di manutenzione | Vantaggio | Più componenti |
| Uniformità della temperatura | Più difficile da raggiungere | Vantaggio |
| Rischio di perdita di refrigerante | Nessuno | Deve essere gestito |
| Installazione compatta | Maggiore vincoli di flusso d'aria | Spesso attraente |
Nota che non ho tracciato una linea dicendo:
“Sopra 1 MWh, utilizzare il raffreddamento a liquido.”
L'energia del sistema da sola è un criterio termico scarso.
Un BESS da 2 MWh che opera dolcemente può presentare un problema di raffreddamento diverso rispetto a un armadio compatto da 265 kWh che fornisce ripetutamente alta potenza.
Per un progetto Ruibit/Dawnice, metterei quindiil profilo della temperatura ambiente, il tasso C atteso, il modello di ciclo giornaliero, la densità di potenza dell'armadio e la capacità di manutenzioneaccanto alla specifica del prodotto prima di scegliere l'architettura di raffreddamento.
La domanda migliore non è:
Aria o liquido?
È:
Quanta calore deve rimuovere questo BESS, in quali condizioni ambientali, per quante ore—e quanto uniformemente deve rimuoverlo per soddisfare i requisiti di prestazione e durata del progetto?
Domande Frequenti
1. Il raffreddamento a liquido è sempre migliore del raffreddamento ad aria per un BESS commerciale?
No.Il raffreddamento ad aria offre un'architettura e una manutenzione più semplici, mentre il raffreddamento a liquido fornisce una maggiore capacità di trasferimento di calore e una temperatura più uniforme. La scelta migliore dipende dalla densità di potenza, dal ciclo di lavoro, dal clima e dai requisiti di manutenzione.
2. Quando dovrebbero i compratori considerare un BESS a liquido?
Il raffreddamento a liquido diventa più attraente persistemi ad alta densità di potenza, cicli frequenti, installazioni compatte e operazioni in climi caldi esigenti, specialmente quando è importante mantenere una piccola differenza di temperatura tra le celle.
3. Il raffreddamento a liquido migliora l'efficienza del BESS?
Potenzialmente, ma non automaticamente. Entrambe le architetture di raffreddamento consumano energia ausiliaria. Gli acquirenti dovrebbero confrontarel'efficienza di ritorno e il consumo ausiliario di raffreddamento sotto la stessa temperatura ambiente e potenza di carica/scarica.
4. Quale sistema di raffreddamento per BESS richiede meno manutenzione?
Il raffreddamento ad aria è generalmente più semplice, con la manutenzione focalizzata suventole, filtri, percorsi dell'aria e scambiatori di calore. Il raffreddamento a liquido aggiunge pompe, liquido refrigerante, piastre fredde, connessioni, gestione del flusso e rilevamento delle perdite.
5. Cosa dovrebbero verificare i compratori per un BESS installato in un clima caldo?
Non fare affidamento solo sulla valutazione della temperatura massima di funzionamento. Richiedi lacurva di derating termico, potenza disponibile alla temperatura ambiente di progetto, intervallo di temperatura della batteria atteso, consumo ausiliario di raffreddamento e comportamento di guasto del sistema di raffreddamento..
