Выбор охлаждения начинается с теплового потока, а не с размера шкафа
Воздушное охлаждение обычно является более простым выбором для приложений C&I BESS средней мощности, где плотность тепла и условия окружающей среды управляемы. Жидкостное охлаждение становится более привлекательным по мере увеличения плотности мощности, интенсивности циклов, требований к однородности температуры или воздействия высоких температур. Покупатели должны сравнивать температурный разброс, вспомогательную мощность, снижение мощности, нагрузку на обслуживание и производительность в течение жизненного цикла, а не предполагать, что жидкостное охлаждение автоматически «лучше».
Работа NREL по тепловому управлению батареями четко объясняет физический компромисс: воздушное охлаждение предлагает простоту, меньше компонентов и отсутствие риска утечки охладителя, но меньшая теплоемкость воздуха и способность передачи тепла делают однородность температуры более сложной, чем при жидкостном охлаждении.
Это инженерное различие, с которого я бы начал.
Следите за воздухом через шкаф
В шкафу с воздушным охлаждением охлаждающий воздух не остается при одной и той же температуре.
Он входит, поглощает тепло от ячеек и модулей и выходит более теплым.
Тепловой дизайнер может улучшить геометрию воздуховодов, распределение воздушного потока, управление вентиляторами и теплообмен, но основная проблема остается: охлаждающая среда меняет температуру по мере прохождения через батарею.
Это важно, потому что батарейные блоки предпочитают не только приемлемуюсреднюю температуру, но и небольшую разницу температур между ячейками и модулями. NREL отмечает, что неравномерная температура блока может привести к различному поведению при зарядке/разрядке и снижению производительности блока.
Таким образом, воздушное охлаждение становится все более сложным, когда шкаф сочетает в себе:
высокую плотность мощности
частые циклы
высокую температуру окружающей среды
икомпактное расстояние между ячейками.
Но у него есть серьезное преимущество: простота.
Меньше насосов, шлангов, уплотнений и контуров охлаждающей жидкости означает меньше компонентов жидкостной системы для проверки.
Жидкостное охлаждение меняет путь тепла
Системы с жидкостным охлаждением перемещают тепло через холодные пластины или другой жидкостный тепловой интерфейс, а не полагаются в основном на воздушный поток шкафа вокруг модулей батарей.
Это обеспечивает гораздо большую способность передачи тепла и может создать более равномерное распределение температуры.
Текущий пример Dawnice — это его125 кВт / 261.248 кВтч Серия HoneyВсе-в-одном ESS. Опубликованная спецификация использует интеллектуальное жидкостное охлаждение и указывает разницу температур батареи≤3°C, с максимальной скоростью зарядки/разрядки 0.5C.
Это полезная спецификация.
Но это не должно быть превращено в утверждение:
Жидкостное охлаждение всегда дает более долгий срок службы батареи.
Однородность температуры — это лишь один из факторов, влияющих на деградацию. Химия ячеек, окно SoC, C-коэффициент, календарное старение, условия окружающей среды и стратегия управления также имеют значение.
Более обоснованное утверждение:
лучшая тепловая однородность устраняет один важный источник неравномерного старения.
Эффективность сложнее, чем «жидкость выигрывает»
Я бы был осторожен с брошюрами, утверждающими, что один метод охлаждения автоматически добавляет несколько процентных пунктов к эффективности BESS при круговом цикле.
Охлаждение потребляет энергию.
Системы с воздушным охлаждением используют вентиляторы и, в зависимости от архитектуры, оборудование для кондиционирования воздуха.
Жидкостные системы могут использовать насосы, вентиляторы, теплообменники и иногда чиллеры.
Победитель зависит от рабочего режима.
При умеренной температуре окружающей среды и скромной мощности батареи простая система с воздушным охлаждением может требовать относительно немного энергии для охлаждения.
При высокой тепловой нагрузке принудительное прохождение большего объема воздуха через плотный шкаф может потребовать значительного потока воздуха, при этом позволяя сохранять большие температурные градиенты. Жидкостное охлаждение может стать более эффективным для отведения тепла от ячеек.
Для закупки я бы попросил:
эффективность BESS при круговом цикле
вспомогательное потребление
температуру окружающей среды при тестировании
мощность заряда/разряда
и включена ли энергия HVAC/охлаждения в опубликованные границы эффективности.
Без этих границ сравнение90% против 92%может быть сравнением двух разных измерений.
Обслуживание — это то, где воздушное охлаждение берет свое реванш
Жидкостное охлаждение решает одну инженерную задачу, добавляя другую систему.
Система BESS с воздушным охлаждением обычно требует от команд обслуживания следить за:
фильтров
вентиляторами
воздушными проходами
теплообменниками
накоплением пыли
ограничением потока воздуха
Система с жидкостным охлаждением добавляет другую терминологию:
охлаждающая жидкость
насос
поток
давление
шланги и соединения
холодильные пластины
обнаружение утечек
состояние охлаждающей жидкости
Это не означает, что жидкостное охлаждение ненадежно.
Это означает, что команде O&M нужно управлять большим количеством компонентов тепловой системы.
Текущий продукт Dawnice мощностью 261 кВтч с жидкостным охлаждением на стороне постоянного тока, например, включает в себяавтоматическую функцию пополнения охлаждающей жидкости, что показывает, как производители пытаются снизить эту нагрузку по обслуживанию. Dawnice также публикует равномерность температуры ≤3°C для этой платформы.
В сравнении, продукт DawniceBS09-225-Dявляется системой на стороне постоянного тока мощностью 225,07 кВтч, использующей интеллектуальное воздушное охлаждение, с опубликованным диапазоном рабочих температур до 55°C.
Наличие обеих архитектур в одной коммерческой продуктовой семье само по себе является полезным доказательством.
Нет универсального победителя.
«Рейтинг 45°C» не означает «без дерейтинга при 45°C»
Это одна из спецификаций, которую я бы оспорил во время запроса предложений.
Предположим, что в техническом паспорте шкафа указано:
Рабочая температура: −30°C до 55°C
Это говорит мне о том, в каких условиях продукт может работать.
Это не говорит мне автоматически о том, что при 50°C батарея может постоянно выдавать то же самое:
кВт
ток
используемая энергия
илиожидаемая продолжительность цикла
как и при 25°C.
Для проекта в жарком климате я бы поэтому запросил кривую термодерейтинга и спросил бы:
При нашей проектной температуре, какая мощность для зарядки/разрядки остается доступной?
Какое распределение температуры ячеек мы должны ожидать?
Сколько вспомогательной мощности потребляет охлаждение?
Что происходит после выхода из строя одного вентилятора или насоса?
Эти ответы более полезны, чем максимальное значение окружающей температуры.
Я бы принял решение исходя из рабочего цикла
Сравнение покупателя может оставаться довольно коротким:
| Условия проекта | Воздушное охлаждение | Жидкостное охлаждение |
|---|---|---|
| Умеренная плотность мощности | Сильный кандидат | Возможно |
| Высокая плотность мощности | Требует тщательной проверки | Сильный кандидат |
| Умеренный климат | Более простое решение может быть привлекательным | Добавленная сложность может не оправдать себя |
| Горячая/высоконагруженная работа | Снижение мощности и градиенты требуют внимания | Преимущество терморегулирования |
| Простота обслуживания | Преимущество | Больше компонентов |
| Однородность температуры | Труднее достичь | Преимущество |
| Риск утечки охлаждающей жидкости | Нет | Должен быть управляемым |
| Компактная установка | Больше ограничений на поток воздуха | Часто привлекательно |
Обратите внимание, что я не провел линию, говоря:
«Свыше 1 МВтч используйте жидкостное охлаждение.»
Энергия системы сама по себе является плохим термическим критерием.
BESS мощностью 2 МВтч, работающий мягко, может представлять собой другую проблему охлаждения по сравнению с компактным шкафом мощностью 265 кВтч, который постоянно выдает высокую мощность.
Для проекта Ruibit/Dawnice я бы поэтому поставилпрофиль температуры окружающей среды, ожидаемую скорость C, ежедневный цикл, плотность мощности шкафа и возможности обслуживаниярядом со спецификацией продукта перед выбором архитектуры охлаждения.
Лучший вопрос не в том:
Воздух или жидкость?
Это:
Сколько тепла должен удалить этот BESS, при каких условиях окружающей среды, в течение сколько часов — и насколько равномерно он должен это делать, чтобы соответствовать требованиям к производительности и сроку службы проекта?
Часто задаваемые вопросы
1. Является ли жидкостное охлаждение всегда лучше воздушного для коммерческого BESS?
Нет.Воздушное охлаждение предлагает более простую архитектуру и обслуживание, в то время как жидкостное охлаждение обеспечивает более высокую способность теплоотведения и более равномерную температуру. Лучший выбор зависит от плотности мощности, рабочего цикла, климата и требований к обслуживанию.
2. Когда покупатели должны рассмотреть жидкостное охлаждение BESS?
Жидкостное охлаждение становится более привлекательным длясистем с высокой плотностью мощности, частым циклом, компактными установками и требовательной работой в жарком климате, особенно когда важно поддерживать небольшую разницу температур между ячейками.
3. Улучшает ли жидкостное охлаждение эффективность BESS?
Потенциально, но не автоматически. Обе архитектуры охлаждения потребляют вспомогательную энергию. Покупатели должны сравнитьэффективность кругового цикла и потребление вспомогательной энергии для охлаждения при одинаковой температуре окружающей среды и мощности зарядки/разрядки.
4. Какая система охлаждения BESS требует меньше обслуживания?
Воздушное охлаждение, как правило, проще, с обслуживанием, сосредоточенным навентиляторах, фильтрах, путях воздушного потока и теплообменниках. Жидкостное охлаждение добавляет насосы, охлаждающую жидкость, холодные пластины, соединения, управление потоком и обнаружение утечек.
5. Что покупатели должны проверить для BESS, установленного в жарком климате?
Не полагайтесь только на максимальный температурный рейтинг. Запроситекривую термодерейтинга, доступную мощность при проектной температуре окружающей среды, ожидаемое распределение температуры батареи, потребление вспомогательной энергии для охлаждения и поведение системы охлаждения при сбое.
