全浸没液冷，破局储能电池安全？

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2022年，中国储能锂电池产业链规模破2000亿，其中电力储能产业链规模增至1600亿元，户用储能增长至400亿元。全球范围内，锂电储能赛道“蓝海”变“红海”。锂电储能关注三个要素：长寿命、低成本、高安全。长寿命相对容易实现（国轩高科储能电池循环已达12000次），低成本随着规模提升也会逐步解决，最难解决的还是安全性问题。升级热管理方案，提升储能系统安全性锂电储能系统由大量电芯单体通过串并联组成。一个20尺3.44MWh的液冷储能集装箱，需要超3840颗280Ah电芯。大量电芯在电池仓内集成使用，在充放电过程中会持续发热。而储能锂电池最佳工作温度为25℃-40℃，长时间高温运行，轻则对储能系统的工作效率、性能和寿命产生不可逆影响，重则引发热失控风险，产生安全事故。据不完全统计，2017年5月至今，全球储能领域发生70多起锂离子电池储能安全事故，事故原因主要是储能锂电池内部热失控。安全问题已经切实影响到人们的人身、财产安全了。另一方面，近年，储能电芯越做越大，电芯容量正从280Ah迈向300Ah+。2022年亿纬锂能推出了560Ah容量的LF560K储能电池，单电池能量达到1.792kWh，被誉为最大容量储能电芯。2022年，海辰储能、天合储能、远景动力、鹏辉能源、海基新能源、瑞浦兰钧、楚能新能源、蜂巢智储、国轩高科、比亚迪、南都电源在内的十余家储能电芯企业陆续推出了300Ah及以上容量的电芯产品。电芯容量越来越大，大量电芯集成工作时发热越来越多，安全风险提升，如何更好的控制电芯温度，降低储能系统能耗，提升储能系统安全性，业界提出的解决方案之一是升级储能热管理系统（由风冷散热经冷板式液冷散热向全浸没式液冷散热过渡）。储能热管理发展三阶段储能热管理系统发展大致分为三个阶段，风冷散热一家独大、冷板式液冷散热异军突起和全浸没液冷散热崭露头角。第一阶段，2021年以前储能市场基本呈现风冷散热一家独大的局面。风冷散热技术选用冷却介质是空气，有自然风冷（无风扇、空调等机械装置）和强制风冷（配备风扇空调等机械装置）两种类型。第二阶段，2021年至今，冷板式液冷散热技术异军突起，市占率不断提升。冷板式液冷散热技术选用冷却介质是乙二醇水溶液等液体，通过将电池PACK内电芯集成布置于液冷板上展开工作，通过液冷板内冷却介质流动进行散热。2020年，宁德时代等头部企业先后推出冷板式液冷储能产品，并不断更新迭代。宁德时代2020年推出基于液冷CTP电箱技术的户外系统EnerOne产品，2021年实现批量交付，并重磅推出升级产品EnerC。目前，布局冷板式液冷散热技术的储能企业数量众多，包括科华数能、阳光电源、亿纬锂能、采日能源、星云时代、海博思创、海辰储能、中天科技、上海电气国轩、天合储能、阿诗特、盛弘股份等数十家储能企业，覆盖电网级储能、工商业储能、户用储能等多元场景。第三阶段，冷板式液冷和风冷散热二分天下，全浸没液冷散热崭露头角。全浸没式液冷散热技术选用冷却介质是超纯水、矿物油、聚烯烃和含氟类灭火剂等各种冷却绝缘液体，将电池系统整体浸没于冷却绝缘液中，通过液体循环直接散热。目前，布局全浸没式液冷散热技术的企业有楚能新能源、南网储能、佛山久安、易事特、科创储能、南瑞继保、储能在线等。关于全浸没式液冷散热全浸没液冷储能技术，顾名思义，在储能系统中，电芯直接浸没于冷却液中，与空气、水分等完全隔离，通过电芯与冷却液直接接触来实现快速、充分的温度控制。形象地说，如果把风冷散热比喻成吹风扇，冷板液冷散热比喻为贴着冰块，那全浸没液冷散热就是电芯集体“泡冷水澡”。实际工作时，电池直接浸没在舱内的冷却液中，实现对电池直接、快速、充分冷却降温，可确保电池在最佳温度范围内运行，有效延长电池的使用寿命，整体提升储能电站的安全性能。南方电网储能科技公司董事长汪志强曾针对梅州宝湖储能电站表示：“浸没式液冷电池储能系统的成功研制，实现了电化学储能安全技术的迭代升级，电池散热效率较传统方式提升50%。梅州宝湖储能电站能够实现电池运行温升不超过5摄氏度，不同电池温差不超过2摄氏度。”综合来看，全浸没液冷散热相较风冷散热和冷板液冷散热，优点在于温度控制效率高、系统安全性高，缺点则是现阶段系统成本、运维成本较高，且现阶段大规模商业应用模式还未完全成熟，正处于初步试用阶段。产品迭代，项目更新全浸没式液冷散热技术快速发展，产品不断升级迭代。2022年12月，楚能新能源首创的“浸默”电池系统正式发布，该系统新研发的消防系统，可在电池储能系统接收到热失控报警信号3分钟内，采用液态消防介质将液冷PACK箱完全浸没，可有效提高储能电池系统的安全性。作用原理为，热失控电池受快速降温和局部窒息手段抑制，难以进一步反应，电芯间和PACK间的热蔓延受阻截，热失控难以持续恶化，电池储能系统安全性得到提升。目前，我国已有多个全浸没式液冷储能项目开工、投用。2023年3月6日，全球首个浸没式液冷储能电站——南方电网梅州宝湖储能电站正式投用，标志着浸没式液冷这一前沿技术在新型储能工程领域也步入了应用阶段。据悉，该项目总规模70MW/140MWh，其中全浸没液冷储能系统15MW/30MWh，按照每天1.75次充放测算，每年可发电近8100万度，可减少二氧化碳排放超过4.5万吨。2022年12月27日，南网储能广东佛山南海电网侧独立电池储能项目正式启动。2023年4月28日，该项目75MW/150MWh浸没式舱级管理液冷储能系统集成开始招标。据悉，该项目建设规模300MW/600MWh，主要由300MW/600MWh储能系统，相关辅助配套设备以及智慧储能数字化运营管控平台等组成，预计2023年建成投产。写在最后全浸没式液冷储能系统现阶段成本较高，难以应用在对成本较为敏感的储能场景。不过，针对那些高度重视安全性，对成本不那么敏感的场景，如公共设施、数据中心、商业建筑、机场、港口、轨道交通等领域，全浸没式液冷储能系统前景广阔。未来，随着全浸没式液冷储能技术进一步迭代，规模化、标准化应用形成，成本大幅下降，结合其高安全性的压倒性优势，其在储能系统内的渗透率将得到爆发性提升。

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