Em 2022, o setor de armazenamento de energia apresentará um desenvolvimento vigoroso, com a capacidade instalada acumulada de novos sistemas de armazenamento atingindo 13,1 GW. O número de novos projetos de armazenamento de energia planejados e em construção na China já se aproxima de 100 GW, superando em muito a meta de 30 GW para 2025 estabelecida pelos órgãos governamentais competentes. Sem dúvida, 2023 será mais um ano de rápido crescimento contínuo do armazenamento eletroquímico de energia no país.
A nova indústria de armazenamento de energia está repleta de vigor e vitalidade, onde esperança e desafios coexistem. O armazenamento de energia deve se desenvolver em grande escala, a médio e longo prazo, com alta tolerância a falhas e elevado desempenho em segurança. Nos últimos anos, acidentes com sistemas de armazenamento eletroquímico de energia têm ocorrido com frequência. Como solucionar a gestão da segurança no armazenamento de energia?
O resfriamento líquido tornou-se uma tecnologia popular na área de gerenciamento térmico, e tem sido frequentemente destaque recentemente. Em abril, a Midea lançou suas soluções de sistemas de armazenamento de energia e uma variedade de novos produtos de gerenciamento térmico para armazenamento de energia com resfriamento líquido, entrando oficialmente no segmento de gerenciamento térmico para armazenamento de energia. O Grupo Huadian, por sua vez, iniciou uma nova rodada de compras centralizadas de sistemas de armazenamento de energia de fosfato de ferro-lítio, adquirindo 2 GWh de sistemas de armazenamento de energia com resfriamento a ar e 3 GWh de sistemas de armazenamento de energia com resfriamento líquido.
Que tipo de sistema de armazenamento de energia por resfriamento líquido é esse?
01 Gestão térmica de armazenamento de energia
Devido às características térmicas das baterias, o gerenciamento térmico tornou-se um elo fundamental na cadeia produtiva do armazenamento eletroquímico de energia. Do ponto de vista do valor e do volume da cadeia industrial, os custos das baterias representam cerca de 55% do sistema de armazenamento de energia, os sistemas de controle de potência (PCS) cerca de 20%, os sistemas de gerenciamento de baterias (BMS) e de gerenciamento de energia (EMS) cerca de 11% e o gerenciamento térmico cerca de 2% a 4%. O valor do gerenciamento térmico é relativamente baixo, mas desempenha um papel vital e é essencial para garantir a operação contínua e segura do sistema de armazenamento de energia.
Acidentes em usinas de energia são frequentes, e a fuga térmica de baterias de lítio é uma das principais causas de acidentes em sistemas de armazenamento de energia. Esses sistemas geram muito calor e têm espaço limitado para dissipação térmica. É difícil controlar a temperatura com ventilação natural, o que pode comprometer a vida útil e a segurança das baterias. Comparadas às baterias de sistemas de potência convencionais, as baterias de sistemas de armazenamento de energia têm maior potência, maior quantidade e geram mais calor. A disposição compacta das baterias limita o espaço para dissipação térmica, dificultando a dissipação rápida e uniforme do calor, o que pode causar atrito entre os conjuntos de baterias. O acúmulo de calor e a diferença excessiva de temperatura operacional levam a acidentes frequentes em sistemas de armazenamento de energia, comprometendo a vida útil e a segurança das baterias.
Processo de fuga térmica da bateria de íon-lítio
O gerenciamento térmico é fundamental para garantir a operação contínua e segura de sistemas de armazenamento de energia. Idealmente, o projeto de gerenciamento térmico deve controlar a temperatura interna do sistema de armazenamento de energia na faixa ideal (10-35 °C) para a operação de baterias de lítio, garantindo a uniformidade da temperatura dentro do conjunto de baterias e, assim, reduzindo a degradação da vida útil da bateria ou o risco de perda de controle devido à dissipação de calor.
Atualmente, as principais rotas técnicas para o gerenciamento térmico de sistemas de armazenamento de energia são o resfriamento a ar e o resfriamento líquido. As rotas tecnológicas para o gerenciamento térmico de sistemas de armazenamento de energia dividem-se principalmente em resfriamento a ar, resfriamento líquido, resfriamento por tubos de calor e resfriamento por mudança de fase, sendo que as tecnologias de tubos de calor e de mudança de fase ainda não estão totalmente consolidadas.
1. Resfriamento a ar
A temperatura da bateria é reduzida por convecção de gases. Possui as vantagens de estrutura simples, fácil manutenção e baixo custo, porém a eficiência de dissipação de calor, a velocidade de dissipação e a uniformidade da temperatura são baixas. É adequada para situações com baixa taxa de geração de calor.
2. resfriamento líquido
A temperatura da bateria é reduzida por convecção líquida. A eficiência de dissipação de calor, a velocidade de dissipação e a uniformidade da temperatura são boas, mas o custo é alto e há risco de vazamento do líquido refrigerante. É adequado para situações em que o conjunto de baterias possui alta densidade de energia, alta velocidade de carga e descarga e grandes variações de temperatura ambiente.
3. Tubo de calor e mudança de fase
A dissipação de calor da bateria é alcançada através da evaporação e absorção de calor do meio no tubo de calor e da conversão de mudança de fase do material.
Dentre elas, a tecnologia de resfriamento líquido dissipa o calor diretamente por meio da convecção do líquido, o que permite um controle preciso da temperatura da bateria e garante um resfriamento uniforme. Em contrapartida, a tecnologia de resfriamento a ar tem um custo menor, mas sua eficiência de dissipação de calor não é alta, impossibilitando o controle preciso da temperatura da bateria. Portanto, em cenários de baixa potência, o resfriamento a ar ainda é o mais utilizado, enquanto em cenários de potência média e alta, a tecnologia de resfriamento líquido ocupa uma posição dominante. O sistema de resfriamento líquido apresenta as vantagens de alta capacidade térmica específica e resfriamento rápido, o que permite um controle mais eficaz da temperatura da bateria, garantindo assim a operação estável do sistema de armazenamento de energia.
02 Mercado de armazenamento de energia para refrigeração líquida
O mercado doméstico de armazenamento de energia está em plena expansão, e os integradores de sistemas de armazenamento de energia e fabricantes de baterias começaram a implementar a tecnologia de resfriamento líquido para armazenamento de energia precocemente, desenvolvendo novos produtos e atualizando versões existentes com novas tecnologias. Com o envolvimento de um número crescente de projetos de aplicação prática, os sistemas de armazenamento de energia com resfriamento líquido estão se tornando rapidamente a principal tecnologia disponível no mercado.
Atualmente, a proporção de tecnologia de resfriamento líquido em novos projetos de armazenamento de energia em larga escala, tanto na geração quanto na rede elétrica, está aumentando rapidamente. Exemplos disso são o projeto de demonstração da usina de armazenamento de energia compartilhada de 100 MW/200 MWh da Ningxia Power Investment Ningdong Base e o projeto da usina de armazenamento de energia compartilhada de 100 MW/400 MWh de Linze, em Gansu, que utilizarão tecnologia de controle de temperatura por resfriamento líquido. A aplicação dessa tecnologia em projetos reais está se expandindo gradualmente. Por exemplo, a usina de armazenamento de energia Meizhou Baohu da Southern Power Grid, localizada no condado de Wuhua, cidade de Meizhou, província de Guangdong, entrou em operação recentemente. Esta é também a primeira usina de armazenamento de energia com resfriamento líquido submerso do mundo. Pela primeira vez, a China Southern Grid Energy Storage Company imergiu diretamente a bateria no líquido refrigerante dentro da cabine, obtendo um resfriamento direto, rápido e suficiente para garantir que a bateria opere dentro da faixa de temperatura ideal.
Grandes grupos energéticos iniciaram licitações para sistemas de armazenamento de energia refrigerados a líquido. Segundo estatísticas, a Corporação Nacional Nuclear da China, a PetroChina, o Grupo Nacional de Energia, o Grupo Huadian e outras empresas realizaram projetos de aquisição de sistemas de armazenamento de energia refrigerados a líquido. A escala dos sistemas refrigerados a líquido é de cerca de 5,4 GWh, e o preço unitário de compra varia de 1,42 yuan/Wh a 1,61 yuan/Wh.
De acordo com estatísticas de informações públicas, fabricantes como Kehua Data Energy, Sungrow Power, Yiwei Lithium Energy, Cairi Energy, Xingyun Times, HyperStrong, Haichen Energy Storage, Zhongtian Technology, Shanghai Electric Guoxuan, Trina Energy Storage e Ashi Dozens, além de empresas como Te e Shenghong, seguiram a tendência do resfriamento líquido. Os novos produtos lançados utilizam a tecnologia de resfriamento líquido, abrangendo diversos cenários, como o de redes elétricas, aplicações industriais e comerciais e armazenamento de energia residencial.
Para as empresas de equipamentos de controle de temperatura, sua principal competitividade residirá na capacidade de personalização, bem como na longa experiência e no acúmulo técnico em soluções de gerenciamento térmico. A GGII acredita que a distribuição de mercado a médio e longo prazo se concentrará em empresas com projetos personalizados mais consolidados, projetos não padronizados de melhor qualidade e produtos com maior custo-benefício. Portanto, para as empresas de equipamentos de controle de temperatura, sua principal competitividade residirá na capacidade de personalização e no acúmulo de longa experiência, especialmente em soluções de gerenciamento térmico.
03 Potencial futuro do armazenamento de energia para refrigeração líquida
A expansão do mercado de armazenamento de energia continuará. Para promover efetivamente o consumo de novas fontes de energia, a implantação de usinas de armazenamento de energia de grande escala e alta capacidade está sendo acelerada. Como parte importante do sistema de armazenamento de energia, o sistema de gerenciamento térmico se beneficiará do aumento da capacidade instalada de armazenamento de energia. O mercado de controle de temperatura para armazenamento de energia poderá continuar a crescer.
Segundo as estatísticas, em 2022, os novos projetos de armazenamento de energia na China atingirão 7,3 GW/15,9 GWh, e a capacidade instalada acumulada chegará a 13,1 GW/27,1 GWh. Considerando o planejamento de diversas regiões, estima-se que, até o final de 2025, a capacidade instalada acumulada de armazenamento de energia no país alcance quase 80 GW. De acordo com a análise do Instituto de Pesquisa Industrial Avançada (GGII), o valor das remessas de sistemas de controle de temperatura para armazenamento de energia na China atingirá 16,5 bilhões de yuans em 2025. Com o aumento da capacidade de armazenamento de energia e da taxa de carga e descarga, a proporção de produtos de armazenamento de energia de média e alta potência que utilizam resfriamento líquido aumentará. Com o aprimoramento gradual, espera-se que o resfriamento líquido se torne a principal solução no futuro, e a taxa de penetração dessa tecnologia deverá atingir cerca de 45% até 2025.
Previsão do mercado chinês de armazenamento de energia, controle de temperatura e refrigeração líquida (100 milhões de yuans)
No futuro, à medida que novas usinas de energia e sistemas de armazenamento de energia isolados da rede elétrica exigirem maior capacidade de bateria e maior densidade de potência do sistema, a participação do armazenamento de energia refrigerado a líquido aumentará cada vez mais, tornando-se certamente líder no mercado de armazenamento de energia devido às suas vantagens abrangentes. Isso estimulará o entusiasmo dos fabricantes de sistemas de armazenamento de energia pelo desenvolvimento contínuo de novos produtos e tecnologias, promovendo a segurança e a melhoria econômica desses sistemas.
Data da publicação: 22/09/2023