Recientemente, el editor ha notado que muchas empresas están prestando atención y planificando el almacenamiento de energía con refrigeración líquida por inmersión. Después de un período de silencio, la tecnología de refrigeración líquida por inmersión ha vuelto a atraer la atención y parece que está volviéndose popular nuevamente. Creo que muchos colegas también están prestando atención a este desarrollo.

1- Características de la tecnología de refrigeración líquida por inmersión

Las celdas de almacenamiento de energía están avanzando hacia los 300+Ah, y los sistemas de almacenamiento de energía están avanzando hacia los 5MWh+. Cuanto más grande es la celda, más calor genera, más difícil es disipar el calor y más difícil es asegurar la consistencia de la temperatura. Además, el sistema de almacenamiento de energía está compuesto por una gran cantidad de celdas apiladas, y las condiciones de funcionamiento son complejas y cambiantes, lo que es más probable que cause una generación de calor desigual y una distribución desigual de la temperatura. Si los problemas de disipación de calor y uniformidad de temperatura no se resuelven adecuadamente, el rendimiento de carga y descarga de la batería, la capacidad y la vida útil disminuirán, lo que afectará el rendimiento de todo el sistema. Además, la seguridad siempre ha sido la "espada de Damocles" que pesa sobre el almacenamiento de energía de la batería de litio, y la forma más común de mejorar la seguridad es avanzar hacia las tres dimensiones de seguridad intrínseca, seguridad activa y seguridad pasiva.

La refrigeración líquida por inmersión consiste en sumergir la celda de la batería en un líquido aislante, no tóxico y disipador de calor. El refrigerante tiene una conductividad térmica y una capacidad calorífica específica más elevadas. Este método de contacto directo puede proporcionar una eficiencia de transferencia de calor extremadamente alta y, al mismo tiempo, mejorar la uniformidad de la temperatura. Además de ser un medio de control de temperatura, el refrigerante también se puede utilizar como fluido contra incendios para sistemas de almacenamiento de energía, combinando el control de temperatura y la protección contra incendios, lo que también es una característica importante de la tecnología de refrigeración líquida por inmersión. La refrigeración líquida por inmersión sin duda tendrá más ventajas en el contexto de una industria que requiere un mayor rendimiento de disipación de calor y una mayor seguridad.

Figura 1: Caja de batería de almacenamiento de energía de refrigeración por líquido sumergida

2- Solución de sistema de almacenamiento de energía con refrigeración líquida sumergida

Como rama de la tecnología de refrigeración líquida, la tecnología de refrigeración líquida por inmersión no es la primera que se utiliza en la industria del almacenamiento de energía. Inicialmente se utilizó en el campo de la informática de alto rendimiento y, posteriormente, se expandió gradualmente a los centros de datos, la inteligencia artificial, las criptomonedas, etc.

La intención original del diseño del sistema de almacenamiento de energía con refrigeración líquida por inmersión es resolver las deficiencias de la refrigeración por aire tradicional y la refrigeración líquida indirecta en la eficiencia de refrigeración y el control de la diferencia de temperatura de la batería. La puesta en servicio oficial del proyecto Meizhou Baohu de Southern Power Grid marca la aplicación exitosa de la refrigeración líquida por inmersión, una tecnología de vanguardia, en el campo de la nueva ingeniería de almacenamiento de energía.

l Método de enfriamiento y método de circulación del refrigerante.

Los métodos de enfriamiento se dividen en monofásicos y de cambio de fase. Se utiliza el enfriamiento líquido de inmersión monofásico, que incluye principalmente aceite mineral, aceite de silicona, éster natural, etc. Otros esquemas utilizan enfriamiento líquido de inmersión bifásico, representado principalmente por hidrofluoroéter, y utilizan calor latente de cambio de fase para disipar el calor y mejorar la eficiencia de disipación de calor. Según estadísticas incompletas, el esquema de "enfriamiento por inmersión monofásico" es el más común entre los sistemas de almacenamiento de energía de enfriamiento líquido por inmersión lanzados actualmente.

De acuerdo con la diferencia en el modo de circulación del refrigerante, existen tres rutas técnicas en el enfriamiento líquido de inmersión monofásico: convección natural, accionamiento por bomba y enfriamiento líquido de placa fría acoplada por inmersión. La convección natural utiliza las características de expansión del volumen del líquido y reducción de densidad después del calentamiento para lograr la flotación del refrigerante caliente y el hundimiento después del enfriamiento, completando así la disipación de calor de circulación; El núcleo del sistema de accionamiento de la bomba es que la unidad de enfriamiento de líquido impulsa el refrigerante para circular entre la tubería de enfriamiento de líquido y la caja de inmersión de la batería para completar todo el proceso de disipación de calor de circulación; y en el esquema de enfriamiento de líquido de placa acoplada por inmersión, la batería se sumerge en el fluido dieléctrico y la placa fría en contacto con el fluido dieléctrico se usa para eliminar el calor, evitando el uso de circuitos secundarios complejos para enfriar el fluido dieléctrico.

l Solución de integración y forma del producto

La iteración de la solución de integración del sistema de almacenamiento de energía refrigerado por líquido de inmersión es un proceso que va del todo a la parte y luego a los detalles. Cada paso se optimiza y mejora sobre la base de la etapa anterior para lograr un mayor rendimiento y seguridad.

Desde el nivel de la cabina hasta el nivel del paquete, la tecnología de integración del sistema presenta las características de personalización de la escena. La diversificación de los escenarios de almacenamiento de energía hace que la demanda de sistemas de almacenamiento de energía sea diferente. Un solo producto no puede satisfacer la demanda del mercado. El diseño modular permite optimizar y ampliar los productos de almacenamiento de energía según la escala y la demanda de energía del proyecto, lo que permite que las soluciones de almacenamiento de energía se ajusten e implementen rápidamente según diferentes escenarios y necesidades de aplicación.

3-Retos y escenarios de implementación en el proceso de industrialización

El sistema de almacenamiento de energía por refrigeración líquida inmersa enfrenta múltiples desafíos en su proceso de comercialización, como la viabilidad económica, la complejidad técnica, la aceptación en el mercado y la madurez de la cadena de suministro.

l Complejidad técnica: en comparación con los sistemas de enfriamiento líquido de placa fría, los sistemas de enfriamiento líquido de inmersión son más complejos de diseñar e implementar.

l Madurez de la cadena industrial: La cadena industrial de la tecnología de refrigeración líquida por inmersión aún no está completamente madura, lo que limita su aplicación en una gama más amplia de campos. La madurez de la cadena industrial afecta directamente la promoción y comercialización de la tecnología.

l Desafíos económicos: La industria del almacenamiento de energía aún se encuentra en las primeras etapas de desarrollo comercial y la falta de rentabilidad dificulta que el mercado favorezca las rutas tecnológicas de alto costo. Muchas empresas compiten con precios bajos por pedidos temporales, lo que limita la penetración de la refrigeración líquida por inmersión.

En la actualidad, el mercado principal de la industria de almacenamiento de energía aún está dominado por la refrigeración por aire y la refrigeración líquida de placa fría, y la refrigeración líquida por inmersión aún no ha sido completamente aceptada por el mercado. Aunque la penetración y aceptación en el mercado de la tecnología de refrigeración líquida por inmersión no son altas, es posible que no muestre un potencial considerable en algunos escenarios especiales, como:

l Industria de productos químicos peligrosos: Las empresas de productos químicos peligrosos tienen controles de seguridad extremadamente estrictos sobre los equipos de almacenamiento de energía, porque la mayoría de los productos químicos que producen y almacenan son altamente inflamables, explosivos, tóxicos o corrosivos. Una vez que ocurre un accidente, no solo causará graves pérdidas a la propia empresa, sino que también puede causar contaminación ambiental y daños a las comunidades circundantes.

l Estaciones base y centros de datos: Las estaciones base y los centros de datos tienen una baja tolerancia a las fugas térmicas. Los sistemas de almacenamiento de energía de los centros de datos deben tener baterías con un rendimiento estable y no ser propensos a fugas térmicas para garantizar la seguridad del sistema. Los requisitos de calidad de la energía son altos y el sistema de almacenamiento de energía debe tener una capacidad de respuesta rápida. En caso de una emergencia, como una falla de la red o un corte de energía, el sistema de almacenamiento de energía debe poder cambiar directamente al modo de descarga para garantizar la continuidad y la estabilidad de la energía.

l Estación de carga rápida: cuando se carga y descarga a altas velocidades, la batería genera una gran cantidad de calor en un corto período de tiempo, lo que hará que la temperatura de la batería sea demasiado alta y desigual, lo que representa una amenaza para el rendimiento, la vida útil y la seguridad de la batería. Esto significa que la gestión térmica de la batería se vuelve particularmente importante en situaciones de carga y descarga a altas velocidades.

Actualizaremos periódicamente la información y las tecnologías relacionadas con el diseño térmico y la reducción de peso. Gracias por su interés en Walmate.