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黑盾张水兵:储能系统温控解决方案

作者:中国国际储能大会 来源:中国国际储能大会 时间:2019-05-27 浏览:

中国国际储能大会:4月24-26日,由中国化学与物理电源行业协会储能应用分会主办的第九届中国国际储能大会在浙江省杭州市洲际酒店召开。在4月25日上午的“储能电站与技术应用(二)专场”,苏州黑盾环境股份有限公司副总经理张水兵在会上分享了主题报告《储能系统温控解决方案》,以下为演讲实录:

张水兵:各位领导、各位专家,大家好!从昨天到今天上午,有很多专家都对储能系统特别是电储能系统的设计和应用做了很专业的介绍。其中有很多专家对电储能系统的安全问题非常关注,我们非常认同专家的观点,安全是企业的生命,是产品设计的基本要求。而产品的温控热设计、热管理其实就是安全的一个很重要因素。黑盾环境主要给设备提供全方位的温控解决方案,给设备提供一个盾牌的保护,让设备可以安全可靠地运行,这是我们黑盾品牌 (BLACKSHILEDS)。

黑盾是1958年成立在美国加州。右边图片的工厂是我们美国的工厂,左边图片是我们苏州的工厂。多年来我们一直致力于电力、通讯、能源、银行、交通、环保等行业的设备温控解决方案。今天也很荣幸在这里和大家分享一下我们这些年来在电储能系统温控方案的应用案例和产品应用。其中在电储能系统里面,针对储能电池系统和PCS系统不同的温控需求,做了不同的温控方案。特别是电池对温度要求比较苛刻,对其工作环境温度要求低于室外最高环境温度。现在目前的方案都是主动制冷的方案。PCS系统由于工作环境温度高于室外环境温度,现在做的都是直通风的方案,以及板式换热方案,这时的室内温度会比室外温度高的一种温控方案。

针对储能电池温控方案,目前在市场上我们推广的主要有以下五种温控方案和对应的产品系列:

第一种就是一体式顶出风空调+风管精确送风方案;

第二种是分体式冷热通道隔离方案;

第三种顶置式空调+风管精确送风方案;

第四种是一体式下出风方案;

第五种是风冷冷水型温控方案。

这五种方案各有优缺点,接下来针对这五种方案作个简单的介绍:

第一种:一体式顶出风空调+风管精确送风方案是目前用得最普遍最广泛的一种温控方案。空调上部冷风通过风管精确送风到电池架的顶部,热空调气然后通过空调下部回风口进行回风,在空调里进行换热。室外侧底部冷风进去,外侧上部分出热风进行热交换。这种方案目前的应用范围比较广。它的优点:在热仿真和应用的时候,只要系统风阻、风量和风压等参数计算得非常匹配时,系统才能发挥得正常,机柜内部温度非常均匀(温差在5度以下),温度一致性非常好。目前我们在行业里面很多集成商实际上是有自己的热设计能力,热管理团队,可以做一些仿真和热设计,确保这种方案正常使用,这样做出来的产品可以达到机柜内部温度一致性的指标。黑盾环境也专门做温控方案研发,产品的热设计和仿真,目前公司有50多个研发人员,可以为我们没有热设计团队的集成商进行相关产品热设计和仿真,让产品能能够正常的发挥出最优的效果。这个方案的缺点是什么呢?我们看看机柜内部的热空气是从空调下面进行回风的,整个机柜里面的气流组织是非常紊乱。热空气正常来讲,它的比重小正常是往上面流动,冷空气比重大是从上面往下面流动。但这种方案机柜内热风从空调下部进行回风,造成机柜里面的气流组织就非常紊乱。冷热气流交织的时候就产生损耗,这种损耗就会导致整个温控系统的效率过低。

总结一下,这个方案的优点是:

第一、整个系统的温度均匀性比较好,温度一致性比较好;    

第二,在现场没有安装工程,特别是产品出口到国外,国外的空调安装成本非常高,安装成本比空调成本还要高,这款产品在安装成本上有优势。

这是我们的产品图片。左边是内循环,顶部出风,下部回风。右边是外循环的底部进风,上出风,这是现场应用案例的一些图片。

目前在储能系统里使用的空调温控系统,对应的都是传统机械制冷产品,在温控技术上还是非常保守,技术发展空间还很大。但是在数据中心行业的温控产品在技术上面,相对来讲比较发达。我们大家都知道现在数据中心的PUE值,北京出台是1.4,上海1.3,深圳的更低,目前传统的机械制冷已经满足不行这个要求,所以数据中心温控产品均在原有机械制冷的产品基础上增加使用多种模式的节能温控产品。我们最近就在把这种新型产品应用在储能系统进行尝试,新产品把机械制冷和换热系统放在一起,在原有系统里面增加了一套换热系统。室内外有一定温差时热量是通过换热气自动把热量带走,压缩机是不工作的,它的能效就相对较高,特别适合长江以北的地区。    

第二种方案就是刚才看的,由于第一种方案机柜内冷热气流交叉会有损耗。为了减小这个损耗,我们给一家客户推荐了冷热通道隔离的温控方案,这种冷热通道封密隔离的温控方案在数据中心行应用也比较广。电池维护通道是一个热通道,电池背部是冷通道。冷热气流是相互隔离的,不会交叉。空调上部和下部采用双系统温度控制,确保空调送风温度均匀和一致。以满足电池要求送风温度要一致的需求。第二种方案也有一个缺点。它的缺点是什么呢?因为空调的背部要进行送冷风出来。如果使用一体机方案,热量就不能从空调背部进行换热了,这时候必须要加外机。一旦加了外机就会涉及到安装工程,缺点就出来了,现场就需求进行空调安装。但是它的有点就是机柜内气流组织上非常顺畅的,空调能效比以及温控方案整体能效比会比较高。

第三种方案就是顶装空调的方案。空调从中间热通道进入回风,冷风通过风管精确送到电池箱的上部。这时机柜内的热空气是往上流动,冷空气精确送到通道后面上部,向下流动,汽流组织非常顺畅。它的缺点,集装箱在出货运输途中顶部不能堆叠。    

第四种方案比较简单,机柜一体式空调上回风下送风。它比较适用于分布式储能的小机柜,周时也适用于集装箱大柜。这种方案有它的优缺点分析,因为热空气是在上面,空调通过上部来回风,底部来送风,气流组织相对顺畅。它还有另外一个好处,由于集装箱机柜使用数量多,产品制冷性能的冗余备份性比较强,其中一台故障,对系统整体影响不会太明显。而且现场维修更换速度非常快,对系统影响很小。    

第五种是新能源动力电池的风冷冷水产品方案。配合电池冷水板进行散热和温控,这种主要是针对新能源汽车动力电池梯次利用的方案,新能源汽车动力电池直接拿下来,接上冷水机组的进出水管直接使用,风冷冷水机组使用时放在机柜外面。

接下是PCS储能变流系统的温控方案介绍,目前PCS系统最常见的温控方案直通风。直通风换热会有一个缺点,空气中湿气没办法隔离,还有腐蚀性的气体没办法隔离。机柜内部相对湿度过高,PCS间歇性工作时电子元器件非常容易结露,同时腐蚀性气体对电子元件器工作使用寿命和稳定性影响非常大。如果想隔离湿气和腐蚀性气体机柜就需要做到内外密封隔离,这时机柜里面热量出不来,使用空调进行温控是个不适宜的温控方案,一方面由于空调成本过高,另一方面由于发热量大,需要使用大制冷量的空调,对应空调的耗电量就比较大,对储能系统就不经济。由于PCS的温度适应性比较好,工作环境温度可以达到60度左右,60度和室外温差就有最少20度的温差,这个温差参数对我们非常关键,换热系统借助PCS里面换热风机进板式换热内循环,外面是换热系统增加的外循环风机循环。如图示的实际安装效果图,在机柜门外面只看到换热的进风口和出风口。这种方案既可以解决PCS里面因为湿气而导致的结露的现象,和腐蚀性气体的危害,也是一种低成本的温控方案。  

以上这些都是目前公司产品的应用案例,其中很多一部份都是应用在国外的场景,都是免安装的案例。另外,目前电储能系的温控技术方案,相对数据中心行业、通讯行业等其它行业来讲还是非常保守的,储能系统的温控技术方案在包括效率等其它指标上还有很大空间要提升,希望将来有机会能和各位一起共同提高储能系统温控方案的效率。

今天的介绍就此结束,欢迎大家批评指定,谢谢大家!


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