เรียนรู้เกี่ยวกับ “การกักเก็บพลังงานความเย็นด้วยของเหลว”

ในปี พ.ศ. 2022 อุตสาหกรรมการกักเก็บพลังงานจะเติบโตอย่างแข็งแกร่ง และกำลังการผลิตติดตั้งสะสมของการกักเก็บพลังงานใหม่จะสูงถึง 13.1 กิกะวัตต์ จำนวนโครงการกักเก็บพลังงานใหม่ที่วางแผนและอยู่ระหว่างการก่อสร้างในประเทศจีนมีจำนวนเกือบ 100 กิกะวัตต์ ซึ่งสูงกว่าที่หน่วยงานที่เกี่ยวข้องในประเทศคาดการณ์ไว้ที่ 30 กิกะวัตต์ในปี พ.ศ. 2025 อย่างมาก ปี พ.ศ. 2023 จะเป็นอีกปีหนึ่งที่การกักเก็บพลังงานไฟฟ้าเคมีภายในประเทศเติบโตอย่างรวดเร็วอย่างต่อเนื่อง

อุตสาหกรรมการกักเก็บพลังงานยุคใหม่เต็มไปด้วยพลังและพลังชีวิต ความหวังและความท้าทายอยู่คู่กัน การกักเก็บพลังงานควรพัฒนาไปในทิศทางของการพัฒนาขนาดใหญ่ ระยะกลางถึงระยะยาว ความทนทานสูง และประสิทธิภาพด้านความปลอดภัยสูง ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา อุบัติเหตุจากการกักเก็บพลังงานไฟฟ้าเคมีเกิดขึ้นบ่อยครั้ง แล้วจะแก้ไขปัญหาการจัดการความปลอดภัยของการกักเก็บพลังงานได้อย่างไร

ระบบระบายความร้อนด้วยของเหลวกลายเป็นเทคโนโลยีที่ได้รับความนิยมในแวดวงการจัดการความร้อน และเมื่อเร็วๆ นี้ ระบบระบายความร้อนด้วยของเหลวก็ได้รับการปรับปรุงใหม่บ่อยครั้ง ในเดือนเมษายน Midea ได้เปิดตัวโซลูชันระบบกักเก็บพลังงานและผลิตภัณฑ์จัดการความร้อนสำหรับระบบกักเก็บพลังงานแบบระบายความร้อนด้วยของเหลวรุ่นใหม่ๆ เป็นครั้งแรก นับเป็นการเข้าสู่กลุ่มผลิตภัณฑ์การจัดการความร้อนสำหรับระบบกักเก็บพลังงานอย่างเป็นทางการ Huadian Group ได้เปิดตัวระบบกักเก็บพลังงานลิเธียมไอรอนฟอสเฟตแบบรวมศูนย์รอบใหม่ โดยจัดซื้อระบบกักเก็บพลังงานระบายความร้อนด้วยอากาศ 2 กิกะวัตต์ชั่วโมง และระบบกักเก็บพลังงานระบายความร้อนด้วยของเหลว 3 กิกะวัตต์ชั่วโมง

ระบบกักเก็บพลังงานความเย็นด้วยของเหลวมีประเภทใด?

01 การจัดการความร้อนและการจัดเก็บพลังงาน

เนื่องจากคุณสมบัติทางความร้อนของแบตเตอรี่ การจัดการความร้อนจึงกลายเป็นส่วนสำคัญในห่วงโซ่อุตสาหกรรมการกักเก็บพลังงานไฟฟ้าเคมี เมื่อพิจารณาจากมูลค่าและปริมาณของห่วงโซ่อุตสาหกรรม ต้นทุนของแบตเตอรี่คิดเป็นประมาณ 55% ของระบบกักเก็บพลังงาน ต้นทุนของ PCS คิดเป็นประมาณ 20% ต้นทุนของ BMS และ EMS คิดเป็นประมาณ 11% และต้นทุนการจัดการความร้อนคิดเป็นประมาณ 2%-4% แม้ว่าต้นทุนการจัดการความร้อนจะค่อนข้างต่ำ แต่มีบทบาทสำคัญและเป็นกุญแจสำคัญในการสร้างความมั่นใจว่าระบบกักเก็บพลังงานจะทำงานได้อย่างต่อเนื่องและปลอดภัย

อุบัติเหตุในโรงไฟฟ้าเกิดขึ้นบ่อยครั้ง และแบตเตอรี่ลิเธียมที่มีความร้อนสูงเกินไป (Thermal Runaway) เป็นหนึ่งในสาเหตุหลักของอุบัติเหตุด้านความปลอดภัยของระบบกักเก็บพลังงาน ระบบกักเก็บพลังงานก่อให้เกิดความร้อนจำนวนมากและมีพื้นที่จำกัดสำหรับการระบายความร้อน การควบคุมอุณหภูมิภายใต้การระบายอากาศตามธรรมชาติทำได้ยาก และอาจทำให้อายุการใช้งานและความปลอดภัยของแบตเตอรี่เสียหายได้ง่าย เมื่อเทียบกับระบบแบตเตอรี่พลังงาน แบตเตอรี่ของระบบกักเก็บพลังงานมีกำลังไฟฟ้าสูงกว่า ปริมาณมากกว่า และให้ความร้อนได้สูงกว่า การจัดเรียงแบตเตอรี่ที่แน่นหนาทำให้พื้นที่ระบายความร้อนมีจำกัด ทำให้ระบายความร้อนได้ยากและสม่ำเสมอ ซึ่งอาจทำให้เกิดการเสียดสีระหว่างชุดแบตเตอรี่ได้ง่าย การสะสมความร้อนและความแตกต่างของอุณหภูมิการทำงานที่มากเกินไปนำไปสู่อุบัติเหตุด้านความปลอดภัยของระบบกักเก็บพลังงานบ่อยครั้ง ซึ่งจะส่งผลเสียต่ออายุการใช้งานและความปลอดภัยของแบตเตอรี่ในที่สุด

กระบวนการหนีความร้อนของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน

การจัดการความร้อนเป็นกุญแจสำคัญในการสร้างความมั่นใจว่าระบบกักเก็บพลังงานจะทำงานได้อย่างต่อเนื่องและปลอดภัย การออกแบบการจัดการความร้อนที่เหมาะสมสามารถควบคุมอุณหภูมิภายในระบบกักเก็บพลังงานให้อยู่ในช่วงอุณหภูมิที่เหมาะสมที่สุด (10-35°C) สำหรับการทำงานของแบตเตอรี่ลิเธียม และช่วยให้อุณหภูมิภายในชุดแบตเตอรี่มีความสม่ำเสมอ ซึ่งจะช่วยลดการเสื่อมสภาพของอายุการใช้งานแบตเตอรี่หรือการกระจายความร้อน ความเสี่ยงต่อการสูญเสียการควบคุม

ปัจจุบัน แนวทางหลักในการบริหารจัดการความร้อนของระบบกักเก็บพลังงาน ได้แก่ ระบบระบายความร้อนด้วยอากาศและระบบระบายความร้อนด้วยของเหลว เทคโนโลยีการบริหารจัดการความร้อนของระบบกักเก็บพลังงานแบ่งออกเป็นระบบระบายความร้อนด้วยอากาศ ระบบระบายความร้อนด้วยของเหลว ระบบระบายความร้อนด้วยฮีทไปป์ และระบบระบายความร้อนด้วยการเปลี่ยนเฟส ซึ่งเทคโนโลยีฮีทไปป์และระบบระบายความร้อนด้วยการเปลี่ยนเฟสยังไม่ได้รับการพัฒนาอย่างเต็มที่

1. ระบบระบายความร้อนด้วยอากาศ

อุณหภูมิของแบตเตอรี่ลดลงโดยการพาความร้อนของก๊าซ มีข้อดีคือโครงสร้างเรียบง่าย บำรุงรักษาง่าย และต้นทุนต่ำ แต่ประสิทธิภาพการระบายความร้อน ความเร็วในการระบายความร้อน และความสม่ำเสมอของอุณหภูมิยังไม่ดีนัก เหมาะสำหรับการใช้งานในโอกาสที่มีอัตราการสร้างความร้อนต่ำ

2. ระบบระบายความร้อนด้วยของเหลว

อุณหภูมิของแบตเตอรี่ลดลงโดยการพาความร้อนของของเหลว ประสิทธิภาพการระบายความร้อน ความเร็วในการระบายความร้อน และความสม่ำเสมอของอุณหภูมิอยู่ในระดับที่ดี แต่ต้นทุนสูง และมีความเสี่ยงที่ของเหลวระบายความร้อนจะรั่วไหล เหมาะสำหรับกรณีที่แบตเตอรี่มีความหนาแน่นของพลังงานสูง ความเร็วในการชาร์จและคายประจุที่รวดเร็ว และอุณหภูมิแวดล้อมที่เปลี่ยนแปลงอย่างมาก

3. ท่อความร้อนและการเปลี่ยนเฟส

การกระจายความร้อนของแบตเตอรี่ทำได้โดยการระเหยและการดูดซับความร้อนของตัวกลางในท่อระบายความร้อนและการแปลงการเปลี่ยนสถานะของวัสดุ

เทคโนโลยีระบายความร้อนด้วยของเหลวจะระบายความร้อนโดยตรงผ่านการพาความร้อนของของเหลว ซึ่งสามารถควบคุมอุณหภูมิของแบตเตอรี่ได้อย่างแม่นยำและรักษาความเย็นได้อย่างทั่วถึง ในทางกลับกัน เทคโนโลยีระบายความร้อนด้วยอากาศมีต้นทุนต่ำกว่า แต่ประสิทธิภาพการระบายความร้อนไม่สูง จึงไม่สามารถควบคุมอุณหภูมิของแบตเตอรี่ได้อย่างแม่นยำ ดังนั้น ในสถานการณ์พลังงานต่ำ การระบายความร้อนด้วยอากาศจึงยังคงเป็นกระแสหลัก ในขณะที่ในสถานการณ์พลังงานปานกลางและพลังงานสูง เทคโนโลยีระบายความร้อนด้วยของเหลวจะครองความเป็นผู้นำ ระบบระบายความร้อนด้วยของเหลวมีข้อดีคือความจุความร้อนจำเพาะสูงและการระบายความร้อนอย่างรวดเร็ว ซึ่งสามารถควบคุมอุณหภูมิของแบตเตอรี่ได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น จึงมั่นใจได้ว่าแบตเตอรี่สำรองพลังงานจะทำงานได้อย่างเสถียร

02 ตลาดการจัดเก็บพลังงานระบายความร้อนด้วยของเหลว

ตลาดระบบกักเก็บพลังงานภายในประเทศกำลังเติบโตอย่างรวดเร็ว ผู้ติดตั้งระบบกักเก็บพลังงานปลายน้ำและผู้ผลิตแบตเตอรี่ได้เริ่มนำเทคโนโลยีระบายความร้อนด้วยของเหลวสำหรับระบบกักเก็บพลังงานมาใช้ตั้งแต่เนิ่นๆ และพัฒนาผลิตภัณฑ์ใหม่ๆ และปรับปรุงผลิตภัณฑ์ด้วยเทคโนโลยีใหม่ๆ ด้วยโครงการประยุกต์ใช้งานจริงที่เพิ่มมากขึ้น ระบบกักเก็บพลังงานระบายความร้อนด้วยของเหลวจึงกำลังกลายเป็นเทคโนโลยีหลักในตลาดอย่างรวดเร็ว

ปัจจุบัน สัดส่วนของเทคโนโลยีระบายความร้อนด้วยของเหลวในโครงการกักเก็บพลังงานขนาดใหญ่แห่งใหม่ทั้งด้านการผลิตไฟฟ้าและด้านโครงข่ายไฟฟ้ากำลังเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว เช่น โครงการสาธิตโรงไฟฟ้ากักเก็บพลังงานร่วมขนาด 100 เมกะวัตต์/200 เมกะวัตต์ชั่วโมงของฐานทัพ Ningxia Power Investment Ningdong และโครงการโรงไฟฟ้ากักเก็บพลังงานร่วมขนาด 100 เมกะวัตต์/400 เมกะวัตต์ชั่วโมงของ Gansu Linze เป็นต้น จะใช้เทคโนโลยีควบคุมอุณหภูมิด้วยการระบายความร้อนด้วยของเหลว และการประยุกต์ใช้ในโครงการจริงก็เพิ่มขึ้นเรื่อยๆ ยกตัวอย่างเช่น โรงไฟฟ้ากักเก็บพลังงาน Southern Power Grid Meizhou Baohu ได้เริ่มดำเนินการอย่างเป็นทางการในเขต Wuhua เมือง Meizhou มณฑลกวางตุ้งเมื่อเร็วๆ นี้ นอกจากนี้ยังเป็นโรงไฟฟ้ากักเก็บพลังงานแบบระบายความร้อนด้วยของเหลวใต้น้ำแห่งแรกของโลกอีกด้วย เป็นครั้งแรกที่บริษัท China Southern Grid Energy Storage ได้จุ่มแบตเตอรี่ลงในสารหล่อเย็นในห้องโดยสารโดยตรง เพื่อให้เกิดการระบายความร้อนและความเย็นของแบตเตอรี่โดยตรง รวดเร็ว และเพียงพอ เพื่อให้มั่นใจว่าแบตเตอรี่จะทำงานได้ในช่วงอุณหภูมิที่เหมาะสม

กลุ่มพลังงานขนาดใหญ่ได้เริ่มประมูลระบบกักเก็บพลังงานแบบระบายความร้อนด้วยของเหลวแล้ว สถิติระบุว่า บริษัท China National Nuclear Corporation, PetroChina, National Energy Group, Huadian Group และบริษัทอื่นๆ ได้ดำเนินโครงการจัดซื้อระบบกักเก็บพลังงานแบบระบายความร้อนด้วยของเหลวแล้ว ระบบระบายความร้อนด้วยของเหลวนี้มีขนาดประมาณ 5.4 กิกะวัตต์ชั่วโมง และราคาซื้อต่อหน่วยอยู่ที่ 1.42 หยวน/ชั่วโมง ถึง 1.61 หยวน/ชั่วโมง

จากข้อมูลสถิติสาธารณะพบว่า Kehua Data Energy, Sungrow Power, Yiwei Lithium Energy, Cairi Energy, Xingyun Times, HyperStrong, Haichen Energy Storage, Zhongtian Technology, Shanghai Electric Guoxuan, Trina Energy Storage และ Ashi ผู้ผลิตหลายสิบราย เช่น Te และ Shenghong ต่างติดตามเทรนด์การระบายความร้อนด้วยของเหลว ผลิตภัณฑ์ใหม่ที่เปิดตัวล้วนใช้เทคโนโลยีระบายความร้อนด้วยของเหลว ครอบคลุมการใช้งานหลากหลายรูปแบบ เช่น ระดับโครงข่ายไฟฟ้า อุตสาหกรรมและพาณิชย์ และระบบกักเก็บพลังงานในครัวเรือน

สำหรับบริษัทผู้ผลิตอุปกรณ์ควบคุมอุณหภูมิ ความสามารถในการแข่งขันหลักของบริษัทจะสะท้อนให้เห็นจากความสามารถในการปรับแต่งผลิตภัณฑ์ รวมถึงประสบการณ์และความเชี่ยวชาญทางเทคนิคด้านโซลูชันการจัดการความร้อนในระยะยาว GGII เชื่อว่าการกระจายตลาดในระยะกลางและระยะยาวจะมุ่งเน้นไปที่บริษัทที่มีการออกแบบที่ปรับแต่งได้ตามความต้องการของลูกค้า มีการออกแบบที่ไม่ได้มาตรฐานที่ดีกว่า และมีผลิตภัณฑ์ที่คุ้มค่ากว่า ดังนั้น สำหรับบริษัทผู้ผลิตอุปกรณ์ควบคุมอุณหภูมิ ความสามารถในการแข่งขันหลักของบริษัทจะสะท้อนให้เห็นจากความสามารถในการปรับแต่งผลิตภัณฑ์และประสบการณ์ที่สั่งสมมายาวนาน โดยเฉพาะอย่างยิ่งในโซลูชันการจัดการความร้อน

03 ศักยภาพในอนาคตของการกักเก็บพลังงานความเย็นด้วยของเหลว

ตลาดกักเก็บพลังงานจะยังคงเติบโตอย่างต่อเนื่อง เพื่อส่งเสริมการใช้พลังงานใหม่อย่างมีประสิทธิภาพ จึงเร่งสร้างโรงไฟฟ้ากักเก็บพลังงานขนาดใหญ่และกำลังการผลิตสูง ระบบการจัดการความร้อนซึ่งเป็นส่วนสำคัญของระบบกักเก็บพลังงานจะได้รับประโยชน์จากกำลังการผลิตติดตั้งที่เพิ่มขึ้นของแหล่งกักเก็บพลังงาน ขนาดของตลาดระบบควบคุมอุณหภูมิสำหรับกักเก็บพลังงานอาจขยายตัวต่อไป

จากสถิติพบว่า ในปี 2022 โครงการกักเก็บพลังงานใหม่ของจีนจะมีกำลังการผลิตสูงถึง 7.3 กิกะวัตต์/15.9 กิกะวัตต์ชั่วโมง และกำลังการผลิตติดตั้งสะสมจะสูงถึง 13.1 กิกะวัตต์/27.1 กิกะวัตต์ชั่วโมง เมื่อพิจารณาจากสถานการณ์การวางแผนในแต่ละภูมิภาค คาดว่าภายในสิ้นปี 2025 กำลังการผลิตติดตั้งสะสมของแหล่งกักเก็บพลังงานภายในประเทศจะสูงถึงเกือบ 80 กิกะวัตต์ จากการวิเคราะห์ของสถาบันวิจัยอุตสาหกรรมขั้นสูง (GGII) มูลค่าการขนส่งระบบกักเก็บพลังงานควบคุมอุณหภูมิภายในประเทศจะสูงถึง 16.5 พันล้านหยวนในปี 2025 ด้วยกำลังการผลิตและอัตราการชาร์จ-คายประจุที่เพิ่มขึ้น สัดส่วนของผลิตภัณฑ์กักเก็บพลังงานพลังงานขนาดกลางและสูงที่ใช้ระบบระบายความร้อนด้วยของเหลวจะเพิ่มขึ้น คาดว่าระบบระบายความร้อนด้วยของเหลวจะกลายเป็นโซลูชันหลักในอนาคต และคาดว่าอัตราการใช้ระบบระบายความร้อนด้วยของเหลวจะสูงถึงประมาณ 45% ภายในปี 2025

คาดการณ์ตลาดการควบคุมอุณหภูมิและระบายความร้อนด้วยของเหลวสำหรับกักเก็บพลังงานของจีน (100 ล้านหยวน)

ในอนาคต เนื่องจากโรงไฟฟ้าพลังงานใหม่และระบบกักเก็บพลังงานนอกระบบโครงข่ายไฟฟ้าต้องการความจุของแบตเตอรี่ที่มากขึ้นและความหนาแน่นของพลังงานของระบบที่สูงขึ้น สัดส่วนของระบบกักเก็บพลังงานแบบระบายความร้อนด้วยของเหลวจะเพิ่มมากขึ้นเรื่อยๆ และแน่นอนว่าจะกลายเป็นผู้นำในตลาดระบบกักเก็บพลังงานด้วยข้อได้เปรียบที่ครอบคลุมและเป็นที่นิยมอย่างกว้างขวาง ซึ่งจะกระตุ้นความกระตือรือร้นของผู้ผลิตระบบกักเก็บพลังงานในการนำผลิตภัณฑ์และเทคโนโลยีใหม่ๆ มาใช้อย่างต่อเนื่อง และส่งเสริมความปลอดภัยและการพัฒนาทางเศรษฐกิจของระบบกักเก็บพลังงาน