健策風扇順利中標南方電網項目
上市企業南網科技(688248)再發力儲能新版圖,健策電子助力建立高效風冷熱管理系統。
電化學儲能的市場需求增長潛力巨大,決定了熱管理的安全問題需要高效解決。
在“碳中和”的背景下,“風光”清潔能源裝機量將高速增長。2021年我國光伏裝機量仍達 52.97GW,同比+7.8%;全年風電裝機量 達 47.57GW,同比 2020年-40.9%,但同比 2019 年+183.3%。中長期來看,根據國家能源局發布的《關于 2021 年風電、光伏發電開發建設有關事項的通知》,到 2025 年風光發電量占比將提升至 16.5%,2030年全國風光裝機規模將超 1200GW。我們預計到 2030 年,國內非化石能源消費占比將達到 26%左右。
隨著清潔能源占比逐步提升,儲能在電力系統的發電側、電網側 和用戶側起到了至關重要的作用,主要以抽水蓄能和電化學儲能為主。據 CNESA 的數據,2021年全球新增投運電力儲能項目裝機規模 18.3GW,同比增長 185%。其中,中國已投運電力儲能 項目累計裝機規模達到 35.7GW,同比+9.80%。據伍德麥肯茲預計,到2030 年,全球儲能裝 機量將達到 741GWh,中國儲能裝機量將達到 153GWh,未來市場增長空間巨大。
2021 年以來,配套存量集中式風光發電站的相關儲能政策頻繁出臺,考慮自然環境和響應速度、長期經濟性等,電化學儲能逐漸成為主要解決方 案,電化學儲能的優勢包括能量密度大、應用靈活、響應快速等。從電池類型看,磷酸鐵鋰短期性價比更佳,鈉電池也有望長期占據一定份額。
根據 CNESA 數據,2015 年-2017 年,全球 電化學儲能行業增長較慢,每年新增裝機規模在 1GW 以下;2018年以來,全球電化學儲 能市場新增裝機規模放大,2021 年新增裝機數量達到 10.2GW,累計裝機數達 24.4GW, 分別同比增長 117%和 71.8%。
保守預計 2021-2025年全球儲能市場有望分別產生
41.2/71.7/113.5/176.4/258.0GWh的儲能容量需 求,對應 2022-2025 年 CAGR+37.7%,儲能產業鏈將迎來爆發式增長。預計 2021-2025年發電側儲能需求為 12.1/21.1/37.2/59.8/103.4GWh,對應 CAGR+48.7%;電網側儲能 需 求 為 5.0/5.0/7.6/17.2/22.3GWh , 對 應 CAGR+45.1% ; 用 戶 側 儲 能 需 求 為 24.1/45.5/68.7/99.3/132.3GWh,對應 CAGR+30.6%。
熱管理是電化學儲能系統重要組成部分
電池組是儲能系統最主要的構成部分,鋰電池和鈉電池潛力巨大。不同類型的電池在能量密度、功率密度、成本、安全等方面各有差異,根據 NEC 的測算,從全生命周期的 角度看,鋰離子電池、鉛酸電池與液流電池的前期投資成本不相上下,但考慮到后期維護, 鋰離子電池顯現出明顯的成本優勢。目前鈉硫電池尚未形成成熟的產業鏈,但其有望成為 成本較低的技術種類。
儲能系統安全事故凸顯熱管理的重要性。2021 年 4 月 16 日,北京國軒福威斯儲能電 站發生火災爆炸,經調查,起火原因是 LFP 電池發生內短路,引發電池熱失控起火。同年 7 月,搭載特斯拉 Megapack 儲能系統的澳大利亞“維多利亞大電池”項目在測試過程中 因冷卻系統泄露,引發電池倉起火。頻繁出現的起火事件凸顯出熱管理已成為保障儲能電 站安全運行必不可少的重要組件。
儲能熱管理不間斷工作,安全要求高。動力電池追求更高的能量密度和充電速度,同時整車需要控制質量與體積,通常采用液冷系統。儲能電池對能量密度、充電速度、質量與體積要求不高,但通常需要不間斷工作,壽命更長,要求熱管理系統也具有長時間穩定 工作的能力和十年以上的壽命。由于儲能電池循環次數更多,電池組之間的一致性不同, 發生熱失控的風險更大。此外,儲能電池對于安全性的要求更高,樓宇、商超等人流密集的敏感地區及備電領域安全事故的損失和影響是無法接受的,因此需要更穩定更安全的熱管理系統。
風冷的核心是空調和風道。目前,在功率密度較小的集裝箱儲能系統和通信基站儲能系統中主要采用風冷技術。一方面是因為風冷系統結構簡單,安全可靠,并且易于實現;
風道結構設計:風道包括與空調出口連接的主風道、主風道內的擋風板、風道出口以 及電池架兩端的擋風板。空調輸出的氣流經風道出口以一定的速度向下流出后,在電池模 塊前端面板風扇的作用下,從電池模塊后端面板進風口進入電池模塊內部,流經電池單體 表面對電池單體降溫,然后由風扇抽出。電池模組后端面板開孔,便于空調輸出的氣流進 入模組內部;前端面板設計軸流風扇,用于將氣流抽出,促進氣流在電池模組內部的流動。 氣流進入電池模塊內部后流經電池單體表面,與電池單體進行冷熱交換后由風扇排出,完成對電池單體的冷卻。
熱管理控制策略——空調控制和電池模塊風扇控制。空調控制由空調自身邏輯控制來 實現,根據集裝箱內部不同溫度條件可分為制熱模式和制冷模式,制熱模式實現對電池低 溫下的控制和保護,制冷模式實現對電池溫升的有效控制。電池模塊風扇由電池管理系統 控制,且每一個電池模塊的風扇可獨立控制運行。
風冷熱管理系統有多種不同的結構設計方案。空調結構包括落地一體式、頂置一體式、 分體式等構型;送風方式包括頂部送風、背面送風、底部送風等。落地一體式空調用于已 預留空調空間的儲能集裝箱中,通常頂部出風,與集裝箱內部的風道相連接,直接對電池 組進行精確送風。而如果儲能集裝箱內部沒有空間安裝空調,則需要使用頂置一體式空調, 空調安裝在集裝箱頂部,從頂部對電池進行制冷。分體式空調內機安裝在電池組當中,前 回風背送風,將空調出風口與風道相連,直接對電池進行制冷。
由于儲能系統,對熱管理系統能量使用和溫度均勻性更為敏感。儲能熱管理具有定制化程度高的特點,根據儲能系統的應用場景、裝機量、自然環境、 成本等綜合要求,每一個特定的儲能項目都具有相對特有的解決方案,如風冷/液冷選擇、 風道的布置、風量大小和均勻性、清潔度、溫度控制范圍等,這就需要企業:1)在面對 眾多客戶和不同項目時具有高效的方案制定和落地的能力;2)儲能系統對經濟性要求高, 因此熱管理企業必須降低綜合成本
電化學儲能產業鏈分為上游設備商、中游集成商、下游應用端三部分。上游設備包括 電池組、儲能變流器(PCS)、電池管理系統(BMS)、能量管理系統(EMS)、熱管理和 其他設備等,多數從業者為其他相近領域延伸而來;中游環節核心為系統集成+EPC;下 游主要分為發電端、電網端、戶用/商用端、通信四大場景。儲能產業鏈多數企業參與其中 1-2 個細分領域,健策電子是為數不多涉及風扇和散熱組件的研發性企業。
健策電子
成立于2010年,是國內領先的風冷散熱設備解決方案提供商,公司產品為云計算數據中心、服務器機房、通信網絡、電力電網、光伏逆變器、儲能系統、客車、軌交列車等領域提供風冷散熱產品及解決方案。公司始終重視技術研發和行業發展需求,機房溫控節能產品和機柜溫控節能產品營收占比分別為 53.8%和 29.8%,構成公司主要收入來源。
公司是國內比較早涉足電化學儲能系統,也是溫控設備廠商的供應鏈散熱風扇配套方案的重要供應商,基于對儲能項目熱管理有多年的行業積累, 目前已成為國內在逆變器儲能設備供應鏈的風冷設備主要供貨量,其中大族激光、固德威、陽光電源、易驅電氣、航天柏克、比克電池、展梟新能源等國內一流儲能設備供應商提供散熱產品及其組件等各項技術。2021年來自儲能應用的營業收入約4000萬元,同比+150%,對公司業務的貢獻顯著提升。
此次中標南方電網直屬新源儲能公司(南方電網電力科技股份有限公司),是健策電子在儲能行業風冷成熟解決方案的又一次被認同。
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