《2023年储能设备行业深度研究报告：储能前景广阔,热管理、消防需求高涨》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2023年储能设备行业深度研究报告：储能前景广阔,热管理、消防需求高涨（29页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、2023 年储能设备行业深度争论报告：储能前景宽阔，热治理、消防需求高涨一、储能行业简述1.1 储能技术路线丰富，应用领域范围广泛储能本质是给电力供给添加时间和空间变量。储能能使 能量转化为在自然条件下稳定存在 的能源，即在能量多余时，用特别装置将能量储存起来，在需要时可以将能量释放 出来， 从而起到调整能量供需在时空和强度上不匹配的作用。依据能量存储形式的不同，分为机 械储能、化学储能、电磁储能、热储能和氢储能等。其中，化学储能电化学储 能是指 各种二次电池储能，主要包括锂离子电池、铅蓄电池和钠硫电池等；机械储能主要包括抽 水蓄能、压缩空气储能和飞轮储能等。其中抽水蓄能是最主要的储能方式。抽
2、水蓄能是当前最为成熟的电力储能技术，早在 20 世纪 90 年月就实现了商业化应用，主 要用于电力系统削峰填谷、调频调相和紧急事故备用等。抽水蓄能也是目前装机量最大的 技术路线，占全球储能累计装机规模的 90%以上； 但受地理选址和建设施工的局限，抽水 蓄能将来进展空间有限。电化学储能是当前应用范围最广、进展潜力最大的电力储能技术。相比抽水蓄能，电化学储能 受地理条件影响较小，建设周期短，可敏捷运用于电力系统各环节及其他各类场景中。随着成 本持续下降、商业化应用日益成熟，电化学储能技术优势愈制造显，渐渐成为储能增装机的 主流。将来随着锂电池产业规模效应进一步显现，电化学储能 本钱仍有较大下降空
3、间，进展前 景宽阔。从整个电力系统的角度看，储能的应用场景可分为发电 侧储能、输配电侧储能和用电侧储 能三大场景。其中，发电侧对储能的需求场景类型较多，包括电力调峰、关心动态 运行、 系统调频、可再生能源并网等；输配电侧储能主要用于缓解电网堵塞、延缓输配电设备扩 容升级等；用电侧储能主要用于电力自发自用、峰谷价差套利、容量电费治理 和提升供电 牢靠性等。可再生能源开发利用力度持续加大，接入电网的比例和在终端能源消费的占比不断提高。依据 国际能源署的争论， 为满足能源消费需求，推测美国、欧洲、中国和印度到2050 年需要增 加 310GW 的并网电力储存力量，为此至少要投资 3800 亿美元。以
4、电力系统为例，储能可提 供频率调整、负载跟踪、削峰填谷和备用电力等作用。以风能、太阳能为根底的能源发电取决于自然条件， 具有间接性和波动性，其调整难度加大， 大规模并网时需要大容量储能过程，进展电力质量的调整和掌握。随着清洁 能源替代和电能替 代不断深入，储电将成为将来能源体系中重要的储能形式。在高比例清洁能源系统中，为确保 系统安全、经济运行，需要引入储能作为的调整力量来源。1.2 电化学储能的产业链概述与系统组成电化学储能产业链可以大致分为上游原材料及设备商、 中游集成商和下游应用端。储能产 业链上游主要包括电池原材料及生产设备供给商等；中游主要为电池、电池治理系 统、能 量治理系统以及储
5、能变流器供给商；下游主要为储能系统集成商、安装商以及终端用户等。完整的电化学储能 系统主要由电池组、电池治理系统BMS、能量治理系统EMS、 储能变流器PCS以及其他电气设备构成。电池组是储能系统最主要的构成局部；电池 治理系统主要负责电池的监测、评估、保护以及均衡等；能量治理系统负责 数据采集、网 络监控和能量调度等；储能变流器可以掌握储能电池组的充电和放电过程，进展交直流的 变换。电化学储能具有敏捷性等特点，将来进展潜力大。由于目前锂电 是主流技术，因此 本文后续均以锂电池为例。储能电站多以集中箱的形式存在，随着智能电网的快速 进展，基于标准化设计、工厂化加 工、模块化建设理念产生了一种型
6、预制舱生产模式。预制舱设计包括舱体设计和 防火设 计，特点主要是标准化、模块化和预制化。预制舱内设备的安装接线工作都由施工现场转 移到对应预制舱生产厂家，使得预制舱在出厂前都已经完成了舱内设备的安装 接线，这样 就能极大削减现场施工工作量，有效缩短施工生产周期，而且能有效削减施工现场粉尘等 对舱内设备施工接线过程中的污染，进而有效保障设备的安全稳定，提升 储能电站的整体 建设效率。集装箱或预制舱内包含锂电池系统、电池治理系统、储能变流器、能量治理系 统、热治理系统、消防系统等。1.3 电化学储能的热治理与热失控热治理即依据具体对象如电池系统、基站、IDC、能源汽车的要求，利用加热或冷 却手段对
7、其温度或温差进展调整和掌握的过程。以锂电池为例，15-20温度环境锂离子 电池才能发挥更高的工作效率。假设电池工作温度超过 50，电池寿命会快速衰减，甚 至可能引发安全事故。储能系统设计中需要进展合理的热治理或温控设计，以保证两 项热治理指标：一是保证电池外表温度处于某一特定范围内，二是保持电池间的温差较小。锂电池热性能和放电倍率有直接关系，同时热性能还打算了电池自身运行效率、安全性与 牢靠性。当电池的放电倍率增加时，电池可以放出的容量减小，且放电平台降低， 使其不 稳定，并导致电池温度上升。而在大倍率(即 1.5 C 以上)放电时，锂电池的工作温度将会 超过抱负工作温度。目前，大倍率已逐步成
8、为趋势，将进一步加大对电池热治理需求。锂电池热失控指由于内部短路或外部短路导致电池短时间产生大量热量，引发正负极活性 物质和电解液反响分解，产生大量的热和可燃性气体，导致电池起火或者发生爆 炸。不同 电池材料热稳定性不同，热失控是锂电最为严峻的安全事故。在热失控过程中，从低温到 高温排序，锂电将依次经受：高温容量衰减；SEI 膜分解；负极-电解液反响；隔 膜熔化；正极分解电解质溶液分解 负极与粘结剂反响；电解液燃烧等过程。据不完全统计，2023-2023 年间，全球共发生 32 起储能电站起火爆炸事故，其中日本 1 起、美国 2 起、比利时1 起、中国 3 起、韩国 24 起YangtzeEn
9、ergy。2023 年1-5 月， 全球就已经发生了 17 起以上的储能着火事故。国内在电池储能站快速进展的同时，由于 电池、PCS 质量问题或者系统集成商施工力量良莠不齐，电池储能火灾隐患 较为严峻， 起火事故频繁。如镇江扬中某用户侧储能工程， 工程中磷酸铁锂电池集装箱起火并烧毁。综上，温控和消防 系统至关重要，温控能有效保障储能电站安全，以防消灭隐 患。但万一消灭上述火灾，消防系统是最终一道防线。热管 理和消防系统约占储能电站系统本钱 6%， 初步投资本钱相对于电池系统、PCS 等较低，但越来越必不行少。二、储能热治理行业简述2.1 热治理技术现有技术概况热治理技术主要为风冷、液冷、热管冷
10、却和相变冷却技 术。不同的热治理技术可以用于产 热率和环境温度不同的应用场景。在热治理方案中，主要应用的零部件分为阀类、 换热器 类、泵类、压缩机类、传感器类、管路以及其他运用较多的部件几个大类。 风冷：热治理技术主要为风冷、液冷、热管冷却和相变冷却技术。不同的热治理技术 可以用于产热率和环境温度不同的应用场景。在热治理方案中，主要应用的零部件 分 为阀类、换热器类、泵类、压缩机类、传感器类、管路以及其他运用较多的部件几个 大类。风冷冷却构造简洁、便于安装、本钱较低。空气的比热容低，导热系数也很低， 较难 满足电容量较大的储能系统散热，且进出口的电池组之间的温差偏大，即电池散热不 均匀。相比照
11、较适用于家用小功率储能电柜。 液冷：以液体为冷却介质，通过对流换热将电池产生的热量带走。可用作冷却介质的 常见液体有水、乙二醇水溶液、纯乙二醇、空调制冷剂和硅油等。液体冷却介质的 换热系数高、比热容大、冷却速度快，散热均匀，同时液冷 系统的结 构较为紧凑。液冷设备构造较风冷设备简单，对产品品质、密封设计等方面要求颇为 严格。电池密度高的时候适合承受液冷。 相变冷却：利用相变材料发生相变来吸热的一种冷却方式。对电池散热效果影响最大 的是对相变材料的选择， 当所选相变材料的比热容越大、传热系数越高，一样条件下的冷却效果越好，反之冷却效果越差。相变冷却具有构造紧 凑、接触热阻低、冷却效果好等优点，但
12、是相变材料本身不 具备 散热力量，吸取的热量需要依靠液冷系统、风冷系统等导出，否则相变材料无法持续 吸取热量。此外，相变材料占空间，本钱高。 热管冷却：依靠管内冷却介质发生相变来实现换热， 相变过程可以吸取或释放大量的 热。热管冷却技术适合于常常工作在高倍率工况的锂电池系统，如快充电池系统、调频储能系统等。因此，热管冷却可以理解为相变冷却的一种。 热管冷却比液冷系统具有更高的散热速度和散热效率。冷却介质被封闭在热管内，泄 漏风险低，安全性更高。此冷却方式可任意转变传热面积的大小，适用于较长距离的 热量传输。由于热管的本钱较高。2.2 热治理技术原理及系统组成风冷主要分为两种：自然冷却是利用自然
13、风压、空气温 差、空气密度差等对电池进展散热 处理；其中自然冷却效率较低，且集装箱或预制箱内空间狭小，空气流通不便，难 以到达 温控要求；强迫风冷散热方式承受工业空调和风扇进展制冷，通过压缩机和制冷剂的协同 作用，可掌握舱内温度低于外部环境温度，实现内、外部温度逆差。风冷关键 在于风道设计。一般承受空调顶部出风，通过风道将冷热 风通过电池与舱壁 形成的风墙均匀的送至每个电池柜，同时电池柜设计导热孔，保证冷热量能顺当地到 达每个电池 PACK、每个模组。同时空调设置上部回风口，出风及回风在电池舱内形成风 路循环。同时借助热仿真软件进展修正和验证，保证电池之间的温差也能掌握在 5以内。优秀的风道设
14、计能够有效提高散热效率。液冷系统主要包括电池液冷版、配水管线路和制冷/供液系统压缩机、冷凝器、蒸发器、 膨胀阀、枯燥过滤器等。冷凝器、压缩机等设备为冷却液强制降温，低温冷却 液流经电 池系统内部与电芯发生热交换以后，再流回热交换器与低温制冷剂进展热交换，从而将电 池产生的热量带出电池系统。液体与电池的接触模式有两种：一种是直接接 触，电池单体或者模块沉醉在液体中，让液 体直接冷却电池；另一种是在电池间设置冷却通道或者冷板，让液体间接 冷却电池。前者 一般承受硅基油、矿物油等有机物，后者一般承受水、乙二醇、乙二醇与水的混合物等。目前，冷板式间接冷却应用最为广泛，但效果弱于直接接触。冷板式要求规格
15、多，需定制， 本钱高，可维护性优秀，空间利用率高；沉醉式液冷用量较多，本钱较冷板式低， 可维护 性略差，空间利用率中等。目前，液冷系统在能源汽车领域已经较为普及，而在储能电 站领用应用还较少， 现在各大厂商开头加大储能液冷系统的研发与应用。液冷板作为液冷系统中的重要组成局部，其几何外形和构造设计对液冷性能有着重要影响。冷 流体连接单元由安排水管路、柜内散热单元和快速接头组成，与冷却基板一起作为深入主 设备 内部的产品，是典型嵌入式交互设计的关键局部。相变冷却效率比液冷高 3-4 倍，并且构造紧凑。目前相变材料冷却多用于电子设备散热，行业 处于起步阶段， 且相变材料本身不具备散热力量，吸取的热量
16、需要依靠液冷 系统、风冷系统等导出，否则相变材料无法持续吸取热量。 相变材料PCM是一类特别的功能性材料，能在恒温或者近似恒温的状况下发生相变，同时 伴随有较大热量的吸取和释放。相变材料的根底有两个：其一，PCM 相变过程的等温性，这 种特性有利于将温度变化掌握在较小范围内，可以用来掌握温度；其二，PCM 有很高的相变 潜能，很少的材料可以储存大量的热量。PCM 通常使用固态-液态转变， 这一过程中伴随着较 高的相变潜热及较小的温度和体积变化。热管冷却技术是利用热传导原理与制冷介质的快速热传递性质，透过热管将发热物体的热 量快速传到热源外， 其导热性远超任何金属的导热力量。由于热管超高导热 性能，电 池单体之间的温差很快被热管抹平，从而起到均温的作用。热管由管壳、吸液芯和端盖组成，热管内抽成 1.310-110-4Pa
