En 2022, la industria del almacenamiento de energía experimentará un fuerte desarrollo, alcanzando una capacidad instalada acumulada de 13,1 GW. El número de proyectos de almacenamiento de energía planificados y en construcción en China se acerca a los 100 GW, superando ampliamente la previsión de 30 GW para 2025 establecida por los departamentos nacionales pertinentes. Sin duda, 2023 será otro año de rápido crecimiento continuo del almacenamiento electroquímico de energía en el país.
La nueva industria del almacenamiento de energía rebosa de dinamismo y vitalidad, y en ella conviven esperanzas y desafíos. El almacenamiento de energía debe evolucionar hacia sistemas a gran escala, de medio y largo plazo, con alta tolerancia y un elevado nivel de seguridad. En los últimos años, se han producido frecuentes accidentes en sistemas de almacenamiento electroquímico de energía. ¿Cómo abordar la gestión de la seguridad en el almacenamiento de energía?
La refrigeración líquida se ha convertido en una tecnología popular dentro de la gestión térmica, y recientemente ha experimentado una notable renovación en el sector. En abril, Midea lanzó por primera vez sus soluciones de almacenamiento de energía y una variedad de nuevos productos de gestión térmica para almacenamiento de energía refrigerados por líquido, entrando oficialmente en el segmento de gestión térmica para almacenamiento de energía. Por su parte, el Grupo Huadian inició una nueva ronda de compras centralizadas de sistemas de almacenamiento de energía de fosfato de hierro y litio, adquiriendo 2 GWh de sistemas de almacenamiento de energía refrigerados por aire y 3 GWh de sistemas de almacenamiento de energía refrigerados por líquido.
¿Qué tipo de sistema es el almacenamiento de energía mediante refrigeración líquida?
01 Gestión térmica del almacenamiento de energía
Debido a las características térmicas de las baterías, la gestión térmica se ha convertido en un eslabón fundamental en la cadena de valor de la industria del almacenamiento electroquímico de energía. Desde la perspectiva del valor y el volumen de la cadena de valor, los costes de las baterías representan aproximadamente el 55 % del sistema de almacenamiento de energía, los sistemas de control de potencia (PCS) el 20 %, los sistemas de gestión de baterías (BMS) y de energía (EMS) el 11 %, y la gestión térmica entre el 2 % y el 4 %. Si bien el valor de la gestión térmica es relativamente bajo, desempeña un papel vital y es clave para garantizar el funcionamiento continuo y seguro del sistema de almacenamiento de energía.
Los accidentes en centrales eléctricas son frecuentes, y la fuga térmica de las baterías de litio es una de las principales causas de fallos en los sistemas de almacenamiento de energía. Estos sistemas generan mucho calor y tienen un espacio limitado para su disipación. Es difícil controlar la temperatura con ventilación natural, lo que puede dañar la vida útil y la seguridad de las baterías. En comparación con los sistemas de baterías de potencia, las baterías de los sistemas de almacenamiento de energía tienen mayor potencia, son más numerosas y generan más calor. Su disposición compacta limita el espacio para la disipación térmica, lo que dificulta una disipación rápida y uniforme del calor y puede provocar fricción entre los paquetes de baterías. La acumulación de calor y la excesiva diferencia de temperatura de funcionamiento provocan frecuentes fallos en los sistemas de almacenamiento de energía, que en última instancia dañan la vida útil y la seguridad de las baterías.
proceso de fuga térmica de la batería de iones de litio
La gestión térmica es fundamental para garantizar el funcionamiento continuo y seguro de los sistemas de almacenamiento de energía. Idealmente, el diseño de gestión térmica permite controlar la temperatura dentro del sistema de almacenamiento de energía dentro del rango óptimo (10-35 °C) para el funcionamiento de las baterías de litio, y asegurar la uniformidad de la temperatura dentro del paquete de baterías, reduciendo así la degradación de la vida útil de la batería y el riesgo de pérdida de control por disipación de calor.
Actualmente, las principales vías técnicas para la gestión térmica del almacenamiento de energía son la refrigeración por aire y la refrigeración líquida. Estas vías se dividen principalmente en refrigeración por aire, refrigeración líquida, refrigeración por tubos de calor y refrigeración por cambio de fase, siendo las tecnologías de tubos de calor y refrigeración por cambio de fase las que aún no están completamente desarrolladas.
1. Refrigeración por aire
La temperatura de la batería disminuye por convección de gas. Presenta las ventajas de una estructura simple, fácil mantenimiento y bajo costo, pero su eficiencia y velocidad de disipación de calor, así como la uniformidad de la temperatura, son deficientes. Es adecuada para entornos con baja generación de calor.
2. Refrigeración líquida
La temperatura de la batería se reduce mediante convección líquida. La eficiencia y la velocidad de disipación del calor, así como la uniformidad de la temperatura, son buenas, pero el costo es elevado y existe riesgo de fugas del líquido refrigerante. Es adecuado para aplicaciones donde la batería presenta alta densidad energética, velocidades de carga y descarga rápidas y grandes variaciones de temperatura ambiente.
3. Tubo de calor y cambio de fase
La disipación de calor de la batería se logra mediante la evaporación y absorción de calor del medio en el tubo de calor y la conversión de cambio de fase del material.
Entre ellas, la tecnología de refrigeración líquida disipa el calor directamente mediante convección, lo que permite un control preciso de la temperatura de la batería y garantiza una refrigeración uniforme. En cambio, la tecnología de refrigeración por aire es más económica, pero su eficiencia de disipación de calor es menor y no permite un control preciso de la temperatura de la batería. Por lo tanto, en aplicaciones de baja potencia, la refrigeración por aire sigue siendo la opción predominante, mientras que en aplicaciones de media y alta potencia, la tecnología de refrigeración líquida ocupa una posición dominante. El sistema de refrigeración líquida presenta las ventajas de una gran capacidad calorífica específica y una refrigeración rápida, lo que permite controlar de forma más eficaz la temperatura de la batería y, por consiguiente, garantizar el funcionamiento estable del sistema de almacenamiento de energía.
02 Mercado de almacenamiento de energía mediante refrigeración líquida
El mercado nacional de almacenamiento de energía está en auge, y los integradores de sistemas de almacenamiento y los fabricantes de baterías han comenzado a implementar tempranamente la tecnología de refrigeración líquida para el almacenamiento de energía, desarrollando nuevos productos y actualizando las versiones existentes con nuevas tecnologías. Con la participación de un número creciente de proyectos de aplicación práctica, los sistemas de almacenamiento de energía refrigerados por líquido se están convirtiendo rápidamente en la tecnología predominante del mercado.
Actualmente, la proporción de tecnología de refrigeración líquida en los nuevos proyectos de almacenamiento a gran escala, tanto en la generación de energía como en la red eléctrica, está aumentando rápidamente. Ejemplos de ello son el proyecto de demostración de la central de almacenamiento de energía compartida de 100 MW/200 MWh de Ningxia Power Investment Ningdong Base y el proyecto de la central de almacenamiento de energía compartida de 100 MW/400 MWh de Gansu Linze, que utilizarán tecnología de control de temperatura mediante refrigeración líquida. Su aplicación en proyectos reales está aumentando gradualmente. Por ejemplo, la central de almacenamiento de energía Meizhou Baohu de Southern Power Grid entró en funcionamiento recientemente en el condado de Wuhua, ciudad de Meizhou, provincia de Guangdong. Esta es la primera central de almacenamiento de energía sumergida con refrigeración líquida del mundo. Por primera vez, China Southern Grid Energy Storage Company sumergió directamente la batería en el refrigerante dentro de la cabina para lograr una refrigeración directa, rápida y suficiente, garantizando así que la batería funcione dentro del rango de temperatura óptimo.
Grandes grupos energéticos han comenzado a licitar por sistemas de almacenamiento de energía refrigerados por líquido. Según las estadísticas, la Corporación Nuclear Nacional de China, PetroChina, el Grupo Energético Nacional, el Grupo Huadian y otras empresas han llevado a cabo proyectos de adquisición de estos sistemas. La capacidad instalada de los sistemas refrigerados por líquido es de aproximadamente 5,4 GWh, y el precio unitario de compra oscila entre 1,42 y 1,61 yuanes/Wh.
Según estadísticas de información pública, Kehua Data Energy, Sungrow Power, Yiwei Lithium Energy, Cairi Energy, Xingyun Times, HyperStrong, Haichen Energy Storage, Zhongtian Technology, Shanghai Electric Guoxuan, Trina Energy Storage, Ashi y decenas de fabricantes, como Te y Shenghong, siguieron la tendencia de la refrigeración líquida. Los nuevos productos lanzados incorporan esta tecnología y abarcan diversos escenarios, como la red eléctrica, el sector industrial y comercial, y el almacenamiento de energía doméstico.
Para las empresas de equipos de control de temperatura, su principal ventaja competitiva radicará en su capacidad de personalización, así como en su amplia experiencia y experiencia técnica en soluciones de gestión térmica. GGII considera que, a medio y largo plazo, la distribución del mercado se centrará en las empresas con diseños personalizados más avanzados, mejores diseños no estándar y productos con una mayor relación calidad-precio. Por lo tanto, para las empresas de equipos de control de temperatura, su principal ventaja competitiva radicará en su capacidad de personalización y en su amplia experiencia, especialmente en soluciones de gestión térmica.
03 Potencial futuro del almacenamiento de energía mediante refrigeración líquida
El auge del mercado del almacenamiento de energía continuará. Para impulsar el consumo de energías renovables, se está acelerando la puesta en marcha de centrales de almacenamiento de energía de gran escala y alta capacidad. Como componente esencial del sistema de almacenamiento de energía, el sistema de gestión térmica se beneficiará del aumento de la capacidad instalada. Es probable que el mercado del control de temperatura en sistemas de almacenamiento de energía siga expandiéndose.
Según las estadísticas, en 2022, los nuevos proyectos de almacenamiento de energía en China alcanzarán los 7,3 GW/15,9 GWh, y la capacidad instalada acumulada llegará a 13,1 GW/27,1 GWh. Considerando la planificación de las distintas regiones, se estima que para finales de 2025, la capacidad instalada acumulada de almacenamiento de energía en el país alcanzará casi los 80 GW. Según un análisis del Instituto de Investigación Industrial Avanzada (GGII), el valor de los envíos de sistemas de control de temperatura para almacenamiento de energía en China alcanzará los 16.500 millones de yuanes en 2025. Con el aumento de la capacidad de almacenamiento de energía y la tasa de carga y descarga, la proporción de productos de almacenamiento de energía de media y alta potencia que utilizan refrigeración líquida aumentará. Se prevé que la refrigeración líquida, con su mejora gradual, se convierta en la solución predominante en el futuro, y se espera que la tasa de penetración de esta tecnología alcance aproximadamente el 45 % para 2025.
Previsión del mercado chino de control de temperatura y refrigeración líquida para el almacenamiento de energía (100 millones de yuanes)
En el futuro, a medida que las nuevas centrales eléctricas y el almacenamiento de energía fuera de la red requieran mayor capacidad de baterías y mayor densidad de potencia del sistema, la proporción de sistemas de almacenamiento de energía refrigerados por líquido aumentará progresivamente, consolidándose como líder del mercado gracias a sus ventajas integrales. Esto incentivará a los fabricantes de sistemas de almacenamiento de energía a desarrollar continuamente nuevos productos y tecnologías, y promoverá la mejora de la seguridad y la rentabilidad de dichos sistemas.
Fecha de publicación: 22 de septiembre de 2023