En 2022, la industria del almacenamiento de energía experimentará un fuerte crecimiento, 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 con creces la previsión de 30 GW para 2025 establecida por los organismos nacionales pertinentes. Sin duda, 2023 será otro año de continuo y rápido crecimiento del almacenamiento electroquímico de energía en China.
La nueva industria del almacenamiento de energía rebosa de dinamismo y vitalidad, y en ella conviven esperanza y desafíos. El almacenamiento de energía debe evolucionar hacia la escalabilidad, el mediano y largo plazo, una alta tolerancia y un elevado nivel de seguridad. En los últimos años, se han producido frecuentes accidentes en sistemas de almacenamiento de energía electroquímica. ¿Cómo abordar la gestión de la seguridad en el almacenamiento de energía?
La refrigeración líquida se ha convertido en una tecnología popular en el ámbito de la gestión térmica, y recientemente ha cobrado gran relevancia. En abril, Midea lanzó por primera vez sus soluciones de sistemas 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; Huadian Group inició una nueva ronda de adquisición centralizada de sistemas de almacenamiento de energía de fosfato de hierro y litio, comprando 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 de refrigeración líquida utiliza para el almacenamiento de energía?
01 Gestión térmica del almacenamiento de energía
Debido a las características térmicas de las baterías, la gestión térmica se ha convertido en un eslabón clave en la cadena de valor del sector del almacenamiento electroquímico de energía. En términos de valor y volumen, los costes de las baterías representan aproximadamente el 55 % del sistema de almacenamiento de energía, los del sistema de control de potencia (PCS) el 20 %, los de los sistemas de gestión de baterías (BMS y 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 fundamental y es clave para garantizar el funcionamiento continuo y seguro del sistema de almacenamiento de energía.
Los accidentes en las centrales eléctricas ocurren con frecuencia, y el sobrecalentamiento de las baterías de litio es una de las principales causas de accidentes 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 la batería. En comparación con los sistemas de baterías convencionales, las baterías de los sistemas de almacenamiento de energía tienen mayor potencia, mayor cantidad y generan más calor. La disposición compacta de las baterías limita el espacio para la disipación del calor, dificultando su rápida y uniforme disipación, lo que puede provocar fricción entre los paquetes de baterías. La acumulación de calor y la excesiva diferencia de temperatura de funcionamiento dan lugar a frecuentes accidentes en los sistemas de almacenamiento de energía, que finalmente dañan la vida útil y la seguridad de la batería.
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, asegurando la uniformidad de la temperatura en el interior del paquete de baterías y, por consiguiente, reduciendo la degradación de la vida útil de la batería y la disipación de calor. Riesgo de pérdida de control.
Actualmente, las principales vías técnicas para la gestión térmica del almacenamiento de energía son la refrigeración por aire y la refrigeración líquida. Las tecnologías de gestión térmica del almacenamiento de energía se dividen principalmente en refrigeración por aire, refrigeración líquida, refrigeración por tubos de calor y refrigeración por cambio de fase, entre las cuales las tecnologías de tubos de calor y refrigeración por cambio de fase aún no están completamente desarrolladas.
1. Refrigeración por aire
La temperatura de la batería se reduce mediante 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 adecuado para aplicaciones con baja generación de calor.
2. Refrigeración líquida
La temperatura de la batería se reduce mediante convección de líquido. La eficiencia y la velocidad de disipación de 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 el paquete de baterías tiene una alta densidad de energía, una velocidad de carga y descarga rápida y grandes variaciones de temperatura ambiente.
3. Tubo de calor y cambio de fase
La disipación del calor de la batería se logra mediante la evaporación y la 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 refrigeración por aire tiene un coste menor, pero su eficiencia de disipación de calor es baja, lo que imposibilita un control preciso de la temperatura de la batería. Por lo tanto, en escenarios de baja potencia, la refrigeración por aire sigue siendo la opción predominante, mientras que en escenarios de potencia media y alta, la refrigeración líquida se sitúa en una posición dominante. El sistema de refrigeración líquida ofrece las ventajas de una gran capacidad calorífica específica y una refrigeración rápida, lo que permite un control más eficaz de la temperatura de la batería, garantizando así 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 de energía y los fabricantes de baterías han comenzado a implementar la tecnología de refrigeración líquida para almacenamiento de energía desde sus inicios, desarrollando nuevos productos y actualizando los existentes con tecnologías innovadoras. Con la creciente participación en proyectos de aplicación práctica, los sistemas de almacenamiento de energía refrigerados por líquido se están convirtiendo rápidamente en la tecnología predominante en el mercado.
En la actualidad, la proporción de tecnología de refrigeración líquida en nuevos proyectos de almacenamiento a gran escala en el lado de la generación de energía/lado de la red está aumentando rápidamente, como el proyecto de demostración de la estación de energía de almacenamiento de energía compartida de 100 MW/200 MWh de Ningxia Power Investment Ningdong Base, el proyecto de la estación de energía de almacenamiento de energía compartida de 100 MW/400 MWh de Gansu Linze, etc., utilizarán tecnología de control de temperatura de refrigeración líquida. Y su aplicación en proyectos reales está aumentando gradualmente. Por ejemplo, la estación de energía de almacenamiento de energía Meizhou Baohu de Southern Power Grid entró oficialmente en funcionamiento recientemente en el condado de Wuhua, ciudad de Meizhou, provincia de Guangdong. Esta es también la primera estación de energía de almacenamiento de energía sumergida refrigerada por líquido del mundo. Por primera vez, China Southern Grid Energy Storage Company sumergió directamente la batería en el refrigerante en la cabina para lograr una refrigeración directa, rápida y suficiente de la batería y garantizar que opere dentro del rango de temperatura óptimo.
Grandes grupos energéticos han comenzado a licitar sistemas de almacenamiento de energía refrigerados por líquido. Según las estadísticas, China National Nuclear Corporation, PetroChina, National Energy Group, Huadian Group y otras empresas han llevado a cabo proyectos de adquisición de estos sistemas. La capacidad de estos sistemas es de aproximadamente 5,4 GWh, y el precio unitario de compra oscila entre 1,42 y 1,61 yuanes/Wh.
Según las 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 tecnología de refrigeración líquida y abarcan diversos escenarios, como redes eléctricas, instalaciones industriales y comerciales, y almacenamiento de energía doméstica.
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 conocimiento técnico en soluciones de gestión térmica. GGII considera que la distribución del mercado a medio y largo plazo se centrará en empresas con diseños personalizados más consolidados, mejores diseños no estándar y productos más rentables. Por lo tanto, para las empresas de equipos de control de temperatura, su principal ventaja competitiva se verá reflejada 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 de almacenamiento de energía continuará. Para promover eficazmente el consumo de energías renovables, se acelera la puesta en marcha de centrales de almacenamiento de energía a gran escala y de alta capacidad. Como parte fundamental del sistema de almacenamiento de energía, el sistema de gestión térmica se beneficiará del aumento de la capacidad instalada de almacenamiento. Es probable que el mercado de control de temperatura para el almacenamiento de energía siga expandiéndose.
Según las estadísticas, en 2022, los nuevos proyectos de almacenamiento de energía de China alcanzarán los 7,3 GW/15,9 GWh, y la capacidad instalada acumulada llegará a los 13,1 GW/27,1 GWh. En combinación con la situación de planificación de varias regiones, se estima que para finales de 2025, la capacidad instalada acumulada de almacenamiento de energía nacional alcanzará casi los 80 GW. Según el análisis del Instituto de Investigación de la Industria Avanzada (GGII), el valor de los envíos nacionales de control de temperatura para almacenamiento de energía 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, aumentará la proporción de productos de almacenamiento de energía de media y alta potencia que utilizan refrigeración líquida. A medida que mejore gradualmente, se espera que la refrigeración líquida se convierta en la solución principal en el futuro, y se prevé que la tasa de penetración de la tecnología de refrigeración líquida alcance aproximadamente el 45 % para 2025.
Previsión del mercado chino de sistemas de almacenamiento de energía, control de temperatura y refrigeración líquida (100 millones de yuanes)
En el futuro, a medida que las nuevas centrales eléctricas y los sistemas de almacenamiento de energía fuera de la red requieran mayor capacidad de batería y mayor densidad de potencia, la proporción de sistemas de almacenamiento de energía refrigerados por líquido aumentará progresivamente y, gracias a sus ventajas integrales, se convertirán sin duda en líderes del mercado. Esto impulsará el entusiasmo de los fabricantes de sistemas de almacenamiento de energía por el desarrollo continuo de 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