储能热管理，是怎样的新赛道？
文 | 能源电力说综合整理
随着清洁能源占比逐步提升，储能在电力系统的
发电侧、电网侧和用户侧起到了至关重要的作用。电化学储能由于能量密度大、应用灵活、响应快速等优势，渗透率快速提升。
据CNESA数据，截至2021年底，全球已投运电力储能项目累计装机规模 209.4GW，新型储能的累计装机规模为25.4GW，钠离子电池占主导地位，市场份额超90%达23.1GW。中国已投运电力储能项目累计装机规模46.1GW，占全球市场总规模的22%，新型储能累计装机规模达到5.73GW，锂离子电池是目前新型储能的主流技术路线，占比89.7%达5.14GW。
电池作为电化学储能的核心部件，具有较大的热失控风险，从安全角度看，储能热管理极具重要性。
电化学储能产业链分为上游设备商、中游集成商、下游应用端三部分。上游设备包括电池组、储能变流器（PCS）、电池管理系统（BMS）、能量管理系统（EMS）、热管理和其他设备等；中游环节核心为系统集成 EPC；下游主要分为电源侧、电网侧、用户侧三大场景。储能产业链多数企业参与其中1-2个细分领域，少数企业从电池到系统集成，甚至EPC环节全参与。2011-2021年间，全球共发生32起储能电站起火爆炸事故，2022年1-5 月，全球就已经发生了10起以上的储能着火事故。国内在电池储能站快速发展的同时，由于电池、PCS质量问题或者系统集成商施工能良莠不齐，电池储能火灾隐患较为严重，起火事故频繁。2021年4月16日，北京国轩福威斯储能电站发生火灾爆炸，经调查，起火原因是LFP电池发生内短路，引发电池热失控起火。同年7月，搭载特斯拉 Megapack储能系统的澳大利亚“维多利亚大电池”项目在测试过程中因冷却系统泄露，引发电池仓起火。电池热失控成为起火事故的主要原因。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应分解，产生大量的热和可燃性气体，导致电池起火或者发生爆炸。
频繁出现的起火事件凸显出热管理已成为保障储能电站安全运行必不可少的重要组件。
目前储能热管理较为成熟的技术路线为风冷和液冷，其中风冷在目前储能系统中占主流，液冷方案在未来渗透率料将不断上升。热管理成为储能系统核心，风冷与液冷是目前成熟的技术路线。储能热管理的冷却方式主要有以下三大技术路线：风冷（空气冷却）、液冷和相变冷却，此外还有热管冷却。目前，在功率密度较小的集装箱储能系统和通信基站储能系统中主要采用风冷技术。一方面是因为风冷系统结构简单，安全可靠，并且易于实现；另一方面是因为储能系统对能量密度和空间的限制不像动力电池系统那么苛刻，可以通过增加电池数目来获得较低的工作倍率和产热率。集装箱式锂电池储能系统为例，该系统由标准集装箱、锂离子电池系统、电池管理系统、储能变流器、空调和风道、配电柜、七氟丙烷灭火装置等组成。风冷热管理系统有空调结构包括落地一体式、顶置一体式、分体式等构型。落地一体式空调用于已预留空调空间的储能集装箱中，通常顶部出风，与集装箱内部的风道相连接，直接对电池组进行精确送风。储能集装箱内部没有空间安装空调，则需要使用顶置一体式空调，空调安装在集装箱顶部，从顶部对电池进行制冷。分体式空调内机安装在电池组当中，前回风背送风，将空调出风口与风道相连，直接对电池进行制冷。液冷方案采用水、乙醇、硅油等冷却液，通过液冷板上均匀分布的导流槽和电芯间接接触进行散热。其优点包括：2）与相同容量的集装箱风冷方案相比，液冷系统不需要设计风道，占地面积节约50%以上，更适合未来百MW级以上的大型储能电站；3）相比风冷系统，由于减少了风扇等机械部件的使用，故障率更低；未来随着新能源电站、离网储能等更大电池容量、更高系统功率密度的储能电站需求起步，储能系统能量密度与发热量更大，对安全性和寿命的要求更高，将推动行业更多转向采用液冷方案。宁德、阳光电源、比亚迪等头部企业已率先切换，龙头示范效应将驱动液冷渗透加速。相变冷却，是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，相同条件下的冷却效果越好，反之冷却效果越差。相变冷却具有结构紧凑、接触热阻低、冷却效果好等优点，但是相变材料本身不具备散热能力，吸收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收热量。此外，相变材料占空间，成本高。根据中信证券测算，预计2025年市场空间123-237亿元。以1MWh的集装箱式储能系统为例，这类小规模低能量密度的储能系统一般采用风冷技术。根据测算，在典型工况1C运行时，系统产热率为39kW，需要的空调最小制冷功率为24kW。以市面上某种户外空调为例，制冷量为1500W，价格2000元/台，制冷成本约计算为1.33元/W。若满足上述集装箱储能系统，则对应需要约3万元，可进一步得出单GWh储能系统选择风冷方案投资成本约为3000万元。同理，按照液冷板等关键部件成本测算，单GWh储能系统选择液冷方案投资成本约为9000万元。测算结果表明，保守假设下，2021-2025年全球电化学储能热管理市场空间分别达到17/30/52/82/123亿元，对应CAGR 65%。其中，中国市场分别将达到2/5/8/15/27亿元，对应CAGR 85%。中性假设下，如果2025年全球电化学储能容量需求达到315GWh，则对应储能热管理市场空间为166亿元，2021-2025年的CAGR为78%。乐观假设下，如果2025年全球电化学储能容量需求达到450GWh，则储能热管理市场空间为237亿元，2021-2025年的CAGR为95%。目前参与储能热管理市场的公司包括生产空调、液冷板等工业温控设备的公司。布局较早，拥有技术积累的公司可能拥有更多优势。储能热管理行业的参与者根据技术路线来源分为两大类：风冷技术公司：大部分是以前空调相关的公司，包括精密温控，如英维克、申菱环境、朗进科技、佳力图；汽车空调热管理者，如松芝股份、奥特佳、三花智控、银轮股份、飞荣达。液冷技术公司：工业冷却相关者，如同飞股份、高澜股份、黑盾股份。新能源公司能够凭借储能电池与热管理系统的一体化设计获得更好的性能，并凭借电池的市场占有率稳定热管理系统市场。另一方面，温控设备公司有更深厚的技术积累和规模优势，在成本和行业标准上取得优势。解决能源领域所面临的问题的四种途径主要为先进能源网络技术、需求响应技术、灵活产能技术及储能技术。储能技术以主动的跨时段、跨季节的发用平衡能力创造商业价值，解决电网被动调节负担，是支撑可再生能源稳定规模化发展的关键。热管理系统，是交叉学科的技术融合，融合的技术包括材料学，化学，机械结构，电气控制。解决了关键核心技术才确保电化学储能行业顺利健康发展，而储能问题的解决是实现碳达峰碳中和重要路径之一。
