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风冷VS液冷！谁会是电池储能安全性破局的神之一手？
2022年，我国已投运锂离子电池储能项目装机规模约822.15万千瓦，根据《2030年前碳达峰行动方案》，2025年如果锂电储能项目在新型储能装机量中占比保持94.5%不变，该数据将超2835万千瓦。
电化学储能两大痛点
目前，成本和安全是制约锂电储能发展的两个核心痛点。
成本方面，据江苏储能协会数据，2022年，我国锂电储能系统度电成本约1.66元/Wh（0.5C系统）。未来，随着锂电储能系统制造规模扩大、技术发展、材料供应及时等因素影响，成本还将继续下降。
换言之，长期来看，锂电储能系统安全性的提升是锂电储能发展的最关键因素。
储能系统安全性影响因素众多，从系统外部来看，安全性的影响因素则主要集中在储能电站运营维护上，包括电站运行监视、运行操作、巡视检查、异常运行及故障处理等；从系统内部来看，锂离子电池模组本身工作特性，BMS数据采集不够全面、及时、精确等基础设计是主要原因。
其中，储能系统中针对锂离子电池模组本身工作特性进行改进，是提升储能系统安全性的治本之策。
储能锂电池通常组装在电池舱内使用，在充放电过程中会持续发热，热量难以及时传导至舱外环境，但是储能锂电池最佳工作温度为25-40℃，长时间高温运行，轻则对储能系统的工作效率、性能和寿命产生不可逆影响，重则引发热失控风险，产生安全事故。
针对储能电池冷却问题，市场建言献策，目前主流的电池组散热方式是风冷散热和液冷散热。
风冷散热
众所周知，热传递有三种方式，即热传导、热辐射和热对流。
热传导指热量从系统的一部分传到另一部分或由一个系统传到另一系统的现象；热对流指液体或气体中较热部分和较冷部分之间通过循环流动使温度趋于均匀的过程；热辐射指物体因自身的温度而向外发射能量。
集装箱式锂电储能系统内部结构如下，集装箱长12 m，宽2.4 m，高2.8 m，电池舱内共放置12组电池簇，每侧放置6组，每组电池簇由15个电池模组组成。
以降温为例，电池模组充放电过程中温度提高，风冷散热时，首先通过热辐射将热量传递到舱内空气中，然后舱内空气与舱外空气通过热对流的形式进行热量传递，降低舱内温度。
空气对流方式则主要有两种，自然风和机械风，空气从进风口流入集装箱，换热后从出风口流出。
自然风效率偏低，除了特定条件外较少使用；机械风则需要搭配空调系统使用，可高效率地调节空气温度。
目前，针对这一换热过程，市场侧重于三类研究，一是改变强制风冷条件，二是改变风道设计，三是在电池舱内增设导流板。
强迫风冷散热，有两种方式，加大热源件散热表面积和加快单位时间内空气流速，前者可通过在电池模组表面加装散热片实现，后者可通过安装风扇（风机）实现。
改变风道设计要求较高，风道包括与空调出口连接的主风道、主风道内的挡风板、风道出口以及电池架两端的挡风板，根据集装箱特点左右对称布置。现有风道设计效率基本都较高，进一步提升较为困难。
电池舱内增设导流板，根据导流板数量不同、位置不同，电池舱内空气流场分布、温度分布以及降温情况都会有变化。
侧重点虽然不同，可三种方式目的都相同，提高电池舱内风速，增加换热空气在舱内的扰动范围，最后达到提高储能舱内换热效率，使电池模组温度保持在正常工作温度内的效果。
综合来讲，风冷散热具有原理简单、安装方便、成本较低等优点，广泛应用于电池能量密度低，充放电速度慢的储能场景。
液冷散热
液冷散热分内循环和外循环，内循环设置于电池舱内，外循环设置于电池舱外。
内循环方面，电池PACK与液冷板直接接触，热量通过热传导的方式从电池模组转移到导热介质内部，导热介质从舱内向舱外流动，通过热对流将热量从电池舱内转移到电池舱外。
外循环方面，通过空调等温度调节设备，可将导热介质温度调节到合适范围。
液冷散热与风冷散热差异众多，如导热介质不同、介质流通装置不同。
导热介质方面，风冷散热导热介质是空气，液冷散热导热介质种类更为多样，包括水、乙醇、制冷剂等。空气的比热为1.4kJ/ (kg*K)，液体介质中水比热为4.2kJ/ (kg*K)，是空气的三倍，因此液冷散热比风冷散热效率更高。
介质流通装置方面，如图，液冷散热需要在集装箱内储能电池系统上贯通一根主管，每个电池簇连接一根更细的支管，各支管分别与各电池PACK上布置的液冷板连接，通过改变液冷板内导热介质种类和流速进行换热。
集装箱式储能系统液流散热装置（图）
液冷板形式众多，包括并行迷你流道冷板、蛇形流道结构冷板、流线型流道冷板、双层反转流道冷板、并行发散流道冷板和仿生翅脉流道冷板等，形式不同散热效率也有差别。
浸没式液冷指将储能电池直接浸泡在特殊的绝缘冷却液中，电池充放电过程中产生的热量被冷却液吸收后，再进入外循环冷却。
综合来讲，液冷散热的优点是换热效率高，缺点是前期成本高，适用于电池能量密度高，充放电速度快，功率要求高的储能环境。
写在最后
储能系统具体布置过程中，风冷散热和液冷散热的选择，是需要根据预算多少、装机量大小、储能电池种类、所处地理环境以及换热效率要求高低来进行考虑的。
从整个储能市场来看，风冷和液冷两种散热方式，只存在渗透率高低的差异，适合与否的问题。
目前，除了风冷和液冷，还有很多工程师在研究相变材料和液冷或风冷的混合模式，但都还不成熟。
随着3月6日，全球首个浸没式液冷储能电站——南方电网梅州宝湖储能电站正式投入使用，未来浸没式液冷散热可能会在电池储能系统中得到更广泛的应用。
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