พูดเล่นๆ ว่าในด้านการควบคุมอุณหภูมิของการจัดเก็บพลังงาน รุ่นแรกคือระบบระบายความร้อนด้วยอากาศ รุ่นที่สองและปัจจุบันเป็นรุ่นที่ได้รับความนิยมสูงสุดคือระบบระบายความร้อนด้วยของเหลวแบบแผ่นเย็น ส่วนระบบระบายความร้อนด้วยของเหลวแบบจุ่มน้ำยังคงพยายามพัฒนาเป็นรุ่นที่สาม ทันใดนั้น ระบบระบายความร้อนโดยตรงก็ปรากฏขึ้นและเข้าสู่ตลาดในลักษณะที่โดดเด่น โดยแข่งขันเพื่อชิงตำแหน่งของรุ่นต่อจากรุ่นที่สาม
อุตสาหกรรมการจัดเก็บพลังงานของจีนได้เข้าสู่ช่วงของการพัฒนาอย่างรวดเร็ว และนวัตกรรมทางเทคโนโลยีอย่างต่อเนื่องและการประสานเส้นทางเทคโนโลยีหลายเส้นทางเข้าด้วยกันถือเป็นหนึ่งในการแสดงออกที่สำคัญของช่วงเวลานี้
โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เนื่องจากเซลล์จัดเก็บพลังงานมีการพัฒนาไปสู่ความจุที่มากขึ้น การรวมระบบจึงพัฒนาไปสู่ขนาดที่ใหญ่ขึ้นและความหนาแน่นของพลังงานที่สูงขึ้น และสถานการณ์การใช้งานก็มีความซับซ้อนและหลากหลายมากขึ้น ซึ่งทั้งหมดนี้ล้วนนำไปสู่ข้อกำหนดที่สูงขึ้นในด้านอายุการใช้งาน ความปลอดภัย ต้นทุน และปัจจัยอื่นๆ ของระบบจัดเก็บพลังงาน ตั้งแต่การรวมระบบไปจนถึงส่วนประกอบหลัก เช่น เซลล์ 3S การควบคุมอุณหภูมิและการป้องกันอัคคีภัย เทคโนโลยียังคงพัฒนาอย่างต่อเนื่อง
ระบบควบคุมอุณหภูมิเป็นส่วนสำคัญในระบบกักเก็บพลังงาน ซึ่งมีบทบาทสำคัญต่อความปลอดภัย ประสิทธิภาพ และอายุการใช้งานของการเก็บพลังงาน โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อมีความต้องการแอปพลิเคชันที่เพิ่มมากขึ้น เช่น การเก็บพลังงานระยะยาวและการเก็บพลังงานอัตราสูง ตัวบ่งชี้ประสิทธิภาพโดยรวมของส่วนประกอบการควบคุมอุณหภูมิจึงได้รับการปรับเพิ่มขึ้น
จากการระบายความร้อนด้วยอากาศรุ่นแรก สู่การระบายความร้อนด้วยของเหลวแบบแผ่นเย็นที่เป็นกระแสหลักในปัจจุบัน ไปจนถึงการระบายความร้อนด้วยของเหลวแบบจุ่มที่ได้รับความสนใจอย่างกว้างขวาง เทคโนโลยีควบคุมอุณหภูมิได้รับการพัฒนาหลายแง่มุมในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการแก้ไขปัญหาต่างๆ เช่น ความอ่อนไหวต่อความร้อนและการกระจายอุณหภูมิที่ไม่สม่ำเสมอของแบตเตอรี่อย่างต่อเนื่อง
ต้นเดือนนี้ มีข่าวใหญ่มาอีกข่าวหนึ่ง สถาบัน CRRC Zhuzhou ร่วมกับบริษัทในห่วงโซ่อุตสาหกรรม 14 แห่ง รวมถึง Invic, Hisense Network Energy, Tongfei Co., Ltd. และ Midea เปิดตัวระบบ 6.9MWh ที่มุ่งสู่อนาคต ซึ่งลิงค์ควบคุมอุณหภูมิใช้หน่วยทำความเย็นโดยตรงที่กักเก็บพลังงาน 12kW เป็นครั้งแรก ทันทีที่ข่าวนี้ถูกเปิดเผย ก็ได้รับความสนใจจากอุตสาหกรรม
เทคโนโลยีระบายความร้อนโดยตรง ซึ่งเดิมใช้ในสาขาของยานยนต์พลังงานใหม่ ได้เข้าสู่วงการการกักเก็บพลังงานอย่างยิ่งใหญ่ มีเสียงสนับสนุนและเสียงคัดค้านมากมาย
การระบายความร้อนโดยตรงมีจุดมุ่งหมายเพื่อควบคุมอุณหภูมิในการกักเก็บพลังงาน 3.0?
ในช่วง 2 ปีที่ผ่านมา กำลังการผลิตติดตั้งพลังงานหมุนเวียนทั่วโลกเติบโตอย่างรวดเร็ว ตามรายงานตลาดประจำปี "พลังงานหมุนเวียน 2023" ที่เผยแพร่โดยสำนักงานพลังงานระหว่างประเทศ ระบุว่าในปี 2023 กำลังการผลิตติดตั้งพลังงานหมุนเวียนทั่วโลกจะเพิ่มขึ้น 50% เมื่อเทียบกับปี 2022 และอัตราการเติบโตของกำลังการผลิตติดตั้งได้เกิน 30 ปีที่ผ่านมา จากภูมิหลังดังกล่าว การพัฒนาอุตสาหกรรมการจัดเก็บพลังงานได้นำไปสู่ตลาดที่กว้างขวางยิ่งขึ้น
ในขณะเดียวกัน บริษัทจัดเก็บพลังงานของจีนก็ติดอยู่ในวังวนของการหมุนเวียนภายใน การจะก้าวข้ามขีดจำกัดได้นั้น เทคโนโลยีถือเป็นปัจจัยสำคัญที่สุดในการแข่งขัน ในขณะที่ความปลอดภัยสูง ต้นทุนต่ำ และประสิทธิภาพสูงถือเป็นเกณฑ์ที่สำคัญที่สุดสำหรับการยกระดับเทคโนโลยีการจัดเก็บพลังงาน
โดยเฉพาะอย่างยิ่งกับแนวโน้มของเซลล์แบตเตอรี่ขนาดใหญ่และความหนาแน่นของพลังงานแบบบูรณาการที่เพิ่มขึ้นของระบบจัดเก็บพลังงาน ประสิทธิภาพของแบตเตอรี่และความเสี่ยงของความร้อนสูงเกินขีดจำกัดได้กลายเป็นจุดสนใจของอุตสาหกรรม โดยระบบควบคุมอุณหภูมิมีบทบาทสำคัญ
หากพิจารณาอย่างใกล้ชิดถึงความก้าวหน้าของเทคโนโลยีควบคุมอุณหภูมิในการกักเก็บพลังงาน ระบบระบายความร้อนด้วยอากาศรุ่นแรกนั้นเรียบง่าย ต้นทุนการผลิตต่ำ และติดตั้งง่าย ระบบระบายความร้อนด้วยของเหลวแบบแผ่นเย็นรุ่นที่สองเริ่มใช้ของเหลวเป็นตัวกลางในการแลกเปลี่ยนความร้อน ซึ่งมีความสามารถในการรับความร้อนได้สูงและประสิทธิภาพในการแลกเปลี่ยนความร้อนสูง ส่วนระบบระบายความร้อนด้วยของเหลวแบบจุ่มซึ่งยังอยู่ในระยะเริ่มต้นของการพัฒนา มีข้อดีคือป้องกันการไหลหนีของความร้อนและความสม่ำเสมอของอุณหภูมิที่สูงเกินไปได้อย่างมีประสิทธิภาพ แต่ยังคงติดอยู่ในปัญหาเรื่องต้นทุนที่สูงและยังไม่สามารถแก้ไขปัญหาดังกล่าวได้
ในช่วงเวลาที่อุตสาหกรรมกำลังพัฒนาอย่างรวดเร็วและเทคโนโลยีก็พัฒนาอย่างรวดเร็ว การทำความเย็นโดยตรงก็กลายเป็นที่นิยมอย่างกะทันหัน มีรายงานว่าหน่วยทำความเย็นโดยตรงสำหรับเก็บพลังงาน 12kW ที่กล่าวถึงข้างต้นใช้เทคโนโลยีทำความเย็นโดยตรงของสารทำความเย็น ซึ่งช่วยลดการสูญเสียการแลกเปลี่ยนความร้อน ทำให้ระบบมีประสิทธิภาพด้านพลังงานมากขึ้น และลดต้นทุน ในเวลาเดียวกันก็ใช้การออกแบบที่ไม่ต้องใช้การหมุนเวียนน้ำ และความเสี่ยงของการรั่วไหลคือ "ศูนย์" หน่วยนี้มีขนาดเล็กลงและมีเสียงรบกวนน้อยลง และสามารถให้ความสามารถในการทำความเย็นที่มากขึ้นในพื้นที่จำกัด ซึ่งสอดคล้องกับแนวโน้มการพัฒนาของความหนาแน่นของพลังงานที่เพิ่มขึ้นของระบบเก็บพลังงานและพื้นที่ว่างที่ลดลง
บริษัทห่วงโซ่อุปทานบางแห่งกล่าวว่าเทคโนโลยีควบคุมอุณหภูมิด้วยการระบายความร้อนโดยตรงจะมอบตัวเลือกและทิศทางเพิ่มเติมสำหรับการพัฒนาอุตสาหกรรมการจัดเก็บพลังงาน และคาดว่าจะกลายเป็นแนวโน้มการพัฒนาหลักในด้านการจัดการความร้อนในการกักเก็บพลังงานในอนาคต
บริษัทบางแห่งระบุอย่างตรงไปตรงมาว่า เนื่องจากความร้อนที่เกิดจากเซลล์แบตเตอรี่ไม่ได้กระจุกตัวเพียงพอ และความร้อนที่เกิดขึ้นต่อหน่วยพื้นที่ไม่มากนัก จึงไม่จำเป็นต้องใช้เทคโนโลยีทำความเย็นแบบถ่ายเทความร้อนความเข้มสูง เช่น การทำความเย็นโดยตรง เพื่อแก้ไขปัญหานี้
การระบายความร้อนโดยตรงคืออะไรกันแน่? ตามข้อมูลสาธารณะ การระบายความร้อนโดยตรงคือการออกแบบการระบายความร้อนแบบมินิมอลที่ไม่ต้องใช้การหมุนเวียนน้ำ ช่วยให้สารทำความเย็นสามารถระบายความร้อนเซลล์แบตเตอรี่โดยตรงผ่านแผ่นทำความเย็นฟลูออรีน และระบายความร้อนที่เกิดขึ้นได้อย่างรวดเร็วผ่านการแลกเปลี่ยนความร้อน
ปัจจุบัน เทคโนโลยีควบคุมอุณหภูมิที่พบเห็นได้ทั่วไป ได้แก่ การระบายความร้อนด้วยอากาศและการระบายความร้อนด้วยของเหลวแบบแผ่นเย็น ส่วนการระบายความร้อนด้วยของเหลวแบบจุ่มยังคงอยู่ในระยะเริ่มต้นของการพัฒนา ในบรรดาเทคโนโลยีควบคุมอุณหภูมิทั้งสี่ประเภทที่แสดงในตารางด้านบน ยกเว้นการระบายความร้อนด้วยอากาศ ซึ่งใช้อากาศเป็นตัวกลางในการระบายความร้อน การระบายความร้อนด้วยของเหลวแบบแผ่นเย็น การระบายความร้อนด้วยของเหลวแบบจุ่ม และการระบายความร้อนโดยตรง ล้วนใช้ของเหลวทั้งสิ้น
ในบรรดาเทคโนโลยีระบายความร้อนด้วยของเหลวทั้งสามประเภท มีเพียงการระบายความร้อนด้วยการจุ่มเท่านั้นที่ใช้การสัมผัสโดยตรง โดยจุ่มเซลล์แบตเตอรี่ลงในของเหลวแช่โดยตรงโดยไม่มีการถ่ายเทความร้อนระหว่างนั้น การระบายความร้อนด้วยของเหลวแบบแผ่นเย็นและการระบายความร้อนโดยตรงต่างก็ใช้การสัมผัสทางอ้อม
จากมุมมองโครงสร้าง การระบายความร้อนโดยตรงและการระบายความร้อนด้วยของเหลวด้วยแผ่นเย็นนั้นค่อนข้างคล้ายคลึงกัน ผู้เชี่ยวชาญในอุตสาหกรรมกล่าวว่าเทคโนโลยีการระบายความร้อนด้วยของเหลวด้วยแผ่นเย็นแบบดั้งเดิมจะระบายความร้อนไปยังด้านล่างของแบตเตอรี่โดยการนำน้ำเย็นเข้าไปในแผ่นระบายความร้อนด้วยของเหลว ในขณะที่การระบายความร้อนโดยตรงจะแทนที่น้ำในแผ่นระบายความร้อนด้วยของเหลวด้วยสารทำความเย็น ซึ่งจากนั้นจะใช้เพื่อระบายความร้อนเซลล์แบตเตอรี่ผ่านแผ่นระบายความร้อนฟลูออรีน
อย่างไรก็ตาม แม้ว่ารูปแบบจะมีความคล้ายคลึงกัน แต่หลักการแลกเปลี่ยนความร้อนของเทคโนโลยีทั้งสองนี้ก็ไม่เหมือนกันเสียทีเดียว
ในการทำความเย็นโดยตรง ในด้านหนึ่ง จะใช้การแลกเปลี่ยนความร้อนจากความแตกต่างของอุณหภูมิ เนื่องจากอุณหภูมิของสารทำความเย็นค่อนข้างต่ำและสารทำความเย็นเองก็มีความจุความร้อนจำเพาะที่สูงกว่าน้ำมาก จึงสามารถบรรลุประสิทธิภาพการแลกเปลี่ยนความร้อนที่สูงขึ้นได้ ในทางกลับกัน การทำความเย็นโดยตรงยังใช้หลักการดูดซับความร้อนจากการระเหย โดยดูดซับความร้อนโดยรอบด้วยการเปลี่ยนสารทำความเย็นจากของเหลวเป็นก๊าซ
ในเรื่องนี้ ผู้เชี่ยวชาญในอุตสาหกรรมบางรายอธิบายว่า "การเชื่อมโยงระบบระบายความร้อนด้วยแบตเตอรี่กับระบบปรับอากาศในระดับสูงนั้นเทียบเท่ากับการนำเครื่องระเหยในระบบปรับอากาศเข้าไปในชุดแบตเตอรี่โดยตรง"
จะเห็นได้ว่าปริมาณความร้อนที่สามารถระบายออกได้โดยการระบายความร้อนโดยตรงในวิธีการแลกเปลี่ยนความร้อนแบบคู่ขนานนี้มากกว่าการระบายความร้อนด้วยของเหลวด้วยแผ่นเย็นซึ่งอาศัยการแลกเปลี่ยนความร้อนจากความแตกต่างของอุณหภูมิเพียงอย่างเดียว ความสามารถในการแลกเปลี่ยนความร้อนที่ยอดเยี่ยมและประสิทธิภาพโดยรวมของเครื่องทำให้การระบายความร้อนโดยตรงดูเหมือนว่าจะมีพื้นที่ทางการตลาดที่สำคัญในด้านการจัดเก็บพลังงาน
ในความเป็นจริง แนวคิดในการนำเทคโนโลยีควบคุมอุณหภูมิแบบทำความเย็นโดยตรงมาประยุกต์ใช้กับสาขาการจัดเก็บพลังงานนั้นได้รับการเสนอมานานแล้ว แต่ผลิตภัณฑ์และการใช้งานที่เกี่ยวข้องนั้นค่อนข้างหายาก แม้แต่ในแอปพลิเคชันการวิจัยใหม่ๆ เหตุผลก็คือเทคโนโลยีทำความเย็นโดยตรงยังคงมีปัญหาหลายประการที่ยังไม่ได้รับการแก้ไข
ในการส่งเสริมผลิตภัณฑ์ควบคุมอุณหภูมิแบบทำความเย็นโดยตรง ความปลอดภัยมักถูกวางไว้ในตำแหน่งที่โดดเด่นมาก มีรายงานว่าเมื่อเกิดการรั่วไหล สารทำความเย็นจะระเหยเป็นก๊าซโดยอัตโนมัติ ทำให้ความเสี่ยงในการรั่วไหลเป็นศูนย์ และสามารถหลีกเลี่ยงไฟฟ้าลัดวงจรและความร้อนรั่วไหลที่เกิดจากการรั่วไหลของสารทำความเย็นแบบธรรมดาได้อย่างมีประสิทธิภาพ
ที่น่าสังเกตคือระบบทำความเย็นโดยตรงจะต้องเผชิญกับแรงดันที่สูงกว่า ในแง่หนึ่ง แรงดันของฟลูออรีนจะมากกว่าแรงดันของน้ำมาก แรงดันของน้ำมีเพียงไม่กี่กิโลกรัม แต่แรงดันของฟลูออรีนจะสูงกว่านั้นหลายสิบกิโลกรัม ในอีกแง่หนึ่ง แรงดันการระเหยของสารทำความเย็นโดยทั่วไปจะถึง 3-4 บรรยากาศ ในขณะที่แรงดันใช้งานของแผ่นทำความเย็นเหลวโดยทั่วไปจะอยู่ภายใน 1.3 บรรยากาศ
ดังนั้นการระบายความร้อนโดยตรงจะเพิ่มความต้องการความแข็งแรงในการรับแรงดันของแผ่นทำความเย็น ข้อต่อ และท่อได้อย่างมาก ตัวอย่างเช่น ท่อไนลอนทั่วไปไม่สามารถทนต่อแรงดันดังกล่าวได้เลย ระดับความต้านทานแรงดันของแผ่นระบายความร้อนโดยตรงจะต้องมากกว่าแรงดันระเหยอย่างน้อย 4 เท่า
นอกจากนี้ การระบายความร้อนโดยตรงยังมีข้อกำหนดในการปิดผนึกแผ่นเย็นที่สูงกว่าการระบายความร้อนด้วยของเหลวแบบดั้งเดิมมาก
ปัจจัยทั้งหมดเหล่านี้จะทำให้บริษัทในห่วงโซ่อุปทานประสบความยากลำบากในการทำซ้ำเทคโนโลยีของตน และต้นทุนของชิ้นส่วนก็จะเพิ่มขึ้นตามไปด้วย ในแง่ของการควบคุมระบบ การทำความเย็นโดยตรงยังซับซ้อนกว่าด้วย เนื่องจากจำเป็นต้องพิจารณาการกระจายการไหลระหว่าง PACK ต่างๆ การควบคุมอุณหภูมิการระเหย และการออกแบบช่องทางการไหลของแผ่นทำความเย็น เป็นต้น
หากใช้การออกแบบทิศทางการไหลของสารทำความเย็นในแผ่นระบายความร้อนโดยตรงเป็นตัวอย่าง ชุดแบตเตอรี่จะต้องไม่เพียงแต่ให้แน่ใจว่าเซลล์แบตเตอรี่ทำงานที่อุณหภูมิที่เหมาะสมเท่านั้น แต่ยังต้องควบคุมความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างโมดูลต่างๆ ด้วย โดยทั่วไป ความแตกต่างของอุณหภูมิของเซลล์แบตเตอรี่จะต้องไม่เกิน 5 องศา ดังนั้น จึงมีความสำคัญอย่างยิ่งที่จะต้องให้แน่ใจว่าอุณหภูมิของแผ่นระบายความร้อนของแบตเตอรี่นั้นสม่ำเสมอ ดังนั้น การปรับปรุงทิศทางการไหลของสารทำความเย็นในแผ่นระบายความร้อนโดยตรงและปรับปรุงความสม่ำเสมอของอุณหภูมิของแบตเตอรี่สำรองพลังงานจึงเป็นปัญหาที่ระบบระบายความร้อนโดยตรงต้องเอาชนะให้ได้
จะเห็นได้ว่าเทคโนโลยีการระบายความร้อนโดยตรงยังคงมีปัญหาอีกมากในการนำมาประยุกต์ใช้ในสาขาการกักเก็บพลังงานอย่างแท้จริง และจะต้องใช้เวลาอีกนานจึงจะนำไปใช้งานจริงได้ในระดับขนาดใหญ่