EN
Zajistěte nekonkurovatelné tepelné řízení, aby byl podporován spolehlivý provoz napříč celou sítí
Význam rovnoměrnosti teploty (±1,5 °C) pro dosažení konzistentní regulace frekvence
Kapalinové chlazení optimálně udržuje teplotu kontejnerů pro ukládání baterií v rozmezí ±1,5 °C. Taková úroveň teplotní stability je klíčová pro to, aby baterie dokázaly rychle a přesně reagovat na změny kmitočtu. V případě chybějící takové rovnoměrné teplotní regulace se baterie stávají pomalými a jejich účinnost rychle klesá. Tyto systémy jsou, jak bylo prokázáno, schopny udržovat kmitočet sítě v rozmezí ±0,1 Hz i při náhlých změnách zátěže. Naopak systémy s chlazením vzduchem téměř vždy vykazují teplotní rozdíl 5 °C, což – spolu s jinými faktory – vede k problémům s regulací kmitočtu a negativně ovlivňuje výstup jalového výkonu. Testy UL 9540A ukazují, že správné řízení tepla snižuje počet kmitočtových problémů o 40 % ve srovnání se systémy chlazenými vzduchem. V rozsáhlých aplikacích pro elektrické sítě využívajících obnovitelné zdroje energie je nutné dosáhnout této úrovně tepelné rovnoměrnosti, aby se zabránilo větším systémovým poruchám.
Důkazní případ: Projekt AES Alamitos 400 MWh – dostupnost 99,2 % s kontejnery pro skladování energie s kapalinovým chlazením
Projekt AES Alamitos o kapacitě 400 MWh dosáhl roční dostupnosti 99,2 % s použitím kontejnerů pro skladování energie s kapalinovým chlazením. Tato úroveň dostupnosti ukazuje, jak účinný je tepelný návrh a jak provozně odolný je celý systém. Po celý rok byla tato konfigurace provozní a měla uzavřenou smlouvu s elektrizační sítí, včetně období nepřetržitého vybíjení, přesunu zátěže a dlouhodobého provozu. Konfigurace byla dále smluvně povinna poskytovat aktivní frekvenční regulaci a vyrovnávání zátěže po dobu uvedeného období. Jak to bylo dosaženo? Integrovaný systém kapalinového chlazení efektivně eliminuje tepelné problémy způsobené jinými systémy a udržuje pro každou jednotlivou článek konzistentní optimální teplotu. To vedlo ke snížení neplánované údržby a tepelných problémů o 50 %. Tato konfigurace generovala dodatečné příjmy z rychlých regulačních služeb (ancillary services) během provozního období projektu, a zároveň došlo ke snížení provozních a údržbových (O&M) nákladů. Tento projekt představuje další důkaz a životaschopné řešení rychle rostoucí potřeby kontejnerů s kapalinovým chlazením v rozsáhlých projektech energetického úložiště.
Zlepšená bezpečnost díky dodatečné integrované mitigaci tepelného rozbehnutí
Údaje z testování podle normy UL 9540A: Proč je 78 % událostí souvisejících s BESS způsobeno místy přehřátí u vzduchem chlazených systémů
Podle testování podle normy UL 9540A je nerovnoměrné zahřívání největším bezpečnostním rizikem v bateriových systémech pro ukládání energie na velkou škálu. Největší výzvy, kterým čelíme, vyplývají z výše zmíněných horkých míst v systémech chlazených vzduchem. Pokud se vzduch chlazený v těchto systémech nedá ochladit o více než 15 °C mezi jednotlivými bateriovými moduly, některé baterie jsou ochlazovány daleko pod jejich bezpečnou provozní teplotu, což urychluje jejich degradaci. Rychle tak vzniká významná nerovnováha elektrického odporu a zvyšuje se pravděpodobnost tepelného rozbehnutí (thermal runaway) při cyklech s vysokým stavem nabití. Jakmile dojde k tomuto stavu rozbehnutí, teplo se rychle šíří na sousední články, protože výše zmíněný chladicí systém neposkytuje dostatečné chlazení a v okolním prostředí je dostatek kyslíku ve vzduchu, který podporuje hoření. Během pouhých několika minut se z drobného problému vyvine plně rozvinutý požár.
Dielektrický chladicí prostředek + detekce požáru v reálném čase: snížení doby šíření požáru o 67 %
Při kombinaci s ponořovacím dielektrickým chlazením mohou prediktivní analytické metody založené na více senzorech snížit dobu šíření tepelného rozbehu až o 67 %. Speciální nevodivá chladicí kapalina odvádí teplo 3,5krát efektivněji než vzduch a zároveň blokuje přístup kyslíku i fyzicky odděluje porouchané články. Systémy pro sledování v reálném čase dokážou detekovat první známky problémů, jako jsou například drobné změny napětí, náhlý nárůst koncentrace CO2 nebo lokální zvýšení teploty. Jakmile systém tyto jevy zaznamená, může autonomně izolovat postižené moduly během několika sekund. To znamená, že místo řešení problémů, které se mohou šířit do jiných kontejnerů, jsou potíže obsaženy přímo v místě jejich vzniku. V polních testovacích studiích jsme zaznamenali pokles průměrné doby reakce z 8 minut na 2,5 minuty. Toto zrychlení výrazně zvyšuje úroveň obsazení incidentu a zároveň zvyšuje bezpečnost personálu, který může být vystaven nebezpečným podmínkám.
Delší životnost a nižší náklady na provoz a údržbu díky přesnému chlazení
Referenční hodnoty DOE z roku 2023: životnost cyklu 15–20 let oproti 10–12 letům u systémů chlazených vzduchem
Například zpráva amerického ministerstva energetiky za rok 2023 o výkonnostních ukazatelích systémů akumulace energie (BESS) uvádí, že při přesném kapalinném chlazení lithiových akumulátorů se používají chladicí mechanismy, které udržují teplotu v rozmezí přibližně ±1,5 °C. To pomáhá snížit výraznou ztrátu kapacity, kterou vykazují systémy chlazené vzduchem. Díky tomu baterie nabízejí delší životnost v počtu cyklů. Namísto typické životnosti 10 až 12 let při konvenčním chlazení mohou baterie fungovat 15 až 20 let a přitom zachovávat více než 80 % své původní kapacity. Obecně platí, že opakovaná životnost baterií v cyklech znamená, že je budou muset nahradit třikrát méně často. Toto snížení frekvence výměny baterií se promítne do nižších nákladů při každé výměně. Analýza celoživotních nákladů Institutu Ponemon v tomto ohledu ukazuje, že firmy v průběhu času ušetří přibližně 740 000 USD na každých 100 megawatthodin ukládací kapacity.
Modulární systém s horkou výměnou v kontejnerech pro ukládání energie snižuje prostoj o 92 %
Ukládací kontejnery jsou navrženy tak, aby umožnily technikům provádět výměnu modulů baterií přímo na místě. To znamená, že celé systémy mohou zůstat v provozu, zatímco se moduly vyměňují, a doba strávená údržbou se tak může výrazně zkrátit. Zkušební program ERCOT z roku 2023 potvrdil, že moduly dokážou průměrně snížit měsíční výpadky z 14,5 hodiny na pouhých více než 1 hodinu. V kombinaci s některými prediktivními nástroji pro sledování stavu systému lze dosáhnout dostupnosti téměř 99 % a provozní i údržbové pracovní náklady lze snížit přibližně o 60 %. Další významnou výhodou tohoto modulárního návrhu je snadnost, s jakou lze do systému začlenit další moduly. Modulární bateriová řešení jsou navržena tak, aby se dala integrovat do stávajících systémů bez nutnosti přemisťování nebo překonfigurace základů, elektrických rozvodů či chladicích systémů. To výrazně snižuje potřebu nákladných rekonstrukcí a umožňuje nasazení nových zařízení mnohem rychleji ve srovnání s konvenčními řešeními.
Nákladově efektivní a prostorově úsporná škálovatelná řešení pro ukládání energie v lokalitách s vysokou hustotou
Kontejnery pro ukládání energie s kapalinovým chlazením poskytují přibližně o 40 % více kapacity na kubický metr než kontejnery se vzduchovým chlazením a jsou proto nákladově efektivnější pro hustě zastavěná městská prostředí, jako jsou např. městské elektrické rozvodny a výrobní areály, stejně jako pro izolované mikrosítě, kde jsou náklady na půdu velmi vysoké. Při velmi hustém uspořádání baterií nad 1 MW na jednotku se systémy se vzduchovým chlazením vystavují riziku vzniku „horkých míst“, což může vést ke zkrácení životnosti těchto kompaktních sestav. Kontejnery pro baterie s kapalinovým chlazením rovnoměrně distribuují chladicí kapalinu i při výkonu přesahujícím 1 MW na kontejner, čímž pomáhají omezit teplotní nerovnoměrnosti a umožňují vertikální i těsnější umístění baterií. Modulární kontejnery také přispívají ke snížení času i nákladů díky minimalizaci výroby na místě. Ve srovnání s jinými návrhy kontejnerů lze systémy se vzduchovým chlazením nasadit až třikrát rychleji.
Často kladené otázky
Proč je pro baterie optimálnější tekuté chlazení než vzduchové?
U baterií se vzduchový chlazení často vyskytuje s většími teplotními výkyvy a nerovnoměrným chlazením. To vede k špatnému výkonu, snížení životnosti baterie a zvýšené potřebě údržby nebo výměny. Tekuté chlazení tyto problémy vylučuje tím, že poskytuje a udržuje konstantní teplotu.
Proč je pro baterie přínosné přesné chlazení?
Přesné chlazení zabraňuje, aby teplota baterie překročila optimální hodnotu, a tím prodlužuje životnost baterie a pomáhá jí udržovat užitečnou kapacitu. Proto budou mít baterie chlazené kapalinou životnost 20 let, zatímco baterie chlazené vzduchem budou mít životnost pouze 10-12 let.
Jaký význam má zmírňování tepelného úniku v souvislosti s bezpečností baterií?
Zamezení tepelného rozbehnutí hraje důležitou roli při zajištění bezpečnosti baterií, protože omezuje rychlý přenos tepla a ohně v bateriových systémech. Komplexní systémy pro dielektrické chlazení a aktivní detekci požáru zkracují dobu šíření tepla a zmírňují škody.