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。(南网储能公司供图)

　　● 名词解释

　　全浸没式液冷电池储能

　　将电池直接浸没在冷却液中，完全与氧气隔离，实现对电池直接、快速、充分冷却降温，确保电池在最佳温度范围内运行，能有效延长电池的使用寿命，整体提升储能电站的安全性能。

　　近年来，随着“双碳”目标的推进，大规模新能源并网，电力系统中储能的重要性逐渐显现。电化学储能电站由于高能量密度、低成本、建设周期短的优势在新型储能领域崭露头角，逐渐占据重要的位置。南网储能公司作为南方电网公司旗下唯一的抽水蓄能和新型储能投资建设运营平台，实施抽水蓄能、新型储能“双轮驱动”的发展战略。目前公司电网侧新型储能项目有深圳宝清、东莞杨屋、东莞黎贝等储能电站，已投运规模达到11.1万千瓦/21.92万千瓦时，并规划在“十四五”期间新增投产储能200万千瓦，在“十六五”期间新增投产储能500万千瓦，达到1000万千瓦。

　　电池作为电化学储能的核心部件，具有较大的热失控风险，当发生热失控时，会瞬间释放大量热量，迅速蔓延至邻近电池，引发电池组大面积热失控，造成严重的火灾或爆炸事故。从安全性角度来看，做好储能系统的热管理，特别是电池系统热管理，对有效控制和解决热失控带来的火灾、爆炸风险十分重要。

　　目前，储能系统内的电池热管理技术主要有风冷或冷板式液冷两种。其中，风冷是利用自然风压或利用空调系统对电池进行散热，虽然结构简单、便于安装，但冷却效率不高，电池散热不均匀，电池组之间温差较大(4℃—8℃)；冷板式液冷是把装有循环流动冷却液的冷却板放置在电芯下方，给电芯接触部位降温，冷却液不与电芯直接接触，是一种间接式冷却方式，存在降温速度慢、时间长等不足。而且，两种冷却方式直接降低电芯温度、减少电芯运行温度差异性能力不足。

　　基于此，南网储能团队提出了全浸没式液冷技术，并基于该技术开发出一款本质安全型的电池储能系统。这一系统主要有四方面的优势：

　　一是彻底解决电池消防问题。整个储能分系统集装箱相当于一个全封闭式、充满冷却液的“水池”，通过将电芯整体浸没于绝缘冷却液中，完全与氧气隔离；通过循环流动冷却液，带走电芯热量，从而消除了燃烧三要素中的两个(温度、氧气)，解决了电池安全运行的技术难题。

　　研究团队联合开发了高性能的国产冷却液，在电芯针刺、过充的实验条件下进行性能测试，绝缘冷却液的闪点和燃点分别达到310℃和362℃，大约是常规变压器油的2.5倍。在与矿物绝缘油燃烧对比试验中，矿物绝缘油33秒被引燃，而绝缘冷却液持续喷燃3分钟后仍未被引燃。由此可见，冷却液制冷效果好、应用优势大。

　　团队还设计了两组消防系统，一组由气体控制器、灭火介质等组成，通过管网将灭火介质放至异常的液冷区域；另一组由多合一的探测控制器和灭火装置组成，实时监测、保护电池储能系统的综合控制柜。两组消防系统在异常处置和保护预防方面相互协调、配合，实现消防系统运作的及时性、针对性、有效性。

　　二是高效解决电池系统一致性问题。随着循环次数和使用工况的变化，电池会出现不同程度的结构老化和性能衰减，导致电池容量减少以及单体运行温度不一致，电池单体间一致性差异变大。若电池长期运行温度不一致，则易导致电池模组、电池簇串并联失配，造成电池生命周期内利用率低、储能系统容量失配，从而出现“充不满、放不完”的充放电能力差现象。这样不仅缩短了电池寿命，也降低了储能系统运行的安全性和可靠性。浸没式液冷技术能均匀降低电池各部位的温度，控制电芯运行温差在2℃以内，保持了电池的一致性，提高电池可用容量和循环寿命。

　　三是大幅提升储能系统能量密度，降低投资成本。浸没式液冷技术降低了电池长期运行温度的差异性，提高了电池寿命期间的利用率，能够持续满足储能电站充放电能力要求。同时能量密度可提升20%，一个标准40英尺集装箱储能容量可达到0.745万千瓦时。

　　四是提高冷却效率，大幅降低能耗。

　　浸没式液冷储能系统采用了集中式冷却技术，与传统风冷或冷板式液冷方式相比较，可节能20%以上，降低了能量损耗。

　　浸没式液冷电池储能系统也首次规模化应用于梅州宝湖储能电站，电站规模为70兆瓦/140兆瓦时，自正式投入商运以来运作良好，浸没式液冷电池储能系统不同区域的电芯温差可以保持在1.4℃—1.8℃范围内，显著提升了电池储能系统电芯运行温度的一致性。

　　总而言之，全浸没式液冷电池储能系统彻底解决了电芯安全隐患，大幅提高了电池热管理系统的冷却效率，有效提高了电池运行温度的一致性。浸没式液冷储能技术还将在冷却效率、安全稳定运行方面做持续性的验证和研究，同时考虑进一步在其他领域推广应用，例如移动储能、梯次利用等。

　　汪志强

　　(作者系南方电网公司领军级技术专家、南网储能科技公司董事长)