申菱環境張學偉：以“數字能環”垂直一體化解決方案護航鋰電生產
“在我們的CNAS國家認可實驗室，能夠模擬全國各地的氣候條件，如低溫、高溫、高濕等諸多運行環境工況。”在日前舉辦的第七屆動力電池應用國際峰會(CBIS2022)上，廣東申菱環境系統股份有限公司總工程師張學偉博士，作了主題為《鋰電池潔凈低濕廠房環控垂直一體化解決方案》的演講。
圖為廣東申菱環境系統股份有限公司總工程師張學偉博士在峰會演講
申菱環境主營環境系統調控業務，簡單地講就是對空間內的溫度、濕度、潔凈度、氣流速度等參數的控制。公司成立于2000年，以做專業特種空調起家，2002年中標三峽電廠暖通空調設備、2004年供貨大亞灣核電站、2007年中標首都機場飛機地面空調，到2010年后拓展數字能源熱管理、智慧能源管理系統，以及基于行業細分的環境系統解決方案，包括儲能熱管理解決方案等。公司總部位于佛山順德，目前建有三大基地，2021年在A股上市。曾兩次榮獲國家技術發明獎二等獎。
隨著國家雙碳目標的提出，以及能源綠色低碳轉型，申菱環境也緊跟時代的發展步伐主攻“數字能環”。“環控過程中能耗非常高，節能的潛力也很大，為此我們更多聚焦行業專用節能方案。”張學偉介紹內容包括信息的數據整理、智能化控制等，公司推出基于行業應用的AIoT工業物料網平臺，專注于智慧能管與智慧運維，從而實現從方案規劃、系統設計、設備定制、集成實施到智慧總控、智能運維的垂直一體化解決，為客戶提供端到端、全生命周期的環境系統低碳方案。
針對新能源行業，申菱環境推出了幾款鋰電池溫控產品。第一類是電化學儲能溫控產品，主要是對集裝箱或者電池的冷卻，包括液冷和風冷。他介紹，電池的液冷溫控，實際上就是供給18-25℃的水進行調控，令電池保持恒溫。電池在夏季或者充放電時是放熱的，那么就需要冷卻;而在冬季，則用熱泵來反向加熱，所以能耗會比夏天更高些。
而電池的風冷溫控，顧名思義就是靠風來冷卻。設備送出來的是冷風或者熱風，跟家用空調類似，但它同時能控制濕度和潔凈度，“如果里面有有毒的氣體會排掉，保持機箱的正壓，”張學偉說。該系統的溫度范圍能滿足-20℃到50℃的工況，定制工況可以達到-40℃到-50℃，用在區域受限制的場景。
在具體產品方面，申菱環境既有分體式安裝的空調，還有嵌裝式一體空調、內置一體空調、***式一體空調。“跟數據中心有些類似，但是它的規模一般比數據中心小，因為電池的發熱密度要比數據中心小，但是微控的精度要求更高，”張學偉說。
而在鋰電池的生產過程中，其環境對濕度的要求則更高，主要包括生產過程的廠房，以及局部的工藝環境的控制。溫度要求大概20-25℃，相對濕度范圍是2%-30%。極限低的露點大概是-80℃，用于電芯烘烤、注液、封口等工藝車間。
溫度控制相對來說好理解，張學偉指出，濕度相對常規的生產環境而言是非常低的，有些局部濕度更低。保持低濕度和高潔凈度需要的能耗非常高，“1立方米的新鮮空氣，潔凈1萬級的空氣大概在1毛錢，每天的能耗非常大” 。
目前，申菱環境主要有四類除濕產品。一種是常規工業工藝用的立柜式除濕機(包括升溫型、降溫型、調溫型等)，一種是針對更低濕度應用需求的臥式組合轉輪除濕機，后者又分單轉輪機組和雙轉輪機組，這類產品主要用于鋰電池生產、國防、科研等場景。“雙轉輪機組可以做到送風露點-75℃，單轉輪基本上應用在相對濕度5%-40%的場景”。根據不同的場景配置機組，雙轉輪雖然成本要高些，但運行自由度高，能耗比較低。單轉輪壓力比較低，壽命比較長。
“我們比較推薦雙轉輪。”張學偉說。
為降低能耗，申菱環境重點對產品做了一些節能的設計，他介紹，因為能源再生的過程是需要用電加熱或者蒸汽加熱，而且現在電費很貴，蒸汽的成本也很高，所以就對排出的熱風(廢熱)進行熱回收，這樣就可以節約大量的能源。
“我們轉輪的處理過程，首先冷卻、干燥，送到房間，它的再生風從外面吸進來，或者是處理過的新風經過加熱再生，再生冷卻之后把熱收回來。”張學偉講解。這樣大概回收率可以做到80%，能耗大概節約75%。“相對來說，綜合能效可以達到6.0，是比較節能的，”他說。
另外，張學偉還介紹了公司的水蓄能的技術，“晚上按設定時間開始蓄冷或者蓄熱運行，白天的時候進行放冷或放熱”。利用夜間的低谷電價，同時冷機可以在夜間狀態下滿負荷運行，實現能效更高，但是用電成本只有常規系統的20%，也就是說可以節約80%的成本，投資回收期大約在2-4年。
目前申菱環境的控制系統已經實現了智能化，能夠主動尋優、系統聯動、自動控制、故障自診斷，實現無人值守的高效智慧運行。通過遠程就可以監控設備的運行狀態，包括溫度、濕度、負荷、能效，檢測健康狀況，還有負荷預測、能耗分析、電費統計、節能優化，以及運行模式的調整監控，等等。
“這就是基于申菱數字能環的一種解決方案。”張學偉說。
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