摘要

除濕干燥系統(tǒng)屬于高能耗工序，除濕干燥系統(tǒng)的運(yùn)行能耗已占到電池整條生產(chǎn)線30%～45%。變革性除濕干燥系統(tǒng)應(yīng)用，將成為推動(dòng)電池生產(chǎn)降本增效的重要手段。

設(shè)備更新推動(dòng)節(jié)能降本，成為電池制造中的重要手段。

其中，除濕干燥系統(tǒng)屬于高能耗工序，除濕干燥系統(tǒng)的運(yùn)行能耗已占到電池整條生產(chǎn)線30%～45%。10GWh電池產(chǎn)線配電功率約40000kW，其中除濕干燥系統(tǒng)約16000kW，占比已高達(dá)四成。

與此同時(shí)，電池生產(chǎn)過程中對(duì)空氣濕度非常敏感，制造車間對(duì)濕度控制不好將嚴(yán)重影響電池質(zhì)量，導(dǎo)致次品率上升，電池一致性差，品質(zhì)不合格等一系列嚴(yán)重問題。

隨著電池向高能量密度、固態(tài)發(fā)展，生產(chǎn)環(huán)境對(duì)濕度的要求更嚴(yán)格，這也使得除濕設(shè)備成為保障環(huán)境控制的核心設(shè)備之一。

除濕干燥系統(tǒng)中，除濕轉(zhuǎn)輪、再生能源方式的選擇及工藝細(xì)節(jié)，是決定能耗的重要因素。

對(duì)此，Puresci變革性提出中溫再生概念。Puresci的思路是，通過對(duì)高品位能源的極致利用和適配高溫的低品位能源的研發(fā)，在低露點(diǎn)、穩(wěn)定運(yùn)行、初投資成本與能耗節(jié)約中尋找除濕節(jié)能方案最優(yōu)解。

中溫再生

再生能源的降維改變

Puresci積極探索低品位能源，并針對(duì)鋰電工廠存在的空壓機(jī)與壓縮機(jī)的廢熱、涂布機(jī)蒸汽余熱、除濕機(jī)再生排風(fēng)廢熱等進(jìn)行仿真計(jì)算，從而對(duì)多種加熱方式進(jìn)行大量的應(yīng)用測(cè)試、數(shù)據(jù)擬合，最終確定電加熱絲加熱、蒸汽節(jié)能利用、一對(duì)一熱泵直膨、一對(duì)多熱泵熱水站四種新型再生能源方式，實(shí)現(xiàn)再生加熱方式的變革。

電加熱絲加熱【相較于電加熱管節(jié)能30%-40%】

除濕機(jī)采用帶翅片鎂粉式電加熱管，中間有鎂粉絕緣層，電加熱絲的熱量通過鎂粉傳遞給電加熱管外部，經(jīng)過鎂粉使得一部分熱量損失，加熱效率低且慢。

Puresci考慮直接更換為電加熱絲，少了中間絕緣層的熱阻，傳熱速度快，傳熱效率高。

蒸汽節(jié)能利用【相較于蒸汽（高溫再生）節(jié)能20%-30%】

與高溫蒸汽加熱空氣至100-140℃不同的是，高溫蒸汽加熱空氣至70-90℃采用特殊換熱器和控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。

特制高效盤管蒸汽換熱器，其換熱速度快，效率高，換熱均勻，排水徹底。在中溫再生場(chǎng)景下，能防止換熱器中的冷凝水多所產(chǎn)生的液擊。

控制系統(tǒng)則是蒸汽冷凝水再利用，通過專利技術(shù)使排水溫度足夠低，最終將蒸汽熱量利用率提高5-10％。此前，這項(xiàng)專利的運(yùn)用已解決市政蒸汽使用后廢水溫度高難處理問題。

在Puresci賽弗實(shí)驗(yàn)室專門搭建的蒸汽測(cè)試平臺(tái)，用于模擬對(duì)比實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景下中溫再生與高溫再生加熱的蒸汽用量。

一對(duì)一熱泵直膨【中小規(guī)模，分散使用，相較于高溫蒸汽節(jié)能40%-60%】

普通的熱泵直膨很難實(shí)現(xiàn)大溫差比的制冷與制熱應(yīng)用，而且cop值（衡量性能系數(shù)，數(shù)值越高則效率額越高、越節(jié)能）不會(huì)太高。

而Puresci一對(duì)一熱泵直膨是在傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)和熱泵系統(tǒng)基礎(chǔ)上，通過回收排放的廢熱，實(shí)現(xiàn)能源循環(huán)再生。且與常規(guī)熱泵壓縮機(jī)相比，超高溫工業(yè)專用壓縮機(jī)可實(shí)現(xiàn)80-130℃高溫應(yīng)用全覆蓋，適配中溫再生轉(zhuǎn)輪的溫度區(qū)間。

高低溫?zé)岜媒M合，壓縮機(jī)復(fù)疊，HP Inside/Outside AHU等多種直膨方案，與傳統(tǒng)的高品位能源相比，理論上實(shí)現(xiàn)能耗成本最低。

值得一提的是，Puresci已做到蒸發(fā)溫度做到15℃，冷凝溫度做80℃，cop5-6。這在目前市面上仍為極少數(shù)。

在一對(duì)一熱泵直膨系統(tǒng)運(yùn)行過程中，Puresci指出，需要注意的是，該系統(tǒng)考驗(yàn)的不只是工程師的水平，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)工人、施工人員的責(zé)任心與水平也有很高要求。制冷劑泄露進(jìn)入車間，對(duì)電池（尤其是高鎳系列）生產(chǎn)有很大的隱患。

一對(duì)多大型集中式熱泵熱水站【多臺(tái)機(jī)可用，相較于蒸汽（高溫再生）節(jié)能40%-60%】

普通的熱泵很難實(shí)現(xiàn)cop3.5－4的能效比，普通熱泵一般是在2－3之間，運(yùn)行成本接近蒸汽，性價(jià)比不高。

該系統(tǒng)既可以1對(duì)1模式運(yùn)行（一臺(tái)熱泵熱水機(jī)負(fù)責(zé)一臺(tái)除濕機(jī)），又可以1對(duì)多模式運(yùn)行（一臺(tái)熱泵熱水機(jī)負(fù)責(zé)多臺(tái)除濕機(jī)，可備用一臺(tái)），末端為熱水換熱器，利用空氣和熱水換熱，達(dá)到目標(biāo)再生溫度。

如果是1對(duì)多的工況，可利用水泵及水力平衡閥，保證每一個(gè)末端換熱器水流量符合設(shè)計(jì)目標(biāo)，滿足使用。

為保證供熱水穩(wěn)定，蒸發(fā)側(cè)需要利用廢熱進(jìn)行熱源補(bǔ)充，熱源溫度45℃～50℃，冷凝側(cè)持續(xù)輸出95℃熱水。

Puresci賽弗實(shí)驗(yàn)室專門搭建熱泵熱水站測(cè)試平臺(tái)，為進(jìn)一步驗(yàn)證熱泵熱水系統(tǒng)是否適配中溫再生解決方案。

目前高性能熱泵系統(tǒng)可以滿足95℃出水，在達(dá)到中溫轉(zhuǎn)輪需要的再生溫度（70～90℃）條件下，系統(tǒng)綜合熱利用cop為3.5-4。

從熱工角度來看，水系統(tǒng)相較于其他能源方式更有優(yōu)勢(shì)。熱水系統(tǒng)可采取備用機(jī)組，降低鋰電產(chǎn)線全年無休的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。

中溫再生“秘鑰”——轉(zhuǎn)輪

就目前行業(yè)中層出不窮的各類節(jié)能方案來看，如何平衡低露點(diǎn)、穩(wěn)定運(yùn)行、初投資成本與能耗，是最大痛點(diǎn)。

對(duì)此，Puresci認(rèn)為，明確雙轉(zhuǎn)輪低露點(diǎn)路徑，并對(duì)前后級(jí)轉(zhuǎn)輪基于特殊吸附材料的物理化學(xué)處理，達(dá)到前后轉(zhuǎn)輪不同的除濕效果，降低再生溫度到90℃以下（夏天），是兼具經(jīng)濟(jì)型、實(shí)用性、第一性原理的節(jié)能解決方案。

此前，Puresci的發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)認(rèn)知上的吸脫附，僅僅是傳熱學(xué)的范疇——即通過相變來進(jìn)行吸脫附。然而除濕轉(zhuǎn)輪的吸脫附，除了傳熱，還有傳質(zhì)的過程。

Puresci通過海內(nèi)外知名實(shí)驗(yàn)室以及馬里亞納實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的微觀分析的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，空氣中的水分是以液態(tài)“水團(tuán)”形式存在，并不是以傳統(tǒng)意義上的氣體存在的。

而水團(tuán)從固體材料中脫附至空氣中，并不需要經(jīng)過100℃蒸發(fā)的過程。而這個(gè)脫附的過程，需要的能量，也不僅僅只有溫度的原因，包括但不限于分子間作用力、水團(tuán)分子擴(kuò)散、水團(tuán)蒸發(fā)與揮發(fā)、水團(tuán)表面潤濕、毛細(xì)管力的變化綜合影響。

再生并不僅僅是靠蒸發(fā)推動(dòng)，傳質(zhì)也是很重要的一個(gè)影響因素，所以基于再生溫度＜100℃，Puresci在吸附材料方面進(jìn)行了突破。

基于以上的吸脫附原理，Puresci對(duì)吸附材料進(jìn)行了特殊處理。

在微觀方面采用了無機(jī)硅酸鹽與有機(jī)親水材料以復(fù)雜的工藝復(fù)合而成。不但保留了有機(jī)親水基團(tuán)的毛細(xì)管吸附能力和范德華力，也保留了硅酸鹽材料長期吸附脫附不改變性能的特點(diǎn)。

在宏觀方面選擇了最優(yōu)化的吸附孔道，平衡吸脫附。在保證優(yōu)良吸附性能的同時(shí)，大幅度降低脫附溫度以達(dá)到節(jié)能的目的。

前轉(zhuǎn)輪使用節(jié)能除濕轉(zhuǎn)輪PST。

PST在雙轉(zhuǎn)輪系統(tǒng)發(fā)揮著“雪中送炭”的作用。

為使再生溫度控制在80-90℃，對(duì)前轉(zhuǎn)輪的除濕性能要求更高。PST的材料經(jīng)過特殊的化學(xué)處理，在再生溫度為80-90℃時(shí)，保持優(yōu)秀的脫附能力，相較于普通除濕轉(zhuǎn)輪除濕效率有很大提高，除濕性能更優(yōu)。

經(jīng)過Puresci貝加爾湖實(shí)驗(yàn)室測(cè)試驗(yàn)證，以及部分客戶實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證，可用于中溫再生TM除濕系統(tǒng)前轉(zhuǎn)輪，節(jié)能高效。

后轉(zhuǎn)輪使用節(jié)能低露點(diǎn)除濕轉(zhuǎn)輪PSC。

如果說PST完成前序的“雪中送炭”，PSC則在雙轉(zhuǎn)輪系統(tǒng)發(fā)揮著“錦上添花”的作用。

要使再生溫度控制在70-90℃，對(duì)后轉(zhuǎn)輪的深度除濕能力要求高。PSC是Puresci專門為雙轉(zhuǎn)輪低露點(diǎn)除濕系統(tǒng)開發(fā)的節(jié)能型中溫再生TM除濕轉(zhuǎn)輪。其復(fù)合材料，在再生溫度為70-90℃范圍內(nèi)，將水分子脫附得更徹底?？梢詫?shí)現(xiàn)更低的露點(diǎn)，非常適合應(yīng)用于鋰電池生產(chǎn)等要求高的環(huán)境。

中溫再生系統(tǒng)運(yùn)行邏輯

中溫再生系統(tǒng)使用高性能轉(zhuǎn)輪可實(shí)現(xiàn)低露點(diǎn)、大規(guī)模節(jié)能，而因系統(tǒng)處于熱濕冷的平衡點(diǎn)，保持平衡并不容易。從傳熱傳質(zhì)的本質(zhì)來說，中溫再生是對(duì)技術(shù)和工藝要求極高的系統(tǒng)，相較于普通除濕機(jī)組有許多需要注意的細(xì)節(jié)。

為此，Puresci深入研究，圍繞五方面推出了系列配套的專利技術(shù)與方案為客戶用戶解決問題。

機(jī)組密封性：有框架，無框架，焊接式

框架密封性：再生區(qū)采用新型特質(zhì)自潤滑密封材料；圓周雙層密封

轉(zhuǎn)輪框架防冷橋：用防冷橋材料做的角鋼

風(fēng)機(jī)選擇：EC風(fēng)機(jī)墻

再生排風(fēng)：流場(chǎng)仿真模擬

據(jù)悉，Puresci（普沃思）完成產(chǎn)品、技術(shù)、市場(chǎng)及產(chǎn)品迭代多領(lǐng)域布局后，其解決方案已在頭部動(dòng)力電池客戶產(chǎn)線加速滲透及規(guī)模導(dǎo)入。

Puresci除濕轉(zhuǎn)輪應(yīng)用于CATL寧德工廠

自2019年4月起，到2022年，Puresci節(jié)能型除濕轉(zhuǎn)輪在CATL寧德，宜賓，肇慶，溧陽等多個(gè)工廠運(yùn)行。

Puresci除濕轉(zhuǎn)輪應(yīng)用于湖北某鋰電池工廠

Puresci除濕轉(zhuǎn)輪應(yīng)用于常州某鋰電企業(yè)

綜合目前鋰電行業(yè)產(chǎn)能，可以預(yù)見的是，隨著產(chǎn)能加速爬坡，電池生產(chǎn)對(duì)環(huán)境要求更高。高能耗占比的除濕空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備，勢(shì)必面臨著節(jié)能轉(zhuǎn)型，而中溫再生除濕系統(tǒng)能夠以億元為單位計(jì)算節(jié)能成本，進(jìn)一步推動(dòng)電池生產(chǎn)降本增效。未來已至，在能源變革的道路上，Puresci從未停止探索。

審核編輯 ：李倩