摘要

除濕干燥系統(tǒng)屬于高能耗工序，除濕干燥系統(tǒng)的運行能耗已占到電池整條生產線30%～45%。變革性除濕干燥系統(tǒng)應用，將成為推動電池生產降本增效的重要手段。

設備更新推動節(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)的運行能耗已占到電池整條生產線30%～45%。10GWh電池產線配電功率約40000kW，其中除濕干燥系統(tǒng)約16000kW，占比已高達四成。

與此同時，電池生產過程中對空氣濕度非常敏感，制造車間對濕度控制不好將嚴重影響電池質量，導致次品率上升，電池一致性差，品質不合格等一系列嚴重問題。

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

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

對此，Puresci變革性提出中溫再生概念。Puresci的思路是，通過對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、穩(wěn)定運行、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，并針對鋰電工廠存在的空壓機與壓縮機的廢熱、涂布機蒸汽余熱、除濕機再生排風廢熱等進行仿真計算，從而對多種加熱方式進行大量的應用測試、數據擬合，最終確定電加熱絲加熱、蒸汽節(jié)能利用、一對一熱泵直膨、一對多熱泵熱水站四種新型再生能源方式，實現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)來實現。

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。在中溫再生場景下，能防止換熱器中的冷凝水多所產生的液擊。

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，這項專利的運用已解決市政蒸汽使用后廢水溫度高難處理問題。

在Puresci賽弗實驗室專門搭建的蒸汽測試平臺，用于模擬對比實際應用場景下中溫再生與高溫再生加熱的蒸汽用量。

一對一熱泵直膨【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現大溫差比的制冷與制熱應用，而且cop值（衡量性能系數，數值越高則效率額越高、越節(jié)能）不會太高。

而Puresci一對一熱泵直膨是在傳統(tǒng)的轉輪除濕機和熱泵系統(tǒng)基礎上，通過回收排放的廢熱，實現能源循環(huán)再生。且與常規(guī)熱泵壓縮機相比，超高溫工業(yè)專用壓縮機可實現80-130℃高溫應用全覆蓋，適配中溫再生轉輪的溫度區(qū)間。

高低溫熱泵組合，壓縮機復疊，HP Inside/Outside AHU等多種直膨方案，與傳統(tǒng)的高品位能源相比，理論上實現能耗成本最低。

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。

在一對一熱泵直膨系統(tǒng)運行過程中，Puresci指出，需要注意的是，該系統(tǒng)考驗的不只是工程師的水平，對現場技術工人、施工人員的責任心與水平也有很高要求。制冷劑泄露進入車間，對電池（尤其是高鎳系列）生產有很大的隱患。

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

普通的熱泵很難實現cop3.5－4的能效比，普通熱泵一般是在2－3之間，運行成本接近蒸汽，性價比不高。

該系統(tǒng)既可以1對1模式運行（一臺熱泵熱水機負責一臺除濕機），又可以1對多模式運行（一臺熱泵熱水機負責多臺除濕機，可備用一臺），末端為熱水換熱器，利用空氣和熱水換熱，達到目標再生溫度。

如果是1對多的工況，可利用水泵及水力平衡閥，保證每一個末端換熱器水流量符合設計目標，滿足使用。

為保證供熱水穩(wěn)定，蒸發(fā)側需要利用廢熱進行熱源補充，熱源溫度45℃～50℃，冷凝側持續(xù)輸出95℃熱水。

Puresci賽弗實驗室專門搭建熱泵熱水站測試平臺，為進一步驗證熱泵熱水系統(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，在達到中溫轉輪需要的再生溫度（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。熱水系統(tǒng)可采取備用機組，降低鋰電產線全年無休的運行風險。

中溫再生“秘鑰”——轉輪

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、穩(wěn)定運行、初投資成本與能耗，是最大痛點。

對此，Puresci認為，明確雙轉輪低露點路徑，并對前后級轉輪基于特殊吸附材料的物理化學處理，達到前后轉輪不同的除濕效果，降低再生溫度到90℃以下（夏天），是兼具經濟型、實用性、第一性原理的節(jié)能解決方案。

此前，Puresci的發(fā)現，傳統(tǒng)認知上的吸脫附，僅僅是傳熱學的范疇——即通過相變來進行吸脫附。然而除濕轉輪的吸脫附，除了傳熱，還有傳質的過程。

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

而水團從固體材料中脫附至空氣中，并不需要經過100℃蒸發(fā)的過程。而這個脫附的過程，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、水團分子擴散、水團蒸發(fā)與揮發(fā)、水團表面潤濕、毛細管力的變化綜合影響。

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

基于以上的吸脫附原理，Puresci對吸附材料進行了特殊處理。

在微觀方面采用了無機硅酸鹽與有機親水材料以復雜的工藝復合而成。不但保留了有機親水基團的毛細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。

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，大幅度降低脫附溫度以達到節(jié)能的目的。

前轉輪使用節(jié)能除濕轉輪PST。

PST在雙轉輪系統(tǒng)發(fā)揮著“雪中送炭”的作用。

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

經過Puresci貝加爾湖實驗室測試驗證，以及部分客戶實際應用驗證，可用于中溫再生TM除濕系統(tǒng)前轉輪，節(jié)能高效。

后轉輪使用節(jié)能低露點除濕轉輪PSC。

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

要使再生溫度控制在70-90℃，對后轉輪的深度除濕能力要求高。PSC是Puresci專門為雙轉輪低露點除濕系統(tǒng)開發(fā)的節(jié)能型中溫再生TM除濕轉輪。其復合材料，在再生溫度為70-90℃范圍內，將水分子脫附得更徹底。可以實現更低的露點，非常適合應用于鋰電池生產等要求高的環(huán)境。

中溫再生系統(tǒng)運行邏輯

中溫再生系統(tǒng)使用高性能轉輪可實現低露點、大規(guī)模節(jié)能，而因系統(tǒng)處于熱濕冷的平衡點，保持平衡并不容易。從傳熱傳質的本質來說，中溫再生是對技術和工藝要求極高的系統(tǒng)，相較于普通除濕機組有許多需要注意的細節(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與方案為客戶用戶解決問題。

機組密封性：有框架，無框架，焊接式

框架密封性：再生區(qū)采用新型特質自潤滑密封材料；圓周雙層密封

轉輪框架防冷橋：用防冷橋材料做的角鋼

風機選擇：EC風機墻

再生排風：流場仿真模擬

據悉，Puresci（普沃思）完成產品、技術、市場及產品迭代多領域布局后，其解決方案已在頭部動力電池客戶產線加速滲透及規(guī)模導入。

Puresci除濕轉輪應用于CATL寧德工廠

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

Puresci除濕轉輪應用于湖北某鋰電池工廠

Puresci除濕轉輪應用于常州某鋰電企業(yè)

綜合目前鋰電行業(yè)產能，可以預見的是，隨著產能加速爬坡，電池生產對環(huán)境要求更高。高能耗占比的除濕空調系統(tǒng)設備，勢必面臨著節(jié)能轉型，而中溫再生除濕系統(tǒng)能夠以億元為單位計算節(jié)能成本，進一步推動電池生產降本增效。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