储能行业进入快速发展期，储能温控+储能消防迎风而起-天风证券.pdf

1 证券研究报告 作者 行业评级 上次评级 行业报告 | 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 机械设备 强于大市 强于大市 维持 2022年 09月 22日 （ 评级） 分析师 李鲁靖 SAC执业证书编号 S1110519050003 分析师 朱晔 SAC执业证书编号 S1110522080001 储能行业进入快速发展期，储能温控 储能消防迎风而起 行业深度研究 摘要 2请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明  储能温控 温控行业下游应用场景众多，近年来伴随传统工业温控、储能温控、新能源车热管理、 IDC机房温控等下游市场稳步增长，带动温控行业需求保持 较快增长；技术路径上，未来我国温控设备存量或将继续以风冷为主，但液冷渗透率有望持续提升。 目前，温控设备在新能源发电领域，主要应用于风力发电机组的变流器、发电机、光伏发电逆变器等新能源发电核心设备的冷却。其中风电机组的 热管理是风电机组长期稳定可靠运行的重要保障，目前风冷和液冷技术作为常用的热管理方法，在现有风电机组中得到了广泛应用；随着“双碳” 目标下风电装机规模持续扩张，为有效促进新能源电力消纳，需建设相应规模的储能电站来保证，热管理系统作为储能系统的重要组成部分，未来 有望受益于储能装机容量增长的过程，储能温控市场规模或将持续扩张。 目前，大容量锂电池储能系统可采用的温控技术主要包括空冷、液冷、热管冷却、相变冷却四种，分别适用于产热率、环境温度不同的应用场景。 当下时点储能温控以风冷为主，我们预计中期液冷占比有望持续上升，主要系储能项目的发热量将不断提升，风冷的制冷效率可能无法满足部分项 目散热需求。 根据 GGII测算 2022-2025年中国储能温控市场规模将从 46.6亿元增长至 164.6亿元， CAGR为 52.3，未来行业空间较为广阔。液冷作为中长期 技术方案，市场渗透率或将逐步提升， GGII预测 2025年液冷市场占比将达到 45左右。 储能温控与精密空调、工业制冷设备等有相似的技术要求， 当前储能温控市场参与者主要由具备技术相似性的行业参与者跨行业切入，类比精密空调行业，基于高相似性及高可比性，我们认为中期来看储能 温控行业或呈现相似的演变路径 市场格局呈现“一超多强”，盈利能力相对较高及稳定。 建议关注英维克、同飞股份、高澜股份。  储能消防 储能电站事故频发，储能安全催生储能消防需求，综合考虑储能系统预警端、灭火端的实际需求提升以及与电动汽车动力电池的差异对比，我们认 为在储能行业蓬勃发展的东风下，储能消防的需求或将明显提升，迎来行业发展的良好时机。 我们预计到 2025年国内储能消防市场空间有望达到 65.14亿元， 2021-2025年 CAGR为 113 ；未来储能消防赛道长坡厚雪，有望实现快速增长。建议关注青鸟消防、国安达。  风险提示 下游需求不及预期；行业需求不及预期；储能技术迭代超预期；竞争加剧风险；文中测算具有一定主观性，仅供参考。 1.1. 温控行业迎来广阔前景，细分赛道机会充足 3请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 4 1.1. 温控行业迎来广阔前景，细分赛道机会充足 ➢ 温控的定义 温控主要是指根据电池等原器件对于工作环境的要求 ， 利用加热或冷却手段对其温度或温差进行调节和控制 的过程 ， 在工业 、 通信业 、 消费电子 、 服务器 、 储能 、 新能源汽车等多个场景具有广泛应用 。 温控设备对于保障电池 、 服 务器 、 手机芯片等原器件正常稳定运行 ， 以及工业 、 医疗 、 激光等场所环境的稳定性都具有重要的意义 。 温控设备产品主 要可以分为工业温控设备 、 精密温控设备 （ 电子散热器件 ） 以及其他温控设备等 ， 其中工业温控设备和精密温控设备市场 占比较大 。 ➢ 分场景来看 ， 通常温控设备使用场景主要包括工业级别 、 机房类级别 、 电池热管理级别 、 以及电子芯片级别四大场景； 技术方面 ， 温控底层技术主要分为风冷 、 冷冻水 （ 间接蒸发冷 ） 、 液冷 、 相变材料 、 电子散热技术 （ 导热材料散热 、 热 管散热 、 均热板等 ） 。 ➢ 温控设备的各个场景因为技术和工作环境差异对于温控技术的具体要求也存在一定的差异 。 其中工业级别温控对于环境和 定制化程度最高 ， 需满足温度 、 湿度 、 洁净度等多方面要求 ， 因此该场景以传统的风冷 /水冷为主；机房类主要满足降温和 节能需求 ， 其温控技术是由风冷逐步向间接蒸发冷过渡；随着动力电池和储能电池功率的不断提升 ， 电池热管理中首要需 考虑安全性及降温效果 ， 因此该场景控温技术是由风冷由液冷逐步过渡；电子芯片级别散热空间有限 ， 零部件体积较小 ， 对于技术和工艺的水平要求相对较高 ， 主要为电子芯片散热工艺级别 。 图温控设备产品分类 资料来源观研天下公众号、天风证券研究所 5 1.1. 温控行业迎来广阔前景，细分赛道机会充足 ➢ 温控行业下游应用场景众多 ， 近年来伴随传统工业温控 、 储能温控 、 新能源车热管理 、 IDC机房温控等下游市场稳步增长 ， 带动温控行业需求保持较快增长 ➢ （ 1） 传统工业温控 传统的工业温控场景 ， 包括电力 、 化学 、 食饮冷链 、 加油站及油气回收 制药工厂等场景对温控设备 均有一定需求 。 我们以电力温控设备为例电力温控场景中 ， 在发电 、 输电和配电等电力产业链主要环节 ， 温控设备被广 泛使用 ， 且几乎是属于刚需 。 发电环节 ， 通常是采用蒸发冷却式冷水机组 、 满液式冷水机组 、 组合式空调机组等温控设备 系统实现发电机组冷却 ， 以此保障发电机组设备安全稳定运行；输电环节 ， 输电设备多采用封闭式结构 ， 散热性差 ， 因此 需要采用组合式空气处理机等温控系统设备为输电设备提供恒温恒湿的环境；配电环节 ， 需要温控设备系统来保障变压器 、 高压电器等配电设备运行稳定 ,降低设备发生故障的概率 。 ➢ 近些年来 ， 我国火力发电 （ 我国发电方式中历史最久 ， 占比最大的一种发电方式 ） 的发电量均不断增长 。 根据 wind数据显 示 ， 截止至 2021年 ， 我国火力发电量约为 57702.7亿千瓦时 ， 同比增长 9.29。 随着国内发电装机容量和发电量的增长 ， 我国发电 、 输电 、 配电环节的温控设备也随之增长 。 图我国电力主要产业链环节温控设备情况 资料来源观研天下公众号、 wind、天风证券研究所 图 2016-2021年我国火力发电量及增速情况 6 1.1. 温控行业迎来广阔前景，细分赛道机会充足 ➢ （ 2） 储能温控 储能电池系统电池容量和功率大 ， 而高功率密度对散热 要求较高 ， 同时储能系统内部容易产生电池产热和温度分布不均匀等问题 ， 因而温度控制对于电池系统寿命 、 安全性极为重要 。 储能温控的基本要求 主要包括 1） 控制单体电池表面温湿度 保持最佳工作温湿度 ， 温度 15 C至 35 C， 相对湿度在 5-95之间且无冷凝水； 2） 避免电 池系统产生局部热点 电池间的温差不超过 5 C， 避免产生局部热点 。 ➢ 在我国能源转型过程中 ， 光伏发电 、 风力发电以及新能源汽车行业的发展 都促进了国内储能电池的增长 。 根据观研天下数据 ， 2021年我国储能锂 电池的出货量更是达到 47.5GWh， 同比增长 196.9。 储能锂电池出货 量的增长直接促进了储能温控市场需求的增长 ， 目前我国储能温控系统技 术路线主要是风冷 （ 采用空气介质 ） 和液冷 （ 液体介质 ） ， 且以风冷技术 路线占比较大 。 ➢ 以功能分类 ， 电化学储能可分为两种能量型储能 （ 高能量输入 /输出 ） 、 功率型储能 （ 瞬间高功率输入 /输出 ） ， 观研天下表示 ， 如今我国储能系 统大容量 、 电池高倍率趋势已经非常明朗 ， 而对于能量型储能项目而言 ， 电池系统的容量增大将带来项目产热量的提升；对于功率型储能而言 ， 电 池高倍率化驱使储能系统的功率密度不断提高 ， 因而发热量亦将不断增大 ， 因此储能温控的需求及重要性亦将随之上升 。 图温度对储能系统中锂电池性能影响情况 资料来源观研天下公众号、 不同放电倍率条件下的锂电池温度场分析 洪杰等、天风证券研究所 图 2018-2021年我国储能锂电池出货量及增速情况 表不同放电倍率下，在 1 个充放电循环的不同阶段锂电池表面的温度变化情况 放电倍率 /C 充电阶段锂电池表面的温升 /℃ 静置阶段锂电池表面的温降 /℃ 放电阶段锂电池表面的温升 /℃ 0.50 6.74 1.29 2.57 0.75 6.45 1.41 4.94 1.00 6.38 0.86 5.62 1.25 6.26 1.03 7.66 1.50 6.71 1.05 9.35 7 1.1. 温控行业迎来广阔前景，细分赛道机会充足 ➢ （ 3） 新能源车热管理 早期的汽车研究中其实并没有热管理这个细分领域 ， 然而随着汽车消费者对空调的舒适度要求以及 对节能降费的要求逐步提高 ， 以及国家对油耗排放等要求逐步提高 ， 汽车热管理重要性日益突出 。 在汽车电动智能化浪潮 下 ， 我国新能源汽车高速发展 ， 2021年年底我国新能源汽车产销量更是分别达到 355万辆和 352万辆 ， 同比增速均超过 155； 2022年上半年 ， 我国新能源汽车产销量继续保持高速增长 ， 分别达到 266万辆和 260万辆 ➢ 与传统汽车的热管理系统相比 ， 新能源汽车热管理系统也更为复杂 ， 在系统效率 、 控温精度方面也有更高要求 。 传统汽车 的热管理系统基本是围绕其动力系统展开 ， 而新能源汽车的热管理系统更多的是需要依靠 PTC和热泵 ， 同时电池的工作特 性也对新能源汽车热管理的控温精度提出了更高的要求 。 在我国新能源汽车高速发展的同时 ， 新能源汽车的续航和安全等 问题也尤为重要 ， 观研天下表示由此可以预见未来我国汽车热管理需求的确定性较高 。 图 2016-2022年 H1我国新能源汽车产销量情况 资料来源观研天下公众号、 wind、中国汽车工业协会、天风证券研究所 图传统汽车热管理 VS 新能源汽车热管理 8 1.1. 温控行业迎来广阔前景，细分赛道机会充足 ➢ （ 4） IDC机房温控 伴随着互联网 、 移动互联网 、 大数据 、 云计算 、 信息化的发展 ， 我国数据中心的建设规模近年来也处 于较高速增长状态 ， 数据中小工作负荷实例数逐年增长 ， 数据中心市场规模稳步扩大 。 ➢ 数据中心是一整套复杂的设施 ， 不仅包括计算机系统 例如服务器 、 系统软件等 和其它与之配套的设备 例如数据通信系统 和存储系统等 ， 还包含冗余的数据通信连接 、 供配电及温控设备 、 监控设备以及各种安全装置 ， 在数据中心的运行能耗大 约有 40是用于制冷 。 随着数据中心市场规模的扩大 ， 机房应用范围也持续扩大 ， 因此机房温控节能设备市场潜力逐步释 放 。 社会整体信息化程度不断加深 ， 带来了海量的数据处理需求的同时也带来使得机房温控节能设备需求的持续增长 。 ➢ （ 5） 5G基站温控 5G基站密度和功耗远高于 4G， 随着 5G基站建设的不断深化 ， 其机柜温控设备需求也随之增加 。 根据 观研天下数据 ， 2021年我国建成 5G基站数量达 142.5万个 ， 同比增长 98.4；今年一季度国内又新建 5G基站 8.1万个 ， 目 前其总规模已经达到 150.6万个左右 。 5G作为 “ 新基建 ” 重点方向 ， 其建设大潮已经到来 ， 未来我国中长期小基站散热基 础设施不可或缺 ， 基站散热机柜出货量需求有望大幅提升 。 图 2016-2021年我国云数据、传统数据 中心工作负荷实例数现状及预测 资料来源观研天下公众号、天风证券研究所 图 2016-2021年我国互联网数据中心 市场规模及增速现状与预测 图 2019-2022年一季度我国 5G基站数 量情况（万个） 9 1.1. 温控行业迎来广阔前景，细分赛道机会充足 ➢ 市场规模或将稳步增长 ， 液冷渗透率有望持续提升 当前我国双碳政策正在加 速推进 ， 新能源赛道空间广阔 ， 受益于双碳政策的大力推进 ， 国内储能温控 、 新能源车热管理等温控设备应用场景需求保持较快增长 。 除此之外 ， 伴随着互 联网 、 大数据 、 云计算 、 信息化的发展 ， 数据中心 、 5G基站应用场景的温控设 备需求也较为旺盛 ， 观研天下表示由此可以预见未来我国温控设备市场规模或 将稳步增长 。 ➢ 技术路径上 ， 未来我国温控设备存量将继续以风冷为主 ， 但液冷渗透率有望持 续提升 液冷系统主要包括水冷板 、 水冷管 、 水冷系统 、 换热风机等；而风冷 系统结构比较简单 。 二者相比 ， 液冷系统的设计难度复杂 ， 成本也更高 ， 但是 其散热效率和速度高 ， 且适用范围广 ， 占用空间较小 。 ➢ 目前宁德时代正在推广户外液冷电柜 ， 其优势主要是靠近热源 、 温度均匀 、 能 耗低 ， 同时也比风冷更适合户外的环境；同时阳光电源 、 比亚迪等厂商也正在 积极推出液冷电柜产品 ， 用于户外储能系统 ， 户外液冷电柜可广泛应用于光伏 储能 、 风电储能 、 电网储能 、 商业储能等多种储能场景 ， 观研天下表示未来我 国温控设备液冷技术路径产品的渗透率有望持续提升 。 表液冷与风冷情况对比 资料来源国际能源网、观研天下公众号、宁德时代官网、天风证券研究所 对比指标 液冷 风冷 冷却介质 液体（水、乙二醇水溶液、纯乙二醇、空 调制冷剂和硅油等） 空气 接触方式 直接或间接 直接 设计难度 复杂 简单 成本 较高 较低 散热效率、速度 高 一般 适用范围 适用范围广，不受海拔和气压的影响，同 时空间占比较小 通常应用于产热率比较低的场合 图宁德时代户外液冷电柜 EnerOne 图比亚迪全新电网级储能产品 BYD Cube T28 1.2. 温控在风电领域的应用 10请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 11 1.2. 温控在风电领域的应用 ➢ 目前 ， 温控设备广泛用于电力工业中的发电 、 输电 、 配电及用电各个环节 ， 涉及直流输电 、 新能源发电 、 柔性交流输配电 及大功率电气传动等领域 。 在新能源发电领域 ， 目前主要应用于风力发电机组的变流器 、 发电机 、 光伏发电逆变器等新能 源发电核心设备的冷却 。 随着风力发电机组及动力传动系统功率的不断提升 ， 兆瓦级机组得到了越来越广泛的应用 ， 其变 流器和电机所使用的器件功率密度也相应越来越高 ， 下文我们将主要介绍风电机组中的温控技术应用； ➢ 在光伏发电系统中 ， 由于太阳能电池和蓄电池是直流电源 ， 而负载是交流 ， 必须使用逆变器进行变流 。 随着太阳能光伏发 电并网容量越来越大 ， 要求并网的电压等级和转换效率逐渐提高 ， 逆变器的功率也越来越大 。 逆变器功率越大 ， 其使用的 电气器件功率密度越高 ， 采用传统的风冷散热方式已无法解决其冷却需求 ， 而水冷是目前最先进最可靠的解决方案 ， 新能 源变流器用纯水冷却设备应运而生 。 图纯水冷却设备主要应用领域及冷却对象示意图 资料来源高澜股份招股书、天风证券研究所 图纯水冷却设备应用示意图 12 1.2. 温控在风电领域的应用 ➢ 风电机组的热管理是风电机组长期稳定可靠运行的重要保障 可再生能源已经成为我国碳减排的重要支撑力量 ， 其中风电 行业有望迎来更大的发展空间 。 风电机组正朝着单机功率大型化 、 装机总量规模化 、 运维管理智慧化以及来源多元化的方 向发展 ， 而在风电发展过程中 ， 时常出现由于风电机组大功耗部件 （ 如发电机 、 齿轮箱 、 变频器及控制柜 ） 过热导致故障 停机甚至引发火灾等重大事故的案例 。 目前风冷和液冷技术作为常用的热管理方法 ， 在现有风电机组中得到了广泛应用； 然而随着单机功率和机组装机总容量的不断提升 ， 风冷和液冷技术已经逐渐达到其冷却能力的极限 ， 亟需发展新型高效冷 却技术以保障未来风电机组长期可靠安全地运行 。 ➢ 风冷技术 风电机组最早也是应用最为广泛的一种冷却技术 ， 其基本原理是利用空气将风电机组产生的热量带走；根据供 风的主被动性 ， 风冷技术可分为自然通风和强制风冷 。 自然通风是利用自然风将风电机组产生的热量通过发电舱体配置的 风道内空气携带流向外部大气环境 ， 这种冷却技术在风电发展初期阶段最为常见 ， 因为此时的风电机组装机容量小 ， 相应 的热耗散也不大 ， 仅通过自然通风就可以解决风电机组的冷却散热需求 。 需要注意的是 ， 由于没有任何动力来源 ， 自然通 风冷却方式只能通过风电机组的布局优化和风道设计来进行强化 。 最常见的自然通风方式是利用 “ 烟筒效应 ” 和添加导流 装置 。 图自然通风冷却优化方式 资料来源 风电机组冷却技术研究综述 张程宾、天风证券研究所 13 1.2. 温控在风电领域的应用 ➢ 随着风电机组规模增大 ， 风电机组的功耗突破自然通风技术的冷却极限 ， 在此背景下散热能力更强的强迫风冷技术应运而 生 。 强迫风冷技术主要是通过引入风机方式来增强机舱内部的气流循环 ， 提高对流换热能力 。 因而 ， 强迫风冷技术除了关 键部件风机外 ， 其它与自然通风冷却并无区别 。 目前国内外风电机组风冷技术研究主要集中在机舱内部主要部件的布局优 化以及机舱内部风道设计优化 ， 其中海上风电机组由于所处的特殊海水环境 ， 其机舱通常采用密闭设计 机舱内部与外界 环境之间的热交换需要通过换热器来实现 ， 从而导致换热效率有所下降 。 为强化海上风电的强迫风冷对流换热 ， 因而引入 了机舱内部空气射流系统 ， 风电机组的齿轮箱和发电机通过自身的冷却系统与机舱尾侧的进风实现热交换 ， 而机舱内部的 其它部件 （ 如控制柜 ， 变频器和变压器等 ） 则通过远程空气射流系统进行对流换热循环 。 ➢ 风冷技术由于结构简单 、 成本低廉 、 可靠性高 、 易于集成以及维护管理方便等优点 ， 在风电机组热管理领域得到了广泛应 用 。 然而 ， 由于风冷技术的传热媒介为空气 ， 其冷却效果易于受到环境 、 气候和地理位置的影响；而且由于空气的比热容 较小 ， 温控响应速度慢 ， 容易出现风电机组机舱内温度不断上升从而发生故障的现象；更重要的是 ， 由于风冷技术需要机 舱提供进出口 ， 使得灰尘 、 颗粒以及盐雾极易进入到机舱内部腐蚀电子器件 ， 不利于风电机组 （ 特别是海上风电机组 ） 的 长期可靠安全运行 。 图 3MW海上发电机组内部散热原理图 资料来源 风电机组冷却技术研究综述 张程宾、天风证券研究所 14 1.2. 温控在风电领域的应用 ➢ 液冷技术与传统风冷技术相比 ， 液冷技术在散热能力和响应速度上具有显著优势 。 而且 ， 由于对流换热效能提升 ， 液冷 系统的结构更为紧凑 ， 能有效缓解当前风电机组有限机舱空间与日益增长的功耗之间的矛盾 。 此外 ， 液冷技术允许风电机 舱设计为密闭空间 ， 可避免灰尘 、 颗粒以及盐雾对风电机组 （ 特别是海上风电机组 ） 侵蚀造成的使用寿命和可靠性下降风 险 。 一般而言 ， 液冷技术可分为单相液冷技术和气液相变冷却技术 。 ➢ 单相液冷技术在风电机组热管理领域较为常用 发电机 、 变频器 、 控制柜以及齿轮箱是风电机组的大功耗部件 ， 因而成为 风电机组热管理的重点研究对象 。 发电机是风电机组的核心部件 ， 除了采用表面风冷散热外 ， 还可以通过空心导体单相液 冷进行散热 。 下图 （ a） 为风力机组发电机的常见冷却方案 ， 发电机定子外围的钢壳设计为空心结构 ， 液体通过循环泵进入 发电机钢壳中的通道带走发电机产生的热量 。 此后 ， 高温工质通过外置换热器将热量排散到周围环境中 ， 与外界热交换后 ， 工质降温后再次进入发电机开始新一轮循环 。 变频器以及控制柜中大功耗电子器件数量众多且呈非均匀分布特征 ， 因而通 常采用液冷板方式进行散热 。 如下图 （ b） 所示 ， 在变频器 、 控制柜的电子器件上布置液冷板 ， 同样利用泵驱循环系统将液 冷板带走的热量与外循环回路通过板式换热器进行热交换 ， 最终经过机舱外侧的换热器将热量散发到外界环境 。 需注意的 是 ， 单相液冷技术要解决好各液冷板的流量分配 、 优化设计以及整个液冷系统的流体调控问题 。 针对同样存在高温风险的 齿轮箱 ， 鉴于齿轮箱齿轮机械转动的液体润滑需求 ， 基于润滑油的冷却系统方案应运而生 ， 同时齿轮箱内含有大量润滑油 ， 可以驱动润滑油循环并借助舱内空气进行换热 。 目前已发展出结合液冷技术以及润滑油循环系统的高效能风电机组冷却方 案 ， 下图 （ c） 所示 。 图风电机组核心部件的液冷方案 资料来源 风电机组冷却技术研究综述 张程宾、天风证券研究所 15 1.2. 温控在风电领域的应用 ➢ 相变液冷技术 随着散热功率的进一步上升 ， 单相液冷技术已难以满足新一代风电机组冷却需求 ， 而相变液冷技术是通过 密闭空间内液体工质汽液相变实现热量的吸收和释放 ， 因而具有散热能力强 、 等温性好等优势 ， 目前主要有热管散热技术 和均热板散热技术 。 热管散热技术是指液态工质在热管蒸发段吸收热量发生蒸发相变 ， 产生的蒸汽到达冷凝段发生冷凝相 变放出热量 ， 在冷凝段液化的工质在毛细力的作用下再次返回蒸发端 ， 进而继续开始新一轮循环 但常规热管由于自身结 构限制 ， 仅仅能够完成一维传热 。 此外 ， 近年来发展起来的均热板技术则可实现热量在二维平面的高效传递 ， 使得散热面 积更大且表面温度分布更加均匀 。 ➢ 相较于风冷技术 ， 液冷技术大大提高了风电机组的散热效能 。 然而伴随着风电机组的不断扩容 ， 其功耗也不断增大 ， 因而 亟需发展更为高效的冷却技术以应对未来风电机组的大型化 、 规模化 、 智能化和多元化发展需求 。 目前新型冷却技术主要 有半导体制冷 （ TEC） 、 泵驱两相流回路冷却系统和固液相变储热技术等 ， 其中半导体制冷主要用来解决风电机组变频器 和控制柜中的局部热点散热；泵驱两相流回路冷却技术具有换热能力强 、 均温性好 、 质量轻等优点 ， 适合于长距离 、 分布 式 、 不均匀的热源进行散热和控温 ， 考虑到风电机组当前散热痛点 （ 如变频器和控制柜 ） 区域随机分布的热源 ， 泵驱两相 流体冷却系统无疑具有很高的推广应用价值；固液相变储热技术目前已经在电场削峰填谷 、 废热回收 、 建筑节能和电子器 件热管理等领域有着广泛的应用 。 图相变液冷散热原理 资料来源 风电机组冷却技术研究综述 张程宾、天风证券研究所 图泵驱两相流回路冷却系统原理图➢ 随着“双碳”目标下风电装机规模持续扩张，为有效促进新 能源电力消纳，需建设相应规模的储能电站来保证，热管理 系统作为储能系统的重要组成部分，未来有望受益于储能装 机容量增长的过程，储能温控市场规模或将持续扩张。 1.3. 储能需求高增 液冷占比提升，储能温控 市场空间广阔 16请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 17 1.3. 风冷、液冷已规模性应用，在研技术包括热管冷却、相变冷却 ➢ 目前 ， 大容量锂离子电池储能系统可采用的温控技术主要包括四种 ， 分别适用于产热率和环境温度不同的应用场景 空冷 以空气为介质进行热交换 ， 具有结构简单 、 轻便 、 可靠性高 、 寿命长以及成本低等优点 ， 但由于空气的比热容和导 热系数都很低 ， 空冷系统的散热速度和散热效率都不高 ， 故空冷比较适用于电池产热率较低的场合； 液冷 以液体为介质进行热交换 ， 液体冷却介质的换热系数高 、 比热容大 、 冷却速度快 ， 可有效降低电池的最高温度和提 高温度分布的均匀性；液冷系统结构复杂 、 成本较高 ， 但具有较高的散热速度和散热效率 ， 目前大部分的电动汽车都采用 液冷系统； 热管冷却 依靠管内冷却介质发生相变来实现换热 ， 比液冷系统具有更高的散热速度和散热效率 ， 冷却介质泄露风险更低 ， 但成本更高；适合于经常工作在高倍率工况的锂电池系统； 相变冷却 通过相变材料吸收热量 ， 并结合风冷 、 液冷 、 空调系统等导出热量 ， 具有结构紧凑 、 接触热阻低 、 冷却效果好 等优点 ， 但相变材料占空间 ， 成本高；多和其它热管理技术结合起来使用 ， 能起到均匀电池温度分布 、 降低接触热阻以及 提高散热速度等作用 。 图锂离子电池的 3 类温度区间 资料来源 大容量锂离子电池储能系统的热管理技术现状分析 钟国彬等、天风证券研究所 表典型热管理技术的特点 项目 空冷 液冷 热管冷却 相变冷却 强迫 主动 冷端空冷 冷端液冷 相变材料 导热材料 散热效率 中 高 较高 高 高 散热速度 中 较高 高 高 较高 温降 中 较高 较高 高 高 温差 较高 低 低 低 低 复杂度 中 较高 中 较高 中 寿命 长 中 长 长 长 成本 低 较高 较高 高 较高 18 1.3. 风冷优势在于成本低，分为自然风冷和强制风冷 ➢ 风冷以空气为冷却介质 ， 利用对流换热降低电池温度 。 分为自然风冷和强制风冷两种方式 自然风冷通过空气本身与电池表面 的温度差产生热对流 ， 使得电池产生的热量转移到空气中 ， 实现电池模 组及电池箱的散热 ， 但由于空气的换热系数较低 ， 自然对流散热难以满 足电池的散热需求；强制风冷需要额外安装风机 、 风扇等外部电力辅助 设备 ， 使得外部空气通过风道进入电池模组内 ， 循环流动对电池进行冷 却 。 强制风冷散热效果比自然风冷方式要好一些 ， 但会消耗大量电能 ， 且为了安装外部辅助设备需要扩大使用空间 。 两种冷却方式所涉及的冷却结构简单 、 便于安装 、 成本较低 ， 但并不能 满足电容量较大的储能系统散热 ， 且进出口的电池组之间的温差偏大 ， 即电池散热不均匀 。 除了控制风的流量 ， 在散热空间方面可分为串行和并行两种通风方式 串行通风方式空气左进右出 ， 但由于左侧距离风口较近 ， 所以左侧部分 的储能电池组冷却效果要优于右侧部分；并行通风方式能够将冷风均匀 地送入到储能电池组之间的间隙中 ， 进而维持储能电池箱中温度的一致 性 。 冷却风道结构优化提升散热效果 在进风口与主风道之间的拐角处加设 导流板 、 在各立管入口处加设导流板及在各立管上部的六个出风口下方 加设导流板能够有效改善冷却风道内部的流场均匀性 ， 从而改善出风均 匀性 ， 有利于减少电池局部热聚集 。 图风冷通风方式路线图 资料来源 电化学储能关键技术分析 李峰等、 某型集装箱储能电池组冷却风道设计及优化 邹燚涛等、 集装箱储能系统热管理系 统的现状及发展 朱信龙等、天风证券研究所 图冷却风道的结构优化 图空气冷却结构 19 1.3. 液冷优势在于冷却效率高，分为直接和间接接触型液冷 ➢ 液冷以液体为冷却介质 ， 通过对流换热将电池产生的热量带走 。 主要构成 液冷板 ， 液冷机组 （ 加热器选配 ） ， 液冷管路 （ 包括温度传感器 、 阀门 ） ， 高低压线束；冷却液 （ 乙二醇水溶液 ） 等 。 液体与电池的接触模式有两种 一种是直接接触 ， 电池单体或者模块沉浸在液体 （ 如电绝缘的硅油 ） 中 ， 让液体直接冷却电 池；另一种是在电池间设置冷却通道或者冷板 ， 让液体间接冷却电池 。 液冷方案存在一定的技术壁垒 ， 直接接触型液冷的应用仍不成熟 ， 间接接触型需要根据实际应用 ， 对流道数量 、 流量 、 流速 等进行定制化设计 ， 对于不同储能集成商的不同项目 ， 热管理方案差异较大 ， 对于液冷主机供应商 ， 其核心竞争要素在于定 制化能力以及对散热方案的长期 know-how积累 。 液冷板是液冷系统热管理关键零部件 ， 在制造前往往需要和客户联合开发设计 ， 确认选型并与电池配套 ， 目前电池液冷板仍 然是寡头竞争的格局 ， 液冷板往往需和电池系统一并集成 ， 产线非标且产品高度定制化 ， 不同工艺间不容易切换 ， 下游客户 会优先选择具备液冷板设计能力的厂商 。 资料来源 大容量锂离子电池储能系统的热管理技术现状分析 钟国彬等、北极星储能网、中国储能网、天风证券研究所 图液冷管路布置图液冷系统主要部件构成 20 1.3. 在研技术热管冷却的效率及安全性更高，相变材料冷却尚处起步阶段 ➢ 热管冷却依靠封闭管壳内工质相变来实现高效换热 。 热管冷却是利用介质在热管吸热端的蒸发带走电池热量 ， 热管的放热端通过冷凝的方式将热量发散到外界中去 ， 从而实现冷 却电池的目的 。 此冷却方式可任意改变传热面积的大小 ， 适用于较长距离的热量传输 。 目前 ， 热管在大容量电池系统中的实 际应用较少 ， 相关研究尚处于实验室阶段 。 ➢ 相变材料冷却利用相变材料 （ PCM） 发生相变来吸热 。 目前相变材料冷却方式应用在锂离子电池热管理系统中有两种方式 ， 一是将相变材料直接填充于各个电池单体之间；二是将 锂离子电池单体夹在两层相变材料中间 ， 构成三明治结构 。 对电池散热效果影响最大的是对相变材料的选择 ， 当所选相变材 料的比热容越大 、 传热系数越高 ， 相同条件下的冷却效果越好 ， 反之冷却效果越差 。 相变材料冷却对于改善热管理系统温度分布均一性方面与其他冷却方式相比具有明显优势 ， 但是当相变材料发生相变吸收热 量时 ， 其体积变化明显 ， 容易对热管理系统的工作性能产生影响 。 ➢ 目前两种新技术由于自身存在着系统复杂 、 体积庞大等挑战 ， 使其依然停留在实验室研究阶段 ， 考虑研发和新技术测试认证 时间 ， 从中期维度看 ， 我们认为短期内实现规模化应用的可能性较低 。 图热管冷却结构 资料来源 锂离子电池储能集装箱风冷式热管理系统仿真分析及优化设计 张爽、 大容量锂离子电池储能系统的热管理技术现状分析 钟国彬等、 集装箱储能系统热管理系统的现状及发展 朱信龙等、天风证券研究所 图相变材料的应用形式 21 1.3. 技术趋势目前以风冷为主，中期液冷占比有望持续上升 ➢ 储能温控主要以风冷以及液冷为主 ， 我们主要从电池包温度 、 运行能耗 、 电池热 失控风险以及固定资产投资等四方面对比两者 电池包温度 在相同的入口温度和极限风速及流速下 ， 液冷电池包的温度在 30- 40摄氏度 ， 而风冷电池包的温度要在 37-45摄氏度；液冷的温度均有性更好 。 运行能耗 经试验研究 ， 为了达到相同的电池平均温度 ， 风冷需要比液冷高 2-3倍 的能耗；相同功耗下电池包的最高温度 ， 风冷比液冷要高 3-5摄氏度；液冷的功耗 更低 。 电池热失控风险 由于空气比热容 、 对流换热系数小等因素 ， 电池风冷技术换热 效率低 ， 电池发热量增大 ， 会导致电池温度过高 ， 存在热失控风险；液冷系统可 以大大降低电池的热失控风险 。 固定资产投资 根据 NREL的数据 ， 目前 4小时电池储能系统每千瓦时的电池投资 成本在 1900人民币 （ 300美金 ） ， 热管理系统估计占电池成本的 2-4， 而液冷 系统更易保障电池在舒适温度工作 ， 相较于风冷系统会延长电池寿命超过 20， 综合寿命周期来看液冷投资更少 。 资料来源北极星储能网、埃泰斯新能源科技（上海）有限公司、天风证券研究所 图风冷、液冷运行能耗对比 图风 冷、液 冷固定 资产投 资对比 22 1.3. 技术趋势目前以风冷为主，中期液冷占比有望持续上升 ➢ 目前储能温控以风冷为主 ， 主要原因在于 1） 当前储能项目对制冷效率要求相对不高 行业中装机量占比较高的是通信基 站 、 小型地面电站等带电量 、 功率密度相对较小的项目 ， 风冷方案的制冷效率可以满足项目的安全标准； 2） 风冷设备成本 低于液冷 ， 当前储能项目对成本较敏感 单 GWh风冷 、 液冷的价值量约 3000、 9000万元 ， 其中液冷主机约 5000万元 ， 由 于当前储能项目在部分应用场景中经济性不强 ， 叠加当前电池成本不断上涨 ， 下游需求对装机成本的敏感性强 因此会趋 向于选择成本更低的风冷方案 。 ➢ 我们预计中期液冷占比有望持续上升 ， 主要系储能项目的发热量将不断提升 ， 风冷的制冷效率可能无法满足部分项目散热 需求 中期来看 ， 能量型储能如新能源电站 、 离网储能等更大电池容量 、 更高系统功率密度的项目装机量上升 ， 以及功率 型储能对调峰调频性能要求的提升 ， 将带动储能项目的平均发热量提升 ， 届时对制冷效率更高的液冷的需求将有望提升 。 ➢ 此外技术方向的选择与项目所处环境 、 项目发热量有关 ， 如极端高温地区用风冷影响制冷效果 ， 极端低温地区用液冷存在 结冰风险；发热量较小的项目用风冷足够满足需求 ， 而发热量较大的项目则需要用液冷； 因此中期来看 ， 尽管液冷的占比 会有所提高 ， 但两种技术仍会有其应用场景 ， 新装机的储能项目大概率选择风冷方案 1） 位于极端低温 、 水资源缺乏地区； 2） 发热量不高的小型地面电站 、 户用 、 通信基站项目；大概率选择液冷方案位于极端高温地区 。 资料来源阳光电源官网、北极星储能网、天合储能、 博盛制冷公司官网、热设计网等、天风证券研究所 图阳光电源 PowerTitan 液冷储能系统 图阳光电源 1500V 风冷储能系统 23 1.3. 储能需求高增 液冷占比提升，储能温控市场空间较为广阔 ➢ 储能应用场景涉及电源侧 、 电网侧 、 用户侧及分布式微型电网等多种电力场景 ， 应用场景的多样性决定了储能技术的多元 化 。 其中以锂离子电池 、 钠离子电池 、 液流电池等为代表的电化学储能技术 ， 近年来在国内外都获得了快速发展 ， 应用规 模已经从兆瓦级别的示范应用迈向吉瓦级别的规模化应用 。 根据 TrendForce集邦咨询统计 ， 2022年全球电化学储能装机 容量预计约为 65GWh， 至 2030年可达 1160GWh， 其中来自发电侧的需求高达七成 ， 是最主要支持电化学储能装机的动 力来源 。 ➢ 2025年储能温控市场空间有望达 165亿元 按照 2020年披露的数据 ， 储能温控部分价值量约占到整个储能系统价值量的 3-5， 根据国家政策对储能系统降本的要求 ， 多元化储能系统将得到有力推动 ， 储能温控环节的价值量有望持续提升 ， 根据 GGII统计 ， 2021年电力储能系统出货量为 29GWh， 同比增长 341， 电化学储能系统的高增长正带动储能温控快速 发展 ， 根据 GGII测算 2022-2025年中国储能温控市场规模将从 46.6亿元增长至 164.6亿元 ， CAGR为 52.3。 液冷作为 中长期技术方案 ， 市场渗透率或将逐步提升 ， GGII预测 2025年液冷市场占比将达到 45左右 。 资料来源面包板社区、 TrendForce集邦咨询、北极星储能网、 GGII、天风证券研究所 图 2021-2030年全球电化学储能市场需求预测 单位 GWh 图 2021-2025年储能温控市场空间和液冷储能市场空间预测（单位亿元） 35 65 111 187 1160 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 2021 2022E 2023E 2024E 2030E 24.7 46.6 74.8 109.8 164.6 3.0 7.0 18.7 38.4 74.1 0.0 50.0 1