液冷机在储能电站热管理系统的应用NO3

当前直接接触型液冷的应用仍不成熟（出于对漏液风险的考虑），液冷在储能的应用上以间接接触型为主，因此在实际应用中需要对间接接触的流道数量、流量、流速等进行定制化设计。通过提高流道数量、冷却剂流速、冷板厚度，可以有效降低平均温度和让温度分布更为均匀，但相应的投资成本也会随着增加。

液冷系统的核心为冷水机和液冷板。其中冷水机包括压缩机、冷凝器、节流器、蒸发器和水泵等部件，冷水机生产商包括英维克、辉卓制冷、同飞股份等；液冷板是将上游的铜和铝等原材料进行加工成相应的板材，液冷板的生产工艺分为钎焊、吹胀、压铸、冲压、搅拌摩擦焊等，液冷板生产商包括银轮股份、三花智控、飞荣达、科创新源等。

热管冷却

由管壳、管芯及工质组成，分为蒸发段、绝热段和冷凝段。热管的蒸发段受热时毛细芯中的液体蒸发汽化，蒸汽在微小的压差下流向另一端放出热量凝结成液体，液体在沿多孔材料靠毛细力的作用流回蒸发段。由于毛细力造成的虹吸作用这一特点，使热管可在非重力方向传热。

·        优点：导热效率更高，温度控制可做到等温、恒温，冷却介质。

·        缺点：尚处于实验室阶段，技术不成熟。

相变冷却

相变材料分为无机和有机相变材料，其中无机相变材料主要有石墨、熔融盐、结晶水等，有机相变材料例主要有石蜡、醋酸等。温度不变的情况下改变物质状态并且提供潜热物质，转变物理性质来吸收或释放大量潜热，达到降温的目的；此外，相变材料冷却与其它冷却方式（如风冷、液冷等）耦合形成的散热系统亦有使用。

·        优点：系统结构简单，空间利用率高，不需额外耗功，电池组温均性较好。

·        缺点：导热系数低，导热性能差，无法用于电池的高产热工况，尚处于实验室阶段。

后两种技术3-5年内实现规模化应用的可能性不大。

风冷所涉及的冷却结构简单、便于安装、成本较低，但制冷效果低下、无法实现精准控温、需要大面积散热通道。行业目前装机较多的通信基站、小型地面电站等电池能量密度低，充放电速度慢、功率密度相对较低的项目，风冷制冷效率可以满足。液冷通过冷却液对流换热，散热更高效均匀，且可靠性更佳。未来随着新能源电站、离网储能等更大电池容量、更高系统功率密度的储能电站需求起步，储能系统能量密度与发热量更大，对安全性和寿命的要求更高，将推动行业更多转向采用液冷方案。液冷系统可以和电池包高度集成，所需空间小，无需担心灰尘，水汽凝结。但液冷技术的成本相对更高昂，若装机量较大（5MWh 以上），液冷的成本会大大降低。宁德、阳光电源、比亚迪等头部企业已率先切换，龙头示范效应将驱动液冷渗透加速。

技术要求

储能温控的工作对象电池系统、精密空调的工作对象如数据中心、以及工业制冷设备的工作对象如工业机组等，对温控的要求有较高的相似性，具体表现为：

·        对温度、湿度有高恒定性要求：必须控制设备处在恒温恒湿环境的状态中，以避免设备及内部电子元件烧毁甚至引发火灾。

·        有在户外工况下正常工作的能力：要求有较好的过滤空气杂质（风冷）、液体杂质（液冷）能力，以防止杂质进入温控系统或设备中。

·        长时间稳定运行的能力：设备通常需要长时间不间断运行，因此对应要求温控设备有7*24小时不间断稳定运行的能力。

·        液冷中，要求管路中的冷却液不能泄露：一旦管路中的冷却液发生泄漏，会引发设备进水短路，毁坏设备甚至引发火灾。

除满足基本的性能要求外，还需要：1）通过预制化& 模块化，提高效率、降低成本；2）通过定制化，满足项目的地域环境、建筑结构、温湿度要求等多样性需求。3）搭配智能控制系统，实现状态查询、报警分析、参数设定等远程智能控制功能。

温控市场空间

对21-25年全球市场空间测算的核心假设：

·        发电侧配储：装机量为14/50/85/147/239GWh，液冷占比为30%/38%/45%/50%/55%；

·        电网侧储能：装机量为2/4/12/15/25GWh，液冷占比为 15%/20%/25%/30%/35%；

·        工商业储能：装机量为2/7/16/30/57GWh，液冷占比为 15%/20%/25%/30%/30%；

·        户用储能：装机量为4/8/14/32/77GWh，液冷占比为 10%/15%/18%/20%/20%；

·        通信基站：装机量为10/12/19/21/22GWh，液冷占比为 10%/15%/20%/25%/25%；

·        装机产量比：90%。

·        温控系统价值量：21年风冷/液冷价值量分别为3000/9000万元/GWh，在储能系统成本占比约3-9%。

测算结果：1）预计21年全球储能温控市场空间14亿元，其中风冷、液冷分别占比80%/20%；2）预计25年市场空间达到211亿元，其中风冷、液冷分别占比58%/42%；3）21- 25年CAGR达95.9%。

目前风冷方案占比较高，可能主要系通信基站等应用领域推广更快，通信基站中的储能系统功率密度相对较低，对温控设备要求较低，因此大量在数据中心温控领域采用的风冷方案应用到该领域。未来随着新能源电站、离网储能等更大电池容量、更高系统功率密度的需求起来，液冷方案占比将快速提升。