一文看懂储能热管理新赛道

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中金丨储能热管理:乘储能东风,展液冷宏图|液冷

随着清洁能源占比逐步提升,储能在电力系统的发电侧、电网侧和用户侧起到了至关重要的作用。电化学储能由于能量密度大、应用灵活、响应快速等优势,渗透率快速提升。

据CNESA数据,截至2021年底,全球已投运电力储能项目累计装机规模 209.4GW,新型储能的累计装机规模为25.4GW,钠离子电池占主导地位,市场份额超90%达23.1GW。中国已投运电力储能项目累计装机规模46.1GW,占全球市场总规模的22%,新型储能累计装机规模达到5.73GW,锂离子电池是目前新型储能的主流技术路线,占比89.7%达5.14GW。

电池作为电化学储能的核心部件,具有较大的热失控风险,从安全角度看,储能热管理极具重要性。经专业测算:1GWh 储能系统选择风冷方案投资成本约为 3000 万元。同理,按照液冷板等关键部件成本测算,1 GWh 储能系统选择液冷方案投资成本约为 9000 万元。

1.电化学储能系统中的热管理

热管理是电化学储能系统重要组成部分。

电化学储能产业链分为上游设备商、中游集成商、下游应用端三部分。

上游设备包括电池组、储能变流器(PCS)、电池管理系统(BMS)、能量管理系统(EMS)、热管理和其他设备等;中游环节核心为系统集成+EPC;下游主要分为电源侧、电网侧、用户侧三大场景。

储能产业链多数企业参与其中1- 2个细分领域,少数企业从 电池到系统集成,甚至EPC环节全参与。

电化学储能产业链全景图

2011-2021年间,全球共发生32起储能电站起火爆炸事故, 2022年1-5 月,全球就已经发生了10起以上的储能着火事故。 国内在电池储能站快速发展的同时,由于电池、PCS质量问题或者系统集成商施工能良莠不齐,电池储能火灾隐患较为严重,起火事故频繁。

2021年4月16日,北京国轩福威斯储能电站发生火灾爆炸,经调查,起火原因是LFP电池发生内短路,引发电池热失控起火。同年7月,搭载特斯拉 Megapack储能系统的澳大利亚“维多利亚大电池”项目在测试过程中因冷却系统泄露,引发电池仓起火。

电池热失控成为起火事故的主要原因。电池热失控指由于内部短路或外部短路导致电池短时间产生大量热量,引发正负极活性物质和电解液反应分解,产生大量的热和可燃性气体,导致电池起火或者发生爆炸。

频繁出现的起火事件凸显出热管理已成为保障储能电站安全运行必不可少的重要组件。

2.技术路线

目前储能热管理较为成熟的技术路线为风冷和液冷,其中风冷在目前储能系统中占主流,液冷方案在未来渗透率料将不断上升。

电站储能系统采用风冷方案,运营寿命为15年,而选用液冷方案的电站使用寿命可延长到20年。

热管理成为储能系统核心,风冷与液冷是目前成熟的技术路线。储能热管理的冷却方式主要有以下三大技术路线:风冷(空气冷却)、液冷和相变冷却,此外还有热管冷却。

三大热管理技术路线对比

风冷技术

目前,在功率密度较小的集装箱储能系统和通信基站储能系统中主要采用风冷技术。一方面是因为风冷系统结构简单,安全可靠,并且易于实现;另一方面是因为储能系统对能量密度和空间的限制不像动力电池系统那么苛刻,可以通过增加电池数目来获得较低的工作倍率和产热率。

集装箱式锂电池储能系统为例,该系统由标准集装箱、锂离子电池系统、电池管理系统、储能变流器、空调和风道、配电柜、七氟丙烷灭火装置等组成。

集装箱式储能电站风冷系统

风冷热管理系统有 空调结构包括 落地一体式、顶置一体式、分体式等构型 。 落地一 体式空调用于已预留空调空间的 储能 集装箱中 ,通常顶部出风,与集装箱内部的风道相连接,直接对电 池组进行 精确送风。

储能集装箱内部没有空间安装空调,则需要使用顶置一体式空调,空调安装在集装箱顶部,从顶 部对电池进行制冷。

分体式空调内机安装在电池组当中,前回风背送风,将空调出风口与风道相连,直接对电池进行制冷。

储能电池热管理具体方案

来源:黑盾股份官网

液冷技术

液冷方案采用水、乙醇、硅油等冷却液,通过液冷板上均匀分布的导流槽和电芯间接接触进行散热。其优点包括:1)靠近热源,高效制冷;2)与相同容量的集装箱风冷方案相比,液冷系统不需要设计风道,占地面积节约50%以上,更适合未来百MW级以上的大型储能电站;3)相比风冷系统,由于减少了风扇等机械部件的使用,故障率更低;4)液冷噪声低,节省系统自耗电,环境友好。

液冷技术:制冷效率更高

液冷方案在保证储能系统安全、散热效率等方面综合优势显著。液冷方案采用水、乙 醇、硅油等冷却液,通过液冷板上均匀分布的导流槽和电芯间接接触进行散热。其优点包 括:1)靠近热源,高效制冷;2)与相同容量的集装箱风冷方案相比,液冷系统不需要设 计风道,占地面积节约 50%以上,更适合未来百 MW 级以上的大型储能电站;3)相比风 冷系统,由于减少了风扇等机械部件的使用,故障率更低;4)液冷噪声低,节省系统自 耗电,环境友好。

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。

储能系统热管理液冷路线

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。

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。

各储能公司液冷技术方案布局

相变冷却

相变冷却,是利用相变材料发生相变来吸热的一种冷却方式。

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。

相变冷却具有结构紧凑、接触热阻低、冷却效果好等优点,但是相变材料本身不具备散热能力,吸收的热量需要依靠液冷系统、风冷系统等导出,否则相变材料无法持续吸收热量。此外,相变材料占空间,成本高。

相变冷却结构

3.市场空间

根据中信证券测算,预计2025年市场空间123-237亿元。

以1MWh的集装箱式储能系统为例,这类小规模低能量密度的储能系统一般采用风冷技术。根据测算,在典型工况1C运行时,系统产热率为39kW,需要的空调最小制冷功率为24kW。以市面上某种户外空调为例,制冷量为1500W,价格2000元/台,制冷成本约计算为1.33元/W。若满足上述集装箱储能系统,则对应需要约3万元,可进一步得出单GWh储能系统选择风冷方案投资成本约为3000万元。同理,按照液冷板等关键部件成本测算,单GWh储能系统选择液冷方案投资成本约为9000万元。

测算结果表明,保守假设下,2021-2025年全球电化学储能热管理市场空间分别达到17/30/52/82/123亿元,对应CAGR+65%。其中,中国市场分别将达到2/5/8/15/27亿元,对应CAGR+85%。

中性假设下,如果2025年全球电化学储能容量需求达到315GWh,则对应储能热管理市场空间为166亿元,2021-2025年的CAGR为78%。

乐观假设下,如果2025年全球电化学储能容量需求达到450GWh,则储能热管理市场空间为237亿元,2021-2025年的CAGR为95%。

电化学储能热管理市场空间测算(保守假设)

4.参与企业

目前参与储能热管理市场的公司包括生产空调、液冷板等工业温控设备的公司。布局较早,拥有技术积累的公司可能拥有更多优势。

汽车空调热管理者切入储能领域,如松芝股份奥特佳三花智控银轮股份飞荣达(电池液冷板)、创新能源

液冷方式将成为储能系统热管理的主流趋势,在液冷式电池冷却系统中,冷却液需要通过泵强制循环。电子水泵销售量将伴随储能电池出货量同步高速增长。相关公司飞龙股份电子水泵市占率排行第一。浙江雷利。

储能热管理参与者根据技术路线来源分为两大类:

风冷技术公司:大部分是以前空调相关的公司,包括精密温控,如英维克申菱环境朗进科技佳力图中信证券松芝股份列为风冷技术路线完全是扯淡。

液冷技术公司:工业冷却相关者,如同飞股份、松芝股份高澜股份、黑盾股份(839800),其中宁德时代和远景能源是松芝股份的储能热管理客户,2022-07-08,松芝股份董秘回复:公司的电池热管理系统产品主要采用液冷技术,目前主要应用于新能源汽车及储能电站领域,储能热管理获TÜV莱茵的认证证书。宁德时代液冷电柜如图所示:

储能热管理行业公司介绍

英维克

成立于 2005 年,是国内领先的精密温控节能设备提供商,致力于为云计算数据中 心、服务器机房、通信网络、电力电网、储能系统、客车、轨交列车等领域提供散热 解决方案。公司始终重视技术研发和行业发展需求,基本构建了从热源到冷源的设备 散热全链条的技术平台,下游客户包括腾讯阿里巴巴、中国三大电信运营商、华为、 比亚迪等。2021 年,实现营收和归母净利润 22.3 亿元/2.1 亿元,同比+30.8%和 12.9%, 机房温控节能产品和机柜温控节能产品营收占比分别为 53.8%和 29.8%,构成公司主 要收入来源。

公司是国内最早涉足电化学储能系统温控的厂商,基于对电池温控技术的多年积累, 目前已成为一家能提供全链条储能温控解决方案的公司,包括风冷及液冷等各项技术。在 原有 MC 系列风冷温控设备基础上,于 2020 年推出 EMW 水冷机组并开始批量应用。冷 量跨度从 3KW-100KW,能满足 0.3MWh-3MWh 的各类储能应用场景,是目前行业内储能 布局最为领先的供应商。2021 年来自储能应用的营业收入约 3.37 亿元,同比+250%,对 公司业务的贡献显著提升。 

同飞股份

2001 年成立,2021 年在深交所创业板上市,始终专注于工业温控设备领域,是国家 级专精特新“小巨人”企业。目前,公司主要产品可分为液体恒温设备、电气箱恒温装置、 纯水冷却单元和特种换热器四大类,下游应用场景主要包括数控机床与激光设备、电力电 子装置、电化学储能系统、半导体制造设备、氢能装备、工业洗涤设备等领域。2021 年, 公司实现营收 8.3 亿元,同比+35.5%,液体恒温设备和电气箱恒温装置营收增速高达 43% 和 57%。

公司生产的液体恒温设备和电气箱恒温装置可分别为电化学储能系统提供空冷和液 冷解决方案。2021 年,公司布局两项储能电池热管理项目的研发,同时与天津大学共建 “工业热管理技术联合研究中心”,开展产学研合作,凭借较强的研发实力和较大的产能 规模,有望进一步扩大储能市场份额。目前,公司储能领域拓展的客户有阳光电源、科陆 电子、南都电源等,储能业务处于快速发展阶段。 

高澜股份

公司成立于 2001 年,是国内领先的电力电子装置用纯水冷却设备供应商,2016 年登 陆创业板。通过内生+并购逐步将业务拓展至新能源汽车热管理、储能温控、数据中心温 控等领域。公司已与金风科技、远景能源、ABB、GE、宁德时代比亚迪等国内外优质客 户建立长期合作关系。2021 年被工信部认定为专精特新“小巨人”企业。2016-2021 年, 公司营收从 4.7 亿元增长至 16.8 亿元,CAGR 达 29.1%,2021 年因疫情反复、原材料价 格上涨、竞争加剧,公司归母净利润承压下滑。

公司在储能电池热管理技术方面持续投入研发,目前已有基于锂电池单柜储能液冷产 品、大型储能电站液冷系统、预制舱式储能液冷产品等的技术储备和解决方案,并签订了 少量样机合同。公司在液冷领域具备深厚的技术积累,随着大型风光电站储能等更大电池 容量、更高功率密度、运行工况更为复杂的储能系统的发展,液冷方案渗透率预计快速提 升,公司储能热管理产品充分受益。

申菱环境

公司成立于 2000 年,2021 年创业板上市,主营业务围绕专业特种空调为代表的空气 环境调节设备开展,主要产品包括数据服务空调、工业空调、特种空调、公建及商用空调 四类。公司是华为温控设备核心供应商,下游客户还包括腾讯阿里等头部互联网企业、 三大运营商、特斯拉小鹏汽车等新能源汽车企业、国家电网、中石化等跨行业公司。2021 年,公司营收和归母净利润分别为 18.0 亿元/1.4 亿元,分别同比+22.6%和 12.6%。

公司工业空调产品可应用于储能热管理系统,储能业务处于开发布局初期。2021 年, 伴随新能源发电带来的储能规模的快速增长,公司积极拓展新业务、新客户以及新应用场 景,研发投入同比增长 23.67%,旨在加强在数据中心 DPC 相变冷却系统、液冷散热系统、 电化学储能热管理系统等重点行业新产品的开发力度。

松芝股份

公司是国内汽车热管理产品领军企业,主营汽车、轨道交通及冷链物流等领域热管理 产品,广泛应用于大中型客车、乘用车、货车、轻型客车及冷冻冷藏车等各类车辆。目前 研发团队超过 500 人,核心研发人员普遍具有 10 年以上的汽车热管理产品开发经验。2021 年顺利通过上汽通用、蔚来、Tesla 等主机厂的评审,目前已进入宇通客车、大众、本田、 通用、福特、比亚迪、蔚来等国内外著名车企供应链体系。2021 年,公司实现营收 41.2 亿元,同比+21.9%,小车和大中型客车热管理产品营收占比分别为 61.3%和 23.0%。

公司从 2020 年开始布局储能业务,开发的液冷式储能热管理系统通过冷却水板为电 池降温,大幅提升电池降温效率,能基本实现电池恒温运行,使电池寿命大幅提升。目前 公司有两款储能热管理实现量产,多款产品开发中。同时,储能热管理方面的新型制冷剂 应用、超长寿命设计、电子膨胀阀精准控制等技术,正在与新一代产品一起同步开发和验 证中。目前已经成为宁德时代、远景能源等客户的多个型号储能电池热管理产品的供应商。

三花智控

公司是全球最大的制冷控制部件和全球领先的汽车热管理部件制造商,空调电子膨胀 阀、四通换向阀、微通道换热器、车用电子膨胀阀、新能源车热管理集成组件、Omega 泵等产品市占率全球第一,截止阀、车用热力膨胀阀、储液器等市占率处于全球领先。公 司新能源热管理产品已为美国知名电动车企大批量供货,并获得 BBA、通用、丰田、比亚 迪等订单。2021 年,公司营收和归母净利润为 160.21 亿元/16.84 亿元,同比+32.3%和 +15.2%,制冷空调零部件和汽车零部件业务营收同比+16.36%和+94.50%。

2022 年 3 月底,公司成立全资子公司三花新能源热管理科技(杭州)有限公司,拟面向 全球,开展与储能热管理相关业务,公司根据客户需求提供热管理零部件,产品涉及阀类、 泵类、换热器类等。

银轮股份

公司是国内汽车热管理行业龙头企业,已在传统商用车、乘用车、工程机械热管理领 域建立了较强的竞争优势,目前正加速开拓新能源乘用车热管理和工业换热业务。2021 年公司新能源业务取得高速发展,实现营收 10.5 亿元,同比+223%,拥有蔚来、小鹏、 通用、福特、宁德时代、吉利、长城、比亚迪、宇通、长安等优质客户资源;公司始终重 视研发,形成了多项国际一流、国内领先的核心技术,使公司产品具有技术领先、成本低、 品质高等优势。公司 2022Q1 营收和归母净利润为 20.5 亿元/0.7 亿元,分别同比+2.77% 和-33.2%,环比分别+3.53%和 1300%。

为保障公司业务长期可持续增长,公司与中电投成立合资公司,布局储能热管理系统。公司在 2021 年报中披露新兴领域包括电力储能热管理、发动机组换热产品和特高压输变 电冷却产品,涉及三星、LG 等客户。(报告来源:未来智库)

奥特佳

公司主营汽车热管理系统及零部件的开发和生产,主要产品包含汽车空调系统、汽车 空调压缩机、储能电池热管理产品及其关键部件。国内主要客户有蔚来、吉利、奇瑞、比 亚迪、上汽通用五菱、长安、零跑、部分新能源汽车研发机构和车载控制系统整合商等; 国际主要客户是大众、福特、通用、捷豹-路虎、塔塔汽车及部分新能源汽车新秀厂商。2021 年,公司实现营收和归母净利润 51.4 亿元/-1.3 亿元,同比+37.9%和+54.8%。

2021 年,公司全资子公司上海空调国际在储能设备热管理方面的业务发展迅速,由 于发展前景良好,同年 6 月公司设立埃泰斯新能源科技(上海)有限公司专营储能电池热 管理业务。公司 2021 年立项的“储能液冷热管理系统”研发项目已于同年底批量投产, 计划实现制冷量 15kw,制热量 16kw,运行温度-40 度至 55 度。

朗进科技

公司早期专业从事轨道交通车辆空调及其控制系统,提供满足各类型轨道交通车辆需 求的变频节能空调系列产品,主要直接客户群体为中国中车下属整车制造企业。公司紧跟 国内新能源汽车、数字经济爆发式增长热潮,依托智能变频节能技术和制冷、热泵技术等 核心优势,积极研发、拓展新能源汽车、数据中心、服务器机房、通信网络、储能系统、 智能电网等领域用设备散热解决方案及节能温控产品,稳步扩展行业市场。

公司储能温控产品主要应用于集装箱式储能电站,产品使用变频控制技术,宽电压设 计,低噪声、大风量、小焓差、耐腐蚀,采用高铁空调可靠性设计标准,365 天*24 小时 连续不间断运行设计,采用集成智能运维系统,有效降低运维成本,具备过热、过流、过 欠压、高低压保护功能,可靠性高。公司作为新型储能电站温控设备的供应商,持续加大 对该产业的研发和市场投入,目前公司已同国内部分企业开展业务合作,实现部分订单批 量生产和销售。

佳力图

公司成立于 2003 年,2017 年上交所上市,是国内数据中心精密空调龙头企业,是国 内市场占有率最高的国产品牌。主要产品包括精密空调设备、机房环境一体化产品两大类, 下游客户包括三大运营商、华为等知名企业。公司以技术为驱动,始终将技术研发放在首 位,掌握 36 项国内领先的核心技术,保障公司始终处于行业的前沿。2021 年公司实现营 收 6.67 亿元,同比+6.68%,因疫情影响和金属原材料价格上涨,归母净利润为 0.85 亿元, 同比-26.35%。

公司 2021 年在研的“VRH 模块化复合多联制冷机组”项目,可同时适用于数据中心 和储能集装箱的热管理,该机组具备以下核心优势:1)主机侧采用变频压缩机并联制冷 技术,可根据实际热负载情况自由调整压缩机工作频率,实现节能;2)末端侧采用多联 背板、列间等高效的换热末端,贴近热源冷却,换热效率更高;3)当室外温度低于室内温度并达到预设阀值时,机组利用室外自然冷源来实现节能;4)采用智能控制,可实现 主动寻优,最大程度上减少无效做功,提升效率。

黑盾股份

公司成立于 2009 年,是一家聚焦温控解决方案的高新技术企业,主营产品包括机房、 机柜、基站、储能温控产品和数据中心基础设施、运输制冷产品,广泛应用于数据中心、 通信、电力、金融、能源、交通、环保等行业。公司拥有自主研发平台、完备的产品研发 体系、核心专利技术以及相关软件著作权,自主研发的各类精密温控设备通过了多个 ISO 体系认证,在行业内拥有较高的知名度,拥有铁塔、三大运营商、华为、中兴、诺基亚、 康普等优质客户资源。

2017 年起,公司开始为储能系统提供风冷温湿度解决方案,根据储能电池、PCS 发 热特点和运行要求,先后研发了储能集装箱专用的一体式风冷空调和热交换器。2020 年, 储能电池行业对制冷系统能效比的要求提高,公司推出了液冷一体机系统,覆盖了 3kW~60kW 冷量,产品具有一体化结构、可顶部出风或正面出风、贴近发热源、比热容高、 低噪音、高效节能等优势。公司的储能温控产品通过了 CCC、CE、UL 等国内外产品认证, 已在国内和海外项目中大批量投入使用。

飞荣达

公司积极开拓新领域,重点发力新能源领域。公司在新能源汽车、光伏逆变器、电源 产品等新领域持续精耕细作,汽车电池端板、液冷板、导热膏和逆变器散热器件等产品已 开始批量交货。新能源产业链中,公司产品主要包括压铸件、注塑件、液冷板、复合材料、 屏蔽材料及导热材料等,公司拥有多种与汽车相关的 EMI/TIM 新材料及新工艺产品,如半 固态压铸其组件(新能源电池包端板)、钎焊液冷板、密封橡胶、导热界面材料等。

公司取得多领域优质客户供货资质。公司凭借在新能源汽车、光伏逆变器、电源产品 等新领域持续的精耕细作,已获得多领域优质客户供货资质。2021 年 11 月公司与宁德时 代签署合作协议,为其提供压铸件、液冷板、连接件、复合材料等多类产品。根据协议, 预计公司未来 5 年来自宁德时代的订单金额约为 36 亿元。

2022年储能热管理行业发展现状及竞争格局分析 全球电化学储能装机量近两年增速加快 - 报告精读 - 未来智库 (vzkoo.com)

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2022-09-12 20:36

建议看看重力储能

英维克上半年储能营收就2.5亿,市占率30%,你测算的市场空间有点小。