液冷技術(shù)市場(chǎng)分析

液冷技術(shù)市場(chǎng)分析一、液冷技術(shù)原理概述液冷，顧名思義，即采用液體接觸熱源進(jìn)行冷卻的方式。根據(jù)冷卻液和服務(wù)器接觸換熱方式的不同，分為直接液冷和間接液冷，其中間接液冷以冷板式液冷技術(shù)為主，直接液冷以浸沒(méi)式液冷技術(shù)為主。1.1冷板式液冷冷板式液冷屬于間接式液冷，即發(fā)熱元件和冷卻介質(zhì)不直接接觸。冷板式液冷通過(guò)與裝有液體的冷板直接接觸來(lái)散熱，或者由導(dǎo)熱部件將熱量傳導(dǎo)到冷板上，然后通過(guò)冷板內(nèi)部液體循環(huán)帶走熱量。由于服務(wù)器芯片等發(fā)熱器件不直接接觸液體，因此該方式對(duì)現(xiàn)有服務(wù)器芯片組件及附屬部件改動(dòng)量較小，可操作性更強(qiáng)。開(kāi)式循環(huán)的冷板式液冷系統(tǒng)包括一次側(cè)（室外）和二次側(cè)（室內(nèi)）。根據(jù)循環(huán)架構(gòu)的不同，冷板式液冷又分為開(kāi)式循環(huán)系統(tǒng)和閉式循環(huán)系統(tǒng)。開(kāi)式循環(huán)系統(tǒng)能將熱量轉(zhuǎn)移至室外進(jìn)行散熱，減少機(jī)房的空調(diào)用量，降低整體PUE（PowerUsageEffectiveness，電能利用效率）。具體而言，該系統(tǒng)包括一次側(cè)（室外）和二次側(cè)（室內(nèi)）兩部分，一次側(cè)為機(jī)房供水，包括室外的干冷器和冷水機(jī)組，熱量轉(zhuǎn)移主要通過(guò)水溫的升降實(shí)現(xiàn)，二次側(cè)包括供液環(huán)路和服務(wù)器內(nèi)部流道，主要通過(guò)冷卻液溫度的升降實(shí)現(xiàn)熱量轉(zhuǎn)移；兩個(gè)部分通過(guò)CDU（冷量分配單元）中的板式換熱器發(fā)生間壁式換熱，工質(zhì)不做混合。CDU是關(guān)鍵部件之一，除了起到循環(huán)冷卻液的作用外，還負(fù)責(zé)監(jiān)視環(huán)境露點(diǎn)并調(diào)節(jié)供水給機(jī)架的溫度，露點(diǎn)溫度即水蒸氣與水達(dá)到平衡狀態(tài)的溫度，當(dāng)實(shí)際溫度t大于露點(diǎn)溫度Td時(shí)，空氣未飽和。CDU一般將輔助水回路的供應(yīng)溫度提高到比房間露點(diǎn)溫度高出至少2℃的水平，以防止冷凝現(xiàn)象發(fā)生。1.2浸沒(méi)式液冷浸沒(méi)式液冷是指將發(fā)熱電子元器件如CPU、主板、內(nèi)存條、硬盤等直接浸泡在絕緣、化學(xué)惰性的冷卻液（電子氟化液）中，通過(guò)循環(huán)的冷卻液將電子元器件產(chǎn)生的熱量帶走。根據(jù)冷卻液在循環(huán)散熱過(guò)程中是否發(fā)生相變，分為單相浸沒(méi)式液冷和雙相浸沒(méi)式液冷。單相浸沒(méi)式液冷單相浸沒(méi)式液冷的冷卻液通常具有較高的沸點(diǎn)，因此冷卻液在吸熱后始終維持在液態(tài)狀態(tài)。單相浸沒(méi)式液冷通過(guò)自然對(duì)流或泵驅(qū)動(dòng)冷卻液的循環(huán)，區(qū)別在于是否有外力驅(qū)動(dòng)液體循環(huán)。自然對(duì)流驅(qū)動(dòng)的循環(huán)散熱過(guò)程利用了液體受熱后體積膨脹密度減小的特點(diǎn)，較熱的冷卻液會(huì)自然上浮，之后被連接到外部冷卻回路的熱交換器冷卻；冷卻后的液體在重力作用下自然下沉，完成循環(huán)散熱。泵驅(qū)動(dòng)則擁有一個(gè)由泵、熱交換器、傳感器、過(guò)濾器組成的裝置，即冷卻液分配單元（CDU），利用CDU可以更加精確地控制冷卻液的溫度和流速。單相浸沒(méi)式液冷的優(yōu)勢(shì)在于（1）冷卻液價(jià)格相對(duì)更低，部署成本更低；（2）冷卻液無(wú)相變，不需要頻繁補(bǔ)充冷卻液且無(wú)需擔(dān)心冷卻液蒸發(fā)溢出或人員吸入的健康風(fēng)險(xiǎn)，更有利于維護(hù)。但另一方面，相對(duì)于雙相液冷，單相液冷的散熱效率更低。雙相浸沒(méi)式液冷雙相浸沒(méi)式液冷的冷卻液則會(huì)經(jīng)歷氣液狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。IT設(shè)備完全浸沒(méi)在裝有低沸點(diǎn)冷卻液的密閉罐體中，設(shè)備的熱量被冷卻液吸收，冷卻液吸熱后溫度升高至沸騰，由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)，蒸汽從液體中升起逃逸至頁(yè)面上方，在液體罐體內(nèi)形成氣相區(qū)。氣相區(qū)的冷卻液蒸汽與水冷冷凝器接觸后凝結(jié)成液體滴落回容器中再次循環(huán)，而冷凝器中被加熱的冷卻水則通過(guò)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)完成排熱。雙相浸沒(méi)式液冷充分利用了冷卻液的蒸發(fā)潛熱，可以滿足高功率發(fā)熱元件對(duì)散熱的極端要求，使IT設(shè)備可以保持滿功率運(yùn)行。但相變的存在也使得液冷系統(tǒng)必須保持密閉，以防止蒸汽外溢流失，同時(shí)必須考慮相變過(guò)程導(dǎo)致的氣壓變化，以及系統(tǒng)維護(hù)時(shí)維護(hù)人員吸入氣體的健康風(fēng)險(xiǎn)。整體來(lái)看，浸沒(méi)式液冷優(yōu)勢(shì)在于：（1）冷卻液與發(fā)熱設(shè)備直接接觸，具有較低的對(duì)流熱阻，傳熱系數(shù)高；（2）冷卻液具有較高的熱導(dǎo)率和比熱容，運(yùn)行溫度變化率較小；（3）冷卻液絕緣性能優(yōu)良，閃點(diǎn)高不易燃，且無(wú)毒、無(wú)害、無(wú)腐蝕。因此浸沒(méi)式液冷技術(shù)適用于對(duì)熱流密度、綠色節(jié)能需求高的大型數(shù)據(jù)中心、超級(jí)計(jì)算、工業(yè)級(jí)其他計(jì)算領(lǐng)域和科研機(jī)構(gòu)，特別是應(yīng)用于地處嚴(yán)寒、高海拔地區(qū)，或者地勢(shì)較為特殊、空間有限的數(shù)據(jù)中心，以及對(duì)環(huán)境噪音要求較高，距離人群辦公、居住場(chǎng)所較近，需要靜音的數(shù)據(jù)中心具有明顯優(yōu)勢(shì)。兩種技術(shù)比較由于冷板式液冷技術(shù)發(fā)展較早，相比浸沒(méi)式這類直接接觸型液冷技術(shù)更成熟、生態(tài)更完善、改造成本更低，因此目前以冷板式液冷為主。但直接接觸型液冷技術(shù)可更大程度上利用液體的比熱容大的特點(diǎn)，制冷效率更高，未來(lái)或?qū)⒄紦?jù)更多市場(chǎng)。二、項(xiàng)目大型化帶來(lái)冷卻效率提升需求，液冷降耗優(yōu)勢(shì)明顯2.1數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域：冷板式液冷為主數(shù)據(jù)中心的電能消耗源于IT設(shè)備、制冷設(shè)備、供配電系統(tǒng)和照明等。對(duì)于數(shù)據(jù)中心內(nèi)的IT和電氣設(shè)備而言，高溫和高濕度是不理想的條件。大多數(shù)IT設(shè)備在工作過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生熱量，而過(guò)熱和過(guò)濕會(huì)損害設(shè)備，導(dǎo)致它們發(fā)生故障并停止工作，損壞的設(shè)備又可能導(dǎo)致火災(zāi)和其他安全問(wèn)題。因此需要為數(shù)據(jù)中心配備足夠的冷卻能力，保障設(shè)備的正常運(yùn)行。根據(jù)《綠色高能效數(shù)據(jù)中心散熱冷卻技術(shù)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)》，我國(guó)數(shù)據(jù)中心約有45%的能耗用于IT設(shè)備，43%用于散熱冷卻設(shè)備。數(shù)據(jù)中心的常規(guī)冷卻方式包括風(fēng)冷、水冷、液冷等。風(fēng)冷：早期的數(shù)據(jù)中心普遍采用風(fēng)冷型空調(diào)系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用制冷劑冷媒作為傳熱介質(zhì)，空氣通過(guò)室內(nèi)機(jī)組內(nèi)蒸發(fā)盤管制冷降溫后，在室內(nèi)進(jìn)行空氣循環(huán)。制冷劑一般為氟利昂，單機(jī)制冷量為10-120kW。水冷：隨著數(shù)據(jù)中心對(duì)冷卻效果的要求不斷提升，水冷技術(shù)逐步被應(yīng)用其中。水冷型系統(tǒng)主要由室內(nèi)機(jī)、換熱器、冷卻塔、膨脹水箱、循環(huán)水泵、內(nèi)外間連接水管等組成。制冷劑吸熱后，熱量先通過(guò)水冷冷凝器傳遞給冷卻水，再通過(guò)冷卻塔排放到大氣中。液冷：水冷實(shí)際是液冷的一種，除了以水作為傳熱介質(zhì)外，為了提高換熱效率，滿足數(shù)據(jù)中心高功率、高密部署、低PUE的使用需求，液冷還會(huì)采用比熱容更大的傳熱介質(zhì)，如乙二醇水溶液、礦物油、氟化液等。標(biāo)況下空氣的定壓比熱容為1.004kJ/(kg·k)，水的比熱容為4.2kJ/(kg·k)，用于阿里浸沒(méi)式液冷的氟化液比熱容和汽化潛熱分別為1110kJ/(kg·k)和88kJ/kg。液體的比熱容遠(yuǎn)高于氣體，散熱效率實(shí)現(xiàn)極大提升。數(shù)據(jù)中心數(shù)量增加&大型機(jī)架占比提升，總耗電量不斷上升，增加能耗擔(dān)憂。根據(jù)信通院數(shù)據(jù)，2017-2021年，數(shù)據(jù)中心機(jī)架數(shù)量從166萬(wàn)架增至520萬(wàn)架，年均復(fù)合增速超30%，大型規(guī)模以上機(jī)架數(shù)量從83萬(wàn)架增至420萬(wàn)架，總占比提升至80.8%。據(jù)信通院測(cè)算，2022年全國(guó)機(jī)架規(guī)模將持續(xù)增長(zhǎng)，大型以上機(jī)架數(shù)量將增至540萬(wàn)架。能耗方面，2017-2020年，我國(guó)信息通信領(lǐng)域規(guī)模以上數(shù)據(jù)中心年耗電量年均增長(zhǎng)28%，2021年全國(guó)數(shù)據(jù)中心耗電量達(dá)2166億度，約占全國(guó)總耗電量的2.6%，碳排放量達(dá)1.35億噸，占全國(guó)二氧化碳排放量的1.14%左右。據(jù)信通院測(cè)算，2030年我國(guó)數(shù)據(jù)中心耗電量將超過(guò)3800億度。雙碳背景下，我國(guó)對(duì)數(shù)據(jù)中心PUE的要求日趨嚴(yán)格，節(jié)能降耗勢(shì)在必行。對(duì)于新建的數(shù)據(jù)中心，2017年，《“十三五”節(jié)能減排綜合工作方案》提出，新建大型云計(jì)算數(shù)據(jù)中心PUE值低于1.5。2021年12月，國(guó)家發(fā)改委四部門發(fā)布新政提出，到2025年，全國(guó)新建大型、超大型數(shù)據(jù)中心平均PUE值降至1.3以下，國(guó)家樞紐節(jié)點(diǎn)還將進(jìn)一步降至1.25以下。另外，我國(guó)還將對(duì)已有高能耗數(shù)據(jù)中心進(jìn)行改造，2021年，國(guó)家提出將對(duì)PUE值超過(guò)1.5的數(shù)據(jù)中心進(jìn)行改造。數(shù)字經(jīng)濟(jì)時(shí)代，算力網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)以及以ChatGPT為代表的AIGC類應(yīng)用的爆發(fā)，使得高算力需求激增，算力基礎(chǔ)設(shè)施能耗節(jié)節(jié)攀升。根據(jù)國(guó)家政策要求，在算力樞紐8大節(jié)點(diǎn)中，東部地區(qū)大型及以上數(shù)據(jù)中心PUE需要降低到1.25以下，西部氣候適宜地區(qū)大型及以上的數(shù)據(jù)中心PUE需要降低到1.2以下，且要求制冷系統(tǒng)采取新的解決方案。PUE指電源利用效率，為數(shù)據(jù)中心內(nèi)所有用電設(shè)備總耗能與IT設(shè)備耗能之比。影響PUE受諸多因素影響，包括數(shù)據(jù)中心等級(jí)、功率密度、數(shù)據(jù)中心所處的氣候環(huán)境、運(yùn)維管理水平等等。（1）數(shù)據(jù)中心等級(jí)：根據(jù)GB50174-2017《數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)規(guī)范》，數(shù)據(jù)中心劃分為A、B、C三級(jí)，依據(jù)使用性質(zhì)、數(shù)據(jù)丟失或網(wǎng)絡(luò)中斷在經(jīng)濟(jì)或社會(huì)上造成的損失或影響程度確定所屬級(jí)別。等級(jí)越高的數(shù)據(jù)中心，各類設(shè)備的冗余程度越高，最高達(dá)2N，即對(duì)應(yīng)設(shè)備能耗的增加。其中A級(jí)數(shù)據(jù)中心包括但不限于金融行業(yè)、國(guó)家級(jí)信息中心、電力調(diào)度中心、通信、網(wǎng)上支付等行業(yè)的數(shù)據(jù)中心和重要的控制室。算力網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)加速了傳輸、調(diào)度用數(shù)據(jù)中心的建設(shè)，多屬于A級(jí)數(shù)據(jù)中心。（2）功率密度：近年來(lái)，為應(yīng)對(duì)電力需求和維護(hù)成本的上升，提高數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)效率，一個(gè)重要趨勢(shì)是提高功率密度，同時(shí)數(shù)據(jù)中心單位空間產(chǎn)生熱量的瓦數(shù)也在不斷上升，造成了散熱問(wèn)題。根據(jù)UptimeInstitute《2020全球數(shù)據(jù)中心調(diào)查報(bào)告》，2020年全球71%的數(shù)據(jù)中心平均功率密度低于10kW/機(jī)架，相比于2017年的5.6kW/機(jī)架、2011年的2.4Kw/機(jī)架增長(zhǎng)顯著。其中，平均功率密度高于20kW/機(jī)架的數(shù)據(jù)中心約占16%。根據(jù)研究，目前中國(guó)數(shù)據(jù)中心的平均功率密度為8-10kW/機(jī)架。此外，為了滿足高算力負(fù)載需求，通過(guò)單機(jī)架疊加多核處理器提高計(jì)算密度，也導(dǎo)致了IT硬件的處理器功耗顯著增加，單機(jī)架功率密度越來(lái)越高。比如，從當(dāng)前占據(jù)全球服務(wù)器CPU主要市場(chǎng)的英特爾架構(gòu)處理器看，英特爾至強(qiáng)可擴(kuò)展處理器TDP（熱設(shè)計(jì)功耗）從2019年的205W上升到現(xiàn)在的270W，在2023年將達(dá)到350W，提升近一倍。2.2儲(chǔ)能領(lǐng)域：液冷方案成為主流趨勢(shì)溫度對(duì)電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)的容量、安全性、壽命等性能都有影響，因此需要對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行熱管理。儲(chǔ)能系統(tǒng)是一個(gè)由大量電池、PCS、BMS、EMS、溫控、消防等子系統(tǒng)組成的復(fù)雜系統(tǒng)，其中電池是系統(tǒng)的核心部件。溫度對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)的影響體現(xiàn)在兩個(gè)方面：（1）溫度對(duì)單個(gè)電芯的性能有影響，過(guò)高或過(guò)低的溫度將影響電芯正常使用；（2）溫度對(duì)電池系統(tǒng)的性能有影響，多個(gè)電芯之間溫度的差異會(huì)影響系統(tǒng)一致性，一致性問(wèn)題將影響系統(tǒng)的安全、效率和壽命。溫度對(duì)電芯性能的影響體現(xiàn)在：（1）容量：高溫會(huì)導(dǎo)致電池內(nèi)阻增加，活性鋰離子流失。若長(zhǎng)期處于高溫狀態(tài)，電池容量會(huì)大幅偏離標(biāo)稱容量。溫度越高，鋰離子電池的容量衰減越快。而低溫環(huán)境下，電解質(zhì)的傳輸性能大幅降低，也會(huì)導(dǎo)致鋰電池容量降低，磷酸鐵鋰電池的容量保持率在0℃下為60%～70%，而在?20℃時(shí)則降低到20%～40%。（2）壽命：溫度變化導(dǎo)致電池內(nèi)阻、電壓變化，影響電池壽命。研究發(fā)現(xiàn)，溫度每升高1℃，電池壽命則減少約60d。（3）熱穩(wěn)定性：高溫會(huì)導(dǎo)致電池內(nèi)部材料發(fā)生分解反應(yīng)，影響電池安全穩(wěn)定運(yùn)行。高溫環(huán)境下，SEI膜可能發(fā)生分解，進(jìn)而導(dǎo)致鋰離子通道閉塞、正負(fù)極接觸短路、產(chǎn)生大量熱。同時(shí)會(huì)伴隨產(chǎn)生大量氣體，導(dǎo)致電池鼓包、破裂等熱失控現(xiàn)象。而低溫環(huán)境下，電池負(fù)極可能出現(xiàn)鋰枝晶，甚至刺穿SEI膜，影響電池安全。目前普遍認(rèn)為鋰電池的最佳工作溫度區(qū)間為10-35℃。溫度對(duì)電池系統(tǒng)的影響體現(xiàn)在電芯的一致性上。在電池運(yùn)行中，各個(gè)電芯的充放電狀態(tài)的差異、內(nèi)阻差異、電流波動(dòng)等因素，都會(huì)造成多次循環(huán)后，單體電池的老化狀態(tài)差異，進(jìn)而造成單體電池間性能的差異。研究表明模塊間的溫度梯度減少了整體電池組的容量和壽命，因此需要保持電池組內(nèi)各單體電池之間的溫度均勻性。為了保持電池中單體電池的一致性，要求電芯之間溫差不超過(guò)5℃。儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)用的熱管理方案有四種：空冷、液冷、熱管冷卻和相變冷卻。目前只有風(fēng)冷和液冷進(jìn)入大規(guī)模應(yīng)用，熱管冷卻和相變冷卻依然處于實(shí)驗(yàn)室階段。（1）空冷：以空氣為介質(zhì)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易維護(hù)的特點(diǎn)。但空氣比熱容低、導(dǎo)熱系數(shù)低，適合冷卻效率需求較低的場(chǎng)景。（2）液冷：以液體為冷卻介質(zhì)，常用的液冷介質(zhì)有水、乙二醇水溶液、純乙二醇、空調(diào)制冷劑和硅油等。冷卻介質(zhì)的換熱系數(shù)高、比熱容大、冷卻速度快，冷卻效果好，結(jié)構(gòu)緊湊。（3）熱管冷卻：依靠封閉管殼內(nèi)工質(zhì)相變來(lái)實(shí)現(xiàn)換熱的高效換熱元件。熱管具有高導(dǎo)熱、等溫、熱流方向可逆、熱流密度可變、恒溫等優(yōu)點(diǎn)。（4）相變冷卻：利用相變材料發(fā)生相變來(lái)吸熱。選擇比熱容大、傳熱系數(shù)高的材料，冷卻效果好。但相變材料本身不具有散熱能力，需要與其他散熱方式配合。液冷方案逐漸發(fā)展成為增量?jī)?chǔ)能場(chǎng)景下的主流方案。從供給端看，液冷方案具有技術(shù)成熟度高、冷卻效果好、對(duì)系統(tǒng)的性能有積極影響等優(yōu)勢(shì)。（1）安全性：液冷方案散熱效率高、防護(hù)等級(jí)高，可以應(yīng)對(duì)更復(fù)雜的工作環(huán)境，減少熱失控的可能，提高系統(tǒng)運(yùn)行安全性。有數(shù)據(jù)表明，液體散熱能力是同體積空氣的3000倍，導(dǎo)熱能力是空氣的25倍。且液冷系統(tǒng)箱體防護(hù)等級(jí)更高，可以應(yīng)對(duì)更惡劣的使用環(huán)境。（2）經(jīng)濟(jì)性：達(dá)到同樣的控制效果，液冷方案能耗更低，可以降低運(yùn)營(yíng)投入，提高全壽命周期經(jīng)濟(jì)性。為了達(dá)到相同的電池平均溫度，風(fēng)冷需要比液冷高2-3倍的能耗。相同功耗下電池包的最高溫度，風(fēng)冷比液冷要高3-5攝氏度，液冷系統(tǒng)相比風(fēng)冷系統(tǒng)節(jié)能最大可達(dá)50%左右。（3）集成度高：由于液冷方案冷卻效果更好，在集裝箱內(nèi)儲(chǔ)能系統(tǒng)的集成度更高。以科華數(shù)據(jù)S3液冷儲(chǔ)能系統(tǒng)為例，傳統(tǒng)風(fēng)冷的40尺集裝箱容量3.44MWh，而同樣40尺集裝箱的液冷方案容量可達(dá)6.88MWh。同等容量的儲(chǔ)能電站，采用液冷電池系統(tǒng)節(jié)省占地面積40%以上。從需求端看，儲(chǔ)能系統(tǒng)更大容量、更多場(chǎng)景的發(fā)展方向，對(duì)熱管理的要求越來(lái)越高，液冷方案的性能與之更匹配。（1）儲(chǔ)能電站規(guī)模越來(lái)越大。隨著電力系統(tǒng)中新能源占比提升，對(duì)儲(chǔ)能等調(diào)峰資源的需求日益凸顯，而大容量?jī)?chǔ)能電站的調(diào)度性能優(yōu)于小容量電站，因此，規(guī)?；膬?chǔ)能電站呈現(xiàn)大容量趨勢(shì)。目前獨(dú)立式儲(chǔ)能項(xiàng)目單體規(guī)模正在快速突破百M(fèi)Wh，朝著GWh邁進(jìn)。2022年有4個(gè)200MW/400MWh的單體電站投運(yùn)。截至2022年9月，已經(jīng)規(guī)劃啟動(dòng)的、規(guī)模在500MWh以上的儲(chǔ)能項(xiàng)目已經(jīng)多達(dá)30個(gè)，總規(guī)模合計(jì)12.2GW/33GWh。大容量電站通常使用大容量電芯，隨著電芯的體積和容量增大，電芯自身的散熱性能變差，因此對(duì)系統(tǒng)的熱管理能力要求會(huì)越來(lái)越高。（2）儲(chǔ)能電站應(yīng)用場(chǎng)景更加多元。根據(jù)不同儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)的需求，儲(chǔ)能的應(yīng)用場(chǎng)景可以分為容量型（≥4小時(shí)）、能量型（約1~2小時(shí)）、功率型（≤30分鐘）和備用型（≥15分鐘）四類。容量型和能量型場(chǎng)景下，儲(chǔ)能應(yīng)用于削峰填谷、離網(wǎng)儲(chǔ)能、緊急備用等功能，呈現(xiàn)出大容量趨勢(shì)，單個(gè)項(xiàng)目的產(chǎn)熱量提升，對(duì)熱管理的要求提高。功率型場(chǎng)景下，要求儲(chǔ)能系統(tǒng)可以瞬時(shí)吸收或釋放能量，提供快速的功率支撐，快速充放電對(duì)電池的溫度調(diào)節(jié)要求更高，熱管理的重要性凸顯。三、液冷方案應(yīng)用現(xiàn)狀3.1數(shù)據(jù)中心液冷：電信運(yùn)營(yíng)商發(fā)布“三年愿景”，2025年液冷數(shù)據(jù)中心占比有望達(dá)50%數(shù)據(jù)中心液冷領(lǐng)域，海外廠商先行，中國(guó)廠商后發(fā)制人。早在上世紀(jì)70年代，IBM公司便研發(fā)出世界首款冷凍水冷卻計(jì)算機(jī)System360，開(kāi)創(chuàng)了液冷計(jì)算機(jī)先河。而后在2008-2009年，IBM和英特爾先后推出了液冷超級(jí)計(jì)算機(jī)Power575和礦物油浸沒(méi)散熱系統(tǒng)。國(guó)內(nèi)廠商則以中科曙光率先開(kāi)始，2011年中科曙光著手研究服務(wù)器液冷技術(shù)，并于2013年完成了首臺(tái)冷板式液冷服務(wù)器原理機(jī)和首臺(tái)浸沒(méi)式液冷原理驗(yàn)證。此后，華為、浪潮、聯(lián)想、阿里等國(guó)內(nèi)廠商陸續(xù)發(fā)布液冷服務(wù)器、液冷系統(tǒng)或解決方案。隨著中科曙光、華為、浪潮、聯(lián)想和阿里等在液冷領(lǐng)域的探索，中國(guó)液冷技術(shù)發(fā)展迅速，并且在液冷的規(guī)模應(yīng)用上積累了更為先進(jìn)的經(jīng)驗(yàn)。曙光自研浸沒(méi)相變液冷系統(tǒng)應(yīng)用于“東數(shù)西算”樞紐節(jié)點(diǎn)，PUE最低可降至1.04。中科曙光依托浸沒(méi)相變液冷技術(shù)，推出標(biāo)準(zhǔn)化解決方案，該方案可使CPU等主要芯片運(yùn)行溫度下降10攝氏度左右，額外帶來(lái)10-30%的應(yīng)用性能提升，同時(shí)，浸沒(méi)相變系統(tǒng)通過(guò)減小部件和元器件所負(fù)載的溫度變化幅度，極大提升了數(shù)據(jù)中心運(yùn)行的穩(wěn)定可靠性，實(shí)現(xiàn)全年自然冷卻，風(fēng)扇風(fēng)機(jī)能耗降低接近100%，總能耗降低約30%，高密度部署為機(jī)房節(jié)省85%左右的空間。截至2022年4月，曙光已將這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于全國(guó)二十多個(gè)城市，覆蓋科研、金融、教育、醫(yī)療、人工智能等多個(gè)行業(yè)。其中，該技術(shù)已應(yīng)用于“東數(shù)西算”成渝樞紐節(jié)點(diǎn)內(nèi)的西部（重慶）科學(xué)城先進(jìn)數(shù)據(jù)中心中。2020年，全球規(guī)模最大的全浸沒(méi)式液冷數(shù)據(jù)中心——阿里仁和數(shù)據(jù)中心投入運(yùn)營(yíng)。浸沒(méi)式液冷的使用大大降低了冷卻能耗，該數(shù)據(jù)中心PUE只有1.09，一年可以節(jié)省上千萬(wàn)度電。阿里云除在自身數(shù)據(jù)中心對(duì)浸沒(méi)式液冷進(jìn)行規(guī)?；渴鹜猓惨验_(kāi)啟對(duì)外商業(yè)化輸出的腳步。在第十六屆中國(guó)IDC產(chǎn)業(yè)年度大典上，阿里云發(fā)布了阿里云磐久液冷系列產(chǎn)品，其中磐久液冷一體機(jī)ImmersionDC1000，是可以在“全球任何氣象區(qū)域部署，并且實(shí)現(xiàn)PUE1.09左右的一體化解決方案”。賽迪顧問(wèn)通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)主要液冷數(shù)據(jù)中心廠商在2020年液冷數(shù)據(jù)中心產(chǎn)品營(yíng)收、類型、銷量、市占率、客戶反饋等市場(chǎng)地位維度，以及技術(shù)專利、標(biāo)準(zhǔn)制定、創(chuàng)新人才、潛在客戶等發(fā)展能力維度的綜合考慮，得到如下競(jìng)爭(zhēng)力矩陣圖。賽迪顧問(wèn)調(diào)研結(jié)果顯示，2019年液冷數(shù)據(jù)中心主要應(yīng)用在以超算為代表的應(yīng)用當(dāng)中，并預(yù)計(jì)互聯(lián)網(wǎng)、金融、電信行業(yè)對(duì)數(shù)據(jù)中心液冷的需求量將會(huì)持續(xù)加大。電信運(yùn)營(yíng)商發(fā)布液冷白皮書(shū)，率先發(fā)力液冷。6月5日，在第31屆中國(guó)國(guó)際信息通信展覽會(huì)“算力創(chuàng)新發(fā)展高峰論壇”上，三大運(yùn)營(yíng)商聯(lián)合液冷產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)企業(yè)發(fā)布了《電信運(yùn)營(yíng)商液冷技術(shù)白皮書(shū)》?！栋灼?shū)》提出三年發(fā)展愿景：1）三大運(yùn)營(yíng)商將于2023年開(kāi)展技術(shù)驗(yàn)證；2）2024年開(kāi)展規(guī)模測(cè)試，新建數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目10%規(guī)模試點(diǎn)應(yīng)用液冷技術(shù)，推進(jìn)產(chǎn)業(yè)生態(tài)成熟，降低全生命周期成本；3）2025年開(kāi)展規(guī)模應(yīng)用，50%以上數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目應(yīng)用液冷技術(shù)，共同推進(jìn)形成標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、生態(tài)完善、成本最優(yōu)、規(guī)模應(yīng)用的高質(zhì)量發(fā)展格局，電信行業(yè)力爭(zhēng)成為液冷技術(shù)的引領(lǐng)者、產(chǎn)業(yè)鏈的領(lǐng)航者、推廣應(yīng)用的領(lǐng)先者。3.2儲(chǔ)能液冷：2025年滲透率有望達(dá)到45%左右國(guó)內(nèi)主流廠家紛紛推出液冷方案，印證液冷景氣度。在存量?jī)?chǔ)能項(xiàng)目中，以風(fēng)冷方案占比更高，主要因?yàn)轱L(fēng)冷的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、成本低。但隨著儲(chǔ)能系統(tǒng)規(guī)模和能量密度提高，液冷技術(shù)的優(yōu)勢(shì)凸顯。據(jù)高工儲(chǔ)能梳理，目前寧德時(shí)代、比亞迪、遠(yuǎn)景能源、陽(yáng)光電源、海博思創(chuàng)、正泰新能源、科陸電子等企業(yè)均已推出液冷產(chǎn)品。儲(chǔ)能液冷系統(tǒng)基本組成包括：液冷板，液冷機(jī)組（加熱器選配），液冷管路（包括溫度傳感器、閥門），高低壓線束；冷卻液（乙二醇水溶液）等。根據(jù)冷卻液與電池的接觸方式，分為兩種方案：一種是直接接觸，電池單體或者模塊沉浸在液體（如電絕緣的硅油）中，讓液體直接冷卻電池；另一種是在電池間設(shè)置冷卻通道或者冷板，讓液體間接冷卻電池。儲(chǔ)能液冷系統(tǒng)具有安全、高效、靈活的特性。以科華數(shù)能S3液冷儲(chǔ)能系統(tǒng)為例：（1）安全：系統(tǒng)采用IP67防護(hù)+防凝露+結(jié)構(gòu)抗震+六維限位設(shè)計(jì)，每一個(gè)pack內(nèi)置全氟己酮柔性管+消防反饋檢測(cè)，系統(tǒng)層面采用三級(jí)防爆+三級(jí)消防的設(shè)計(jì)思路，實(shí)現(xiàn)三重絕緣監(jiān)測(cè)與保障。（2）高效：在液冷儲(chǔ)能系統(tǒng)中使用簇級(jí)控制器。通過(guò)簇級(jí)管理器對(duì)電流智能控制，實(shí)現(xiàn)電池簇單元主動(dòng)均衡、智能投切和毫秒級(jí)告警響應(yīng)。經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，在簇級(jí)控制器的均衡效果下，全生命周期充放電容量提升6%以上。同時(shí)，在簇級(jí)控制器的投切功能下，實(shí)現(xiàn)電池簇的智能均衡控制，系統(tǒng)年可利用率>99%。結(jié)合智能溫控均衡控制技術(shù)，液冷pack“同程”專利設(shè)計(jì)，系統(tǒng)散熱“雙循環(huán)”，液冷管道多級(jí)分布，使得集裝箱系統(tǒng)內(nèi)部溫差一致不超過(guò)5℃，任一pack之間溫差不超過(guò)3℃，在智能溫控均衡控制技術(shù)下，有效抑制熱失控發(fā)生概率，系統(tǒng)壽命提升13%。（3）靈活：液冷儲(chǔ)能系統(tǒng)功率密度提升100%，40尺容量可達(dá)6.88MWh。以配置10MW/20MWh的儲(chǔ)能系統(tǒng)布局為例，采用液冷電池系統(tǒng)節(jié)省占地面積40%以上。采用預(yù)制模塊化設(shè)計(jì)，初始投資成本降低2%以上。對(duì)比風(fēng)冷與液冷方案，溫控設(shè)備成本液冷0.09元/wh，風(fēng)冷0.025元/wh。綜合成本液冷有望降低。（1）風(fēng)冷：傳統(tǒng)40尺儲(chǔ)能集裝箱，容量3.5MWh，一般使用4臺(tái)12.5kw的空調(diào)系統(tǒng)。單臺(tái)空調(diào)報(bào)價(jià)約2.2萬(wàn)元，測(cè)算得一個(gè)集裝箱系統(tǒng)溫控價(jià)格8.8萬(wàn)元，對(duì)應(yīng)單價(jià)0.025元/wh，每GWh價(jià)值量2500萬(wàn)元。（2）液冷：40尺集裝箱，容量5-6MWh，需要使用2臺(tái)40kw的液冷系統(tǒng)。單臺(tái)價(jià)格約27萬(wàn)元，一個(gè)集裝箱溫控價(jià)格54萬(wàn)元，對(duì)應(yīng)單價(jià)0.09元/wh，每GWh價(jià)值量9000萬(wàn)元。但考慮到液冷系統(tǒng)集成密度高，同等容量占用的土地面積更小，土建成本降低，同等容量使用的連接件等輔助材料更少，系統(tǒng)綜合成本降低。根據(jù)GGII測(cè)算，2021年儲(chǔ)能溫控行業(yè)價(jià)值量在24億元左右（包括出口海外），2025年預(yù)計(jì)達(dá)到近165億元。其中，2025年液冷市場(chǎng)占比達(dá)到45%左右。儲(chǔ)能液冷溫控方案供應(yīng)商主要來(lái)自數(shù)據(jù)中心溫控、工業(yè)溫控和汽車溫控廠家。競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)鍵在于非標(biāo)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)化能力，因?yàn)椴煌瑑?chǔ)能集成商的產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案不同，液冷溫控需要與電池pack布局、液冷管道設(shè)計(jì)等聯(lián)合開(kāi)發(fā)，與電池一同集成，因此需要進(jìn)行高度定制化的設(shè)計(jì)。四、投資分析4.1英維克公司是國(guó)內(nèi)最早涉足電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)溫控的廠商，也是眾多國(guó)內(nèi)儲(chǔ)能系統(tǒng)提供商的主力溫控產(chǎn)品供應(yīng)商。公司在2020年推出系列的水冷機(jī)組并開(kāi)始批量應(yīng)用于國(guó)內(nèi)外各種儲(chǔ)能應(yīng)用場(chǎng)景。2022年11月3日，公司發(fā)布BattCool儲(chǔ)能全鏈條液冷解決方案2.0從整體方案、全鏈條、全方位、全場(chǎng)景、多維度升級(jí)了系統(tǒng)性能和運(yùn)維效率，進(jìn)一步豐富了產(chǎn)品環(huán)節(jié)，提升了競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。公司借助在儲(chǔ)能行業(yè)的品牌優(yōu)勢(shì)和客戶基礎(chǔ)，持續(xù)地積極拓展國(guó)內(nèi)外客戶并取得顯著成效。2022年公司來(lái)自儲(chǔ)能應(yīng)用的營(yíng)業(yè)收入約8.5億元，同比+150%左右。4.2曙光數(shù)創(chuàng)曙光數(shù)創(chuàng)在液冷領(lǐng)域有著超過(guò)10年的技術(shù)積累，先后推出了冷板液冷基礎(chǔ)設(shè)施產(chǎn)品和浸沒(méi)相變基礎(chǔ)設(shè)施產(chǎn)品，在行業(yè)占據(jù)領(lǐng)先地位，參與建設(shè)的液冷數(shù)據(jù)中心規(guī)模累計(jì)超過(guò)200MW。2022年，公司主力產(chǎn)品浸沒(méi)式相變液冷C8000實(shí)現(xiàn)營(yíng)收4.29億元，增速持續(xù)維持在近30%水平，收入占比保持在80%以上。曙光數(shù)創(chuàng)是中科曙光控股子公司，中科曙光在全國(guó)布局多個(gè)智算、先進(jìn)計(jì)算中心，并建設(shè)運(yùn)營(yíng)50多個(gè)云計(jì)算數(shù)據(jù)中心。公司憑借技術(shù)產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)以及股東中科曙光的算力優(yōu)勢(shì)，卡位數(shù)據(jù)中心液冷行業(yè)，取得不俗成績(jī)。2018-2022年，公司營(yíng)收CAGR達(dá)34%，歸母凈利潤(rùn)C(jī)AGR達(dá)85%。4.3佳力圖公司自2003年成立以來(lái)一直專注于數(shù)據(jù)機(jī)房等精密環(huán)境控制技術(shù)的研發(fā)。公司主要產(chǎn)品為精密空調(diào)設(shè)備、機(jī)房環(huán)境一體化產(chǎn)品，可應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心機(jī)房、通信基站以及其他恒溫恒濕等精密環(huán)境。公司產(chǎn)品服務(wù)于中國(guó)電信、中國(guó)聯(lián)通、中國(guó)移動(dòng)、華為等知名企業(yè)。2021年3月，公司投入建設(shè)南京楷德悠云數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目，至2022年底該項(xiàng)目已進(jìn)入試運(yùn)行狀態(tài)。該項(xiàng)目設(shè)計(jì)PUE值為1.25，建成后將成為佳力圖綠色節(jié)能數(shù)據(jù)中心示范項(xiàng)目。2021年中國(guó)聯(lián)通南京分公司、北京民商科惠科技有限公司已就該項(xiàng)目與楷德悠云簽訂了合作協(xié)議。2022年公司實(shí)現(xiàn)營(yíng)收6.25億元，同比減少6.33%，其中精密空調(diào)業(yè)務(wù)收入3.62億元，機(jī)房一體化業(yè)務(wù)收入2.24億元。4.4申菱環(huán)境基于公司在工業(yè)制冷和數(shù)據(jù)中心溫控領(lǐng)域的經(jīng)驗(yàn)，融合工業(yè)風(fēng)冷冷水機(jī)原理、數(shù)據(jù)中心液冷技術(shù)、數(shù)據(jù)中心精密空調(diào)全變頻精密控制和全工況制冷技術(shù)等，公司開(kāi)發(fā)了SCY系列儲(chǔ)能液冷產(chǎn)品。制冷散熱單元為風(fēng)冷變頻直膨制冷系統(tǒng)；水力模塊的冷卻液依靠泵的驅(qū)動(dòng)將鋰電池的熱量帶出，冷卻液在板式蒸發(fā)器與制冷劑循環(huán)換熱；水力模塊還集成補(bǔ)水穩(wěn)壓、排氣排液、溫度與壓力監(jiān)控、液體加熱、液體過(guò)濾等功能。可以實(shí)現(xiàn)比風(fēng)冷方式節(jié)能25%以上，占地面積減少50%以上，電池壽命延長(zhǎng)20%以上。電池簇內(nèi)部電芯溫差＜3℃，設(shè)計(jì)壽命10年以上，可24小時(shí)不間斷運(yùn)行。4.5同飛股份公司憑借多年的技術(shù)積累，已具備較強(qiáng)的研發(fā)實(shí)力和較大的產(chǎn)能規(guī)模，為儲(chǔ)能領(lǐng)域客戶匹配了相關(guān)液冷和空冷產(chǎn)品，未來(lái)將通過(guò)精準(zhǔn)控溫、高可靠性、高安全性、溫度均勻性等綜合優(yōu)勢(shì)進(jìn)一步拓展儲(chǔ)能溫控產(chǎn)品市場(chǎng)。2022年公司儲(chǔ)能