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电气设备行业专题研究温控:
迈入液冷时代,储能与数据中心温控增量可期2023年12月18日【投资要点】【投资要点】不同细分市场诉求各异,储能与数据中心温控增量可期。
不同细分市场诉求各异,储能与数据中心温控增量可期。
精密温控节能设备即指针对设备相关要求,将相关主设备所处环境的温度、湿度、洁净度等指标严格控制在特定范围内,从而达到提高主设备的稳定性、可靠性及使用寿命的目的,并兼顾节能环保的相关要求。
分场景分场景来看来看,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,温控底层技术温控底层技术主要分为:
风冷、液冷两种。
主要分为:
风冷、液冷两种。
储能温控市场:
储能温控市场:
增量确定,多赛道企业入局增量确定,多赛道企业入局。
储能系统主动热管理可以保障系统的安全运行,同时将锂电池系统维持在10-35的最佳温度区间,延缓电池组因高低温导致的容量衰减。
当前主流的储能温控技术中,目前风冷方案最为成熟,液冷方案较为成熟。
相对风冷技术而言,液冷技术具有散热效率高、温度均匀性好、能耗低、占地面积少等优势。
液冷方案相对传统风冷方案,全生命周期经济性大大提升。
根据我们的测算,中性情形下,预计2025年全球储能温控市场规模148亿元。
数据中心温控市场:
数据中心温控市场:
液冷趋势已成液冷趋势已成。
目前数据中心温控仍以风冷为主,我们认为未来几年将进入液冷时代。
根据华经情报网数据,2019年机房温控中风冷技术仍是主力,风冷/冷冻水的市场占比分别为59%/33%。
我们预计未来液冷渗透率将逐步提升:
从能耗角度来说,从能耗角度来说,国家政策对数据中心PUE的要求趋严,也将进一步促进低能耗的液冷及间接蒸发冷却方案渗透;从散热性能角度来说从散热性能角度来说,AI的大规模发展带动算力需求提升,芯片和服务器功率逐步升级,超出风冷散热能力范畴,液冷将成为智能数据中心的唯一解决方案。
根据我们的测算,中性情形下,预计2025年我国数据中心温控市场规模405亿元。
【配置建议】【配置建议】在储能与数据中心行业的双重增量下,我们建议关注在两个领域同时布局的温控标的:
英维克、高澜股份、申菱环境、同飞股份。
【风险提示】【风险提示】电化学储能新增装机不及预期;AI算力投资建设和技术发展不及预期;液冷温控系统成本下降和渗透率提升不及预期;温控行业竞争加剧的风险。
强于大市强于大市(维持)东方财富证券研究所东方财富证券研究所证券分析师:
周旭辉证书编号:
S1160521050001联系人:
李京波,郭娜电话:
021-23586475相对指数表现相对指数表现相关研究相关研究Enphase:
2024年户用市场有望恢复2023.12.08多晶硅:
周期、成本和估值探讨2023.12.06氢燃料电池核心部件拆解,国产化是必要途径2023.12.04华为智界S7搭载全新800V碳化硅动力平台,有望推动产业化进程加速2023.12.014680:
特斯拉引领,高确定性赛道2023.11.29-29.77%-21.37%-12.97%-4.58%3.82%12.21%12/192/194/196/198/1910/19电气设备沪深300行业研究/电气设备/证券研究报告挖掘价值挖掘价值投资成长投资成长20172017敬请阅读本报告正文后各项声明敬请阅读本报告正文后各项声明2电气设备行业专题研究电气设备行业专题研究正文目录正文目录1.1.温控市场概览:
核心技术路线分为风冷温控市场概览:
核心技术路线分为风冷/液冷,应用场景多样液冷,应用场景多样.42.2.储能温控:
重要性凸显,增量确定储能温控:
重要性凸显,增量确定.62.1.2.1.市场概述:
储能温控重要性显著,保障电站安全性市场概述:
储能温控重要性显著,保障电站安全性.62.2.2.2.技术趋势:
液冷方案性能更优,大储发展推动渗透率提升技术趋势:
液冷方案性能更优,大储发展推动渗透率提升.62.3.2.3.市场空间:
中性情形下,预计市场空间:
中性情形下,预计20252025年全球储能温控市场规模年全球储能温控市场规模148148亿元亿元.92.4.2.4.产业链与主要参与者梳理产业链与主要参与者梳理.123.3.数据中心温控:
液冷效数据中心温控:
液冷效率更优,趋势已成率更优,趋势已成.143.1.3.1.市场概述:
数据中心节能关键,液冷方案散热性能与节能性均更优市场概述:
数据中心节能关键,液冷方案散热性能与节能性均更优.143.2.3.2.技术趋势:
降能耗,算力提升推动液冷趋势技术趋势:
降能耗,算力提升推动液冷趋势.153.3.3.3.市场空间:
中性情形下,预计市场空间:
中性情形下,预计20252025年我国数据中心温控市场规模年我国数据中心温控市场规模405405亿亿元元.173.4.3.4.产业链与主要参与者梳理产业链与主要参与者梳理.194.4.投资建议投资建议.224.1.4.1.英维克英维克.224.2.4.2.高澜股份高澜股份.224.3.4.3.申菱环境申菱环境.234.4.4.4.同飞股份同飞股份.245.5.风险提示风险提示.25图表目录图表目录图表图表11:
传统风冷和液冷对比:
传统风冷和液冷对比.4图表图表22:
温控技术路线示意图:
温控技术路线示意图.4图表图表33:
各液冷技术方案原理及技术特点:
各液冷技术方案原理及技术特点.5图表图表44:
储能系统成:
储能系统成本构成本构成.6图表图表55:
锂电池工作温度区间:
锂电池工作温度区间.6图表图表66:
储能温控各技术方案性能对比:
储能温控各技术方案性能对比.7图表图表77:
液冷储能产品:
液冷储能产品LCOSLCOS提升效果提升效果.7图表图表88:
20232023年上半年我国新增储能项目规模分布年上半年我国新增储能项目规模分布.8图表图表99:
全球液冷储能温控市场空间及占比预测:
全球液冷储能温控市场空间及占比预测.9图表图表1010:
全球储能装机量测算:
全球储能装机量测算.9图表图表1111:
全球储能温控设备市场空间测算(保守情形下):
全球储能温控设备市场空间测算(保守情形下).10图表图表1212:
全球储能温控设备市场空间测算(中性情形下):
全球储能温控设备市场空间测算(中性情形下).11图表图表1313:
全球储能温控设备市场空间测算(乐观情形下):
全球储能温控设备市场空间测算(乐观情形下).12图表图表1414:
储能温控产业链全景及主要上市公司:
储能温控产业链全景及主要上市公司.12图表图表1515:
主要储能温控公司的业务状况整理:
主要储能温控公司的业务状况整理.13图表图表1616:
我国数据中心机架数量:
我国数据中心机架数量.14图表图表1717:
数据中心能耗分布(:
数据中心能耗分布(20192019).14图表图表1818:
数据:
数据中心温控方案效果评估对比中心温控方案效果评估对比.14图表图表1919:
数据中心运营成本结构:
数据中心运营成本结构.16图表图表2020:
全球数据中心功率变化预测:
全球数据中心功率变化预测.16图表图表2121:
不同数据中心类型对应的单机柜功率密度与冷却方式:
不同数据中心类型对应的单机柜功率密度与冷却方式.17图表图表2222:
中国数据中心机架数量规模及液冷渗透率预测:
中国数据中心机架数量规模及液冷渗透率预测.18图表图表2323:
中国数据中心温控市场空间(保守情形下):
中国数据中心温控市场空间(保守情形下).18图表图表2424:
中国数据中心温控市场空间(中性情形下):
中国数据中心温控市场空间(中性情形下).19图表图表2525:
中国数据中心温控市场空间(中性情形下):
中国数据中心温控市场空间(中性情形下).19图表图表2626:
液冷产业链全景图:
液冷产业链全景图.2020172017敬请阅读本报告正文后各项声明敬请阅读本报告正文后各项声明3电气设备行业专题研究电气设备行业专题研究图表图表2727:
主要数据中心液冷温控企业的业务状况梳理:
主要数据中心液冷温控企业的业务状况梳理.20图表图表2288:
英维克:
英维克20182018-2023Q32023Q3营业收入营业收入.22图表图表2929:
英维克:
英维克2023H12023H1收入构成收入构成.22图表图表3030:
高澜股份:
高澜股份20182018-2023Q32023Q3营业收入营业收入.23图表图表3131:
高澜股份:
高澜股份2023H12023H1收入构成收入构成.23图表图表3232:
申菱环境:
申菱环境20182018-2023Q32023Q3营业收入营业收入.24图表图表3333:
申菱环境:
申菱环境2023H12023H1收入构成收入构成.24图表图表3434:
同飞股份:
同飞股份20182018-2023Q32023Q3营业收入营业收入.24图表图表3535:
同飞股份:
同飞股份2023H12023H1收入构成收入构成.24图表图表3636:
温控行业重点关注公司(截止:
温控行业重点关注公司(截止20232023年年1212月月0808日)日).2520172017敬请阅读本报告正文后各项声明敬请阅读本报告正文后各项声明4电气设备行业专题研究电气设备行业专题研究1.1.温控市场概览温控市场概览:
核心技术路线分为风冷核心技术路线分为风冷/液冷,应用液冷,应用场景多样场景多样精密温控节能设备精密温控节能设备即指针对设备相关要求,将相关主设备所处环境的温度、湿度、洁净度等指标严格控制在特定范围内,从而达到提高主设备的稳定性、可靠性及使用寿命的目的,并兼顾节能环保的相关要求。
分场景来看,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技术方面,温控底层技术主要分为:
风冷、液冷两种。
为:
风冷、液冷两种。
图表图表11:
传统风冷和液冷对比:
传统风冷和液冷对比资料来源:
赛迪顾问中国液冷数据中心发展白皮书,东方财富证券研究所风冷:
风冷:
以空气为冷却介质,利用对流换热降低电池温度的一种冷却方式,主要分为自然风冷和利用风机的强制风冷两大类。
液冷:
液冷:
以液体为介质进行热交换,可用作冷却介质的常见液体有水、乙二醇水溶液、空气制冷剂和硅油等;主要特点为散热速度和效率更高,但结构更复杂、成本更高,同时需考虑冷却介质泄露的风险。
液冷一般分为直接冷却和间接冷却,液冷一般分为直接冷却和间接冷却,间接冷却技术主要为冷板式,直接冷却技术一般为浸没式与喷淋式,浸没式又可分为相变和非相变两种,喷淋式目前应用规模尚小。
图表图表22:
温控技术路线示意图:
温控技术路线示意图资料来源:
赛迪顾问中国液冷数据中心发展白皮书,东方财富证券研究所20172017敬请阅读本报告正文后各项声明敬请阅读本报告正文后各项声明5电气设备行业专题研究电气设备行业专题研究图表图表33:
各液冷技术方案原理及技术特点:
各液冷技术方案原理及技术特点项目项目冷板式液冷冷板式液冷浸没式液冷浸没式液冷喷淋式液冷喷淋式液冷相变浸没式相变浸没式单相浸没式单相浸没式示意原理冷板贴近服务器芯片等高发热元件,利用冷板中冷却液带走热量;同时增设风冷单元带走低发热元件散热服务器完全浸没在冷却液中,冷却液产生蒸发冷凝相变,并带走热量服务器完全浸没在冷却液中,冷却液循环流动并带走热量冷却液从服务器机箱顶部喷淋下来,通过对流换热为期间降温技术特点服务器与动力系统改造较小,IT设备维护较简单;管路接头、密封件较多,漏液维护复杂散热能力强、功率密度高,IT设备无风扇,静音;服务器改为刀片式,专用机柜,管路要求高,控制复杂散热能力强、功率密度高,IT设备无风扇,静音;机械式吊臂拆装,液体清理和拆卸难、运维经验少IT设备静音,节省液体需保证冷却液按需分配,运维复杂,排液、补液,维护时破坏服务器原有密封结构生态IT设备、冷却液、管路、供配电等不同意。
服务器多与机柜深耦合,支持厂家较多IT设备需定制化,普通光模块等兼容性待验证IT设备需定制化,普通光模块等兼容性待验证国产冷媒待验证目前有一家主流厂家华为、浪潮、曙光、新华三、英维克等曙光、诺亚等阿里、绿色云图、云酷等广东合一资料来源:
中国移动/中国电信/中国联通.电信运营商液冷技术白皮书.2023,东方财富证券研究所20172017敬请阅读本报告正文后各项声明敬请阅读本报告正文后各项声明6电气设备行业专题研究电气设备行业专题研究2.2.储能温控储能温控:
重要性凸显,增量确定:
重要性凸显,增量确定2.1.2.1.市场概述:
储能温控重要性显著市场概述:
储能温控重要性显著,保障电站安全性,保障电站安全性温控是维持储能系统安全性和性能的重要保障。
温控是维持储能系统安全性和性能的重要保障。
温控是指根据不同器件和工作环境的要求,利用加热或冷却手段对温度和温差进行控制。
根据前瞻产业研究院及高工储能的数据,在储能系统成本构成中,温控价值量占比不足5%,但其重要性突出。
1)安全性:
)安全性:
热失控是储能电站事故的重要诱因之一。
随着大规模储能电站的建设,电池系统功率密度更高,具有更高的散热需求,同时储能系统内部也更易产生温度分布不均匀等问题。
当局部热失控发生时,主动热管理系统可以一定程度上阻断热失控地蔓延,起到避免事故发生的作用。
2)性能保障:
)性能保障:
温控能够将锂电池系统维持在10-35的最佳温度区间,保证电池组温度场的均匀分布,防止因局部温度过高导致电池过快衰减,降低电池组整体寿命。
同时,也能避免由于低温而产生的循环老化和电池容量衰减。
图表图表44:
储能系统成本构成:
储能系统成本构成图表图表55:
锂电池工作温度区间:
锂电池工作温度区间资料来源:
前瞻产业研究院,阳光电源公报,东方财富证券研究所注:
电池管理系统(BMS)、能量管理系统(EMS)、储能变流器(PCS);对应数据为2020年资料来源:
钟国彬,王羽平,王超,相佳媛,苏伟,陈建.大容量锂离子电池储能系统的热管理技术现状分析J.储能科学与技术,2018,7
(2):
203-210.,东方财富证券研究所2.2.2.2.技术趋势:
液冷方案性能更优,大储发展推动渗透率提升技术趋势:
液冷方案性能更优,大储发展推动渗透率提升液冷相对风冷散热性能更优。
液冷相对风冷散热性能更优。
当前主流的储能温控技术中,目前风冷方案最为成熟,液冷方案较为成熟。
相对风冷技术而言,液冷技术具有散热效率高、温度均有性好、能耗低、占地面积少等优势:
1)散热效率高。
散热效率高。
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。
2)运行能耗低。
运行能耗低。
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。
3)温度均有性更好温度均有性更好。
根据远景能源披露,液冷系统可将柜内所有电芯的温差精准控制在3以内,从而提升全生命周期电池使用的寿命。
44)节约用地节约用地。
液冷方案不需要设计风道,而能够通过集约化设计和大容电池,60%PCS,20%EMS,10%BMS,5%其他,5%-5050-252500252550507575最佳温度区间最佳温度区间工作温度区间工作温度区间可承受温度区间可承受温度区间1035-20-40604510010020172017敬请阅读本报告正文后各项声明敬请阅读本报告正文后各项声明7电气设备行业专题研究电气设备行业专题研究量电芯。
根据远景能源披露,液冷可节约50%以上的占地面积。
图表图表66:
储能温控各技术方案性能对比:
储能温控各技术方案性能对比风冷风冷液冷液冷热管冷却热管冷却相变冷却相变冷却散热效率散热效率中高较高高散热速度散热速度中中较高较高高高较高较高温差温差较高较高低低低低低低温降温降中较高高高复杂度复杂度中较高较高中寿命寿命长中长长成本成本低较高高较高优势优势结构简单、可靠性高、易于维护冷却效果好、空间利用率高、能耗低更高的散热效果、更高的安全性结构紧凑、接触热阻低、冷却效果好资料来源:
钟国彬,王羽平,王超,相佳媛,苏伟,陈建.大容量锂离子电池储能系统的热管理技术现状分析J.储能科学与技术,2018,7
(2):
203-210.,东方风力发电网,东方财富证券研究所液冷方案全生命周期经济性更优。
液冷方案全生命周期经济性更优。
根据储能集成商远景能源、阳光电源和科华数能在近期发布产品的实测数据,与普通风冷产品相比,液冷产品可提升电池使用寿命,降低散热功耗20-30%,节省系统占地面积约25-50%,明显提升储能系统能量密度,从而有效降低投资成本和运维成本,提升放电收益。
因此,液冷方案相对传统风冷方案的储能全寿命周期度电成本(LCOS)降低,全生命周期经济性大大提升。
图表图表77:
液冷储能产品:
液冷储能产品LCOSLCOS提升效果提升效果资料来源:
中国能源报,东方风力发电网,阳光电源官网,东方财富证券研究所大储推动液冷渗透率加速提升。
大储推动液冷渗透率加速提升。
尽管液冷方案具有更优越的散热性能和更高的LCOS,目前市场占比尚较低,主要原因在于其系统成本高昂。
根据华经产业研究院数据,2021年整套液冷系统价值量约0.8-1.0亿元/GWh,风冷系统价20172017敬请阅读本报告正文后各项声明敬请阅读本报告正文后各项声明8电气设备行业专题研究电气设备行业专题研究值量仅约为0.3亿元/GWh。
我们预计随着大储市场加快发展,储能电站散热需求将上升,初始投资成本敏感度将下降,液冷储能方案渗透率将加速提升。
1)储能电站散热需求上升储能电站散热需求上升近年来,随着大储市场的快速发展,储能电站逐渐具有大型化、集约化的趋势。
根据CNESA(中关村储能产业技术联盟)发布,今年上半年我国40余个百兆瓦级项目相继投运,显著高于去年同期水平,且规划/在建的项目平均装机容量明显高于已投运项目。
在大容量和大功率的放电场景下,储能系统易出现散热难、温度不均的问题,对于热管理提出了更高要求,液冷方案将因为散热性能更佳而优势凸显。
同时,储能电芯的研发迭代使得单位容量和功率持续提升,随着各大厂商陆续推出300Ah以上的产品,风冷技术的散热效率逐渐难以满足要求,为液冷技术的推广带来广阔的空间。
图表图表88:
20232023年上半年我国新增储能项目规模分布年上半年我国新增储能项目规模分布资料来源:
索比储能网,中关村储能产业技术联盟,东方财富证券研究所22)初始投资成本敏感度下降)初始投资成本敏感度下降当前新能源配储的利用率偏低,根据中国电力企业联合会发布,其等效利用系数仅为6.1%,因而业主方对储能系统初始投资较为敏感。
我们认为,随着全国各地储能配套政策的完善,以及共享储能、独立储能等新兴商业模式的丰富,储能电站能够以容量租赁的形式共享,电网对独立储能电站的调度率提升,电源侧“建而不调”的问题得以改善,储能电站的盈利空间将逐步得到提升。
因此,我们预计未来储能电站对于初始投资的成本敏感度将持续下降,从而更倾向于全生命周期经济性和安全性更佳的液冷方案。
同时,液冷的技术进步和规模提升将带动系统成本下降,有利于液冷方案的进一步普及。
液冷方案远期将成为市场主流。
液冷方案远期将成为市场主流。
根据GGII预测,2025年液冷温控方案将成为储能温控市场的主流,预计市场占比达45%。
另外,我们也认为未来风冷技术在市场仍具有一席之地。
风冷系统能够满足电池能量密度低,充放电速度慢的场景温控需求,并因其系统简单、制造成本低、便于安装和维护,因而在成本敏感度较高的场景更为适用。
同时,在极端低温的场景下,液冷冷却剂易产生冻结,风冷技术也能够更好的适配。
101124694406655952427329010020030040050060010MW10MW50MW100MW500MW投运规划/在建20172017敬请阅读本报告正文后各项声明敬请阅读本报告正文后各项声明9电气设备行业专题研究电气设备行业专题研究图表图表99:
全球液冷储能温控市场空间及占比预测:
全球液冷储能温控市场空间及占比预测资料来源:
北极星储能网,新产业智库,GGII新能源研究所,东方财富证券研究所2.3.2.3.市场空间:
市场空间:
中性情形下,中性情形下,预计预计22025025年全球储能温控市场规模年全球储能温控市场规模114848亿亿元元根据我们此前发布报告科陆电子深度研究:
内得美的入主,外乘美储东风中的测算,我们预计2025年全球储能装机量331GWh,中国装机量152.8GWh。
图表图表1010:
全球储能:
全球储能装机量装机量测算测算202220222023E2023E2024E2024E2025E2025E2026E2026E2027E2027E2028E2028E2029E2029E2030E2030E全球全球表前GWh34.379.1153.4276.9276.9400.6519.7652.8814.71012.3yoy71%130%94%81%45%30%26%25%24%工商业GWh5.112.523.040.440.460.976.292.3107.4124.9yoy63%146%84%75%51%25%21%16%16%户用GWh4.77.19.713.613.618.223.730.037.946.7yoy61%50%37%40%34%30%26%27%23%合计GWh44.298.7186.1330.9330.9479.7619.7775.0960.01183.91183.9yoy69%123%89%78%45%29%25%24%23%中国中国源侧GWh4.814.531.962.789.5119.1143.8171.3200.9yoy127%204%119%97%43%33%21%19%17%网侧GWh9.119.736.459.379.494.8109.6122.5133.7yoy426%117%85%63%34%19%16%12%9%工商业GWh2.47.314.727.142.052.663.373.284.6yoy113%204%101%84%55%25%20%16%16%通信GWh0.61.22.33.84.65.56.47.48.5yoy87%92%95%67%22%19%17%16%14%12%15%25%35%45%0%10%20%30%40%50%05010015020020212022E2023E2024E2025E储能温控市场空间(亿元)液冷储能温控市场空间(亿元)液冷市场占比(%)20172017敬请阅读本报告正文后各项声明敬请阅读本报告正文后各项声明10电气设备行业专题研究电气设备行业专题研究合计GWh16.942.785.3152.8215.6272.0323.1374.5427.8yoy219%153%100%79%41%26%19%16%14%资料来源:
国家能源局,储能与电力市场,北极星储能网,华经产业研究院,WoodMackenzieU.S.EnergyStorageMonitor:
Q12023fullreportand2022YearinReview,东方财
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