2022储能控温行业研究报告

导语

储能温控的基本要求：控制单体电池表面温湿度+避免电池系统产生局部热点温度对电化学储能系统中的锂电池容量、功率和安全性等性能都有很大的影响，因而在实际应用中，需要进行有效的电池热管理。 

来源：天风证券 作者：孙潇雅

一、为什么储能系统需要温控？

储能温控的基本要求：控制单体电池表面温湿度+避免电池系统产生局部热点

温度对电化学储能系统中的锂电池容量、功率和安全性等性能都有很大的影响，因而在实际应用中，需要进行有效的电池热管理。 与动力电池系统相比，储能系统聚集的电池数目更多，电池容量和功率也更大：大量的电池紧密排列在一个空间内，运行工况复杂多变， 时而高倍率，时而低倍率，容易造成产热不均匀、温度分布不均匀、电池间温差较大等问题。而这些问题可能会导致部分电池的充放电 性能、容量和寿命等下降，从而影响整个储能系统的性能，严重时会引发热失控，造成安全事故。

温度对储能系统中的锂电池性能影响包括：

容量衰减：高温下活性锂离子电池损失，导致磷酸铁锂电池的容量衰减，使得电池储能系统的实际运行容量快速衰减。

热失控：在电池的充放电过程中，一部分化学能（放电）或电能（充电）会转变成热能，若热能无法及时散出、在电池内部积聚形成高 温，可能会导致正负极发生短路，引起燃烧、爆炸等安全问题。而在储能系统中，一个电池热失控，可能引发连锁效应，造成重大事故。

低温特性：低温下电解质的传输性能、锂的扩散速度、电极和电解质界面处的电荷转移速度均会显著下降，因而锂电池的容量亦会下降。因此锂电池在低温下循环可能会导致锂在负极析出、积聚，形成锂枝晶，轻则造成不可逆的容量损失、降低电池的容量和热安全性，重 则刺破隔膜造成短路。

因此，在储能系统中，温控的要求包括：

控制单体电池的表面温湿度：保持最佳工作温湿度，1）温度+15°C-+35°C；2）相对湿度在5%-95%之间且无冷凝水；

避免电池系统中产生局部热点：电池间的温差不超过5°C，避免产生局部热点。

储能系统大容量、电池高倍率趋势下，储能温控愈发重要

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）。从大容量、电池高倍 率的大趋势看，未来储能温控的重要性将不断上升。

能量型储能：需要满足较长时间的放电需求，适用于新能源发电侧的储能、用户侧的峰谷价差套利等，未来趋势是项目容量不断扩大。 展望未来，风光等新能源发电项目装机高增速+配储比例扩大的大趋势下，发电侧储能项目有望加速上量，同时项目容量亦会有扩大趋 势。因此，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，储能温控的需求及重要性将随之上升。

功率型储能：需要满足大功率放电需求，适用于电网侧调峰调频场景，未来趋势是电池高倍率化。火电机组联合调频、电网侧储能调频 辅助服务等场景，要求储能电池实现高倍率充放电的需求，满足分钟级、秒级、甚至毫秒级功率调节的能力，快速响应负荷变化。展望 未来，新能源发电项目装机量的增加将加大电网侧调峰调频的需求，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，储能温控的需求及重要性亦将随之上升。

二、储能温控技术趋势？

已规模性应用的技术包括风冷、液冷，在研技术包括热管冷却、相变冷却

目前，大容量锂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、环境温度不同的应用场景：

风冷：以空气为介质进行热交换。主要特点为结构简单、成本低，但散热速度和效率较低，适用于电池产热率不高的储能项目；

液冷：以液体为介质进行热交换。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；

热管冷却（尚处于实验室阶段）：依靠管内冷却介质发生相变来实现换热。主要特点为散热速度和效率高于液冷，冷却介质泄露 风险更低，但成本更高；

相变冷却（尚处于实验室阶段）：通过相变材料吸收热量，并结合风冷/液冷系统等导出热量。主要特点是结构紧凑、接触热阻 低、冷却效果好，吸收的热量需要依靠液冷系统、风冷系统等导出，但相变材料占空间，成本高。

风冷：优势为成本低，应用中考验风道设计的定制化能力

主要构成部件：主要由室内机（包括压缩机、蒸发器、膨胀阀等）和室外机（冷 凝器等）构成，室内机与室外机一一对应；

工作原理：压缩机抽取压缩室内热量，形成高温高压气体送入室外的冷凝器中， 气体通过向外放热液化，液体回到蒸发器中向室内吸热蒸发，后回到压缩机，完 成一次制冷循环。

优点：结构简单、易维护、安装成本低。

缺点：空气的比热容低，导热系数也很低，因此冷却效率较差，适用于发热功率 小的中小型设备温控。

在储能项目的应用中，由于不同集装箱的电池能量密度、摆放位置、容量大小等 有所不同，因此需要运用风道对集装箱内空气流向进行定制化设计。

散热风道：包括与空调出口连接的主风道、主风道内的挡风板、风道出口以及电 池架两端的挡风板，作用为将空调输出的气流输送至各风道出口处，并保证各出 口气体流量一致。

工作原理：空调输出的气流经风道出口流入电池模组内部，流经电池单体表面对 电池单体进行热交换，然后由风扇抽出。

定制化要求：1）风道出口的位置及风量需要合理分配，使流场及温度场分布更均 匀；2）各出风口的气体流量需一致，送风需保持均匀性，以避免产生局部热点。（报告来源：未来智库）

液冷：优势为冷却效率高，应用中考验流道设计的定制化能力

以液体为冷却介质，实现热源侧换热；根据液体与热源接触方式不同，液 冷可以分为直接/间接接触型液冷。

主要构成部件：主要由室内机（包括压缩机、蒸发器、膨胀阀等）和室外机（冷 却塔等）构成，一般室外机只有一台，分散热源流入冷却塔中进行集中散热；

工作原理：直接接触型为冷却液与电池直接接触进行换热；间接接触型为冷却液 在冷却管/板中流动，与电池间接接触换热。

优点：液体的比热容、导热系数高于气体，因此冷却效率更高、耗能更低。

缺点：成本高、工况复杂、冷却塔占地大、存在漏液风险。

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。

定制化的要求—多目标优化设计，以获得性价比更高的方案：液冷系统的冷却效 果与冷板间电池数目、冷却剂流速、冷板厚度等设计参数有关，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。此外，流量的边际增大效果会随着流量的增大而 递减。因此，需要进行多目标优化设计，从而获得一个性价比较高的设计方案。

在研技术：热管冷却的效率及安全性更高，相变材料尚处起步阶段

热管冷却：依靠封闭管壳内工质相变来实现高效换热。

主要构成部件：由管壳、管芯及工质组成，分为蒸发段、绝热段和冷凝段。

工作原理：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。

相变材料冷却：利用相变材料发生相变进行吸热。

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。

工作原理：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。

目前两种新技术仍在实验室阶段，考虑研发和新技术测试认证时间，从中期维度 看，我们认为3-5年内实现规模化应用的可能性不大。

三、储能温控行业的中期市场空间？

市场空间测算：预计25年温控市场达211亿元，21-25年CAGR达到96%

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，往后每年降幅5%。

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%。

四、储能温控行业的投资机会？

4.1、行业壁垒：市场参与者的竞争优势来自于哪些 方面？

储能温控与精密空调、工业制冷设备等有相似的技术要求

储能温控与精密空调、工业制冷设备等具有较高的技术要 求相似性。概括来说，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。

4.2、行业投资机会：为什么看好细分赛道储能温控？

液冷占比提高带来ASP提升，市场空间CAGR超越储能大行业。储能温控行业的投资机会，主要来自：市场空间增速超越储能大行业需求增速（21-25年储能温控行业空间CAGR+96%，储能装机量 CAGR+92%）。实现超越大行业需求增速的主要原因，系液冷占比提高预期，带来的ASP提升。制造业通常有年降机制，因而使得行业市场空间增速 慢于下游需求增速，而储能温控行业能实现超越大行业需求增速的核心原因，系出于对温控散热速率需求提升而带来的液冷占比提高预 期。基于我们的预测，预计21-25年液冷占比将由20%提升至42%，而液冷的价值量高于风冷，因此预计21-25年储能温控行业平均 价值量由4200万元/GWh提升至4500万元/GWh。

4.3、公司投资机会：哪些公司有望从行业中脱颖而 出？

中期市场格局：

精密空调行业与储能温控行业有较高相似性及可比性

储能温控行业与精密空调行业具有较高的相似性，除技术相似性外，亦同样考验公司的预制化、模块化、定制化、智能化能力。精密空 调广泛运用于数据中心等对主设备运行环境有较高要求的行业。除满足基本的性能要求外，精密空调供应商同样需要提高其预制化、模 块化、定制化、智能化能力，以满足下游非标性需求：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。

受数据中心建设需求爆发，精密空调行业经历了14-19年的行业高增期，因此，我们选取数据中心的精密空调行业做横向对比，以分 析预测中期层面储能温控行业的市场格局发展方向。2014年为中国数据中心行业爆发的元年，14-19年中国数据中心市场空间从372 亿元增长至1541亿元，CAGR+32.9%。受大行业高增速带动，国内机房空调市场亦有较大增长，14-19年市场空间从34.6亿元增长 至57.4亿元，CAGR+10.7%。（报告来源：未来智库）

或与精密空调行业类似，“一超多强”——龙头地位稳固，行业格局分散

精密空调市场格局：经过多年发展，目前国内机房空调呈“一超多强”格 局，先进入者艾默生龙头地位稳固，其他份额由国内公司占据。

“一超”—行业龙头：艾默生自70年代末进入中国市场，并跟随90年代 末精密空调行业发展至数据中心机房领域，凭借先发优势及技术积累迅速 打开中国国内机房空调市场，14-19年市场份额稳定在30%左右。

“多强”—国内供应商市场份额稳步提升：从制造业行业特性而言，精密 空调行业下游通常会开发3-4家供应商，以提高议价权、提高供应链安全 性；因此，在多年的发展中，随着国内供应商在产品制造能力、软实力 （非标化能力）等多方面的提升，国产品牌的销售额及市场份额亦有稳步 提升，19年多家国内企业市场份额提升至10%左右。

精密空调盈利能力：国内主要厂商的毛利率在30%-40%之间，我们认为， 稳定的毛利率主要系行业非标特性决定。依米康的统计口径为信息领域 （系统集成业务+精密空调业务），系统集成业务毛利率低于精密空调业 务，使得整体毛利率较低。除了依米康之外，佳力图和英维克的业务毛利 率均在30%-40%，我们认为，相对较高且稳定的毛利率主要因行业非标 特性决定。

类比储能温控行业：基于高相似性及高可比性，我们认为，中期来看储能 温控行业或会有相似的演变路径——市场格局呈“一超多强”，盈利能力 相对较高及稳定。

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