2022年储能控温行业研究报告.docx

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1、2022年储能控温行业研究报告1、为什么储能系统需要温控?1.1 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

2、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

3、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+15C-+35C；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5C,避免产生局部热点。1.2 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

4、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

5、。2、储能温控技术趋势？2.1 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

6、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。典型储能温控技术的性能特点项目空冷液冷热管冷却相变冷却强迫主动冷端空冷冷端液冷相变材料+导热材料散热效率中高较高高高散热速度中较高高高较高温降中较高较高高高温差较高低低低低复杂度中较高中较高中寿命长中长长长成本低较高较高较高2.2 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

7、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

8、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。2.3 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，

9、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。定制化的要求一多目标优化设计，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。2.4

10、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

11、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。2.5 技术趋势：目前以风冷为主，中期液冷占比有望持续上升目前储能温控以风冷为主，主要系:当前储能项目对制冷效率要求相对不高：行业中

12、装机量占比较高的是通信基站、小型地面电站等带电量、功率密度相对较小的项目，风冷方案的制冷效率可以满足项目的安全标准；风冷设备成本低于液冷，当前储能项目对成本较敏感：单GWh风冷、液冷的价值量约3000、9000万元，其中液冷主机约5000万元，由于当前储能项目在部分应用场景中经济性不强，叠加当前电池成本不断上涨，下游需求对装机成本的敏感性强,因此会趋向于选择成本更低的风冷方案。我们预计，中期来看液冷占比有望持续上升,主要系：储能项目的发热量将不断提升，风冷的制冷效率可能无法满足部分项目散热需求：中期来看，能量型储能如新能源电站、离网储能等更大电池容量、更高系统功率密度的项目装机量上升，以及功率

13、型储能对调峰调频性能要求的提升，将带动储能项目的平均发热量提升，届时对制冷效率更高的液冷的需求将有望提升。分场景预计全球储能装机量3、储能温控行业的中期市场空间？3.1市场空间测算：预计2025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

14、%；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%o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%。4、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？(1)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