2022年储能热管理行业研究报告 广阔蓝海产品为王

2022年储能热管理行业研究报告广阔蓝海，产品为王

01.储能市场：广阔蓝海储能：解决新能源电力供需时间差的“灵活电站”储能是解决发电侧与用电侧供需不平衡的一种“灵活的电站”，暂时储存多余能源，并于未来用电时释放。全球“碳中和”背景下新型可再生能源受到青睐，风、光装机量不断提升，因风光发电具有间接性、波动性，储能成为弃风弃光主要解决方案，目前在发电侧、电网侧、用户侧均有应用。发电侧+电网侧：新能源较传统能源调峰压力更大，储能成为保证稳定供能的有效方案。用户侧：平滑电力+为终端用户节省用电成本，在峰谷电差较大的地区经济性显现。储能市场：国内储能新增装机量2025年或达103GWh储能系统渗透率提升确定性强。2020年开始国内风光配储政策不断出台，储能渗透率提升具有较强确定性。国内储能装机以发电侧为主。经民生电新团队测算，2025年国内储能装机量有望达103GWh，21-25年CAGR为104%。储能市场：全球储能新增装机量2025年或达362GWh，中美欧贡献主要增量全球：中美欧贡献主要储能装机需求，2021年合计占比接近80%。我们预计2025年全球储能装机量达362GWh，21-25年CAGR为95%。美国：美国电网高度市场化，光伏配储回报率较高，表前市场需求旺盛，我们预计25年储能总装机量达130GWh。欧洲：表前表后双端发力，英德为主要增量市场，我们预计25年储能总装机量达54GWh。国内：配储率/配储时长不断提高，我们预计25年国内储能装机量达103GWh，21-25年CAGR为104%。储能市场：2025年规模有望达4336亿元，国内占比~30%据WoodMackenzie测算，2021年电化学储能系统成本约为277美元/KWh（折合人民币约18.0亿元/GWh*），预计2025年储能系统成本将下降33%至184.5美元/KWh（折合人民币约12元/GWh*），四年降价CAGR为10.7%。通过价格和前文测算储能装机量得出2025年全球储能市场规模约为4336亿元，国内储能市场规模约为1241亿元，占比28.6%。02.热管理：储能不可或缺的关键一环热管理是保证储能系统持续安全运行的关键电站事故频发，锂电池热失控是引发储能系统安全事故的主要原因之一。在锂电池充放电的过程中，一部分化学能或电能转化成热能，如储能系统散热不佳，可能致热失控，造成电池短路、鼓包、出现明火，最终引发火灾、爆炸等安全事故。根据CNSEA的不完全统计，近十年全球储能安全事故发生60余起，截至今年4月底，全球已发生8起储能安全事故。储能系统产热大，散热空间有限，自然通风下难以实现温度控制，易损害电池的寿命和安全。与动力电池系统相比，储能系统电池的功率更大，数量更多，产热更多，而电池排列紧密又导致散热空间有限，热量难以快速、均匀地散发，易引起电池组之间的热量聚集、运行温差过大等现象，最终损害电池的寿命和安全。锂电池放电倍率与产热正相关，储能系统大容量发展趋势下，热管理系统配备需求不断增强。储能系统主动参与调峰调频，高倍率高容量的发展趋势下产热显著增加，热管理系统的重要性不断增强。热管理是保证储能系统持续安全运行的关键。理想情况下的热管理设计可以将储能系统内部的温度控制在锂电池运行的最佳温度区间（10-35℃），并保证电池组内部的温度均一性，从而降低电池寿命衰减或热失控的风险。电化学储能产业链中热管理价值量约占储能系统2-3%热管理处于电化学储能产业链的中游。上游包括锂电池材料和电子元器件；中游为储能系统集成，包括电芯、电力设备集成(PCS+EMS+BMS)、热管理、消防系统等；下游包括渠道商和用户端。下游客户集中度较高，热管理货值相对较低，易形成上下游绑定关系。储能系统中电池成本占比约55%，PCS占比约20%，BMS和EMS合计占比约11%，热管理约占2%-4%。热管理价值量占比相对较低，我们认为下游厂商更看重热管理方案的稳定性及安全性，价格敏感程度相对较低，且易于与方案提供商形成绑定关系，更换供应商的频率更低，赛道龙头更容易享受行业扩容红利。技术路线：以风冷和液冷为主，热管、相变冷却在研目前储能热管理的主流技术路线是风冷和液冷。储能热管理技术路线主要分为风冷、液冷、热管冷却、相变冷却，其中热管和相变冷却技术尚未成熟。风冷：通过气体对流降低电池温度。具有结构简单、易维护、成本低等优点，但散热效率、散热速度和均温性较差。适用于产热率较低的场合。液冷：通过液体对流降低电池温度。散热效率、散热速度和均温性好，但成本较高，且有冷液泄露风险。适用于电池包能量密度高，充放电速度快，环境温度变化大的场合。热管&相变：分别通过介质在热管中的蒸发吸热和材料的相态转换来实现电池的散热。风冷系统：方案成熟，应用广泛风冷以空气为介质，利用空气间的温差产生的热对流转移热量，实现散热。风冷散热分为自然风冷和强制风冷，自然冷却是利用自然风压、空气温差、空气密度差等对电池进行散热处理，实现电池模组及电池箱的散热，但由于空气的换热系数较低，自然对流散热难以满足电池的散热需求。强制风冷需要额外安装空调、鼓风机，使得外部空气通过电芯间隙/底部，空调负责调节整体环境温度，以达到电池工作温度需求。风冷系统：价值量约为3000万/GWh风冷系统与传统的空调系统构成相似，风冷系统的核心零部件包括：压缩机、电机、冷凝器、蒸发器，主要材料包括冷轧板、镀锌板、铜、铝等。其中压缩机成本占比最高，电机和电控次之。目前储能热管理中风冷应用占比最高。据华经产业研究院，2021年储能风冷系统成本约为3000万元/GWh，方案较为成熟。风冷系统优点是结构较为简单，系统铺设方案成熟，整体成本和维护成本较低。缺点在于冷却介质比热容较低，风冷的换热系数较低（25~100），易导致电池簇间温差，整体散热效率低于液冷方案，同时通道占地更大，对预留面积要求更高。液冷系统：高效散热，渗透率有望大幅提升目前储能热管理中液冷方案关注度更高，有望引领中长期发展方向。液冷的单套系统价值量高于风冷系统，市面已有成熟方案，新进入者众多，主流供应商仍在加速研究迭代，有望成为未来储能热管理的主流温控方案。液冷以液体为冷却介质，通过对流换热将电池产生的热量带走。液体冷却介质的换热系数高、比热容大、冷却速度快，可有效降低电池的最高温度和提高温度分布的均匀性，同时液冷系统的结构较为紧凑。液体与电池的接触模式有两种：一种是直接接触，电池单体或者模块沉浸在液体（如电绝缘的硅油）中，让液体直接冷却电池，此方案对绝缘性要求较高；另一种是在电池间设置冷却通道或者冷板，让液体间接冷却电池，储能系统多数采用此种方案。液冷技术的研究主要关注于液体冷却剂的选择、流道的优化、流速的优化以及热电耦合模型等。液冷系统：价值量约为9000万/GWh据华经产业研究院，2021年液冷系统价值量在9000万元/GWh。从价值量拆分来看，液冷主机价值量最高，其中包括压缩机、冷凝器、节流器、蒸发器、水泵等零部件，其次是液冷板，液冷主机和液冷板合计占比约为68%；换热器占比约为10%，管路占比约为8%。03.竞争格局：百舸争流，产品为王热管理赛道横向对比由于储能热管理技术与精密空调、家用空调及新能源车热管理系统技术同源，目前切入储能热管理赛道的主流企业大多有相关业务/技术积累。储能热管理赛道尚处发展初期，格局未定，横向对比四种热管理赛道的异同可以帮助我们展望未来参与者的竞争优势。储能热管理：方案常见场景包括草原、沙漠等较为偏远地区，风沙大，维护相对困难，储能系统的安全性要求高，对热管理方案的稳定性、安全性、可靠性有较高要求，一般寿命要求10-20年。价格方面，由于风冷方案成熟，价格敏感性一般高于液冷方案。精密空调：行业对于温度的控制精度要求较高，应用场景多为数据中心、通讯基站等领域，在机柜类控温、大制冷量需求的集装箱控温方面或有更强优势，使用寿命要求15年以上。家用空调、商用空调：主要应用场景为建筑空间内散热，维护难度低，整套配件一般寿命要求6-8年。新能源汽车热管理：安全性要求高，对于电池、电机的散热的可靠性要求很高。新能源车整车热管理方案新能源车热管理系统协同性要求更高，存在一定的技术壁垒，系统货值较高。传统燃油车热管理主要指发动机热管理及车内空调系统。1）发动机热管理系统的作用分为①高温天气给发动机降温，②低温环境迅速实现发动机冷启动。2）驾驶舱热管理可分为①发动机带动空调压缩机、水泵等运转制冷，②利用内燃机能量转化过程中流失的热量制热。新能源车热管理主要指三电系统热管理（电池、电机、电控）及车内空调系统。其中电池及车内空调系统的热管理尤为重要，电池热管理多采用液冷方案通过冷媒蒸发吸收冷却液的热量制冷，利用空调暖风回路的热量制热。车内空调系统通过电驱动压缩机制冷，采用PTC方案或利用热泵系统加热。电机部分主要通过风扇及散热器制冷。温度对电池运行效率、发动机运行效率有较大影响，电动车热管理系统难度、货值较燃油车更高。新能源车热管理系统一体化趋势下要对全车热量进行动态分配，需要完善高效的热管理算法检测外部环境温度、电机系统温度、电池组温度和座舱温度等参数，调节四/八通阀通向、风扇转速、热量分配等，技术壁垒及系统价值量较高。新能源车热管理vs储能热管理新能源车热管理公司是切入储能热管理领域的活跃玩家，动力电池热管理与储能电池热管理技术基本同源，但由于两种系统在在应用场景、寿命、性能方面有着不同要求，因此对热管理系统的要求有一定区别。储能电池对能量密度的要求小于动力电池，但要求更高的循环次数，更看重热管理系统的稳定性、一致性。储能电池系统主要应用在电网调峰调频、新能源并网、户用储能等场景，对体积、重量要求较汽车动力电池系统更宽松，对充电速度、单电池能量密度有所放宽，但由于储能系统通常需要长时间运行，因此要求储能电池拥有更高的可循环次数及更长的寿命。储能系统串、并联电池组数量更多，处于对电池组寿命及效率的考虑，对电池温度的一致性要求更高，更看重储能热管理的BMS、EMS系统。在散热模式的选择上，风冷、液冷均可达到储能热管理的温控要求，近年来随着液冷系统技术的提升及成本的降低，占地面积更小、集成度更高的搭载液冷的储能系统发展良好，液冷方案渗透率不断提升。汽车动力电池作为移动电源，在整车结构中占用面积较为固定，对体积、质量能量密度要求更高，需要热管理系统更高的散热效率。动力电池主要应用场景为电动交通工具，在整车的结构设计上，留给电池组的空间有限，提升整车续航的重点在于电池能量密度，近年来更高能量密度的动力电池产品快速迭代，对热管理系统的体积及散热效率有更高的要求，动力电池热管理上液冷方案为主流方案。英维克：精密温控龙头，风冷液冷双端布局储能热管理通讯、IDC温控起家，新能源客车、轨交领域拓展后发力储能温控，已具有一定业务规模。公司2005年成立，2006年推出并构建了以通讯基站、户外机柜专用空调、IDC节能空调为主的产品体系；2015年成立子公司深圳科泰专门负责新能源客车空调的研产销工作，2018年公司新能源客车空调大批量应用于多地公交集团；同年收购上海科泰切入轨道交通领域温控；公司是最早涉及电化学储能系统的厂商，最早于2016年推出了水冷机组的解决方案，2018年储能环境解决方案大量应用于国内外储能电站，2020年在风冷系列机柜空调基础上，开始为中国、欧美储能行业提供液冷系统的全链条综合解决方案，并不断优化端到端液冷系统。申菱环境：IDC、工业空调专家，战略布局热泵、储能温控领域公司基于IDC温控技术与储能温控技术同源性，切入储能温控市场。公司2000年成立，聚焦于工业工艺、专业特种、数据服务、高端公建四大领域，提供环境调控整体垂直解决方案。2014年公司精密空调生产基地投产，正式进入数据服务领域，公司在该领域业务发展迅速，近年来已成为公司主导成长性业务。公司计划加速在储能领域的布局，公司数据中心液冷温控技术较为成熟，热管理方案体系完善，有望快速切入储能热管理领域。同飞股份：工业温控龙头，储能温控业务乘“双碳”风而起国内领先数