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

行业研究 电气设备 证券研究报告 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 挖掘价值投资成长 强于大市（维持） 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 / / 【投资要点】 相对指数表现 12.21% 3.82% -4.58% -12.97%-21.37% 12/192/194/196/198/1910/19 -29.77% 电气设备沪深300 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为：风冷、液冷两种。 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》 2023.12.01《4680：特斯拉引领，高确定性赛道》2023.11.29 储能温控市场：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：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，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，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】 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】 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。 2017 正文目录 1.温控市场概览：核心技术路线分为风冷/液冷，应用场景多样4 2.储能温控：重要性凸显，增量确定6 2.1.市场概述：储能温控重要性显著，保障电站安全性6 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6 2.3.市场空间：中性情形下，预计2025年全球储能温控市场规模148亿元9 2.4.产业链与主要参与者梳理12 3.数据中心温控：液冷效率更优，趋势已成14 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14 3.2.技术趋势：降能耗，算力提升推动液冷趋势15 3.3.市场空间：中性情形下，预计2025年我国数据中心温控市场规模405亿 元17 3.4.产业链与主要参与者梳理19 4.投资建议22 4.1.英维克22 4.2.高澜股份22 4.3.申菱环境23 4.4.同飞股份24 5.风险提示25 图表目录 图表1：传统风冷和液冷对比4 图表2：温控技术路线示意图4 图表3：各液冷技术方案原理及技术特点5 图表4：储能系统成本构成6 图表5：锂电池工作温度区间6 图表6：储能温控各技术方案性能对比7 图表7：液冷储能产品LCOS提升效果7 图表8：2023年上半年我国新增储能项目规模分布8 图表9：全球液冷储能温控市场空间及占比预测9 图表10：全球储能装机量测算9 图表11：全球储能温控设备市场空间测算（保守情形下）10 图表12：全球储能温控设备市场空间测算（中性情形下）11 图表13：全球储能温控设备市场空间测算（乐观情形下）12 图表14：储能温控产业链全景及主要上市公司12 图表15：主要储能温控公司的业务状况整理13 图表16：我国数据中心机架数量14 图表17：数据中心能耗分布（2019）14 图表18：数据中心温控方案效果评估对比14 图表19：数据中心运营成本结构16 图表20：全球数据中心功率变化预测16 图表21：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22：中国数据中心机架数量规模及液冷渗透率预测18 图表23：中国数据中心温控市场空间（保守情形下）18 图表24：中国数据中心温控市场空间（中性情形下）19 图表25：中国数据中心温控市场空间（中性情形下）19 图表26：液冷产业链全景图20 2017 图表27：主要数据中心液冷温控企业的业务状况梳理20 图表28：英维克2018-2023Q3营业收入22 图表29：英维克2023H1收入构成22 图表30：高澜股份2018-2023Q3营业收入23 图表31：高澜股份2023H1收入构成23 图表32：申菱环境2018-2023Q3营业收入24 图表33：申菱环境2023H1收入构成24 图表34：同飞股份2018-2023Q3营业收入24 图表35：同飞股份2023H1收入构成24 图表36：温控行业重点关注公司（截止2023年12月08日）25 2017 1.温控市场概览：核心技术路线分为风冷/液冷，应用场景多样 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，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为：风冷、液冷两种。 图表1：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：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：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，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2：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 2017 图表3：各液冷技术方案原理及技术特点 项目 冷板式液冷 浸没式液冷 喷淋式液冷 相变浸没式 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 2017 2.储能温控：重要性凸显，增量确定 2.1.市场概述：储能温控重要性显著，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：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：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4：储能系统成本构成 图表5：锂电池工作温度区间 其他,5% BMS,5% EMS,10% PCS,20%电池,60% -40℃60℃ 可承受温度区间 -20℃45℃工作温度区间 10℃35℃最佳温度区间 -50℃-25℃0℃25℃50℃75℃100℃ 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.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。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。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。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。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。 4）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 2017 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6：储能温控各技术方案性能对比 风冷 液冷 热管冷却 相变冷却 散热效率 中 高 较高 高 散热速度 中 较高 高 较高 温差 较高 低 低 低 温降 中 较高 高 高 复杂度 中 较高 较高 中 寿命 长 中 长 长 成本 低 较高 高 较高 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