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新能源汽车行业热管理专题报告:储能热管理百家争鸣高效与低成本者为王-220513(23页).pdf

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新能源汽车行业热管理专题报告:储能热管理百家争鸣高效与低成本者为王-220513(23页).pdf

1、 证券研究报告 请务必阅读正文之后的免责条款 储储能热管理:百家争鸣,高效与低成本者为王能热管理:百家争鸣,高效与低成本者为王 新能源汽车行业热管理专题报告2022.5.13 中信证券研究部中信证券研究部 核心观点核心观点 袁健聪袁健聪 首席新能源汽车 分析师 S05 华鹏伟华鹏伟 首席电力设备与新能源分析师 S07 李景涛李景涛 汽车及零部件联席首席分析师 S03 黄亚元黄亚元 首席通信分析师 S01 刘易刘易 首席主题策略 分析师 储能储能行业处行业处于全球碳中和背景下的爆发于全球碳中和背景下的爆发周期

2、,周期,储能热管理行业储能热管理行业有望有望乘东风迎来乘东风迎来高增长。高增长。目前储能热管理目前储能热管理较为成熟的技术路线为较为成熟的技术路线为风冷和液冷,风冷和液冷,其中其中风冷风冷在目前在目前储能系统中储能系统中占占主流,主流,液冷方案液冷方案在未来渗透率在未来渗透率料料将不断上升将不断上升。目前参与的。目前参与的公司公司包包括生产空调括生产空调、液冷板等工业温控设备、液冷板等工业温控设备的公司的公司。布局较早,拥有技术积累的公司。布局较早,拥有技术积累的公司可能拥有更多优势。可能拥有更多优势。 电化学储能增长可期电化学储能增长可期,热管理重要性凸显,热管理重要性凸显。随着清洁能源占比

3、逐步提升,储能在电力系统的发电侧、电网侧和用户侧起到了至关重要的作用。我们预计 2025年全球储能市场有望接近 260GWh 的容量,对应 2022-2025 年 CAGR+38%。其中,电化学储能由于能量密度大、应用灵活、响应快速等优势,渗透率有望快速提升。电池作为电化学储能的核心部件,具有较大的热失控风险,因此从安全性角度看,储能热管理极具重要性。 目前以目前以风冷风冷技术为主,未来技术为主,未来液冷液冷占比将大幅提升占比将大幅提升。风冷技术通过空调+通道的设计,采取冷却空气进而冷却电池的方式,具备系统简单、制造成本低、便于安装等特点,普遍适用于通信基站等电池能量密度较低、充放电速度慢的场

4、景。液冷技术是通过冷水机产生冷却水,再通过液冷板直接冷却电池,具有载热量大,散热均匀、换热效率高等特点,适用于电池包能量密度高、充放电速度快、环境温度变化大场景。 未来随着更多大功率储能项目落地, 对液冷技术的需求将逐步增大。 储储能热管理行业将迎来爆发式增长。能热管理行业将迎来爆发式增长。我们认为液冷技术的占比有望随着更多大型储能项目的落地而提升, 假设 2025年液冷占比达到 45%。 针对 2025年电化学储能容量需求的保守(232GWh)、中性(315GWh)和乐观(450GWh) 假设, 对应储能热管理市场空间分别为 123 亿元/166 亿元/237亿元,对应 2021-2025

5、年 CAGR 分别为+65%/+78%/95%。由于价值量更高的液冷方案渗透率提升,储能热管理行业增速高于储能行业的复合增速。 入局者众多,竞争力体现在效率和综合成本。入局者众多,竞争力体现在效率和综合成本。储能热管理行业的参与者根据技术路线来源分为四大类: 第一类是在温控领域同时具备风冷和液冷技术的公司,如英维克;第二类是以风冷技术为主的公司,包括申菱环境、朗进科技;第三类是以液冷技术为主的公司,如同飞股份、高澜股份;第四类汽车热管理相关公司, 如奥特佳、 松芝股份。 由于储能热管理属于单一项目制,因此具有定制化和个性化的特点, 需要企业在运营效率和综合成本方面有突出的优势。 风险因素:风险

6、因素:储能系统降本与装机量低于预期;储能电池性能发展超预期;液冷技术渗透率低于预期;相变冷却技术发展超预期;原材料与物流成本大幅波动;行业成长较快更多市场参与者导致竞争加剧。 投资策略投资策略:电池作为电化学储能的核心部件,具有较大的热失控风险,因此从安全性角度看,储能热管理极具重要性。未来随着更多大功率储能项目落地,对液冷技术的需求将逐步增大。 储能热管理参与者众多, 我们认为具备较强的运营效率和成本优势的企业将有更大的优势。推荐英维克、高澜股份、松芝股份,建议关注同飞股份、奥特佳、朗进科技。此外,对于零部件厂商,推荐三花智控、银轮股份,建议关注飞荣达、科创新源。 新能源汽车新能源汽车行业行

7、业热管理专题报告热管理专题报告2022.5.13 证券研究报告 请务必阅读正文之后的免责条款 S02 李鹞李鹞 新能源汽车分析师 S05 汪浩汪浩 新能源汽车分析师 S05 张志强张志强 电力设备与新能源分析师 S01 重点公司盈利预测、估值及投资评级重点公司盈利预测、估值及投资评级(元)(元) 简称简称 收盘价收盘价 EPS PE 评级评级 2021 2022E 2023E 2024E 2021 2022E 2023E 2024E 三花智控 16.72 0.41 0.64 0.82 0.97 40.8 2

8、6.1 20.4 17.2 买入 银轮股份 8.20 0.41 0.48 0.66 0.99 20.0 17.1 12.4 8.3 买入 高澜股份 9.13 0.23 0.46 0.67 0.96 39.7 19.8 13.6 9.5 买入 英维克 24.64 0.61 0.79 1.14 1.49 40.4 31.2 21.6 16.5 买入 松芝股份 5.35 0.26 0.42 0.53 20.6 12.7 10.1 买入 资料来源:Wind,中信证券研究部预测 注:股价为 2022 年 5 月 10 日收盘价 新能源汽车新能源汽车行业行业 评级评级 强于大市(维持)强于大市(维持) O

9、YnUiVhUxPvMsQbR9R7NsQrRsQpNfQoOnQlOqRsM8OoPqQNZnMnPNZmPpN 新能源汽车新能源汽车行业行业热管理专题报告热管理专题报告2022.5.13 请务必阅读正文之后的免责条款部分 目录目录 电化学储能潜力巨大,热管理解决安全问题电化学储能潜力巨大,热管理解决安全问题 . 1 电化学储能增长可期 . 1 热管理是电化学储能系统重要组成部分 . 3 储能热管理成为核心,液冷储能热管理成为核心,液冷技术快速发展技术快速发展. 4 风冷技术:空调制冷,风道交换热量 . 5 液冷技术:制冷效率更高 . 7 预计 2025 年市场空间 123-237 亿元 .

10、 8 入局者众多,竞争力体现在综合成本入局者众多,竞争力体现在综合成本 . 10 温控和汽车热管理公司入局. 10 储能液冷与动力电池热管理差异化技术要求,更看重经济性 . 10 储能风冷与工业空调技术同源,温度均匀和能耗更为重要 . 11 定制化程度高,企业竞争力体现在效率和综合成本 . 12 储能热管理行业公司介绍储能热管理行业公司介绍 . 12 风险因素风险因素 . 17 投资建议投资建议 . 17 新能源汽车新能源汽车行业行业热管理专题报告热管理专题报告2022.5.13 请务必阅读正文之后的免责条款部分 插图目录插图目录 图 1:我国风光装机累计规模与政策 2030 年目标(GW)

11、. 1 图 2:2021 年全球储能项目累计装机分类占比 . 1 图 3:2021 年中国储能项目累计装机分类占比 . 1 图 4:2015-2021 年全球电化学储能装机量 . 2 图 5:全球发电侧、电网侧、用户侧储能容量需求预测(GWh) . 3 图 6:电化学储能产业链全景图 . 3 图 7:4 16 北京储能电站火灾事故现场 . 4 图 8:澳大利亚“维多利亚大电池”储能项目起火现场. 4 图 9:集装箱式储能电站风冷系统 . 5 图 10:集装箱式电池储能系统热管理风冷路线 . 6 图 11:热管理风冷路线控制策略 . 6 图 12:储能系统热管理液冷路线 . 7 图 13:储能液

12、冷系统产业链 . 8 图 14:电化学储能热管理市场空间测算(保守假设) . 9 图 15:储能热管理公司 . 10 图 16:储能热管理系统成本 万元/GWh . 11 图 17:新能源汽车热管理成本 万元/GWh . 11 图 18:英维克集装箱温控解决方案 . 13 图 19:英维克储能冷水机解决方案 . 13 图 20:同飞股份液冷系统 . 14 图 21:同飞股份一体式空调 . 14 表格目录表格目录 表 1:主要储能形式对比 . 2 表 2:不同类型电池对比 . 4 表 3:三大热管理技术路线对比 . 5 表 4:储能电池热管理具体方案 . 7 表 5:各公司技术方案布局 . 8

13、表 6:电化学储能热管理市场空间测算(保守假设) . 9 表 7:储能电池和动力电池对比 . 11 新能源汽车新能源汽车行业行业热管理专题报告热管理专题报告2022.5.13 请务必阅读正文之后的免责条款部分 1 电化学储能潜力巨大电化学储能潜力巨大,热管理解决安全问题,热管理解决安全问题 电化学储能增长可期电化学储能增长可期 “双碳”目标带动“双碳”目标带动清洁能源清洁能源快速发展。快速发展。在“碳中和”的背景下, “风光”清洁能源装机量将高速增长。2021 年我国光伏装机量仍达 52.97GW,同比+7.8%;全年风电装机量达 47.57GW,同比 2020 年-40.9%,但同比 201

14、9 年+183.3%。中长期来看,根据国家能源局发布的关于 2021 年风电、光伏发电开发建设有关事项的通知 ,到 2025 年风光发电量占比将提升至 16.5%,2030 年全国风光装机规模将超 1200GW。我们预计到 2030年,国内非化石能源消费占比将达到 26%左右。 图 1:我国风光装机累计规模与政策 2030 年目标(GW) 资料来源:国家能源局,中信证券研究部;注:2030 年数据为政策目标。 储储能装机规模上升较快。能装机规模上升较快。随着清洁能源占比逐步提升,储能在电力系统的发电侧、电网侧和用户侧起到了至关重要的作用, 主要以抽水蓄能和电化学储能为主。 据CNESA的数据,

15、 2021年全球新增投运电力储能项目装机规模18.3GW,同比增长185%。其中,中国已投运电力储能项目累计装机规模达到 35.7GW,同比+9.80%。据伍德麦肯兹预计,到 2030 年,全球储能装机量将达到741GWh,中国储能装机量将达到153GWh,未来市场增长空间巨大。 图 2:2021 年全球储能项目累计装机分类占比 图 3:2021 年中国储能项目累计装机分类占比 资料来源:CNESA,中信证券研究部 资料来源:CNESA,中信证券研究部 030060090012002017A2018A2019A2020A2021A2030E光伏累计规模风电累计规模风光总装机底线目标实际CAGR

16、 = 21.3%要求CAGR = 7.3%抽水蓄能86.2%熔融盐储热1.6%锂离子电池11.09%压缩空气0.28%铅蓄电池0.27%钠硫电池0.24%飞轮储能0.22%液流电池0.07%其它0.02%新型储能12.2%抽水蓄能86.3%熔融盐储热1.2%锂离子电池11.21%铅蓄电池0.74%液流电池0.11%超级电容0.03%其它50 年 25 年 20 年左右 10 年左右 循环数百万次 优点优点 能量密度大、应用灵活 容量大、技术成熟、性价比高、寿命长 容量大、寿命长 功率密度大、 寿命长 功率密度大 响应速度快 缺点缺点 成本高、安全性问题 响应速度慢、 建设周期长、选址要求高 转

17、换效率低、 响应速度慢、选址十分有限、建设周期长 容量小、 放电时间短 容量小、 自放电损耗 容量小、 技术不成熟、成本高 应用应用 分布式、削峰填谷、调频 削峰填谷、调频、黑启动 削峰填谷 UPS、调频 调频 试验性阶段 场景场景 资料来源:微信公众号风电头条,中信证券研究部 全球全球电化学储能电化学储能装机量装机量近两年增速加快近两年增速加快。根据 CNESA 数据,2015 年-2017 年,全球电化学储能行业增长较慢,每年新增装机规模在 1GW 以下;2018 年以来,全球电化学储能市场新增装机规模放大,2021 年新增装机数量达到 10.2GW,累计装机数达 24.4GW,分别同比增

18、长 117%和 71.8%。 图 4:2015-2021 年全球电化学储能装机量 资料来源:CNESA,中信证券研究部 保守估计保守估计 2025 年全球储能市场有望接近年全球储能市场有望接近 260GWh 的存储容量需求的存储容量需求。我们保守预计2021-2025年全球储能市场有望分别产生41.2/71.7/113.5/176.4/258.0GWh的储能容量需求,对应 2022-2025 年 CAGR+37.7%,储能产业链将迎来爆发式增长。预计 2021-20250.40.70.93.72.94.710.21.322.96.69.514.224.4050152016

19、200202021新增装机(GW)累计装机(GW) 新能源汽车新能源汽车行业行业热管理专题报告热管理专题报告2022.5.13 请务必阅读正文之后的免责条款部分 3 年发电侧储能需求为 12.1/21.1/37.2/59.8/103.4GWh,对应 CAGR+48.7%;电网侧储能需 求 为5.0/5.0/7.6/17.2/22.3GWh , 对 应CAGR+45.1% ; 用 户 侧 储 能 需 求 为24.1/45.5/68.7/99.3/132.3GWh,对应 CAGR+30.6%。 图 5:全球发电侧、电网侧、用户侧储能容量需求预测(GWh) 资料来源:CPIA,

20、Wind,中信证券研究部预测 热管理是电化学储能系统重要组成部分热管理是电化学储能系统重要组成部分 电化学储能产业链分为上游设备商、中游集成商、下游应用端三部分。电化学储能产业链分为上游设备商、中游集成商、下游应用端三部分。上游设备包括电池组、储能变流器(PCS) 、电池管理系统(BMS) 、能量管理系统(EMS) 、热管理和其他设备等,多数从业者为其他相近领域延伸而来;中游环节核心为系统集成+EPC;下游主要分为发电端、电网端、户用/商用端、通信四大场景。储能产业链多数企业参与其中1-2 个细分领域,少数企业从电池到系统集成,甚至 EPC 环节全参与。 图 6:电化学储能产业链全景图 资料来

21、源:各公司官网,中信证券研究部 12.121.137.259.8103.45.05.07.617.222.324.145.568.799.3132.30.020.040.060.080.0100.0120.0140.02021E2022E2023E2024E2025E发电侧电网侧用户侧 新能源汽车新能源汽车行业行业热管理专题报告热管理专题报告2022.5.13 请务必阅读正文之后的免责条款部分 4 电池组是储能系统最主要的构成部分电池组是储能系统最主要的构成部分,锂电池和钠电池潜力巨大,锂电池和钠电池潜力巨大。不同类型的电池在能量密度、功率密度、成本、安全等方面各有差异,根据 NEC 的测算,

22、从全生命周期的角度看, 锂离子电池、 铅酸电池与液流电池的前期投资成本不相上下, 但考虑到后期维护,锂离子电池显现出明显的成本优势。目前钠硫电池尚未形成成熟的产业链,但其有望成为成本较低的技术种类。 表 2:不同类型电池对比 锂离子电池锂离子电池 铅酸电池铅酸电池 液流电池液流电池 钠硫电池钠硫电池 优点优点 能量、功率密度大,响应速度快,组态方式灵活 技术成熟、性价比高 容量大、寿命长、安全性高 能量密度高、响应速度快 缺点缺点 安全性问题 能量密度低、寿命短、环保问题 转换效率低、成本高、环境要求高 安全性问题、成本高、环境要求苛刻、 应用应用 在移动设备和电力系统上广泛应用 常用于电力系

23、统的备用电源 用于调峰调频 用于调峰调频 使用寿命使用寿命 10 年 1 年 20 年 8 年 转换效率转换效率 90% 80% 70% 85% 初始投资初始投资 2000 元/KWh 1200 元/KWh 8000 元/KWh 7000 元/KWh 全生命周期度电成本全生命周期度电成本(发电时长发电时长=1200h) 0.66 元/KWh 4.27 元/KWh 2.90 元/KWh 3.70 元/KWh 资料来源:微信公众号风电头条等,中信证券研究部测算 储能系统安全事故凸显热管理的重要性。储能系统安全事故凸显热管理的重要性。2021 年 4 月 16 日,北京国轩福威斯储能电站发生火灾爆炸

24、,经调查,起火原因是 LFP 电池发生内短路,引发电池热失控起火。同年7 月,搭载特斯拉 Megapack 储能系统的澳大利亚“维多利亚大电池”项目在测试过程中因冷却系统泄露,引发电池仓起火。频繁出现的起火事件凸显出热管理已成为保障储能电站安全运行必不可少的重要组件。 储能热管理成为核心,液冷技术快速发展储能热管理成为核心,液冷技术快速发展 热热管理成为储能系统核心,管理成为储能系统核心, 风冷风冷与液冷是目前成熟的技术路线。与液冷是目前成熟的技术路线。 储能热管理的冷却方式主要有以下三大技术路线:风冷(空气冷却) 、液冷和相变冷却。目前国内的储能系统热管理路线基本都采用强迫风冷的方式,国外已

25、经有应用液冷散热。也有很多工程师在研究相变材料和液冷或风冷的混合模式,但都还不成熟。风冷和液冷的核心区别是传热介质的不同。具体来看,液体介质的传热效率是最高的,能达到 0.5-10;空气介质的传热效率一般在零点图 7:416 北京储能电站火灾事故现场 资料来源:澎湃新闻,中信证券研究部 图 8:澳大利亚“维多利亚大电池”储能项目起火现场 资料来源:澳大利亚国家消防管理局官网 新能源汽车新能源汽车行业行业热管理专题报告热管理专题报告2022.5.13 请务必阅读正文之后的免责条款部分 5 几左右;从换热系数来说,空气介质较低(25-100) ,液体介质较高(1000-1.5 万) 。 表 3:三

26、大热管理技术路线对比 特性特性 风冷风冷 液冷液冷 相变相变冷却冷却 冷却介质 空气 液体 相变材料 接触方式 直接 间接 直接 设计 简单 复杂 简单 传热效率 较低(零点几) 较高(0.5-10) 中等 成本 较低 较高 中等 维护 要求低,容易实现 系统复杂,较难实现 系统简单,容易实现 换热系数 25-100 1,000-1.5 万 / 温度均匀性 非均匀 均匀 均匀 寿命 1年 3-5 年 与材料有关 安装 容易 难 容易 适用场景 电池能量密度低,充放电速度慢 电池能量密度高,充放电速度快,环境温度变化大 适中 技术成熟度 成熟 成熟 不成熟 资料来源:中国储能网,中信证券研究部

27、风冷风冷系统简单成本较低, 液冷功耗更低效果更好。系统简单成本较低, 液冷功耗更低效果更好。 风冷系统具备系统简单、 制造成本低、便于安装等特点。在电池能量密度低,充放电速度慢的场景有比较多的应用。液冷具备载热量大,换热效率高的特点,在电池包能量密度高,充放电速度快,环境温度变化大的场合得到广泛的应用。液冷系统可以和电池包高度集成,所需空间小,无需担心灰尘,水汽凝结。但液冷技术的成本相对更高昂,若装机量较大(5MWh 以上) ,液冷的成本会大大降低。 风冷风冷技术技术:空调制冷,风道交换热量:空调制冷,风道交换热量 风风冷冷的核心是空调的核心是空调和风道和风道。目前,在功率密度较小的集装箱储能

28、系统和通信基站储能系统中主要采用风冷技术。一方面是因为风冷系统结构简单,安全可靠,并且易于实现;另一方面是因为储能系统对能量密度和空间的限制不像动力电池系统那么苛刻,可以通过增加电池数目来获得较低的工作倍率和产热率。以集装箱式锂电池储能系统为例,该系统由标准集装箱、锂离子电池系统、电池管理系统、储能变流器、空调和风道、配电柜、七氟丙烷灭火装置等组成。 图 9:集装箱式储能电站风冷系统 资料来源:朱信龙等.集装箱储能系统热管理系统的现状及发展J.储能科学与技术,2022,11(01):107-118,中信证券研究部 新能源汽车新能源汽车行业行业热管理专题报告热管理专题报告2022.5.13 请务

29、必阅读正文之后的免责条款部分 6 风道结构设计:风道结构设计: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。空调输出的气流经风道出口以一定的速度向下流出后,在电池模块前端面板风扇的作用下,从电池模块后端面板进风口进入电池模块内部,流经电池单体表面对电池单体降温,然后由风扇抽出。电池模组后端面板开孔,便于空调输出的气流进入模组内部; 前端面板设计轴流风扇, 用于将气流抽出, 促进气流在电池模组内部的流动。气流进入电池模块内部后流经电池单体表面,与电池单体进行冷热交换后由风扇排出,完成对电池单体的冷却。 图 10:集装箱式电池储能系统热管理风冷路线 资料来源:

30、田刚领,张柳丽,牛哲荟,李占军,罗军.集装箱式储能系统热管理设计J.电源术,2021,45(03):317-319+329, .中信证券研究部 热管理控制策略热管理控制策略空调控制和电池模块风扇控制。空调控制和电池模块风扇控制。空调控制由空调自身逻辑控制来实现,根据集装箱内部不同温度条件可分为制热模式和制冷模式,制热模式实现对电池低温下的控制和保护,制冷模式实现对电池温升的有效控制。电池模块风扇由电池管理系统控制,且每一个电池模块的风扇可独立控制运行。 图 11:热管理风冷路线控制策略 资 料 来 源 : 田 刚 领 , 张 柳 丽 , 牛 哲 荟 , 李 占 军 , 罗 军 . 集 装 箱

31、式 储 能 系 统 热 管 理 设 计 J. 电 源 技术,2021,45(03):317-319+329.中信证券研究部 新能源汽车新能源汽车行业行业热管理专题报告热管理专题报告2022.5.13 请务必阅读正文之后的免责条款部分 7 风冷风冷热管理系统有多种不同的结构设计方案。热管理系统有多种不同的结构设计方案。 空调结构包括落地一体式、 顶置一体式、分体式等构型;送风方式包括顶部送风、背面送风、底部送风等。落地一体式空调用于已预留空调空间的储能集装箱中,通常顶部出风,与集装箱内部的风道相连接,直接对电池组进行精确送风。 而如果储能集装箱内部没有空间安装空调, 则需要使用顶置一体式空调,空

32、调安装在集装箱顶部,从顶部对电池进行制冷。分体式空调内机安装在电池组当中,前回风背送风,将空调出风口与风道相连,直接对电池进行制冷。 表 4:储能电池热管理具体方案 空调结构空调结构 落地一体式落地一体式 顶置一体式顶置一体式 分体式分体式 送风方式 顶部送风 底部送风 背面送风 示意图 特点 适用于预留空调空间的储能集装箱中,与集装箱内部的风道相连接。 适用于没有内部空间的储能集装箱,不需要连接管路,但需要特殊的防水设计。 内机安装在电池组当中,空调出风口与集装箱内部的风道相连 资料来源:黑盾股份官网,中信证券研究部 液冷技术液冷技术:制冷效率更高:制冷效率更高 液冷方案在保证储能系统安全、

33、散热效率等方面综合优势显著。液冷方案在保证储能系统安全、散热效率等方面综合优势显著。液冷方案采用水、乙醇、硅油等冷却液,通过液冷板上均匀分布的导流槽和电芯间接接触进行散热。其优点包括:1)靠近热源,高效制冷;2)与相同容量的集装箱风冷方案相比,液冷系统不需要设计风道,占地面积节约 50%以上,更适合未来百 MW 级以上的大型储能电站;3)相比风冷系统,由于减少了风扇等机械部件的使用,故障率更低;4)液冷噪声低,节省系统自耗电,环境友好。 图 12:储能系统热管理液冷路线 资料来源:黑盾股份,中信证券研究部 液冷系统液冷系统的核心为的核心为冷水机和冷水机和液冷板液冷板。其中冷水机包括压缩机、冷凝

34、器、节流器、蒸发器和水泵等部件,冷水机生产商包括英维克、同飞股份等;液冷板是将上游的铜和铝等原材料进行加工成相应的板材,液冷板的生产工艺分为钎焊、吹胀、压铸、冲压、搅拌摩擦 新能源汽车新能源汽车行业行业热管理专题报告热管理专题报告2022.5.13 请务必阅读正文之后的免责条款部分 8 焊等,液冷板生产商包括银轮股份、三花智控、飞荣达、科创新源等。 图 13:储能液冷系统产业链 资料来源:电动汽车资源网,中信证券研究部 安全性和经济性双轮驱动,热管理技术转向液冷。安全性和经济性双轮驱动,热管理技术转向液冷。风冷所涉及的冷却结构简单、便于安装、成本较低,但制冷效果低下、无法实现精准控温、需要大面

35、积散热通道。行业目前装机较多的通信基站、 小型地面电站等功率密度相对较低的项目, 风冷制冷效率可以满足。液冷通过冷却液对流换热,散热更高效均匀,且可靠性更佳。未来随着新能源电站、离网储能等更大电池容量、更高系统功率密度的储能电站需求起步,储能系统能量密度与发热量更大,对安全性和寿命的要求更高,将推动行业更多转向采用液冷方案。宁德、阳光电源、比亚迪等头部企业已率先切换,龙头示范效应将驱动液冷渗透加速。 表 5:各公司技术方案布局 公司公司 风冷储能系统风冷储能系统 液冷储能系统液冷储能系统 特斯拉 暂无风冷产品 已有 Powerwall、Megapack 等产品 宁德时代 已有多个产品 2021

36、 年 4 月推出户外液冷电柜 比亚迪 2021 年初推出 BYD Cube T28 阳光电源 2021 年 10 月推出示范产品 远景能源 2021 年 10 月推出示范产品 亿纬锂能 已有电力用 1500V 液冷储能集成系统 海博思创 2021 年推出 HyperL1 液冷储能系统 正泰新能源 2021 年发布“TELOGY 泰集驼峰 1500V 液冷储能系统新品” 科陆电子 一体化液冷型储能系统 E30 资料来源:高工锂电,各公司官网,中信证券研究部 预计预计 2025 年年市场空间市场空间 123-237 亿元亿元 以 1MWh 的集装箱式储能系统为例, 这类小规模低能量密度的储能系统一

37、般采用风冷技术。根据我们测算,在典型工况 1C 运行时,系统产热率为 39kW,需要的空调最小制 新能源汽车新能源汽车行业行业热管理专题报告热管理专题报告2022.5.13 请务必阅读正文之后的免责条款部分 9 冷功率为 24kW。以市面上某种户外空调为例,制冷量为 1500W,价格 2000 元/台,制冷成本约计算为 1.33 元/W。若满足上述集装箱储能系统,则对应需要约 3 万元,可进一步得出单 GWh 储能系统选择风冷方案投资成本约为 3000 万元。同理,按照液冷板等关键部件成本测算,单 GWh 储能系统选择液冷方案投资成本约为 9000 万元。 假设未来 5 年内,在技术的进行和规

38、模扩大效应之下,两种技术路线的成本每年分别下降 2%和 3%。同时假设液冷方案在 5 年内的渗透率分别为 20%/25%/35%/40%/45%。保守假设 2021-2025 年全球电化学储能容量需求分别为 37/65/102/159/232GWh,中国的储能容量需求分别为 5/10/16/29/50GWh。 测算结果表明,测算结果表明,保守假设下,保守假设下,2021-2025 年全球年全球电化学电化学储能热管理市场空间分别达到储能热管理市场空间分别达到17/30/52/82/123 亿元亿元, 对应, 对应 CAGR+65%。 其中, 中国市场分别将达到。 其中, 中国市场分别将达到 2/

39、5/8/15/27 亿元,亿元,对应对应 CAGR+85%。 中性假设下,如果中性假设下,如果 2025 年全球年全球电化学电化学储能容量需求达到储能容量需求达到 315GWh,则对应储能热管,则对应储能热管理市场空间为理市场空间为 166 亿元,亿元,2021-2025 年的年的 CAGR 为为 78%。 乐观假设下,如果乐观假设下,如果 2025 年全球年全球电化学电化学储能容量需求达到储能容量需求达到 450GWh,则储能热管理市,则储能热管理市场空间为场空间为 237 亿元,亿元,2021-2025 年的年的 CAGR 为为 95%。 表 6:电化学储能热管理市场空间测算(保守假设)

40、预测年份预测年份 2021E 2022E 2023E 2024E 2025E CAGR 全球储能装机容量需求(GWh) 37 65 102 159 232 58.2% 中国储能装机容量需求(GWh) 5 10 16 29 50 77.0% 风冷系统成本(万元/GWh) 3000 2940 2881 2824 2767 液冷系统成本(万元/GWh) 9000 8730 8468 8214 7968 风冷成本年降 2% 2% 2% 2% 2% 液冷成本年降 3% 3% 3% 3% 3% 液冷系统渗透率 20% 25% 35% 40% 45% 全球储能热管理市场空间(亿元) 17 30 52 82

41、123 64.9% 中国储能热管理市场空间(亿元) 2 5 8 15 27 84.6% 资料来源:CNESA,中信证券研究部预测 图 14:电化学储能热管理市场空间测算(保守假设) 资料来源:CPIA,Wind,中信证券研究部预测 2581527CAGR65%CAGR85%02040608021E2022E2023E2024E2025E全球储能热管理市场空间(亿元)中国储能热管理市场空间(亿元) 新能源汽车新能源汽车行业行业热管理专题报告热管理专题报告2022.5.13 请务必阅读正文之后的免责条款部分 10 入局者众多,竞争力体现在入局者众多,竞争

42、力体现在综合综合成本成本 温控和汽车热管理温控和汽车热管理公司公司入局入局 储能热管理行业的参与者根据技术路线来源分为两大类,第一类即风冷技术储能热管理行业的参与者根据技术路线来源分为两大类,第一类即风冷技术,大部分,大部分是以前是以前空调空调相关相关的的公司公司,包括精密温控,包括精密温控(如英维克、申菱环境、朗进科技) 、汽车空调热(如英维克、申菱环境、朗进科技) 、汽车空调热管理管理者者(松芝股份、奥特佳、(松芝股份、奥特佳、三花智控、三花智控、银轮股份) ;银轮股份) ;第二类即液冷技术的第二类即液冷技术的公司公司,之前,之前的的业务是业务是工业冷却相关工业冷却相关者者,如同飞股份、高

43、澜股份。,如同飞股份、高澜股份。新能源公司能够凭借储能电池与热管理系统的一体化设计获得更好的性能,并凭借电池的市场占有率稳定热管理系统市场。另一方面, 温控设备公司有更深厚的技术积累和规模优势, 可能在成本和行业标准上取得优势。 图 15:储能热管理公司 资料来源:各公司官网,中信证券研究部 储能液冷储能液冷与与动力电池动力电池热管理热管理差异化技术要求,差异化技术要求,更看重经济性更看重经济性 储能电池和动力电池系统储能电池和动力电池系统在在应用场景、性能、寿命等方面有不同之处应用场景、性能、寿命等方面有不同之处。二者在技术原理上并没有显著差异,但由于应用场景和电池容量的不同,对于二者的性能

44、和使用寿命等要求也不同:1)动力电池追求更高的能量密度和充电速度,而储能电池对能量密度要求较小,但需要较高的循环次数;2)电池容量方面,储能系统容量大,对电池一致性、系统成本和使用寿命要求更高,更加考验电池管理系统和能量管理系统性能。在相同的十年寿命的前提下,假设动力电池三天一次完全充放电,考虑三元磷酸铁锂电池组理论寿命为1200 次,则三元磷酸铁锂电池组寿命在十年左右。储能电池充放电更加频繁,对于循环寿命有更高的要求,需要 3000 以上循环次数。 系统结构和成本方面也有较大差异。系统结构和成本方面也有较大差异。完整的电化学储能系统主要由电池组、电池管理系统(BMS) 、能量管理系统(EMS

45、) 、储能变流器(PCS)以及其他电气设备构成。储能系统的成本构成中,电池是最重要的的组成部分,单 GWh 的热管理价值量约为 3000 万元/9000 万元。新能源汽车热管理中,分为空调和三电热管理,单车价值量分别约为 4500元和 3000 元。 新能源汽车新能源汽车行业行业热管理专题报告热管理专题报告2022.5.13 请务必阅读正文之后的免责条款部分 11 储能热管理不间断工作,安全要求高储能热管理不间断工作,安全要求高。动力电池追求更高的能量密度和充电速度,同时整车需要控制质量与体积,通常采用液冷系统。储能电池对能量密度、充电速度、质量与体积要求不高,但通常需要不间断工作,寿命更长,

46、要求热管理系统也具有长时间稳定工作的能力和十年以上的寿命。由于储能电池循环次数更多,电池组之间的一致性不同,发生热失控的风险更大。此外,储能电池对于安全性的要求更高,楼宇、商超等人流密集的敏感地区及备电领域安全事故的损失和影响是无法接受的,因此需要更稳定更安全的热管理系统。 表 7:储能电池和动力电池对比 储能电池储能电池 动力电池动力电池 应用场景 主要用于调峰调频电力辅助服务、可再生能源并网、分布式和微电网、电网输配电等领域 主要用于电动汽车、电动自行车以及其他电动工具领域 性能要求 绝大多数储能装置无需移动, 因此储能锂电池对于能量密度并没有直接的要求; 功率密度方面,不同的储能场景有不

47、同的要求;电池材料方面,膨胀率、能量密度、电极材料性能均匀性等,以追求整个储能设备的长寿命和低成本 作为移动电源,对于能量密度和功率密度都有较高的要求 使用寿命 储能锂电池的循环次数寿命一般要求能够大于3500 次 动 力 锂 电 池 的 循 环 次 数 寿 命 在1000-2000 次 电池类型 主流电池类型有磷酸铁锂电池和三元锂电池, 随着磷酸铁锂电池能量密度问题的解决, 磷酸铁锂电池占比逐年提升 出于安全和经济的考虑,在选择锂电池组时通常使用磷酸铁锂电池 面临竞争 面对传统调峰调频技术的成本竞争 面临和传统燃油动力源的竞争 成本 500-1000 元/kWh 1000-1500 元/kW

48、h 热管理策略 对能量密度、充电速度、质量与体积不敏感,液冷与风冷均可 使用时间更长,需要不间断工作,循环次数更多,对安全性要求更高,要求热管理系统长寿命、更稳定、更安全 能量密度大,充电速度快,需要控制质量与体积,通常选择液冷系统 资料来源:中国储能网,中信证券研究部 储能风冷储能风冷与工业空调技术同源,与工业空调技术同源,温度均匀温度均匀和和能耗能耗更为重要更为重要 图 16:目前储能热管理系统成本 万元/GWh 资料来源:华经产业研究院,中信证券研究部测算 图 17:目前新能源汽车热管理成本 万元/GWh 资料来源:盖世汽车,三花智控公告,中信证券研究部测算;注,假设单车带电量为 60k

49、Wh 0040005000600070008000900010000风冷液冷储能热管理0040005000600070008000空调三电热管理汽车热管理 新能源汽车新能源汽车行业行业热管理专题报告热管理专题报告2022.5.13 请务必阅读正文之后的免责条款部分 12 工业空调指的是为工业生产过程或工业设备的可靠运行提供环境温度、湿度、洁净度工业空调指的是为工业生产过程或工业设备的可靠运行提供环境温度、湿度、洁净度保障的空调设备。保障的空调设备。工业空调的设计是以保障工艺要求为主要目的,一般按每天 24 小时、全年运行设计,使用在寿命在 15 年以

50、上,基本可以满足储能系统的要求。但由于储能系统,对热管理系统能量使用和温度均匀性更为敏感,因此具备能耗和安全优势的工业空调更受储能风冷青睐。 定制化程度高,定制化程度高,企业竞争力体现在企业竞争力体现在效率和效率和综合成本综合成本 储能热管理具有定制化程度高的特点, 根据储能系统的应用场景、 装机量、 自然环境、成本等综合要求,每一个特定的储能项目都具有相对特有的解决方案,如风冷/液冷选择、风道的布置、风量大小和均匀性、清洁度、温度控制范围等,这就需要企业:1)在面对众多客户和不同项目时具有高效的方案制定和落地的能力; 2) 储能系统对经济性要求高,因此热管理企业必须降低综合成本。 储能热管理

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