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隨著清潔能源占比逐步提升，儲(chǔ)能在電力系統(tǒng)的發(fā)電側(cè)、電網(wǎng)側(cè)和用戶側(cè)起到了至關(guān)重要的作用。電化學(xué)儲(chǔ)能由于能量密度大、應(yīng)用靈活、響應(yīng)快速等優(yōu)勢(shì)，滲透率快速提升。

中國(guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)儲(chǔ)能應(yīng)用分會(huì)的初步統(tǒng)計(jì)，2022年1-12月共投運(yùn)儲(chǔ)能項(xiàng)目244個(gè)，總裝機(jī)功率為20.4154GW；其中電化學(xué)儲(chǔ)能項(xiàng)目221個(gè)，裝機(jī)功率高達(dá)5.933GW/13.190GWh；非電化學(xué)新能源儲(chǔ)能項(xiàng)目共投運(yùn)10個(gè)（飛輪儲(chǔ)能項(xiàng)目6個(gè)、壓縮空氣項(xiàng)目3個(gè)，超級(jí)電容項(xiàng)目1個(gè)），投運(yùn)規(guī)模為0.2774GW/1.1265GWh；

電池作為電化學(xué)儲(chǔ)能的核心部件，具有較大的熱失控風(fēng)險(xiǎn)，從安全角度看，儲(chǔ)能熱管理極具重要性。

一.電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)中的熱管理

熱管理是電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)重要組成部分。

電化學(xué)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)鏈分為上游設(shè)備商、中游集成商、下游應(yīng)用端三部分。

上游設(shè)備包括電池組、儲(chǔ)能變流器（PCS）、電池管理系統(tǒng)（BMS）、能量管理系統(tǒng)（EMS）、熱管理和其他設(shè)備等；中游環(huán)節(jié)核心為系統(tǒng)集成+EPC；下游主要分為電源側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、用戶側(cè)三大場(chǎng)景。

儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)鏈多數(shù)企業(yè)參與其中1-2個(gè)細(xì)分領(lǐng)域，少數(shù)企業(yè)從電池到系統(tǒng)集成，甚至EPC環(huán)節(jié)全參與。

電化學(xué)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)鏈全景圖

2011-2021年間，全球共發(fā)生32起儲(chǔ)能電站起火爆炸事故，2022年1-5 月，全球就已經(jīng)發(fā)生了10起以上的儲(chǔ)能著火事故。國(guó)內(nèi)在電池儲(chǔ)能站快速發(fā)展的同時(shí)，由于電池、PCS質(zhì)量問(wèn)題或者系統(tǒng)集成商施工能良莠不齊，電池儲(chǔ)能火災(zāi)隱患較為嚴(yán)重，起火事故頻繁。

2021年4月16日，北京國(guó)軒福威斯儲(chǔ)能電站發(fā)生火災(zāi)爆炸，經(jīng)調(diào)查，起火原因是LFP電池發(fā)生內(nèi)短路，引發(fā)電池?zé)崾Э仄鸹稹Ｍ?月，搭載特斯拉 Megapack儲(chǔ)能系統(tǒng)的澳大利亞“維多利亞大電池”項(xiàng)目在測(cè)試過(guò)程中因冷卻系統(tǒng)泄露，引發(fā)電池倉(cāng)起火。

電池?zé)崾Э爻蔀槠鸹鹗鹿实闹饕颉ｋ姵責(zé)崾Э刂赣捎趦?nèi)部短路或外部短路導(dǎo)致電池短時(shí)間產(chǎn)生大量熱量，引發(fā)正負(fù)極活性物質(zhì)和電解液反應(yīng)分解，產(chǎn)生大量的熱和可燃性氣體，導(dǎo)致電池起火或者發(fā)生爆炸。

頻繁出現(xiàn)的起火事件凸顯出熱管理已成為保障儲(chǔ)能電站安全運(yùn)行必不可少的重要組件。

二.技術(shù)路線

目前儲(chǔ)能熱管理較為成熟的技術(shù)路線為風(fēng)冷和液冷，其中風(fēng)冷在目前儲(chǔ)能系統(tǒng)中占主流，液冷方案在未來(lái)滲透率料將不斷上升。

熱管理成為儲(chǔ)能系統(tǒng)核心，風(fēng)冷與液冷是目前成熟的技術(shù)路線。儲(chǔ)能熱管理的冷卻方式主要有以下三大技術(shù)路線：風(fēng)冷（空氣冷卻）、液冷和相變冷卻，此外還有熱管冷卻。

三大熱管理技術(shù)路線對(duì)比

1.風(fēng)冷

目前，在功率密度較小的集裝箱儲(chǔ)能系統(tǒng)和通信基站儲(chǔ)能系統(tǒng)中主要采用風(fēng)冷技術(shù)。

一方面是因?yàn)轱L(fēng)冷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安全可靠，并且易于實(shí)現(xiàn)；另一方面是因?yàn)閮?chǔ)能系統(tǒng)對(duì)能量密度和空間的限制不像動(dòng)力電池系統(tǒng)那么苛刻，可以通過(guò)增加電池?cái)?shù)目來(lái)獲得較低的工作倍率和產(chǎn)熱率。

集裝箱式鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)為例，該系統(tǒng)由標(biāo)準(zhǔn)集裝箱、鋰離子電池系統(tǒng)、電池管理系統(tǒng)、儲(chǔ)能變流器、空調(diào)和風(fēng)道、配電柜、七氟丙烷滅火裝置等組成。

集裝箱式儲(chǔ)能電站風(fēng)冷系統(tǒng)

風(fēng)冷熱管理系統(tǒng)有空調(diào)結(jié)構(gòu)包括落地一體式、頂置一體式、分體式等構(gòu)型。落地一體式空調(diào)用于已預(yù)留空調(diào)空間的儲(chǔ)能集裝箱中，通常頂部出風(fēng)，與集裝箱內(nèi)部的風(fēng)道相連接，直接對(duì)電池組進(jìn)行精確送風(fēng)。

儲(chǔ)能集裝箱內(nèi)部沒(méi)有空間安裝空調(diào)，則需要使用頂置一體式空調(diào)，空調(diào)安裝在集裝箱頂部，從頂部對(duì)電池進(jìn)行制冷。

分體式空調(diào)內(nèi)機(jī)安裝在電池組當(dāng)中，前回風(fēng)背送風(fēng)，將空調(diào)出風(fēng)口與風(fēng)道相連，直接對(duì)電池進(jìn)行制冷。

儲(chǔ)能電池?zé)峁芾砭唧w方案 

2.液冷

液冷方案采用水、乙醇、硅油等冷卻液，通過(guò)液冷板上均勻分布的導(dǎo)流槽和電芯間接接觸進(jìn)行散熱。其優(yōu)點(diǎn)包括：

1）靠近熱源，高效制冷；

2）與相同容量的集裝箱風(fēng)冷方案相比，液冷系統(tǒng)不需要設(shè)計(jì)風(fēng)道，占地面積節(jié)約50%以上，更適合未來(lái)百M(fèi)W級(jí)以上的大型儲(chǔ)能電站；

3）相比風(fēng)冷系統(tǒng)，由于減少了風(fēng)扇等機(jī)械部件的使用，故障率更低；

4）液冷噪聲低，節(jié)省系統(tǒng)自耗電，環(huán)境友好。

儲(chǔ)能系統(tǒng)熱管理液冷路線

未來(lái)隨著新能源電站、離網(wǎng)儲(chǔ)能等更大電池容量、更高系統(tǒng)功率密度的儲(chǔ)能電站需求起步，儲(chǔ)能系統(tǒng)能量密度與發(fā)熱量更大，對(duì)安全性和壽命的要求更高，將推動(dòng)行業(yè)更多轉(zhuǎn)向采用液冷方案。

寧德、陽(yáng)光電源、比亞迪等頭部企業(yè)已率先切換，龍頭示范效應(yīng)將驅(qū)動(dòng)液冷滲透加速。

各儲(chǔ)能公司液冷技術(shù)方案布局

3.相變冷卻

相變冷卻，是利用相變材料發(fā)生相變來(lái)吸熱的一種冷卻方式。

對(duì)電池散熱效果影響最大的是對(duì)相變材料的選擇，當(dāng)所選相變材料的比熱容越大、傳熱系數(shù)越高，相同條件下的冷卻效果越好，反之冷卻效果越差。

相變冷卻具有結(jié)構(gòu)緊湊、接觸熱阻低、冷卻效果好等優(yōu)點(diǎn)，但是相變材料本身不具備散熱能力，吸收的熱量需要依靠液冷系統(tǒng)、風(fēng)冷系統(tǒng)等導(dǎo)出，否則相變材料無(wú)法持續(xù)吸收熱量。此外，相變材料占空間，成本高。

相變冷卻結(jié)構(gòu)

三.市場(chǎng)空間

根據(jù)中信證券測(cè)算，預(yù)計(jì)2025年市場(chǎng)空間123-237億元。

以1MWh的集裝箱式儲(chǔ)能系統(tǒng)為例，這類小規(guī)模低能量密度的儲(chǔ)能系統(tǒng)一般采用風(fēng)冷技術(shù)。根據(jù)測(cè)算，在典型工況1C運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)產(chǎn)熱率為39kW，需要的空調(diào)最小制冷功率為24kW。

以市面上某種戶外空調(diào)為例，制冷量為1500W，價(jià)格2000元/臺(tái)，制冷成本約計(jì)算為1.33元/W。若滿足上述集裝箱儲(chǔ)能系統(tǒng)，則對(duì)應(yīng)需要約3萬(wàn)元，可進(jìn)一步得出單GWh儲(chǔ)能系統(tǒng)選擇風(fēng)冷方案投資成本約為3000萬(wàn)元。同理，按照液冷板等關(guān)鍵部件成本測(cè)算，單GWh儲(chǔ)能系統(tǒng)選擇液冷方案投資成本約為9000萬(wàn)元。

測(cè)算結(jié)果表明，保守假設(shè)下，2021-2025年全球電化學(xué)儲(chǔ)能熱管理市場(chǎng)空間分別達(dá)到17/30/52/82/123億元，對(duì)應(yīng)CAGR+65%。其中，中國(guó)市場(chǎng)分別將達(dá)到2/5/8/15/27億元，對(duì)應(yīng)CAGR+85%。

中性假設(shè)下，如果2025年全球電化學(xué)儲(chǔ)能容量需求達(dá)到315GWh，則對(duì)應(yīng)儲(chǔ)能熱管理市場(chǎng)空間為166億元，2021-2025年的CAGR為78%。

樂(lè)觀假設(shè)下，如果2025年全球電化學(xué)儲(chǔ)能容量需求達(dá)到450GWh，則儲(chǔ)能熱管理市場(chǎng)空間為237億元，2021-2025年的CAGR為95%。

電化學(xué)儲(chǔ)能熱管理市場(chǎng)空間測(cè)算（保守假設(shè)）

四.參與企業(yè)

目前參與儲(chǔ)能熱管理市場(chǎng)的公司包括生產(chǎn)空調(diào)、液冷板等工業(yè)溫控設(shè)備的公司。布局較早，擁有技術(shù)積累的公司可能擁有更多優(yōu)勢(shì)。

儲(chǔ)能熱管理行業(yè)的參與者根據(jù)技術(shù)路線來(lái)源分為兩大類：

風(fēng)冷技術(shù)公司：大部分是以前空調(diào)相關(guān)的公司，包括精密溫控，如英維克、申菱環(huán)境、朗進(jìn)科技、佳力圖；汽車空調(diào)熱管理者，如松芝股份、奧特佳、三花智控、銀輪股份、飛榮達(dá)。

液冷技術(shù)公司：工業(yè)冷卻相關(guān)者，如同飛股份、高瀾股份、黑盾股份。

新能源公司能夠憑借儲(chǔ)能電池與熱管理系統(tǒng)的一體化設(shè)計(jì)獲得更好的性能，并憑借電池的市場(chǎng)占有率穩(wěn)定熱管理系統(tǒng)市場(chǎng)。另一方面，溫控設(shè)備公司有更深厚的技術(shù)積累和規(guī)模優(yōu)勢(shì)，在成本和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)上取得優(yōu)勢(shì)。

解決能源領(lǐng)域所面臨的問(wèn)題的四種途徑主要為先進(jìn)能源網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、需求響應(yīng)技術(shù)、靈活產(chǎn)能技術(shù)及儲(chǔ)能技術(shù)。儲(chǔ)能技術(shù)以主動(dòng)的跨時(shí)段、跨季節(jié)的發(fā)用平衡能力創(chuàng)造商業(yè)價(jià)值，解決電網(wǎng)被動(dòng)調(diào)節(jié)負(fù)擔(dān)，是支撐可再生能源穩(wěn)定規(guī)模化發(fā)展的關(guān)鍵。

熱管理系統(tǒng)，是交叉學(xué)科的技術(shù)融合，融合的技術(shù)包括材料學(xué)，化學(xué)，機(jī)械結(jié)構(gòu)，電氣控制。解決了關(guān)鍵核心技術(shù)才確保電化學(xué)儲(chǔ)能行業(yè)順利健康發(fā)展，而儲(chǔ)能問(wèn)題的解決是實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和重要路徑之一。