鏖戰儲能熱管理
- 2023-04-13
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- 來源：能源雜誌
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3月2日，在特斯拉首次投資者日活動上，馬斯克公布了特斯拉"宏圖計劃"的第三篇章。在馬斯克改變世界的計劃中，除了可再生能源發電、儲能這些被人們熟知的零碳技術，他還重點介紹了"熱泵"。
這也不是馬斯克第一次提到熱泵了。2020年，馬斯克就將熱泵空調應用在熱銷車型Model Y上，開闢了新能源車熱管理的新標桿。
在馬斯克的帶動下，"熱泵"概念迅速火爆，A股的熱泵板塊也因此暴漲。
"熱泵"並不是一項黑科技或者新技術。簡單來說，熱泵可以在電力的驅動下，將熱量移動到更被需要的地方去，以提升能量利用效率，降低能耗水平。
從本質來看，熱泵的存在就是為了熱管理。無論是將多餘的熱量用來供暖，還是將不需要的熱量散去降溫，都在此範圍之內。
以新能源車為例，在制熱部分，由於沒有餘熱可以用，必須要電池主動加熱，所以熱管理的效率更加關鍵。一個好的熱管理系統，不僅可以提升電池的安全性和乘客的舒適度，還能夠顯著降低綜合能耗。
新能源車熱管理的核心主要是針對動力電池，除了特斯拉這樣的整車商發力熱管理，以寧德時代的動力電池企業也在積極布局熱管理。
2022年6月23日，寧德時代發布麒麟電池熱管理技術，通過水冷系統結構設計適應新能源車高壓快充的熱管理要求，導熱性能提升50%，實現急速控溫。憑藉技術的領先性，麒麟電池被美國《時代》周刊（TIME）評為2022年度最佳發明之一。
重要性凸顯
不過，相比於新能源汽車和動力電池，另一個鋰電池的應用領域對於熱管理的需求更為急迫，那就是電化學儲能。
2022年全球儲能電池出貨量總計達到142.7GWh，相較2021年的46.9GWh大幅增長了204.3%。全球未來儲能市場勢必會隨着可再生能源發電市場的繁榮而持續增長。
不過近年來的一些儲能安全事故卻對行業的未來發展產生了不少的負面影響。
根據CNSEA的不完全統計，近十年全球儲能安全事故發生60餘起，其中較為嚴重的幾次儲能電站事故不僅造成了財產損失，還造成了人員傷亡。
綜觀全球儲能電站事故，電池熱失控成為起火事故的主要原因。電池熱失控指由於內部短路或外部短路導致電池短時間產生大量熱量，引發正負極活性物質和電解液反應分解，產生大量的熱和可燃性氣體，導致電池起火或者發生爆炸。
在儲能快速發展的過程中，安全問題也開始逐漸暴露。而且部分儲能電站建設在人口密集區域，一旦發生起火、爆炸等安全事故，損失重大。對於一個正處在成長期的行業來說，安全事故不利於產業樹立積極正面的形象。
無序競爭
除了涉及安全性問題，事實上熱管理對於儲能電池的壽命和性能也十分重要。
與動力電池系統相比，儲能系統電池的功率更大、數量更多、產熱更多，而電池排列緊密又導致散熱空間有限，熱量難以快速、均勻地散發，易引起電池組之間的熱量聚集、運行溫差過大等現象，最終損害電池的壽命和性能。
當儲能系統主動參與調峰調頻，高倍率高容量的發展趨勢下產熱顯著增加，熱管理系統的重要性不斷增強。鋰電池的最佳運行溫度大約為10至35攝氏度，理想的熱管理系統可以讓鋰電池始終保持在最佳狀態，發揮出最優性能。
不過，儘管熱管理對於儲能系統有着重要的作用，但熱管理在整個儲能系統中的成本比重並不高。
目前儲能系統中電池成本佔比約55%，PCS佔比約20%，BMS和EMS合計佔比約11%，熱管理約佔2%-4%。
"由於儲能缺乏商業性的盈利模式，大多為政策驅動。所以熱管理帶來的性能、壽命提升，對於業主來說重要性還不夠高。"一家參與儲能熱管理市場的企業相關負責人告訴《能源》雜誌記者，"這間接導致儲能熱管理市場暫時處於無序競爭的狀態。"
目前，儲能的熱管理主要分為兩大技術路線：一是以空調和風道供冷為主的風冷模式；其二是採用水、乙醇、硅油等冷卻液，進行散熱的液冷技術。
其中，風冷系統應用較早，普遍應用在通信基站等領域。再加上相比於液冷技術，風冷系統價格更加低廉，這也孕育出了國內最早一批儲能溫控解決方案企業，它們也在電化學儲能開始發展后越來越多的參與儲能項目投標。
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這些早期入行儲能熱管理的企業大多從事工業空調設備製造，由於技術成熟、沒有壁壘，所以沒有企業能夠一家獨大。英維克、黑盾、申菱等上市公司都在儲能熱管理領域有所建樹。
"但熱管理目前沒有形成技術門檻，除了大型、專業化企業，很多非專業領域的企業靠着產品整合，也可以提供一定的服務。"
相比於技術參數和質量，早期的儲能熱管理系統最大的競爭力莫過於價格。在依靠新能源配儲政策崛起之後，儲能市場開始了殘酷的價格戰，熱管理系統也不免被捲入其中。
無序的低價競爭讓產品質量無法得到保障。"隨着安全事故的發生，業內也開始注意到熱管理的重要性。液冷技術靠着性能優勢走入大家的視野。"
液冷崛起
隨着國家能源局《電力安全生產"十四五"行動計劃》《電化學儲能電站安全管理的通知》等一系列政策的密集發布，儲能的安全、能效越發被重視，電站運營商、業主、投資者開始越發關注儲能的安全、投資回報周期。
在這個市場風口的轉變下，風冷難以滿足製冷量較大的集裝箱類儲能等短板逐漸暴露，市場紛紛開始將液冷視為新的業務增長點。
此外，隨着儲能應用場景愈發的多樣化，面對集裝箱類儲能、工商儲能、戶用儲能等複雜的場景，液冷熱管理憑藉較高的定製化服務和靈活適配等特點，有望逐漸成為市場主流。
目前來看，相比於風冷技術，液冷系統至少有3個主要優勢：1，可容納更高能量密度的儲能系統；2，佔地面積更小、能耗更低；3，控溫更加精準、可以均勻降溫。
"從價格來看，液冷還是高於風冷。"上述熱管理企業負責人說，"但是安全性對於儲能來說，意義不能夠單純地以價格來衡量。而且綜合考慮全生命周期成本之後，液冷也會更具優勢。"
傳統工業溫控及熱管理企業已經開始拿出液冷產品。英維克、黑盾等企業都有液冷產品在售。4月7日~9日的"儲能國際峰會暨展覽會"上，申菱也帶來了垂直一體化儲能溫控方案。
根據民生證券預計，2025年全球儲能新增裝機量將達到362GWh，屆時液冷系統的佔比將會高達60%。以此計算，2025年儲能熱管理價值量合計達141億元，其中液冷/風冷方案價值量114/28億元，佔比由21年的20%/80%變為25年的60%/40%，推動熱管理系統價值量佔比由2.3%提升至3.4%。
大戰開啟
廣闊的市場空間正在刺激着越來越多的新玩家入局。
4月7日，美的集團旗下的美的樓宇科技發布多款液冷儲能熱管理產品。本就在熱泵、IDC熱管理、新能源車熱管理、機器人傳動熱管理領域有着大量技術積累的美的入局，讓儲能熱管理市場未來競爭會更加激烈。
美的並非孤例。
海信家電作為傳統家電龍頭，2021年收購日本三電，開始進軍汽車熱管理業務。2020年，海信成立子公司青島海信網絡能源公司，開始研發液冷、風冷儲能熱管理解決方案，入局參戰。
除了傳統工業空調/溫控企業、家電巨頭們，汽車空調、熱管理企業也在跑步進場。成立於1999年的松芝股份以客車空調業務起家，逐步發展出汽車熱管理業務。2020年，松芝股份開始布局儲能熱管理，走的就是液冷技術路線。根據其2021年度業績報告，松芝股份已進入寧德時代、遠景能源等客戶的供應商體系，並進入量產階段。
然而，在儲能熱管理標準缺失的當下，初期競爭可能依然暫時無法擺脫無序、低價等問題。對此，有不少熱管理企業表示，希望能夠儘早完善儲能標準化。
有新能源電站相關業主單位表示，希望熱管理企業"更加了解行業，深入了解應用場景，挖掘出來具體的要求，形成一套標準化的產品和解決方案。"
隨着標準的不斷完善，單純比拼價格的低級競爭會逐漸退出市場。服務能力更強、大客戶黏性更高、建立起足夠技術門檻的企業將會成為這片藍海的最終勝利者。
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