鏖战储能热管理

3月2日,在特斯拉首次投资者日活动上,马斯克公布了特斯拉“宏图计划”的第三篇章。在马斯克改变世界的计划中,除了可再生能源发电、储能这些被人们熟知的零碳技术,他还重点介绍了“热泵”。

这也不是马斯克第一次提到热泵了。2020年,马斯克就将热泵空调应用在热销车型Model Y上,开辟了新能源车热管理的新标杆。

在马斯克的带动下,“热泵”概念迅速火爆,A股的热泵板块也因此暴涨。

“热泵”并不是一项黑科技或者新技术。简单来说,热泵可以在电力的驱动下,将热量移动到更被需要的地方去,以提升能量利用效率,降低能耗水平。

从本质来看,热泵的存在就是为了热管理。无论是将多余的热量用来供暖,还是将不需要的热量散去降温,都在此范围之内。

以新能源车为例,在制热部分,由于没有余热可以用,必须要电池主动加热,所以热管理的效率更加关键。一个好的热管理系统,不仅可以提升电池的安全性和乘客的舒适度,还能够显著降低综合能耗。

新能源车热管理的核心主要是针对动力电池,除了特斯拉这样的整车商发力热管理,以宁德时代的动力电池企业也在积极布局热管理。

2022年6月23日,宁德时代发布麒麟电池热管理技术,通过水冷系统结构设计适应新能源车高压快充的热管理要求,导热性能提升50%,实现急速控温。凭借技术的领先性,麒麟电池被美国《时代》周刊(TIME)评为2022年度最佳发明之一。

重要性凸显

不过,相比于新能源汽车和动力电池,另一个锂电池的应用领域对于热管理的需求更为急迫,那就是电化学储能

2022年全球储能电池出货量总计达到142.7GWh,相较2021年的46.9GWh大幅增长了204.3%。全球未来储能市场势必会随着可再生能源发电市场的繁荣而持续增长。

不过近年来的一些储能安全事故却对行业的未来发展产生了不少的负面影响。

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,其中较为严重的几次储能电站事故不仅造成了财产损失,还造成了人员伤亡。

综观全球储能电站事故,电池热失控成为起火事故的主要原因。电池热失控指由于内部短路或外部短路导致电池短时间产生大量热量,引发正负极活性物质和电解液反应分解,产生大量的热和可燃性气体,导致电池起火或者发生爆炸。

在储能快速发展的过程中,安全问题也开始逐渐暴露。而且部分储能电站建设在人口密集区域,一旦发生起火、爆炸等安全事故,损失重大。对于一个正处在成长期的行业来说,安全事故不利于产业树立积极正面的形象。

无序竞争

除了涉及安全性问题,事实上热管理对于储能电池的寿命和性能也十分重要。

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性能。

当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。锂电池的最佳运行温度大约为10至35摄氏度,理想的热管理系统可以让锂电池始终保持在最佳状态,发挥出最优性能。

不过,尽管热管理对于储能系统有着重要的作用,但热管理在整个储能系统中的成本比重并不高。

目前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%。

“由于储能缺乏商业性的盈利模式,大多为政策驱动。所以热管理带来的性能、寿命提升,对于业主来说重要性还不够高。”一家参与储能热管理市场的企业相关负责人告诉《能源》杂志记者,“这间接导致储能热管理市场暂时处于无序竞争的状态。”

目前,储能的热管理主要分为两大技术路线:一是以空调和风道供冷为主的风冷模式;其二是采用水、乙醇、硅油等冷却液,进行散热的液冷技术。

其中,风冷系统应用较早,普遍应用在通信基站等领域。再加上相比于液冷技术,风冷系统价格更加低廉,这也孕育出了国内最早一批储能温控解决方案企业,它们也在电化学储能开始发展后越来越多的参与储能项目投标。

这些早期入行储能热管理的企业大多从事工业空调设备制造,由于技术成熟、没有壁垒,所以没有企业能够一家独大。英维克、黑盾、申菱等上市公司都在储能热管理领域有所建树。

“但热管理目前没有形成技术门槛,除了大型、专业化企业,很多非专业领域的企业靠着产品整合,也可以提供一定的服务。”

相比于技术参数和质量,早期的储能热管理系统最大的竞争力莫过于价格。在依靠新能源配储政策崛起之后,储能市场开始了残酷的价格战,热管理系统也不免被卷入其中。

无序的低价竞争让产品质量无法得到保障。“随着安全事故的发生,业内也开始注意到热管理的重要性。液冷技术靠着性能优势走入大家的视野。”

液冷崛起

随着国家能源局《电力安全生产“十四五”行动计划》《电化学储能电站安全管理的通知》等一系列政策的密集发布,储能的安全、能效越发被重视,电站运营商、业主、投资者开始越发关注储能的安全、投资回报周期。

在这个市场风口的转变下,风冷难以满足制冷量较大的集装箱类储能等短板逐渐暴露,市场纷纷开始将液冷视为新的业务增长点。

此外,随着储能应用场景愈发的多样化,面对集装箱类储能、工商储能、户用储能等复杂的场景,液冷热管理凭借较高的定制化服务和灵活适配等特点,有望逐渐成为市场主流。

目前来看,相比于风冷技术,液冷系统至少有3个主要优势:1,可容纳更高能量密度的储能系统;2,占地面积更小、能耗更低;3,控温更加精准、可以均匀降温。

“从价格来看,液冷还是高于风冷。”上述热管理企业负责人说,“但是安全性对于储能来说,意义不能够单纯地以价格来衡量。而且综合考虑全生命周期成本之后,液冷也会更具优势。”

传统工业温控及热管理企业已经开始拿出液冷产品。英维克、黑盾等企业都有液冷产品在售。4月7日~9日的“储能国际峰会暨展览会”上,申菱也带来了垂直一体化储能温控方案。

根据民生证券预计,2025年全球储能新增装机量将达到362GWh,届时液冷系统的占比将会高达60%。以此计算,2025年储能热管理价值量合计达141亿元,其中液冷/风冷方案价值量114/28亿元,占比由21年的20%/80%变为25年的60%/40%,推动热管理系统价值量占比由2.3%提升至3.4%。

大战开启

广阔的市场空间正在刺激着越来越多的新玩家入局。

4月7日,美的集团旗下的美的楼宇科技发布多款液冷储能热管理产品。本就在热泵、IDC热管理、新能源车热管理、机器人传动热管理领域有着大量技术积累的美的入局,让储能热管理市场未来竞争会更加激烈。

美的并非孤例。

海信家电作为传统家电龙头,2021年收购日本三电,开始进军汽车热管理业务。2020年,海信成立子公司青岛海信网络能源公司,开始研发液冷、风冷储能热管理解决方案,入局参战。

除了传统工业空调/温控企业、家电巨头们,汽车空调、热管理企业也在跑步进场。成立于1999年的松芝股份以客车空调业务起家,逐步发展出汽车热管理业务。2020年,松芝股份开始布局储能热管理,走的就是液冷技术路线。根据其2021年度业绩报告,松芝股份已进入宁德时代、远景能源等客户的供应商体系,并进入量产阶段。

然而,在储能热管理标准缺失的当下,初期竞争可能依然暂时无法摆脱无序、低价等问题。对此,有不少热管理企业表示,希望能够尽早完善储能标准化。

有新能源电站相关业主单位表示,希望热管理企业“更加了解行业,深入了解应用场景,挖掘出来具体的要求,形成一套标准化的产品和解决方案。”

随着标准的不断完善,单纯比拼价格的低级竞争会逐渐退出市场。服务能力更强、大客户黏性更高、建立起足够技术门槛的企业将会成为这片蓝海的最终胜利者。

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