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低碳數字時代需求的高效冷卻技術

jh18616091022 ? 來源:AIOT大數據 ? 2023-06-12 17:18 ? 次閱讀

一、液冷技術原理概述

液冷,顧名思義,即采用液體接觸熱源進行冷卻的方式。根據冷卻液和服務器接觸換熱方式的不 同,分為直接液冷和間接液冷,其中間接液冷以冷板式液冷技術為主,直接液冷以浸沒式液冷技 術為主。

1.1 冷板式液冷

冷板式液冷屬于間接式液冷,即發熱元件和冷卻介質不直接接觸。冷板式液冷通過與裝有液體的 冷板直接接觸來散熱,或者由導熱部件將熱量傳導到冷板上,然后通過冷板內部液體循環帶走熱 量。由于服務器芯片等發熱器件不直接接觸液體,因此該方式對現有服務器芯片組件及附屬部件 改動量較小,可操作性更強。 開式循環的冷板式液冷系統包括一次側(室外)和二次側(室內)。根據循環架構的不同,冷板 式液冷又分為開式循環系統和閉式循環系統。開式循環系統能將熱量轉移至室外進行散熱,減少 機房的空調用量,降低整體 PUE(Power Usage Effectiveness,電能利用效率)。具體而言,該 系統包括一次側(室外)和二次側(室內)兩部分,一次側為機房供水,包括室外的干冷器和冷 水機組,熱量轉移主要通過水溫的升降實現,二次側包括供液環路和服務器內部流道,主要通過 冷卻液溫度的升降實現熱量轉移;兩個部分通過 CDU(冷量分配單元)中的板式換熱器發生間壁 式換熱,工質不做混合。

CDU 是關鍵部件之一,除了起到循環冷卻液的作用外,還負責監視環境露點并調節供水給機架的 溫度,露點溫度即水蒸氣與水達到平衡狀態的溫度,當實際溫度 t 大于露點溫度 Td 時,空氣未飽 和。CDU 一般將輔助水回路的供應溫度提高到比房間露點溫度高出至少 2℃的水平,以防止冷凝 現象發生。

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1.2 浸沒式液冷

浸沒式液冷是指將發熱電子元器件CPU、主板、內存條、硬盤等直接浸泡在絕緣、化學惰性的 冷卻液(電子氟化液)中,通過循環的冷卻液將電子元器件產生的熱量帶走。根據冷卻液在循環 散熱過程中是否發生相變,分為單相浸沒式液冷和雙相浸沒式液冷。

單相浸沒式液冷

單相浸沒式液冷的冷卻液通常具有較高的沸點,因此冷卻液在吸熱后始終維持在液態狀態。單相 浸沒式液冷通過自然對流或泵驅動冷卻液的循環,區別在于是否有外力驅動液體循環。自然對流 驅動的循環散熱過程利用了液體受熱后體積膨脹密度減小的特點,較熱的冷卻液會自然上浮,之 后被連接到外部冷卻回路的熱交換器冷卻;冷卻后的液體在重力作用下自然下沉,完成循環散熱。 泵驅動則擁有一個由泵、熱交換器、傳感器、過濾器組成的裝置,即冷卻液分配單元(CDU), 利用 CDU 可以更加精確地控制冷卻液的溫度和流速。

單相浸沒式液冷的優勢在于(1)冷卻液價格相對更低,部署成本更低;(2)冷卻液無相變,不 需要頻繁補充冷卻液且無需擔心冷卻液蒸發溢出或人員吸入的健康風險,更有利于維護。但另一 方面,相對于雙相液冷,單相液冷的散熱效率更低。

雙相浸沒式液冷

雙相浸沒式液冷的冷卻液則會經歷氣液狀態的轉換。IT 設備完全浸沒在裝有低沸點冷卻液的密閉 罐體中,設備的熱量被冷卻液吸收,冷卻液吸熱后溫度升高至沸騰,由液態變為氣態,蒸汽從液 體中升起逃逸至頁面上方,在液體罐體內形成氣相區。氣相區的冷卻液蒸汽與水冷冷凝器接觸后 凝結成液體滴落回容器中再次循環,而冷凝器中被加熱的冷卻水則通過循環冷卻水系統完成排熱。

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雙相浸沒式液冷充分利用了冷卻液的蒸發潛熱,可以滿足高功率發熱元件對散熱的極端要求,使 IT 設備可以保持滿功率運行。但相變的存在也使得液冷系統必須保持密閉,以防止蒸汽外溢流失, 同時必須考慮相變過程導致的氣壓變化,以及系統維護時維護人員吸入氣體的健康風險。 整體來看,浸沒式液冷優勢在于:(1)冷卻液與發熱設備直接接觸,具有較低的對流熱阻,傳 熱系數高;(2)冷卻液具有較高的熱導率和比熱容,運行溫度變化率較??;(3)冷卻液絕緣性 能優良,閃點高不易燃,且無毒、無害、無腐蝕。因此浸沒式液冷技術適用于對熱流密度、綠色 節能需求高的大型數據中心、超級計算、工業級其他計算領域和科研機構,特別是應用于地處嚴 寒、高海拔地區,或者地勢較為特殊、空間有限的數據中心,以及對環境噪音要求較高,距離人 群辦公、居住場所較近,需要靜音的數據中心具有明顯優勢。

兩種技術比較

由于冷板式液冷技術發展較早,相比浸沒式這類直接接觸型液冷技術更成熟、生態更完善、改造 成本更低,因此目前以冷板式液冷為主。但直接接觸型液冷技術可更大程度上利用液體的比熱容 大的特點,制冷效率更高,未來或將占據更多市場。

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二、項目大型化帶來冷卻效率提升需求,液冷降耗優 勢明顯

2.1 數據中心領域:冷板式液冷為主

數據中心的電能消耗源于 IT 設備、制冷設備、供配電系統和照明等。對于數據中心內的 IT 和電 氣設備而言,高溫和高濕度是不理想的條件。大多數 IT 設備在工作過程中會產生熱量,而過熱和 過濕會損害設備,導致它們發生故障并停止工作,損壞的設備又可能導致火災和其他安全問題。 因此需要為數據中心配備足夠的冷卻能力,保障設備的正常運行。根據《綠色高能效數據中心散 熱冷卻技術研究現狀及發展趨勢》,我國數據中心約有 45%的能耗用于 IT 設備,43%用于散熱冷 卻設備。

數據中心的常規冷卻方式包括風冷、水冷、液冷等。 風冷:早期的數據中心普遍采用風冷型空調系統,該系統采用制冷劑冷媒作為傳熱介質,空 氣通過室內機組內蒸發盤管制冷降溫后,在室內進行空氣循環。制冷劑一般為氟利昂,單機 制冷量為 10-120kW。 水冷:隨著數據中心對冷卻效果的要求不斷提升,水冷技術逐步被應用其中。水冷型系統主 要由室內機、換熱器、冷卻塔、膨脹水箱、循環水泵、內外間連接水管等組成。制冷劑吸熱 后,熱量先通過水冷冷凝器傳遞給冷卻水,再通過冷卻塔排放到大氣中。 液冷:水冷實際是液冷的一種,除了以水作為傳熱介質外,為了提高換熱效率,滿足數據中 心高功率、高密部署、低 PUE 的使用需求,液冷還會采用比熱容更大的傳熱介質,如乙二 醇水溶液、礦物油、氟化液等。標況下空氣的定壓比熱容為 1.004kJ/(kg·k),水的比熱容為 4.2 kJ/(kg·k),用于阿里浸沒式液冷的氟化液比熱容和汽化潛熱分別為 1110 kJ/(kg·k)和 88kJ/kg。液體的比熱容遠高于氣體,散熱效率實現極大提升。

數據中心數量增加&大型機架占比提升,總耗電量不斷上升,增加能耗擔憂。根據信通院數據, 2017-2021 年,數據中心機架數量從 166 萬架增至 520 萬架,年均復合增速超 30%,大型規模以 上機架數量從 83 萬架增至 420 萬架,總占比提升至 80.8%。據信通院測算,2022 年全國機架規 模將持續增長,大型以上機架數量將增至 540 萬架。能耗方面,2017-2020 年,我國信息通信領 域規模以上數據中心年耗電量年均增長 28%,2021 年全國數據中心耗電量達 2166 億度,約占全 國總耗電量的 2.6%,碳排放量達 1.35 億噸,占全國二氧化碳排放量的 1.14%左右。據信通院測 算,2030 年我國數據中心耗電量將超過 3800 億度。

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雙碳背景下,我國對數據中心 PUE 的要求日趨嚴格,節能降耗勢在必行。對于新建的數據中心, 2017 年,《“十三五”節能減排綜合工作方案》提出,新建大型云計算數據中心 PUE 值低于 1.5。 2021 年 12 月,國家發改委四部門發布新政提出,到 2025 年,全國新建大型、超大型數據中心平 均 PUE 值降至 1.3 以下,國家樞紐節點還將進一步降至 1.25 以下。另外,我國還將對已有高能 耗數據中心進行改造,2021 年,國家提出將對 PUE 值超過 1.5 的數據中心進行改造。 數字經濟時代,算力網絡的建設以及以 ChatGPT 為代表的 AIGC 類應用的爆發,使得高算力需 求激增,算力基礎設施能耗節節攀升。根據國家政策要求,在算力樞紐 8 大節點中,東部地區大型及以上數據中心 PUE 需要降低到 1.25 以下,西部氣候適宜地區大型及以上的數據中心 PUE 需 要降低到 1.2 以下,且要求制冷系統采取新的解決方案。

PUE 指電源利用效率,為數據中心內所有用電設備總耗能與 IT 設備耗能之比。影響 PUE 受諸多 因素影響,包括數據中心等級、功率密度、數據中心所處的氣候環境、運維管理水平等等。 (1)數據中心等級:根據 GB50174-2017《數據中心設計規范》,數據中心劃分為 A、B、C 三 級,依據使用性質、數據丟失或網絡中斷在經濟或社會上造成的損失或影響程度確定所屬級別。 等級越高的數據中心,各類設備的冗余程度越高,最高達 2N,即對應設備能耗的增加。其中 A 級 數據中心包括但不限于金融行業、國家級信息中心、電力調度中心、通信、網上支付等行業的數 據中心和重要的控制室。算力網絡的建設加速了傳輸、調度用數據中心的建設,多屬于 A 級數據 中心。 (2)功率密度:近年來,為應對電力需求和維護成本的上升,提高數據中心運營效率,一個重 要趨勢是提高功率密度,同時數據中心單位空間產生熱量的瓦數也在不斷上升,造成了散熱問題。 根據 Uptime Institute《2020 全球數據中心調查報告》,2020 年全球 71%的數據中心平均功率密 度低于 10kW/機架,相比于 2017 年的 5.6kW/機架、2011 年的 2.4Kw/機架增長顯著。其中, 平 均功率密度高于 20kW/機架的數據中心約占 16%。根據科智咨詢,目前中國數據中心的平均功率 密度為 8-10kW/機架。

此外,為了滿足高算力負載需求,通過單機架疊加多核處理器提高計算密度,也導致了 IT 硬件的 處理器功耗顯著增加,單機架功率密度越來越高。比如,從當前占據全球服務器 CPU 主要市場的英特爾架構處理器看,英特爾至強可擴展處理器 TDP(熱設計功耗)從 2019 年的 205W 上升到 現在的 270W,在 2023 年將達到 350W,提升近一倍。

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2.2 儲能領域:液冷方案成為主流趨勢

溫度對電化學儲能系統的容量、安全性、壽命等性能都有影響,因此需要對儲能系統進行熱管理。 儲能系統是一個由大量電池、PCS、BMS、EMS、溫控、消防等子系統組成的復雜系統,其中電 池是系統的核心部件。溫度對儲能系統的影響體現在兩個方面:(1)溫度對單個電芯的性能有 影響,過高或過低的溫度將影響電芯正常使用;(2)溫度對電池系統的性能有影響,多個電芯 之間溫度的差異會影響系統一致性,一致性問題將影響系統的安全、效率和壽命。

溫度對電芯性能的影響體現在: (1) 容量:高溫會導致電池內阻增加,活性鋰離子流失。若長期處于高溫狀態,電池容量會 大幅偏離標稱容量。溫度越高,鋰離子電池的容量衰減越快。而低溫環境下,電解質的 傳輸性能大幅降低,也會導致鋰電池容量降低,磷酸鐵鋰電池的容量保持率在 0 ℃下為 60%~70%,而在?20 ℃時則降低到 20%~40%。 (2) 壽命:溫度變化導致電池內阻、電壓變化,影響電池壽命。研究發現,溫度每升高 1 ℃, 電池壽命則減少約 60 d。 (3) 熱穩定性:高溫會導致電池內部材料發生分解反應,影響電池安全穩定運行。高溫環境 下,SEI 膜可能發生分解,進而導致鋰離子通道閉塞、正負極接觸短路、產生大量熱。 同時會伴隨產生大量氣體,導致電池鼓包、破裂等熱失控現象。而低溫環境下,電池負 極可能出現鋰枝晶,甚至刺穿 SEI 膜,影響電池安全。 目前普遍認為鋰電池的最佳工作溫度區間為 10-35℃。

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溫度對電池系統的影響體現在電芯的一致性上。在電池運行中,各個電芯的充放電狀態的差異、 內阻差異、電流波動等因素,都會造成多次循環后,單體電池的老化狀態差異,進而造成單體電 池間性能的差異。研究表明模塊間的溫度梯度減少了整體電池組的容量和壽命,因此需要保持電 池組內各單體電池之間的溫度均勻性。為了保持電池中單體電池的一致性,要求電芯之間溫差不 超過 5℃。

儲能系統應用的熱管理方案有四種:空冷、液冷、熱管冷卻和相變冷卻。目前只有風冷和液冷進 入大規模應用,熱管冷卻和相變冷卻依然處于實驗室階段。 (1) 空冷:以空氣為介質,具有結構簡單、易維護的特點。但空氣比熱容低、導熱系數低, 適合冷卻效率需求較低的場景。 (2) 液冷:以液體為冷卻介質,常用的液冷介質有水、乙二醇水溶液、純乙二醇、空調制冷 劑和硅油等。冷卻介質的換熱系數高、比熱容大、冷卻速度快,冷卻效果好,結構緊湊。 (3) 熱管冷卻:依靠封閉管殼內工質相變來實現換熱的高效換熱元件。熱管具有高導熱、等 溫、熱流方向可逆、熱流密度可變、恒溫等優點。 (4) 相變冷卻:利用相變材料發生相變來吸熱。選擇比熱容大、傳熱系數高的材料,冷卻效 果好。但相變材料本身不具有散熱能力,需要與其他散熱方式配合。

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液冷方案逐漸發展成為增量儲能場景下的主流方案。 從供給端看,液冷方案具有技術成熟度高、冷卻效果好、對系統的性能有積極影響等優勢。 (1) 安全性:液冷方案散熱效率高、防護等級高,可以應對更復雜的工作環境,減少熱失控 的可能,提高系統運行安全性。有數據表明,液體散熱能力是同體積空氣的3000倍,導 熱能力是空氣的 25 倍。且液冷系統箱體防護等級更高,可以應對更惡劣的使用環境。 (2) 經濟性:達到同樣的控制效果,液冷方案能耗更低,可以降低運營投入,提高全壽命周 期經濟性。為了達到相同的電池平均溫度,風冷需要比液冷高 2-3 倍的能耗。相同功耗 下電池包的最高溫度,風冷比液冷要高 3-5 攝氏度,液冷系統相比風冷系統節能最大可 達 50%左右。 (3) 集成度高:由于液冷方案冷卻效果更好,在集裝箱內儲能系統的集成度更高。以科華數 據 S3液冷儲能系統為例,傳統風冷的 40 尺集裝箱容量 3.44MWh,而同樣 40 尺集裝箱 的液冷方案容量可達 6.88 MWh。同等容量的儲能電站,采用液冷電池系統節省占地面 積 40%以上。

從需求端看,儲能系統更大容量、更多場景的發展方向,對熱管理的要求越來越高,液冷方案的 性能與之更匹配。

(1) 儲能電站規模越來越大。隨著電力系統中新能源占比提升,對儲能等調峰資源的需求日 益凸顯,而大容量儲能電站的調度性能優于小容量電站,因此,規?;膬δ茈娬境尸F 大容量趨勢。目前獨立式儲能項目單體規模正在快速突破百 MWh,朝著 GWh 邁進。 2022年有4個200MW/400MWh的單體電站投運。截至2022年9月,已經規劃啟動的、 規模在 500MWh 以上的儲能項目已經多達 30 個,總規模合計 12.2GW/33GWh。大容量 電站通常使用大容量電芯,隨著電芯的體積和容量增大,電芯自身的散熱性能變差,因 此對系統的熱管理能力要求會越來越高。

(2) 儲能電站應用場景更加多元。根據不同儲能時長的需求,儲能的應用場景可以分為容量 型(≥4 小時)、能量型(約 1~2 小時)、功率型(≤30 分鐘)和備用型(≥15 分鐘)四 類。容量型和能量型場景下,儲能應用于削峰填谷、離網儲能、緊急備用等功能,呈現 出大容量趨勢,單個項目的產熱量提升,對熱管理的要求提高。功率型場景下,要求儲 能系統可以瞬時吸收或釋放能量,提供快速的功率支撐,快速充放電對電池的溫度調節 要求更高,熱管理的重要性凸顯。

三、液冷方案應用現狀

3.1 數據中心液冷:電信運營商發布“三年愿景”,2025 年 液冷數據中心占比有望達 50%

數據中心液冷領域,海外廠商先行,中國廠商后發制人。早在上世紀 70 年代,IBM公司便研發出 世界首款冷凍水冷卻計算機 System 360,開創了液冷計算機先河。而后在 2008-2009 年,IBM和 英特爾先后推出了液冷超級計算機 Power 575 和礦物油浸沒散熱系統。國內廠商則以中科曙光率 先開始,2011 年中科曙光著手研究服務器液冷技術,并于 2013 年完成了首臺冷板式液冷服務器 原理機和首臺浸沒式液冷原理驗證。此后,華為、浪潮、聯想、阿里等國內廠商陸續發布液冷服 務器、液冷系統或解決方案。隨著中科曙光、華為、浪潮、聯想和阿里等在液冷領域的探索,中 國液冷技術發展迅速,并且在液冷的規模應用上積累了更為先進的經驗。

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曙光自研浸沒相變液冷系統應用于“東數西算”樞紐節點,PUE 最低可降至 1.04。中科曙光依托 浸沒相變液冷技術,推出標準化解決方案,該方案可使 CPU 等主要芯片運行溫度下降 10 攝氏度 左右,額外帶來 10-30%的應用性能提升,同時,浸沒相變系統通過減小部件和元器件所負載的 溫度變化幅度,極大提升了數據中心運行的穩定可靠性,實現全年自然冷卻,風扇風機能耗降低 接近 100%,總能耗降低約 30%,高密度部署為機房節省 85%左右的空間。截至 2022 年 4 月, 曙光已將這項技術應用于全國二十多個城市,覆蓋科研、金融、教育、醫療、人工智能等多個行 業。其中,該技術已應用于“東數西算”成渝樞紐節點內的西部(重慶)科學城先進數據中心中。

2020年,全球規模最大的全浸沒式液冷數據中心——阿里仁和數據中心投入運營。浸沒式液冷的 使用大大降低了冷卻能耗,該數據中心 PUE只有 1.09,一年可以節省上千萬度電。阿里云除在自 身數據中心對浸沒式液冷進行規?;渴鹜?,也已開啟對外商業化輸出的腳步。在第十六屆中國 IDC 產業年度大典上,阿里云發布了阿里云磐久液冷系列產品,其中磐久液冷一體機 Immersion DC 1000,是可以在“全球任何氣象區域部署,并且實現 PUE1.09 左右的一體化解決方案”。

賽迪顧問通過對國內主要液冷數據中心廠商在2020年液冷數據中心產品營收、類型、銷量、市占 率、客戶反饋等市場地位維度,以及技術專利、標準制定、創新人才、潛在客戶等發展能力維度 的綜合考慮,得到如下競爭力矩陣圖。

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賽迪顧問調研結果顯示,2019年液冷數據中心主要應用在以超算為代表的應用當中,并預計互聯 網、金融、電信行業對數據中心液冷的需求量將會持續加大。 電信運營商發布液冷白皮書,率先發力液冷。6 月 5 日,在第 31 屆中國國際信息通信展覽會“算 力創新發展高峰論壇”上,三大運營商聯合液冷產業鏈相關企業發布了《電信運營商液冷技術白 皮書》?!栋灼诽岢鋈臧l展愿景:1)三大運營商將于 2023 年開展技術驗證;2)2024 年 開展規模測試,新建數據中心項目 10%規模試點應用液冷技術,推進產業生態成熟,降低全生命 周期成本;3)2025 年開展規模應用,50%以上數據中心項目應用液冷技術,共同推進形成標準統一、生態完善、成本最優、規模應用的高質量發展格局,電信行業力爭成為液冷技術的引領者、 產業鏈的領航者、推廣應用的領先者。

3.2 儲能液冷:2025 年滲透率有望達到 45%左右

國內主流廠家紛紛推出液冷方案,印證液冷景氣度。在存量儲能項目中,以風冷方案占比更高, 主要因為風冷的設計簡單、成本低。但隨著儲能系統規模和能量密度提高,液冷技術的優勢凸顯。 據高工儲能梳理,目前寧德時代、比亞迪、遠景能源、陽光電源、海博思創、正泰新能源、科陸 電子等企業均已推出液冷產品。

儲能液冷系統基本組成包括:液冷板,液冷機組(加熱器選配),液冷管路(包括溫度傳感器、 閥門),高低壓線束;冷卻液(乙二醇水溶液)等。根據冷卻液與電池的接觸方式,分為兩種方 案:一種是直接接觸,電池單體或者模塊沉浸在液體(如電絕緣的硅油)中,讓液體直接冷卻電 池;另一種是在電池間設置冷卻通道或者冷板,讓液體間接冷卻電池。

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儲能液冷系統具有安全、高效、靈活的特性。以科華數能 S3液冷儲能系統為例:(1)安全:系 統采用 IP67 防護+防凝露+結構抗震+六維限位設計,每一個 pack 內置全氟己酮柔性管+消防反饋 檢測,系統層面采用三級防爆+三級消防的設計思路,實現三重絕緣監測與保障。(2)高效:在 液冷儲能系統中使用簇級控制器。通過簇級管理器對電流智能控制,實現電池簇單元主動均衡、 智能投切和毫秒級告警響應。經實驗證明,在簇級控制器的均衡效果下,全生命周期充放電容量 提升 6%以上。同時,在簇級控制器的投切功能下,實現電池簇的智能均衡控制,系統年可利用 率>99%。結合智能溫控均衡控制技術,液冷 pack“同程”專利設計,系統散熱“雙循環”,液 冷管道多級分布,使得集裝箱系統內部溫差一致不超過 5℃,任一 pack 之間溫差不超過 3℃,在 智能溫控均衡控制技術下,有效抑制熱失控發生概率,系統壽命提升 13% 。(3)靈活:液冷儲 能系統功率密度提升 100%,40 尺容量可達 6.88 MWh。以配置 10MW/20MWh 的儲能系統布局 為例,采用液冷電池系統節省占地面積 40%以上。采用預制模塊化設計,初始投資成本降低 2% 以上。

對比風冷與液冷方案,溫控設備成本液冷 0.09 元/wh,風冷 0.025 元/wh。綜合成本液冷有望降 低。 (1) 風冷:傳統 40 尺儲能集裝箱,容量 3.5MWh,一般使用 4 臺 12.5kw 的空調系統。單臺 空調報價約 2.2 萬元,測算得一個集裝箱系統溫控價格 8.8 萬元,對應單價 0.025 元/wh, 每 GWh 價值量 2500 萬元。 (2) 液冷:40 尺集裝箱,容量 5-6MWh,需要使用 2 臺 40kw 的液冷系統。單臺價格約 27 萬 元,一個集裝箱溫控價格 54 萬元,對應單價 0.09 元/wh,每 GWh 價值量 9000 萬元。 但考慮到液冷系統集成密度高,同等容量占用的土地面積更小,土建成本降低,同等容 量使用的連接件等輔助材料更少,系統綜合成本降低。

根據 GGII 測算,2021 年儲能溫控行業價值量在 24 億元左右(包括出口海外),2025 年預計達 到近 165 億元。其中,2025 年液冷市場占比達到 45%左右。

儲能液冷溫控方案供應商主要來自數據中心溫控、工業溫控和汽車溫控廠家。競爭的關鍵在于非 標產品的設計化能力,因為不同儲能集成商的產品設計方案不同,液冷溫控需要與電池 pack 布局、 液冷管道設計等聯合開發,與電池一同集成,因此需要進行高度定制化的設計。

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四、投資分析

4.1 英維克

公司是國內最早涉足電化學儲能系統溫控的廠商,也是眾多國內儲能系統提供商的主力溫控產品 供應商。公司在 2020 年推出系列的水冷機組并開始批量應用于國內外各種儲能應用場景。2022 年 11 月 3 日,公司發布 BattCool 儲能全鏈條液冷解決方案 2.0 從整體方案、全鏈條、全方位、全場景、多維度升級了系統性能和運維效率,進一步豐富了產品環節,提升了競爭優勢。公司借助 在儲能行業的品牌優勢和客戶基礎,持續地積極拓展國內外客戶并取得顯著成效。2022 年公司來 自儲能應用的營業收入約 8.5 億元,同比+150%左右。

4.2 曙光數創

曙光數創在液冷領域有著超過 10 年的技術積累,先后推出了冷板液冷基礎設施產品和浸沒相變基 礎設施產品,在行業占據領先地位,參與建設的液冷數據中心規模累計超過 200MW。2022 年, 公司主力產品浸沒式相變液冷 C8000 實現營收 4.29 億元,增速持續維持在近 30%水平,收入占 比保持在 80%以上。曙光數創是中科曙光控股子公司,中科曙光在全國布局多個智算、先進計算 中心,并建設運營 50 多個云計算數據中心。公司憑借技術產品優勢以及股東中科曙光的算力優勢, 卡位數據中心液冷行業,取得不俗成績。2018-2022 年,公司營收 CAGR 達 34%,歸母凈利潤 CAGR 達 85%。

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4.3 佳力圖

公司自2003年成立以來一直專注于數據機房等精密環境控制技術的研發。公司主要產品為精密空 調設備、機房環境一體化產品,可應用于數據中心機房、通信基站以及其他恒溫恒濕等精密環境。公司產品服務于中國電信、中國聯通、中國移動、華為等知名企業。2021 年 3 月,公司投入建設 南京楷德悠云數據中心項目,至 2022 年底該項目已進入試運行狀態。該項目設計 PUE 值為 1.25, 建成后將成為佳力圖綠色節能數據中心示范項目。2021 年中國聯通南京分公司、北京民商科惠科 技有限公司已就該項目與楷德悠云簽訂了合作協議。2022 年公司實現營收 6.25 億元,同比減少 6.33%,其中精密空調業務收入 3.62 億元,機房一體化業務收入 2.24 億元。

4.4 申菱環境

基于公司在工業制冷和數據中心溫控領域的經驗,融合工業風冷冷水機原理、數據中心液冷技術、 數據中心精密空調全變頻精密控制和全工況制冷技術等,公司開發了 SCY 系列儲能液冷產品。制 冷散熱單元為風冷變頻直膨制冷系統;水力模塊的冷卻液依靠泵的驅動將鋰電池的熱量帶出,冷 卻液在板式蒸發器與制冷劑循環換熱;水力模塊還集成補水穩壓、排氣排液、溫度與壓力監控、 液體加熱、液體過濾等功能??梢詫崿F比風冷方式節能 25%以上,占地面積減少 50%以上,電池 壽命延長 20%以上。電池簇內部電芯溫差<3℃,設計壽命 10 年以上,可 24 小時不間斷運行。

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4.5 同飛股份

公司憑借多年的技術積累,已具備較強的研發實力和較大的產能規模,為儲能領域客戶匹配了相 關液冷和空冷產品,未來將通過精準控溫、高可靠性、高安全性、溫度均勻性等綜合優勢進一步 拓展儲能溫控產品市場。2022 年公司儲能溫控領域的營業收入約為 1.58 億元。 得益于公司在數控裝備、電力電子行業積累的液冷溫控優勢,迅速拓展儲能溫控場景。公司在電 力電子溫控領域的客戶思源電氣、新風光等,也有望成為公司儲能領域的客戶。

4.6 高瀾股份

公司在儲能電池熱管理技術方面持續投入研發,目前已有基于鋰電池單柜儲能液冷產品、大型儲 能電站液冷 系統、預制艙式儲能液冷產品等的技術儲備和解決方案。公司具備所有的液冷系統開 發能力,從一維、三維的仿真設計,到單板開發,最終具有一站式液冷系統解決方案的能力。

4.7 網宿科技

公司近幾年圍繞互聯網及政企客戶數字化、智能化轉型中的 IT需求拓展業務,在 CDN、IDC 等成 熟業務的基礎上,向云安全與邊緣計算方向革新,同時拓展私有云/混合云、MSP、數據中心液冷 解決方案等協同性強的新業務。經工信部電子第五研究所評估,公司子公司綠色云圖自主研發的 液冷數據中心 PUE 均值低至 1.049;同樣自研的 DLC 直接浸沒式液冷技術已進入商用階段,該技 術已取得多項國家發明和實用新型專利。公司液冷技術適配通用的標準服務器,可以滿足多種場 景下的客戶需求。

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4.8 科華數據

公司作為數據中心服務商,持續推進數據中心液冷技術的發展,全面部署冷板式液冷、浸沒式液 冷等技術路徑的研發,完善產品矩陣。標準化方面,公司參編《零碳數據中心建設標準》《模塊 化數據中心通用規范》《浸沒式冷卻液可靠性規范》《數據中心液冷系統技術規程》等標準制定; 技術創新方面,公司成功研發并在市場上推廣了風-液架構的冷板式液冷 CDU、機柜式 CDU 和板 式液冷微模塊等液冷產品;生態合作方面,公司引進多方供應商,建立優質白名單,打通上下游 產業鏈,提供更多液冷產品和解決方案,以滿足用戶對數據中心不同的業務需求,同時最大化的 提升數據中心綠色化和低碳化水平。

4.9 潤澤科技

潤澤科技主要通過與運營商合作,向頭部互聯網企業、云廠商提供數據中心基礎設施服務。公司 數據中心項目位于廊坊,2022 年公司液冷數據中心完成試運行,全年完成綠電交易總量超 3 億千 瓦時,繼廊坊數據中心 A2、A5 成功入選 2021 年度國家綠色數據中心名單,A3、A6 再次成功入 選 2022 年度國家綠色數據中心名單,此外 A7 入選 2022 年國家新型數據中心典型案例。潤澤國 際信息港 A-7 數據中心隸屬于潤澤國際信息港項目第三代高等級數據中心序列,總建筑面積 43563.14 平方米,其中液冷機架最低功率為 20kW,最高功率達 50kW,已于 2021 年 10 月底正 式投產。A-7 數據中心部分模塊創新運用了業內先進的液冷制冷技術,與傳統風冷技術相比,液 冷數據中心整體能效提升 22%。

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原文標題:低碳數字時代需求的高效冷卻技術

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