液冷技術越來越受“青睞”，行業格局未定，誰都有可能是龍頭

近日，解決散熱壓力、節能挑戰必由之路的液冷溫控，在三大運營商聯合發布技術白皮書背景下，有望迎來產業發展提速。


面對散熱壓力和節能挑戰

液冷具備必要性

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。由于液體的比熱容遠高于氣體，因此相比于常見的風冷技術，液冷可實現散熱效率的極大提升。

根據冷卻液與電池的接觸方式，可分為直接液冷（如冷板式液冷）和間接液冷（如浸沒式液冷）。其中冷板式液冷屬于間接接觸型液冷技術，通過裝有冷卻液的冷板與設備接觸進行散熱，該液冷技術發展較早且改造成本較低因而技術更成熟、生態更完善，目前屬于液冷中應用最為廣泛的技術之一。

另一種是直接接觸型液冷技術，較為典型的是浸沒式液冷，是指將發熱器件浸泡在冷卻液中，兩者直接接觸以協助器件散熱，該技術可更大程度上利用液體比熱容大的特點，進一步提升制冷效率。

隨著算力持續增加對芯片散熱要求更高，液冷可以說是解決散熱壓力和節能挑戰的必經之路。

算力的持續增加促進通訊設備性能不斷提升，芯片功耗和熱流密度也在持續攀升，產品每演進一代功率密度攀升30~50%。當代X86平臺CPU最大功耗300~400W，業界最高芯片熱流密度已超過120W/cm2；芯片功率密度的持續提升直接制約著芯片散熱和可靠性，傳統風冷散熱能力越來越難以為繼。

芯片功率密度的攀升同時帶來整柜功率密度的增長，當前最大已超過30kW/機架；對機房制冷技術也提出了更高的挑戰。液冷作為數據中心新興制冷技術，被應用于解決高功率密度機柜散熱需求。

同時近年來，在“雙碳”政策下，數據中心PUE指標（數據中心總能耗/IT設備能耗）不斷降低，多數地區要求電能利用效率不得超過1.25，并積極推動數據中心升級改造，更有例如北京地區，對超過規定PUE的數據中心電價進行加價。

在保證算力運轉的前提下，只有通過降低數據中心輔助能源的消耗，才能達成節能目標下的PUE要求。由于制冷系統在典型數據中心能耗中占比達到24%以上，是數據中心輔助能源中占比最高的部分，因此，降低制冷系統能耗能夠極大的促進PUE的降低。有數據顯示，我國數據中心的電費占數據中心運維成本的60-70%。隨著服務器的加速部署，如何進一步降低能耗，實現數據中心綠色發展，成為業界關注的焦點。


服務器廠商加速布局液冷服務器產品

（1）冷板式加裝液冷模塊

冷板式液冷對于服務器本身改動較小，主要途徑為加裝液冷模塊。冷板式液冷是最為典型的間接接觸型液冷技術， 在冷板式液冷系統中，服務器芯片等發熱器件不直接接觸冷卻液，而是通過裝配在電子元器件上的冷板（通常是銅、 鋁等高導熱金屬構成的封閉腔體）將熱量間接傳遞給封閉在循環管路中的冷卻液體，從而將主要發熱器件的熱量傳 遞出去。

冷板式液冷技術對現有服務器芯片組件及附屬部件改動量較小，液冷化改造可操作性相對較強。主要在服務器中加 裝液冷模塊，采用集中式或分布式 CDU 供液、Manifold 分液，以此對于 CPU、DIMM 等部件進行精準制冷。在實 際操作過程中，中國移動（呼和浩特）數據中心將冷板式液冷細分出“兩級熱管”、“水冷+熱管”、“芯片冷板” 三條具體技術路徑： “兩級熱管”液冷服務器：此模式將服務器 CPU、GPU、內存等產生的熱量從一級導熱管傳遞至二級導熱管， 二級熱管冷媒流動至換熱器將熱量傳遞給冷凍水，交換后的熱水通過室外回水管路流出，完成整個換熱過程。 “水冷+熱管”液冷服務器：此模式將通過熱管導熱原理將服務器 CPU、GPU、內存等產生的熱量傳遞至熱管 冷凝端，冷卻水在冷凝端與熱管進行熱交換，交換后的熱水經由回水管路流出，完成整個換熱過程。 “芯片冷板”液冷服務器：此模式采用泵驅動冷卻液流過芯片背部通道，冷卻液在通道內通過板壁與芯片進行 充分熱交換，帶走芯片端的熱量后，含有熱量的冷卻液將通過集分水器將熱量輸送至機房內的 CDU 完成熱量交 換。


（2）浸沒式要對服務器箱體定制化改造

浸沒式液冷改造對于服務器本身及浸沒腔體具有較高要求。浸沒式液冷改造過程中，服務器箱體需要進行定制，滿 足三點要求：1）采用高功率密度設計；2）采用結構定制化設計以強化液體與發熱器件之間的熱交換；3）采用結構 定制化以提高浸沒式液冷環境下電子信息設備的運維效率。同時，浸沒式液冷服務器浸沒腔體應該被設計頂部開蓋、 由四個壁面和一個底面圍成的具有一定內部容積的結構，分氣相區與液相區，服務器主板浸沒于液相區內，氣相區 保障氣密性良好，確保冷卻液蒸汽無泄漏；單項系統中液相區的液體溫度場需均勻，無局部熱點，同一水平界面下 溫差需要<5℃。 實踐層面上，中科曙光以液冷刀片形式為行業提供服務器改造思路。

浸沒式液冷技術基于液體直接制冷，當前仍然 處于發展早期，由于研發難度較大、投入成本較高，當前入局的服務器廠商較少。中科曙光旗下子公司曙光數創， 專注于數據中心制冷基礎實施開發，由其所開發的以液冷刀片服務器為核心的浸沒相變產品為行業提供技術商業化 落地思路。液冷刀片服務器由刀片模塊，后插單板、電源等組成，通過設備后總接口置于冷媒之中。根據曙光數創 方案，將液冷服務器全部浸沒于冷媒之中，CPU、GPU 等發熱元器件通過冷媒相變換熱的方式實現散熱，氣化的冷 媒進入換熱器與常溫冷卻水換熱，冷凝為液體后，完成熱力循環。


儲能安全新國標開始執行

溫控行業量利齊升

國標《電化學儲能電站安全規程》（GB/T42288-2022）去年底發布，該標準將于2023年7月1日實施。新國標進一步趨嚴此前儲能安全領域的老國標系2014年發布，在消防領域主要規范了建筑物和設備防火等級、消防水池和砂池的配置，探測和預警方面提出“應設置火災自動報警系統”和“宜配置感煙探測器和可燃氣體報警裝置”。

光大證券指出，在儲能行業加速發展、液冷滲透率快速提升的大背景下，溫控行業量利齊升。

據Trendforce數據，2021年全球電化學儲能市場規模為35GWh，預計至2030年可達1160GWh，2021-2030年CAGR為47.5%。

據GGII測算，2021年儲能溫控行業的價值量為24億元（含出口），其中風冷方案占比為88%，預計至2025年儲能溫控行業的價值量有望達164.6億元，2021-2025年CAGR超60%，其中液冷方案占比有望過半。

也就是說，儲能溫控未來的市場將是百億級，有數倍的增量空間，復合增速也超過60%。

從產業鏈看，儲能溫控的中游和下游尚處發展早期。

1）上游：零部件較為常規，格局分散。以液冷系統為例，水冷主機占比較高（67%），其他核心零部件主要是換熱器、管路、閥門等，供應商也無明顯差別。

2）中游：“小而精”，尚處初期，格局未定。儲能溫控在儲能系統中的價值量占比在3%左右，但對于保持儲能系統安全至關重要。

現在的廠商都是從其他專用性空調領域切入，英維克、申菱環境原主業是數據中心溫控，同飛股份、高潤股份原主業是工業溫控，松芝股份、奧特佳是車用熱管理。整體看，行業競爭格局未定。

3）下游：尚處初期，格局未定。儲能溫控的下游廠商可分為儲能電池廠商和儲能系統集成商。

其中儲能電池廠商中較多為原動力電池廠商，由于儲能電池技術壁壘低于動力電池，預計未來仍會有較多廠商切入這一領域；儲能系統集成商以海博思創等為代表，尚未出現確定性龍頭。

儲能集成的下游根據應用場景可分為發電側、電網側和用電側，其中B端應用場景對散熱要求更高，對儲能溫控需求更大。

總的來說，儲能溫控行業正處于發展初期，未來將迎來高速發展期。目前行業競爭格局沒有明確，相關公司都擁有不錯的發展空間。