电力温控设备产业研究：如何看待电力行业温控热管理-

电力温控设备产业研究：如何看待电力行业温控热管理_

1.“电网升级+结构转型”双驱动，电力温控设备前景向好

1.1.电力温控设备：电力系统稳定运行的重要保障设施

电力温控设备属于专用性空调的重要应用领域。专用性空调是为满足某些工业工艺和特殊环境的需求，将被控环境的物理参数（如温度、湿度、风压、风速）、化学参数（如腐蚀性气体的浓度）、生物参数（如空气含尘量、微生物量）等严格控制在特定范围内而设计制造的设备，或者为使用场景的特殊要求（如防爆、防震、抗冲击）专门设计制造的设备。基于专用性空调的定义，电力温控设备为电力行业控制电力设备运行环境物理参数（温度、湿度等）的相关设施。

环境温控设备是保障电力设备安全运行和使用寿命提高的重要设施。电力设备运行过程中，内部温度环境过高或过低均不利于电力设备的稳定可靠运行。同时，由于电流热效应存在，电流通过导体时电阻会消耗部分电能，而这部分电能会转化为热能，从而使得发电和送电设备产生发热问题，影响电力设备的运行安全和使用寿命。因而，为保障电力设备安全、稳定的运行，在电力系统中会配置相应的环境温控设备，保障电力设备运行在恒温恒湿的环境下，降低电力设备出现事故的概率。此外，部分温控设备由于节能降耗设计，运行能耗低，有助于推进电力系统降低能耗。

温控设备广泛应用于发电、输电和配电等电力产业链主要环节。发电环节，采用蒸发冷却式冷水机组、满液式冷水机组、组合式空调机组等温控设备系统实现发电机组冷却，保障发电机组设备安全稳定运行。输电环节，输电设备多采用封闭式结构，散热性差，可采用组合式空气处理机等温控系统设备为输电设备提供恒温恒湿的环境。配电环节，温控设备系统保障变压器、高压电器等配电设备运行稳定，降低设备发生故障的概率。

发电端：汽力发电机组蒸汽乏汽以及辅助设备的冷却。经过超高压机组多次循环后的蒸汽乏汽依然具有较高温度，需要通过凝汽器并用冷却水冷却凝结成水，以便于进行水质处理后再度引入锅炉。用于火力发电厂的冷却技术大体分为：直接空冷技术、间接空冷技术、蒸发冷却技术。

输电端：换流站晶闸管换流阀的冷却。晶闸管换流阀是换流站的核心设备之一，系统运行过程中会产生大量的热，因此，可通过采用合适的冷却方式提供晶闸管正常的工作环境，也提高系统的稳定运行能力。换流阀冷却系统主要由两个循环系统组成，即阀内冷却系统和外冷却系统。外冷却系统的特点是非封闭的循环系统，其散热方式是把换流阀里冷却水中的热量通过外部的换热设备散到设备外。根据介质的不同，外冷系统的方式主要有水冷方式、空气冷却方式以及空气冷却串联辅助水冷却的方式。

配电端：变压器及室外控制柜的冷却。变压器在工作过程中会产生大量的热，因此需要对温度进行控制。电力变压器的冷却系统包括两部分：内部冷却系统，它保证绕组、铁芯的热量散入到周围的介质中；外部冷却系统，保证介质中的热散到变压器外。根据变压器容量的大小，介质和循环种类的不同，变压器采用不同的冷却方式。常见的冷却方式包括油浸自冷式、油浸风冷式、强迫循环风冷式和强迫循环液冷式。电力系统二次设备的核心装置由大量电子器件组成，户外柜就地保护的装置若长时间工作在高温下，会引起元器件性能降低，对电网系统的稳定性造成重大影响。目前，国内已建设投运的智能变电站户外柜，在温度控制方面，主要采用风机、热交换器或空调器散热方式，其中风机属于直接风冷，而热交换器和空调器则属于间接风冷。

1.2.智能电网建设推进，形成电力温控设备新需求

国家电网推进泛在电力物联网建设，智能电网建设步入新阶段。2019年，国家电网公司提出“三型两网”发展战略，即打造“枢纽型，平台型，共享型”企业和建设运营好“坚强智能电网，泛在电力物联网”，意在通过建设运营好“两网”实现向“三型”企业转型。为落实“三型两网”战略，2019-2024年期间，国家电网公司将重点完成建设泛在电力物联网，将电力用户及其设备、电网企业及其设备、发电企业及其设备等连接起来，以电网为枢纽，发挥平台和共享作用，为全行业和更多市场主体发展创造更大机遇。

国家电网提出分两阶段推进泛在电力物联网建设，预计2024年建成。泛在电力物联网是充分应用移动互联、人工智能等现代信息技术、先进通信技术，实现电力系统各个环节万物互联、人机交互，具有状态全面感知、信息高效处理、应用便捷灵活特征的智慧服务系统。同时泛在电力物联网建设分为两个阶段：第一个阶段，到2021年初步建成泛在电力物联网。第二个阶段，到2024年建成泛在电力物联网。此外，泛在电力物联网建设将聚焦分布式光伏服务生态、综合能效服务生态、电动汽车服务生态、能源电商服务生态、数据商业化服务生态、线上产业链金融生态、电工装备服务生态7个重点方向推进。

受益智能电网建设推进，电力温控设备需求持续增长。近年来，随着智能电网建设推进，智能变电站、智能控制柜等设备装配率上升，电力系统中控制器、传感器等电子器件用量显著增加，对电力设备运行环境的物理参数控制要求进一步提升，为温控设备带来新需求。此外，智能电网中发电、输电设备以及电网设备的性能密度和功率密度不断提升，设备发热量和发热密度也随之提高，对设备散热要求提高成为普遍趋势，亦驱动电力设备需求增长。整体而言，智能电网建设推进背景下，环境物理参数控制要求进一步提升，将会形成新的电力温控设备市场需求，驱动电力温控设备市场规模扩张。

1.3.“双碳”目标下电力结构转型，电力温控设备增量需求释放

“双碳”目标推进，电力结构低碳化转型发展。碳达峰、碳中和政策背景下，未来电力结构将以风电、太阳能等清洁能源为主，低碳化成为电力行业未来发展趋势。在以风电、光伏为主的新型电力系统发展过程中，对电力温控设备提出新要求。

风光装机规模持续扩张，有望驱动电力温控设备需求不断增长。2020年风力发电机组装机容量达2.82亿千瓦，装机容量增速高达34.61%；太阳能光装机容量达2.53亿千瓦，装机总容量增速达24.12%。到2030年，国内风电、太阳能发电总装机容量将达到12亿千瓦以上，相较于当前装机规模，未来仍有较大提升空间，随着未来风光新能源装机规模持续扩张，将为电力温控设备带来增量市场需求，驱动电力温控设备市场规模增长。

国内风光资源分布不均，电力区域间输送带动升压站建设增加，驱动电力温控设备市场规模增长。我国风光资源主要分布在西部和“三北”地区，而这些地区电力需求相对较小，其中大多数风能资源丰富区，远离电力负荷中心，电网建设薄弱，大规模开发需要电网延伸的支撑。因而，在未来风光新能源电力发展背景下，为更好地实现电力跨区域输送，与之匹配的电网投资将进一步增加。在这一过程中，将会增加升压站的建设数量。为保障升压站稳定、安全运行，需配备专用的电力温控设备用于控制环境物理参数，进而保障电力高效率的跨区域传输。此外，西北地区风沙较大，独特的地理环境也对专用性空调提出需求，有助于促进特种空调设备销量增长。

海上风电为风电重点发展方向，未来装机规模持续上升驱动专用性空调需求增长。目前，陆上风电可开发资源逐步减少，而海上风电处于逐步开发的过程中，海上风能资源丰富，且可开发资源较为充足，未来随着海上风电投资和运行成本下降，海上风电装机规模有望持续增长。由于亚太地区快速增长和欧洲地区的持续增长，到2030年，全球海上风电装机容量将从2019年29.1GW增至234GW以上，随着海上风电装机规模增加，海上风电升压站建设数量亦将有所增长。由于海上风电升压站对防腐性能要求较高，这将驱动特种空调设备市场需求增长，利好专用性空调厂商。

新能源电力发展背景下储能规模增长，热管理市场需求逐步释放。为有效促进新能源电力消纳，需建设相应规模的储能电站来保证。可以预计的是，未来储能装机容量将显著增长。预测到2025年，全球电池储能系统累计装机量有望达到64.3-179GWh；预测到2030年，全球储能装机容量将达到741GWh，中国市场储能部署容量将达到153GWh。热管理系统作为储能系统的重要组成部分，未来有望受益于储能装机容量增长的过程，市场规模持续扩张，这将也为电力温控设备带来增量需求。

2.储能热管理产业加快发展，电力温控设备迎来发展新机遇

2.1.政策支持储能发展，产业有望加快发展

储能为电力供需的全部环节提供“再分配”，“双碳”目标下不可或缺。电能具有即产即用的特点，储能系统可以在发电端过剩的时候将多余的电能储存起来，待需求端高于发电端时补充供应。除此之外，近年来风电、光伏等清洁能源装机规模不断提升，这类自然能源具有不稳定和间歇性的特点，一般也需要储能系统将电能储存起来，以便稳定并入电网。通过储能可实现可再生能源实现消纳、调频和削峰填谷等多重功效。“双碳”目标下，一方面要优化电网结构增强电网可调度性，使得发电端能效最优化；另一方面，大力发展清洁能源发电，储能系统将在未来的电力行业各个环节变得不可或缺。

抽水蓄能发展最为成熟，电化学储能为未来发展方向。储能系统按照储存介质可分为机械类储能、电气类储能、电化学类储能、热储能和化学类储能。机械类储能主要包括抽水蓄能、压缩空气储能和飞轮储能，主要优点为规模大、效率高、技术成熟以及稳定性好，但一般适用于大规模、集中式能量存储，适用场景相对较窄。电气类储能主要包括超级电容储能和超导储能，主要优点是充放电快、效率高以及响应速度快，但投资成本和维护成本较高。电化学类储能即基于各种电池的储能方式，具有技术成熟、价格低廉、寿命长和循环次数多等优点，目前主要的缺点为成本偏高以及对安全性要求比较高。化学类储能主要包括合成天然气以及电解水两种方式，优点是储能能量大、储存时间长，缺点是效率较低。

抽水蓄能技术成熟装机占比极高，电化学储能增长较快。截至2020年底，中国已投运储能项目累计装机规模35.6GW，同比增长9.8%；其中抽水蓄能累计装机占比89.30%，其次为电化学储能，累计装机规模3.27GW，占比9.2%。未来随着储能应用场景由当前以电源侧为主逐步拓展至电网侧和用户侧的全场景覆盖，电化学储能有望依托高效率和高循环次数等优势，成为未来储能的主流发展方式。2018年以来中国电化学储能装机规模快速增长，2018年新增电化学储能装机功率规模高达0.61GW，同比增长316%。截至2020年，中国电化学储能市场累计装机功率规模为3.27GW，同比增长91.2%，2020年全年新增电化学储能累计装机功率规模达到1.56GW，国内电化学储能呈快速增长态势。

政策密集出台，政策支持有望驱动产业加快发展。近年来，国家出台多项政策，从多个维度推动储能产业发展。尤其是2021年7月以来，国家接连出台多项利好储能产业发展的政策。到2025年，新型储能规模达到30GW规模提上。此后通过拉大峰谷价差的举措，间接推动用户侧储能产业发展。2021年8月10日，发改委、国家能源局发布通知鼓励可再生能源发电企业自建或购买调峰能力增加并网规模，鼓励发电企业市场化参与调峰资源建设，超过电网企业保障性并网以外的规模初期按照功率15%的挂钩比例（时长4小时以上）配建调峰能力，按照20%以上挂钩比例进行配建的优先并网。整体而言，随着国家政策大力支持储能产业发展，储能装机规模有望快速增长，利好储能产业链相关公司。

2.2.热管理是储能系统安全运行的保障，市场关注度提升

储能电站事故频发，热管理逐渐被重视。在近10年间，全球共发生32起储能电站事故。运行环境因素即锂电池需要通过初始电热管理设计、BMS/PCS/EMS以及空调系统等管控来维持合理的运行环境，运行环境管理不善将逐渐影响电池及系统的可靠性，进而发生事故。储能热管理作为储能安全的重要保障举措，随着未来市场对储能安全管理的重视程度不断提升，市场需求有望显著增长。

2.3.多技术齐头并进发展，适用热管理各类场景

（1）蒸发冷却：蒸发冷却方式是一种具有优异冷却效果且能随负荷变化自平衡的冷却方式。蒸发冷却分为直接蒸发冷却（DirectEvaporativeCooling，DEC）和间接蒸发冷却（IndirectEvaporativeCooling，IEC）。直接蒸发冷却是将水直接喷淋于未饱和湿空气中，使空气等焓增湿、降温。由于空气与水直接接触，使其含湿量增加，因此存在一定的应用限制。间接蒸发冷是工作介质先经直接蒸发冷却设备处理，流经换热器通道一侧，形成湿通道，产出介质流过干侧通道，湿侧介质吸收干燥介质的热量，借助于湿表面蒸发，从而冷却产出介质。由于工作介质不与水直接接触，其含湿量不变，实现空气的等湿降温。常见的间接蒸发冷却的冷却介质为冷媒水。

间接蒸发冷却系统高效节能兼具。间接蒸发节能技术具有三种工作模式：当室外温度较低时，直接换热器换热模式；室外温度升高时，开启间接蒸发模式；当室外温度较高时，启动机械制冷模式。间接蒸发冷却技术可从自然环境中获取冷量，与一般常规机械制冷相比，具备较为显著的节能效应。

间接蒸发冷却系统技术发展完善，应用场景广泛。按照冷却器结构可以分为板式间接蒸发冷却器和管式间接蒸发冷却器两种形式。板式间接蒸发冷却器优点是换热效率高、制造工艺比较成熟，应用较多。存在的主要问题是流道窄小，容易堵塞，随着运行时间增加，换热效率急剧降低，流动阻力大，布水不均匀、浸润能力较差，同时由于使用的金属材料易被腐蚀，造成结垢、维护困难等。管式间接蒸发冷却器优点是布水均匀，容易形成稳定水膜，有利于蒸发冷却的进行，空气流道较宽，不会产生堵塞，因而流动阻力小，且二次空气流道和风机便于布置。存在的主要问题是占地空间较大。目前间接蒸发冷却系统已大量应用于数据中心、发电端、化工、冶金、轨道、机场、医药和市政商用领域。根据不同的使用场景，可分为分体式、嵌装式和顶置式。

不同应用场景下，间接蒸发冷却系统与传统制冷方案和其他自然冷却方法相比优势明显：对于发电-电动机等应用领域而言：1）蒸发冷却系统可实现无泵自循环，运行时系统内部压力低，发生工质泄漏的可能性小。2）蒸发冷却系统可自动根据热负荷调整运行状态，无需外加调节控制装置。3）蒸发冷却介质绝缘具有高绝缘性与不燃性，即使发生介质泄漏问题，也不会造成短路等重大事故，因此具有较好的安全性。4）蒸发冷却系统散热能力强，采用管道内冷的形式应用于发电-电动机定子线棒冷却上，可有效降低铜导杆与主绝缘间温差，使线棒在轴向和周向上温度分布更均匀，从而降低热应力、提高主绝缘寿命。5）蒸发冷却系统维护方便，运行、维护成本低。对于数据中心等应用领域而言：1）自然冷源利用效率高。2）换热链路短，高效换热。3）集成度高，环境要求简单。4）与传统机械制冷方法相比，可实现有效节能。5）户外安装的制冷设备使得空气处理机组的维护更方便。

（2）空冷/液冷散热：空冷/液冷通过空气/液体流经发热部件，通过接触换热的方式进行降温。空冷结构简单、成本低、易维护，相较于液冷和相变材料冷却，空冷的稳定性好，但空气的低热导率限制了空冷系统的冷却性能，所以空冷系统冷却速度较慢，散热效果不佳，虽然强制风冷可加强气流运动，提高散热效率，但使用风扇或气泵强制对流将造成系统能量损失。液冷冷却的冷却剂为液体，相对空气来说，液体具有更大的比热容、温度传递快、吸收热量大等优点。同体积液体带走的热量显著大于风冷，热传导的效率亦显著高于空冷，液冷冷却技术优势明显。液冷技术可以分为间接制冷和直接制冷两种方式，对于电力设备，考虑到安全问题，一般以间接制冷为主。

液冷冷却目前已大规模应用在数据中心等场合。液冷技术中，间接制冷或者冷板式比较简单，主要通过冷板与ICT设备进行热交换，冷板设计可给数据中心机架安装液冷门，也可深入到ICT设备中，与CPU等发热器件贴合带走热量，可有效降低数据中心能耗和能源使用效率。

（3）相变材料冷却：相变材料是一类温度变化时发生相变的材料，一般利用相变过程吸收或释放大量潜热，以达到热管理的目的。常见相变材料按物理状态可分为气固相变、固液相变、固固相变和气液相变四类，气固和气液相变材料虽然储能密度大，但是发生相变过程时体积变化较大，不利于实际应用；固固相变材料在相变过程中体积变化小，无气、液泄漏风险，但是材料难以获取，且相变温度较高；相比之下，固液相变材料在熔化或凝固过程中体积变化小，熔点低，相变潜热大，因此受到广泛应用。

相变材料散热应用前景较为广阔。相变材料散热系统的优点是散热效果好，无需消耗电池额外能量，同时可用于散热和加热使用；缺点是相变前的低热导率和相变传热的迟缓性会限制其在极端服役工况下的应用。相变材料散热方法已有较多研究，其适用范围广，但当电池发热量小，未达到相变材料熔点时，相变材料无法通过相变过程潜热，即相变冷却失效，所以相变材料冷却适用于发热量较大的电池包。考虑到在大倍率放电过程中电池发热量的不一致性，因此，在发热量较大部位的相变材料中插入质量轻的铝热管可以辅助散热，提高电池均温性。目前相变材料冷却多用于电子设备散热。相变材料作为一种被动换能材料具有节能、环保等优势，目前产业处于起步阶段，未来技术突破将驱动产业加快发展，未来市场前景广阔。

2.4.储能热管理市场广阔，温控设备迎来发展新机遇

电化学储能快速增长，可再生能源并网为未来储能装机驱动因素。近年来，国内外电化学储能均呈快速增长态势。在新增电化学储能的应用中，主要以可再生能源并网为主。2020年中国新增电化学储能中，可再生能源并网储能占比为40%左右。

预计2025年全国风电光伏发电量占全社会用电量16.5%。2021年全国风电、光伏发电占全社会用电量的比例达到11%左右，后续逐年提高，到2025年达到16.5%左右。2020年我国全社会用电量为75110亿千瓦时，自2002年以来复合年均增长率为8.34%。2020年，全国可再生能源发电量达22148亿千瓦时。其中，风电4665亿千瓦时；光伏发电2605亿千瓦时。

基本假设：1）参考过往用电量增速并做适当预测，假设2021-2030年期间全社会用电量CAGR为5.5%；2）根据国家能源局预估的风电光伏发电量占比，2021年约为11.0%，2025年约为16.5%，CAGR为10.67%，因此近似假设2030年风电光伏发电量占全社会用电量27.4%。3）参考国家能源局2020年统计数据，假设全国风电平均利用小时数2097小时，光伏发电年均发电小时为1160小时；4）根据国家能源局2020年统计风电光伏装机量的情况，风电：光伏≈64:36，假设至2025、2030年，风电：光伏=60：40；5）根据国家能源局统计数据，2020年全国风电利用率96.5%，光伏发电利用率98.0%。假设2025、2030年保持不变；6）根据海南、湖南、新疆、山西、陕西、贵州、山东、青海、宁夏等地明确规定新能源发电配置储能比例，储能容量多以5%、10%为下限，放电时长以2小时为标准，假设至2025、2030年，储能系统功率占风电光伏发电装机功率的15%，放电时长为2小时；7）参考2020年光伏电站EPC中标价，假设2025、2030年电化学储能系统的建设成本为1.5、1元/Wh；8）当前电化学储能热管理投资规模大概是储能系统投资的3%-5%，假设2025、2030年保持不变。

电化学储能热管理投资规模：基于以上假设，2025、2030年全社会用电量为9.82、12.83万亿千瓦时，则来自风电、光伏的部分为1.62、3.51万亿千万时，结合对应的弃风、光率，可以计算出对应的发电量。2025、2030年用电量来自风电的为0.97、2.11万亿千万时，对应发电量为1.01、2.19万亿千万时，根据平均时长计算出对应480、1042GW风电装机功率。2025、2030年用电量来自光伏的为0.65、1.41万亿千瓦时，对应发电量为0.66、1.43万亿千万时，根据平均时长计算出对应570、1237GW光伏装机功率。2025、2030年风电、光伏总装机功率为1050、2279GW。按照假设中的15%的装机容量占比估算对应的储能装机功率，2025、2030年风电光伏电化学储能装机功率为158、342GW。假设平均放电时长为2小时，则风电光伏电化学储能电量为315、684GWh，对应投资成本约4725、6836亿元，假设2025、2030年热管理投资成本占储能系统投资成本的3%-5%，则预估2025、2030年对应的储能热管理投资规模为142-236、205-342亿元。

抽水蓄能迎来巨大转机，政策明确装机量未来15年增长9倍。抽水蓄能是当前技术最为成熟、全生命周期碳减排效益最显著、经济性最优且最具大规模开发条件的电力系统灵活调节电源，与风、光、核、火等能源配合效果较好。在全球应对气候变化，实现“双碳”目标，加快能源绿色低碳转型的新形势下，抽水蓄能加快发展势在必行。目前已投产抽水蓄能总装机量为32.49GW，在建53.93GW。未来将进入快速发展阶段，“十四五期间”预计开工180GW，“十五五”期间预计开工80GW，“十六五”期间预计开工40GW，三个五年规划期间预计投资规模分别为9000亿元、6000亿元和3000亿元。根据抽水蓄能EPC招标合同预估热管理投资大概为500-1000万/GW，因此预测至2025年抽水蓄能温控热管理投资规模为9-18亿元，至2030年累积投资规模为13-26亿元，至2035年累积投资规模为15-30亿元。

3.重点分析工业温控专家申菱环境

国内领先的专用性空调生产企业，产品品类丰富多元。申菱环境是一家以人工环境调节、污染治理、能源利用为服务方向，致力于为数据服务产业环境、工业工艺产研环境、专业特种应用环境和公共建筑室内环境等应用场景提供人工环境调控整体解决方案的领先企业公司，主营业务围绕专用性空调为代表的空气环境调节设备开展，根据应用场景的不同，可将公司专用性空调产品归为数据服务空调、工业空调、特种空调、公建及商用空调四大类别，对应的产品种类丰富。公司专用性空调产品下游应用行业众多，可应用于电力、冶金、化工、民航、轨道交通、军工、环保、大型公共建筑物等诸多领域。

多款产品可用于电力温控领域，大型电力枢纽工程中已有应用示范。电力是公司专用性空调产品的重要应用领域，组合式空气处理机、工业单元式空气调节机、恒温恒湿型单元式空气调节机、低露点除湿机、核电抗震型风冷冷水机等产品可应用至电力行业的温控领域，用于保障发电送电设备安全、人员健康以及实现节能减排。凭借较强的技术实力和较佳的产品品质，公司产品获得了国家主要发电集团、国网和三峡集团的认可，已成功为中国多个水电站、核电站和电网提供空调系统解决方案，包括三峡水利枢纽工程、乌东德水电站、溪洛渡水电站、向家坝水电站、二滩水电站等特大型、大型水电站以及福清、田湾等核电站。此外，公司在国内外有多个电力行业温控示范项目，彰显出公司较强的品牌市场影响力。

国家电网为公司重要客户，公司在电力行业客户资源积累较好。2018-2020年国家电网均为公司的前五大客户，2020年，公司从国家电网获得的收入为8011.63万元，在总营收中占比为5.46%，以上数据反映出公司与国家电网合作关系较为紧密。除与国家电网有合作关系外，公司与国内主要发电集团、三峡集团等电力行业