|
儲(chǔ)能與IDC雙輪驅(qū)動(dòng)，助推液冷連接器跑出“加速度”
CDCC 2023-10-09 12:55 發(fā)表于北京
以下文章來(lái)源于萬(wàn)創(chuàng)投行 ，作者萬(wàn)創(chuàng)研究院
液冷方案在保證儲(chǔ)能系統(tǒng)和數(shù)據(jù)中心安全、降低能耗、提高散熱效率等方面綜合優(yōu)勢(shì)顯著，逐漸發(fā)展成為增量?jī)?chǔ)能、數(shù)據(jù)中心場(chǎng)景下的主流溫控技術(shù)，液冷連接器作為液冷系統(tǒng)關(guān)鍵點(diǎn)，對(duì)液冷系統(tǒng)性能至關(guān)重要。
- 對(duì)于大型儲(chǔ)能項(xiàng)目及需要極高耗能的IDC行業(yè)，液冷技術(shù)憑借散熱效率高、能耗小等巨大優(yōu)勢(shì)逐漸蠶食風(fēng)冷市場(chǎng)。
- 液冷溫控技術(shù)能夠完美順應(yīng)儲(chǔ)能行業(yè)高安全性和低成本趨勢(shì)，其滲透率有望快速提升，同時(shí)也為液冷連接器帶來(lái)重大市場(chǎng)機(jī)遇。
- 冷板式液冷系統(tǒng)能夠降低IDC行業(yè)能耗，與之相配的連接器壁壘高筑、供不應(yīng)求，未來(lái)具備高研發(fā)力的企業(yè)有望搶占市場(chǎng)先機(jī)。
1）溫控技術(shù)多樣，液冷具有更高成長(zhǎng)性
我國(guó)目前溫控管理技術(shù)形式多樣，包括風(fēng)冷、液冷、熱管冷卻和相變冷卻四種，其中，熱管冷卻及相變材料技術(shù)目前仍處于實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)階段，當(dāng)前溫控形式以風(fēng)冷和液冷技術(shù)為主。
相比于風(fēng)冷技術(shù)，液冷具有更高的冷卻效率和成長(zhǎng)性。根據(jù)中國(guó)證券報(bào)研究，產(chǎn)品零部件提供商、液冷服務(wù)器提供商及算力使用者貫穿整個(gè)液冷產(chǎn)業(yè)生態(tài)的上、中、下游。我國(guó)液冷技術(shù)起步稍晚于國(guó)外，但起步后發(fā)展迅速，后期與國(guó)外發(fā)展進(jìn)程基本同步，并且在液冷規(guī)模試點(diǎn)應(yīng)用方面積累了豐富經(jīng)驗(yàn)。
2）儲(chǔ)能+IDC雙輪溫控驅(qū)動(dòng)液冷發(fā)展
液冷技術(shù)最廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景是儲(chǔ)能和數(shù)據(jù)中心。相比于風(fēng)冷，液冷技術(shù)有更高的散熱效率，能夠?qū)崿F(xiàn)在多粉塵等惡劣場(chǎng)景的應(yīng)用，且液冷散熱技術(shù)沒(méi)有風(fēng)扇，噪音更低，可以適應(yīng)儲(chǔ)能集裝箱、數(shù)據(jù)中心的整體功率密度的提升，因此液冷技術(shù)滲透率處于快速提升階段。
我國(guó)液冷服務(wù)器一般采用三種方案，間接接觸型（冷板式液冷）和直接接觸型液冷（浸沒(méi)式液冷和噴淋式液冷）。冷板式方案成熟度較高，商用基礎(chǔ)較好，浸沒(méi)式制冷效率更高，未來(lái)前景良好。
3）連接器對(duì)液冷系統(tǒng)的性能至關(guān)重要
當(dāng)前，液冷技術(shù)作為數(shù)據(jù)中心的黑科技，通過(guò)將液體循環(huán)運(yùn)輸?shù)椒⻊?wù)器的熱點(diǎn)部件上，可以有效地降低服務(wù)器的溫度，有助于減少機(jī)器故障和降低能源成本。在此背景下，液冷連接器作為冷卻液與電子元件連接的紐帶，對(duì)于整個(gè)冷卻系統(tǒng)的性能、可靠性和穩(wěn)定性至關(guān)重要。
液冷連接器是專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)來(lái)滿足液冷系統(tǒng)的苛刻要求，一般具有獨(dú)特的耦合設(shè)計(jì)，確�？焖�、安全、可靠的水路連接和斷開(kāi)，消除任何空氣或污染物進(jìn)入水路連接或斷開(kāi)的風(fēng)險(xiǎn)，達(dá)到密封性能好、耐高溫、耐腐蝕、能夠快速連接的優(yōu)勢(shì)。
此外，通過(guò)盲連接設(shè)計(jì)，液冷連接器還可以補(bǔ)償很大程度的不對(duì)齊，確保連接到液冷電路不會(huì)損害電連接器的完整性，移除和更換液冷外殼可以像傳統(tǒng)的風(fēng)冷系統(tǒng)一樣容易。
1）順應(yīng)儲(chǔ)能系統(tǒng)安全需求及降本趨勢(shì)，液冷滲透率有望快速提升
新型儲(chǔ)能中，電化學(xué)儲(chǔ)能更加適合大規(guī)模應(yīng)用于各類(lèi)儲(chǔ)能場(chǎng)景，成為目前應(yīng)用范圍最為主要的新型儲(chǔ)能方式，且在目前主流的電池種類(lèi)中，鋰離子電池憑借其成本優(yōu)勢(shì)，是目前最主要的電化學(xué)儲(chǔ)能方式。
鋰電池對(duì)運(yùn)行溫度要求嚴(yán)苛，最佳工作溫度助于鋰電池提效增壽。液冷方式可實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控溫，實(shí)現(xiàn)全生命周期成本下降。相比于目前應(yīng)用最為廣泛的風(fēng)冷系統(tǒng)，液冷系統(tǒng)在電芯壽命、運(yùn)行能耗以及固定開(kāi)支端具備顯著優(yōu)勢(shì)，可以有效降低儲(chǔ)能系統(tǒng)的全生命周期成本。
電芯壽命：傳統(tǒng)風(fēng)冷在面對(duì)產(chǎn)熱量高的電池組時(shí)會(huì)出現(xiàn)散熱不均的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致電池間容量衰減率不同，影響電池壽命。液冷散熱通過(guò)冷卻液對(duì)流換熱，降低電池溫度，其導(dǎo)熱率高，散熱更為均勻，適用于儲(chǔ)能系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)工作。
運(yùn)行能耗：風(fēng)冷系統(tǒng)通過(guò)冷卻空氣間接冷卻電芯，當(dāng)進(jìn)口溫度較高時(shí)，風(fēng)冷系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)耗能急劇增大，總能耗較高；而液冷方案只需較低的流量便可滿足控溫要求。冷卻工質(zhì)進(jìn)口溫度同為295K時(shí)，風(fēng)冷系統(tǒng)最低能耗為水冷的6.66倍。
固定開(kāi)支：液冷不需要預(yù)留散熱通道，將大幅節(jié)約大型儲(chǔ)能項(xiàng)目的占地面積。
2）儲(chǔ)能液冷連接器作為儲(chǔ)能液冷系統(tǒng)的紐帶，具備較高技術(shù)設(shè)計(jì)壁壘
儲(chǔ)能液冷系統(tǒng)基本組成包括：流體連接器、液冷板、液冷機(jī)組（加熱器選配）、液冷管路（包括溫度傳感器、閥門(mén)）、高低壓線束、冷卻液等。
液冷管路主要用于連接液冷源與設(shè)備之間、設(shè)備與設(shè)備之間、設(shè)備與其他管理之間的過(guò)渡軟/硬管連接。與傳統(tǒng)連接器相比，液冷連接器需要融合結(jié)構(gòu)、流體動(dòng)力學(xué)、材料化學(xué)、閥門(mén)四個(gè)技術(shù)學(xué)科，在液體冷卻應(yīng)用中至關(guān)重要。
儲(chǔ)能液冷連接器的技術(shù)壁壘：
流道設(shè)計(jì)能力：在流道設(shè)計(jì)中，流阻越大、散熱效果更好，故流道設(shè)計(jì)和建模分析的能力需求強(qiáng)。
材料研發(fā)能力：需要通過(guò)材料的選擇和研發(fā)來(lái)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品各項(xiàng)核心指標(biāo)的要求，如密封性、對(duì)于液體的耐受力、對(duì)于不同溫度下的尺寸穩(wěn)定性等。
結(jié)構(gòu)優(yōu)化能力：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中主要涉及鎖緊機(jī)構(gòu)和密封圈的設(shè)計(jì)，鎖緊方式能不能選擇最優(yōu)，保證整個(gè)零部件的生命周期時(shí)長(zhǎng)而不輕易失效；其次在注塑時(shí)，保障達(dá)到所需的精度要求、圓度要求，也有較高難度。
目前液冷電接頭領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)只有兩家企業(yè)有大批量量產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，分別為正北連接和中航光電，中航光電主要給軍工供貨，剩余的為第二梯隊(duì)和第三梯隊(duì)。
3）儲(chǔ)能液冷連接器產(chǎn)業(yè)迎來(lái)發(fā)展機(jī)遇，市場(chǎng)空間巨大
儲(chǔ)能發(fā)展至今已有十余年，雖然已不屬于新興技術(shù)，但是儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)仍處于起步階段。早期儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)受制于市場(chǎng)，發(fā)展速度較慢，因此對(duì)于液冷溫控連接器需求量較少，商業(yè)模式具有不確定性。
但隨著新的儲(chǔ)能應(yīng)用場(chǎng)景不斷出現(xiàn)，新型儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)出勢(shì)不可擋的趨勢(shì)。作為儲(chǔ)能系統(tǒng)里面的關(guān)鍵零部件，儲(chǔ)能連接器的市場(chǎng)容量出現(xiàn)大幅提升，涉足儲(chǔ)能領(lǐng)域的國(guó)內(nèi)連接器企業(yè)如雨后春筍般迅速增長(zhǎng)，連接器行業(yè)降本增效效果顯著，對(duì)于國(guó)內(nèi)儲(chǔ)能連接器企業(yè)而言，是一個(gè)重大的發(fā)展機(jī)遇。
儲(chǔ)能領(lǐng)域連接器產(chǎn)品市場(chǎng)空間測(cè)算：
核心假設(shè)：
理想場(chǎng)景下，2023年—2025年電化學(xué)儲(chǔ)能裝機(jī)量為32.7GWh，58.86GWh，94.18GWh；
目前電化學(xué)儲(chǔ)能電站使用磷酸鐵鋰電池，電芯容量為280Ah，額定電壓3.2V；電池PACK均按串聯(lián)設(shè)計(jì)，不考慮PACK內(nèi)部并聯(lián)，按照1P14S的串聯(lián)方式，單個(gè)PACK的規(guī)格為13.44KWh，44.8V;
大型儲(chǔ)能電站的單個(gè)電池模組使用3套電連接器（包括高壓連接器與信號(hào)連接器），2套液冷連接器，其中電連接器均價(jià)50元/套，液冷連接器80元/套（參考正北連接產(chǎn)品定價(jià)）。
中國(guó)目前已經(jīng)成為全球第一大連接器市場(chǎng)。2021年全球連接器市場(chǎng)規(guī)模為780億美元，中國(guó)市場(chǎng)占比達(dá)32%，市場(chǎng)規(guī)模約250億美元。
近年來(lái)，中國(guó)連接器行業(yè)在下游各領(lǐng)域快速發(fā)展的推動(dòng)之下，國(guó)內(nèi)公司在個(gè)別細(xì)分領(lǐng)域憑借高性價(jià)比的優(yōu)勢(shì)，抓住了市場(chǎng)高速發(fā)展的良機(jī)，市場(chǎng)份額不斷提升。立訊精密、中航光電、正北鏈接分別在消費(fèi)電子、航空航天、儲(chǔ)能領(lǐng)域均體現(xiàn)了較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。
1）液冷是高密度IDC能耗優(yōu)化的重要技術(shù)
對(duì)儲(chǔ)能行業(yè)來(lái)說(shuō)，液冷技術(shù)為其安全性能的提升提供了極大的支持，對(duì)IDC行業(yè)來(lái)說(shuō)，液冷系統(tǒng)比風(fēng)冷系統(tǒng)節(jié)省約30%～50%能耗需求。
據(jù)通信院公布，我國(guó)IDC能耗支出占TCO（整體運(yùn)營(yíng)支出）的60%—70%，到2025年全球數(shù)據(jù)中心單機(jī)柜平均功率將達(dá)到25KW，這對(duì)目前傳統(tǒng)風(fēng)冷技術(shù)均是十分嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。隨著功耗密度的提升，系統(tǒng)溫度將加速升高，因此提高散熱效率成為必需，在此背景下，液冷溫控成為高密度 IDC 能耗優(yōu)化的重要技術(shù)。
根據(jù)冷卻液和服務(wù)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(shù)為主，直接液冷以浸沒(méi)式液冷技術(shù)為主。
冷板式液冷屬于間接式液冷，即發(fā)熱元件和冷卻介質(zhì)不直接接觸。冷板式液冷通過(guò)與裝有液體的冷板直接接觸來(lái)散熱，或者由導(dǎo)熱部件將熱量傳導(dǎo)到冷板上，然后通過(guò)冷板內(nèi)部液體循環(huán)帶走熱量。由于服務(wù)器芯片等發(fā)熱器件不直接觸液體，因此該方式對(duì)現(xiàn)有服務(wù)器芯片組件及附屬部件改動(dòng)量較小，可操作性更強(qiáng)。
浸沒(méi)式液冷是指將發(fā)熱電子元器件如 CPU、主板、內(nèi)存條、硬盤(pán)等直接浸泡在絕緣、化學(xué)惰性的冷卻液（電子氟化液）中，通過(guò)循環(huán)的冷卻液將電子元器件產(chǎn)生的熱量帶走。根據(jù)冷卻液在循環(huán)散熱過(guò)程中是否發(fā)生相變，分為單相浸沒(méi)式液冷和雙相浸沒(méi)式液冷。
2）冷板式液冷對(duì)液冷快接頭提出新的要求
當(dāng)前IDC行業(yè)液冷技術(shù)路線中，冷板式液冷較為成熟。由于服務(wù)器芯片等發(fā)熱器件不直接接觸液體，因此該方式對(duì)現(xiàn)有服務(wù)器芯片組件及附屬部件改動(dòng)量較小，可操作性更強(qiáng)。
冷板式液冷系統(tǒng)包括了水冷板、管道、快插接頭、分液器、冷卻液分配單元（CDU）與室外冷卻設(shè)備等組件。與儲(chǔ)能液冷連接器在設(shè)計(jì)與研發(fā)方面的壁壘不同，IDC液冷連接器技術(shù)門(mén)檻的核心挑戰(zhàn)是高精密性、防漏、自主可控。
IDC液冷連接器的技術(shù)壁壘：
IDC液冷服務(wù)器快接頭屬于高精密的快接插頭部件，具備較高技術(shù)壁壘，以往多用于航天、高鐵等精密領(lǐng)域。其壁壘主要包括結(jié)構(gòu)、流體動(dòng)力學(xué)、材料化學(xué)三大學(xué)科，并且除了連接器以外，液冷產(chǎn)品中還包括閥門(mén)的技術(shù)，相當(dāng)于是四個(gè)技術(shù)學(xué)科的融合，目前市場(chǎng)上能同時(shí)具備這四塊技術(shù)能力的企業(yè)很少。整體產(chǎn)品相對(duì)于傳統(tǒng)連接器來(lái)講對(duì)于精密度的要求是極高的。
結(jié)構(gòu)防漏：液冷板微通道齒間距是0.1mm量級(jí)（風(fēng)冷是毫米級(jí)別），設(shè)計(jì)、加工需要考慮流道和流阻更精準(zhǔn)；水冷板和固定板形成一體化，需要保證不漏液。
流體動(dòng)力學(xué)：液冷快接頭產(chǎn)品要匹配結(jié)構(gòu)、閥門(mén)的相應(yīng)技術(shù)，通過(guò)設(shè)計(jì)一個(gè)合理的流道去達(dá)到散熱的要求，根據(jù)發(fā)熱的功率需要有動(dòng)態(tài)的流量等去匹配，不同客戶的使用場(chǎng)景的，對(duì)于仿真、驗(yàn)證工作的要求比較高。
材料化學(xué)：冷卻液包括丙二醇、乙二醇、去離子水等，因不同的化學(xué)成分，材料、表面處理的選擇就很關(guān)鍵，都是需要定制化進(jìn)行配方開(kāi)發(fā)的。比如密封圈的橡膠材料，需要考慮不同的元素配比，以及對(duì)于材料兼容性的要求，這些都是需要大量實(shí)驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)積累。
3）IDC液冷連接器市場(chǎng)供不應(yīng)求
AI等新的應(yīng)用場(chǎng)景出現(xiàn)，對(duì)算力設(shè)備和承載算力的數(shù)據(jù)中心均提出更高的要求。在拉動(dòng)數(shù)據(jù)中心的需求的同時(shí)，伴隨著算力密度的提高，算力設(shè)備、數(shù)據(jù)中心機(jī)柜的熱密度都將顯著提高，液冷技術(shù)在數(shù)據(jù)中心散熱和算力設(shè)備散熱的全鏈條導(dǎo)入將加快。
IDC液冷領(lǐng)域連接器產(chǎn)品市場(chǎng)空間測(cè)算：
核心假設(shè)：
假設(shè)2023年—2025年數(shù)據(jù)中心機(jī)架數(shù)量增速超20%，對(duì)應(yīng)服務(wù)器數(shù)量為：2472萬(wàn)臺(tái)、2967萬(wàn)臺(tái)、3560萬(wàn)臺(tái)；
每臺(tái)服務(wù)器需要使用2對(duì)液冷快接頭，2023年—2025年液冷快接頭單價(jià)分別為480元/對(duì)、450元/對(duì)、400元/對(duì)（參考正北連接產(chǎn)品定價(jià)）。
液冷溫控龍頭企業(yè)英維克在2022年年報(bào)中指出，主流的服務(wù)器制造商在2022年陸續(xù)開(kāi)始建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)模生產(chǎn)冷板液冷服務(wù)器的產(chǎn)線，幾乎所有的頭部互聯(lián)網(wǎng)公司都在密切跟蹤液冷技術(shù)，冷板式液冷數(shù)據(jù)中心于2022年開(kāi)始出現(xiàn)規(guī)模部署。
在IDC液冷行業(yè)的帶動(dòng)下，液冷連接器產(chǎn)業(yè)也將快速發(fā)展。目前，全球能夠批量生產(chǎn)高質(zhì)量液冷連接器產(chǎn)品的企業(yè)僅有三家，史陶比爾（瑞士），中航光電和正北連接，其中正北連接液冷連接器市場(chǎng)占有率達(dá)80%以上。
以鋰離子電池為主的電化學(xué)儲(chǔ)能在我國(guó)已得到了廣泛應(yīng)用，但由于儲(chǔ)能電池對(duì)散熱要求較高，為順應(yīng)儲(chǔ)能系統(tǒng)安全需求及降本趨勢(shì)，液冷系統(tǒng)滲透率快速提升。同時(shí)伴隨著AI算力等大功率應(yīng)用場(chǎng)景落地，高密度數(shù)據(jù)中心對(duì)制冷設(shè)備和技術(shù)提出了更高要求，傳統(tǒng)風(fēng)冷技術(shù)面對(duì)高熱密度場(chǎng)景呈現(xiàn)瓶頸，液冷技術(shù)將以超高能效、超高熱密度等特點(diǎn)成為行業(yè)發(fā)展新風(fēng)口，與之必不可分的液冷連接器領(lǐng)域?qū)⒂瓉?lái)高速增長(zhǎng)階段。
但因液冷連接器存在著技術(shù)設(shè)計(jì)壁壘，目前國(guó)內(nèi)僅有極少數(shù)企業(yè)可以大規(guī)模量產(chǎn)，行業(yè)呈現(xiàn)供不應(yīng)求的局面，未來(lái)，能夠快速了解市場(chǎng)、響應(yīng)客戶需求并兼具較強(qiáng)的研發(fā)實(shí)力的企業(yè)將迅速打開(kāi)液冷快接頭市場(chǎng)，持續(xù)搶占市場(chǎng)份額。
來(lái)源：萬(wàn)創(chuàng)投行
免責(zé)聲明：文章轉(zhuǎn)載于網(wǎng)絡(luò)或其他媒體公開(kāi)資料，僅代表作者個(gè)人觀點(diǎn)，目的在于傳遞更多信息，不確保文章的準(zhǔn)確性，不代表CDCC的立場(chǎng)，如有侵犯版權(quán)請(qǐng)告知，我們將在24小時(shí)內(nèi)刪除！
|
