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儲能市場的高速增長，帶來了一片藍(lán)海的溫控細(xì)分市場。

儲熱技術(shù)家族中，相變技術(shù)最有可能在這一市場得到應(yīng)用，但目前卻并沒有實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用，為什么？

溫控大市場

溫控并不是一個新的市場，其被廣泛應(yīng)用于工業(yè)、通信、消費(fèi)電子、新能源、動力電池等多個場景，用于保障電池等原器件正常穩(wěn)定的工作運(yùn)轉(zhuǎn)以及工業(yè)等環(huán)境穩(wěn)定。

國信證券預(yù)測，綜合考慮傳統(tǒng)工業(yè)溫控、IDC機(jī)房溫控、儲能溫控、新能源車熱管理及手機(jī)溫控空間，預(yù)計(jì)2025年溫控市場有望超過1900億元，其中，儲能溫控市場規(guī)模預(yù)計(jì)可達(dá)120億元，復(fù)合年均增長率高達(dá)63%。

這得益于儲能市場的爆發(fā)式增長。儲能溫控是防止儲能系統(tǒng)容量衰減、壽命減短、熱失控的關(guān)鍵措施。

儲能系統(tǒng)電池?cái)?shù)目多、電池容量和功率大，需要進(jìn)行有效的電池?zé)峁芾恚駝t可能導(dǎo)致電池充放電性能、容量和壽命等下降，甚至引發(fā)熱失控，造成安全事故。此外，在發(fā)電側(cè)儲能系統(tǒng)大容量、調(diào)峰調(diào)頻用儲能系統(tǒng)電池高倍率的大趨勢下，儲能溫控的重要性將不斷上升。

10℃-35℃是鋰電池最佳溫度區(qū)間，以可維持其在最佳使用狀態(tài)，保證儲能系統(tǒng)的性能和壽命。-20℃-45℃內(nèi)是鋰電池常規(guī)工作溫度區(qū)間，但鋰電池會面臨壽命衰減、電解液凝固、抗阻增加、電池容量明顯下降等問題。

溫度超60℃時(shí)，鋰電池內(nèi)部有害化學(xué)反應(yīng)速率提高，使得電芯失控、BMS失效、PCS保護(hù)失效等。溫度小于-30℃時(shí)，電池的容量和功率急劇降低，特別是充電容量和充電功率下降更加明顯，導(dǎo)致儲能系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性銳減。

而現(xiàn)實(shí)情況是，儲能系統(tǒng)內(nèi)部運(yùn)行溫度常常高達(dá)150-170℃，遠(yuǎn)超鋰電池組最佳工作區(qū)間10-35℃，且電池組內(nèi)部溫度一致性極差，最高溫差近20℃。

儲能溫控技術(shù)

因此，儲能系統(tǒng)通過溫控系統(tǒng)對鋰電池進(jìn)行熱管理十分必要。

目前儲能系統(tǒng)溫控主要采用風(fēng)冷、液冷技術(shù)，在研技術(shù)有熱管冷卻、相變儲熱冷卻技術(shù)。


這幾種技術(shù)的核心區(qū)別在于散熱速率和成本。風(fēng)冷的結(jié)構(gòu)簡單，成本低，但散熱速率最低；液冷散熱速率高于風(fēng)冷，但結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，成本更高于風(fēng)冷。熱管冷卻和相變材料冷卻仍在實(shí)驗(yàn)室階段，散熱速率更高，但成本也更高。

當(dāng)前，儲能溫控以風(fēng)冷為主，主要系帶電量、功率密度相對較小的項(xiàng)目裝機(jī)占比高；但中期預(yù)計(jì)液冷占比將快速提升，主要原因是未來單體儲能項(xiàng)目裝機(jī)規(guī)模增大，發(fā)熱量將不斷提升，風(fēng)冷無法滿足部分項(xiàng)目的散熱需求。

相變儲熱能分一杯羹嗎？

對于儲熱技術(shù)公司，更關(guān)注的是相變技術(shù)的應(yīng)用。

相變技術(shù)利用相變材料在發(fā)生相變時(shí)可以儲能與放能的特性達(dá)到對電池低溫加熱與高溫散熱的效果，目前主要有兩種方式，一是將相變材料填充到泡沫金屬或膨脹石墨中，另一種是將相變材料添加到其他導(dǎo)熱性能好的材料中。


相變儲熱具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、無需額外放置空間、無需耗能等優(yōu)點(diǎn)。但目前尚未發(fā)展起來。

2020年11月25日，百度聯(lián)合克萊門特、英維克及申菱三家合作伙伴，發(fā)布"冰川"相變冷卻系統(tǒng)。但在這場發(fā)布會之后，截至目前，未見該相變冷卻技術(shù)的商業(yè)化落地項(xiàng)目。

廣東申菱環(huán)境系統(tǒng)股份有限公司推出了天辰系列相變冷卻系統(tǒng)，由無油泵送、熱管多聯(lián)及室外冷凝三大模塊組成，集成熱管、無油泵送、高效換熱等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能、彈性靈活、高適用性、智能化、模塊化的集成解決方案。

天辰相變冷卻系統(tǒng)為一次循環(huán)，室內(nèi)末端與散熱冷源直接連接，無中間換熱環(huán)節(jié)，降低室外溫度要求，超寬自然冷卻時(shí)間；氟泵及小壓比氣泵應(yīng)用，高效節(jié)能的逆卡諾循環(huán)，建立全冷媒過程，實(shí)現(xiàn)熱管高效換熱。但亦未見該系統(tǒng)的商業(yè)化應(yīng)用案例。

由此可見，相變技術(shù)未能實(shí)現(xiàn)廣泛應(yīng)用，一是因?yàn)轱L(fēng)冷、液冷等技術(shù)的競爭，二是因其自身的缺陷。

相變材料用于儲能熱管理，一般需要滿足幾個條件，材料熱密度高，潛熱量大；導(dǎo)熱率高，吸放熱速度快；穩(wěn)定性好，不易分解或與周邊材料發(fā)生副反應(yīng)，使用周期長，不會對系統(tǒng)造成不良影響；價(jià)格低廉。

目前來看，能同時(shí)滿足以上條件的相變材料還有待進(jìn)一步的研發(fā)。目前應(yīng)用于清潔供熱領(lǐng)域的相變儲熱材料難以在儲能溫控市場應(yīng)用。但作為一個潛在研究方向，我們?nèi)匀黄诖嘧儍峒夹g(shù)公司可以在此方面有所突破，以打開一個新的市場空間。 

原材料：電池儲能溫控市場爆發(fā)，相變儲熱能分一杯羹嗎？