一、液冷技術(shù)原理概述

液冷，顧名思義，即采用液體接觸熱源進(jìn)行冷卻的方式。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，直接液冷以浸沒式液冷技 術(shù)為主。

1.1 冷板式液冷

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。冷板式液冷通過與裝有液體的 冷板直接接觸來散熱，或者由導(dǎo)熱部件將熱量傳導(dǎo)到冷板上，然后通過冷板內(nèi)部液體循環(huán)帶走熱 量。由于服務(wù)器芯片等發(fā)熱器件不直接接觸液體，因此該方式對現(xiàn)有服務(wù)器芯片組件及附屬部件 改動量較小，可操作性更強(qiáng)。 開式循環(huán)的冷板式液冷系統(tǒng)包括一次側(cè)（室外）和二次側(cè)（室內(nèi)）。根據(jù)循環(huán)架構(gòu)的不同，冷板 式液冷又分為開式循環(huán)系統(tǒng)和閉式循環(huán)系統(tǒng)。開式循環(huán)系統(tǒng)能將熱量轉(zhuǎn)移至室外進(jìn)行散熱，減少 機(jī)房的空調(diào)用量，降低整體 PUE（Power Usage Effectiveness，電能利用效率）。具體而言，該 系統(tǒng)包括一次側(cè)（室外）和二次側(cè)（室內(nèi)）兩部分，一次側(cè)為機(jī)房供水，包括室外的干冷器和冷 水機(jī)組，熱量轉(zhuǎn)移主要通過水溫的升降實(shí)現(xiàn)，二次側(cè)包括供液環(huán)路和服務(wù)器內(nèi)部流道，主要通過 冷卻液溫度的升降實(shí)現(xiàn)熱量轉(zhuǎn)移；兩個部分通過 CDU（冷量分配單元）中的板式換熱器發(fā)生間壁 式換熱，工質(zhì)不做混合。

CDU 是關(guān)鍵部件之一，除了起到循環(huán)冷卻液的作用外，還負(fù)責(zé)監(jiān)視環(huán)境露點(diǎn)并調(diào)節(jié)供水給機(jī)架的 溫度，露點(diǎn)溫度即水蒸氣與水達(dá)到平衡狀態(tài)的溫度，當(dāng)實(shí)際溫度 t 大于露點(diǎn)溫度 Td 時，空氣未飽 和。CDU 一般將輔助水回路的供應(yīng)溫度提高到比房間露點(diǎn)溫度高出至少 2℃的水平，以防止冷凝 現(xiàn)象發(fā)生。

1.2 浸沒式液冷

浸沒式液冷是指將發(fā)熱電子元器件如 CPU、主板、內(nèi)存條、硬盤等直接浸泡在絕緣、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) 散熱過程中是否發(fā)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(diǎn)，因此冷卻液在吸熱后始終維持在液態(tài)狀態(tài)。單相 浸沒式液冷通過自然對流或泵驅(qū)動冷卻液的循環(huán)，區(qū)別在于是否有外力驅(qū)動液體循環(huán)。自然對流 驅(qū)動的循環(huán)散熱過程利用了液體受熱后體積膨脹密度減小的特點(diǎn)，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(huán)散熱。 泵驅(qū)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(yōu)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(bǔ)充冷卻液且無需擔(dān)心冷卻液蒸發(fā)溢出或人員吸入的健康風(fēng)險，更有利于維護(hù)。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(jīng)歷氣液狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。IT 設(shè)備完全浸沒在裝有低沸點(diǎn)冷卻液的密閉 罐體中，設(shè)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(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)，蒸汽從液 體中升起逃逸至頁面上方，在液體罐體內(nèi)形成氣相區(qū)。氣相區(qū)的冷卻液蒸汽與水冷冷凝器接觸后 凝結(jié)成液體滴落回容器中再次循環(huán)，而冷凝器中被加熱的冷卻水則通過循環(huán)冷卻水系統(tǒng)完成排熱。

雙相浸沒式液冷充分利用了冷卻液的蒸發(fā)潛熱，可以滿足高功率發(fā)熱元件對散熱的極端要求，使 IT 設(shè)備可以保持滿功率運(yùn)行。但相變的存在也使得液冷系統(tǒng)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(dǎo)致的氣壓變化，以及系統(tǒng)維護(hù)時維護(hù)人員吸入氣體的健康風(fēng)險。 整體來看，浸沒式液冷優(yōu)勢在于：（1）冷卻液與發(fā)熱設(shè)備直接接觸，具有較低的對流熱阻，傳 熱系數(shù)高；（2）冷卻液具有較高的熱導(dǎo)率和比熱容，運(yùn)行溫度變化率較小；（3）冷卻液絕緣性 能優(yōu)良，閃點(diǎn)高不易燃，且無毒、無害、無腐蝕。因此浸沒式液冷技術(shù)適用于對熱流密度、綠色 節(jié)能需求高的大型數(shù)據(jù)中心、超級計算、工業(yè)級其他計算領(lǐng)域和科研機(jī)構(gòu)，特別是應(yīng)用于地處嚴(yán) 寒、高海拔地區(qū)，或者地勢較為特殊、空間有限的數(shù)據(jù)中心，以及對環(huán)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(shù)據(jù)中心具有明顯優(yōu)勢。

兩種技術(shù)比較

由于冷板式液冷技術(shù)發(fā)展較早，相比浸沒式這類直接接觸型液冷技術(shù)更成熟、生態(tài)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(shù)可更大程度上利用液體的比熱容 大的特點(diǎn)，制冷效率更高，未來或?qū)⒄紦?jù)更多市場。

二、項目大型化帶來冷卻效率提升需求，液冷降耗優(yōu) 勢明顯

2.1 數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域：冷板式液冷為主

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

數(shù)據(jù)中心的常規(guī)冷卻方式包括風(fēng)冷、水冷、液冷等。 風(fēng)冷：早期的數(shù)據(jù)中心普遍采用風(fēng)冷型空調(diào)系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用制冷劑冷媒作為傳熱介質(zhì)，空 氣通過室內(nèi)機(jī)組內(nèi)蒸發(fā)盤管制冷降溫后，在室內(nèi)進(jìn)行空氣循環(huán)。制冷劑一般為氟利昂，單機(jī) 制冷量為 10-120kW。 水冷：隨著數(shù)據(jù)中心對冷卻效果的要求不斷提升，水冷技術(shù)逐步被應(yīng)用其中。水冷型系統(tǒng)主 要由室內(nèi)機(jī)、換熱器、冷卻塔、膨脹水箱、循環(huán)水泵、內(nèi)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(shí)際是液冷的一種，除了以水作為傳熱介質(zhì)外，為了提高換熱效率，滿足數(shù)據(jù)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(zhì)，如乙二 醇水溶液、礦物油、氟化液等。標(biāo)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(yuǎn)高于氣體，散熱效率實(shí)現(xiàn)極大提升。

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

雙碳背景下，我國對數(shù)據(jù)中心 PUE 的要求日趨嚴(yán)格，節(jié)能降耗勢在必行。對于新建的數(shù)據(jù)中心， 2017 年，《“十三五”節(jié)能減排綜合工作方案》提出，新建大型云計算數(shù)據(jù)中心 PUE 值低于 1.5。 2021 年 12 月，國家發(fā)改委四部門發(fā)布新政提出，到 2025 年，全國新建大型、超大型數(shù)據(jù)中心平 均 PUE 值降至 1.3 以下，國家樞紐節(jié)點(diǎn)還將進(jìn)一步降至 1.25 以下。另外，我國還將對已有高能 耗數(shù)據(jù)中心進(jìn)行改造，2021 年，國家提出將對 PUE 值超過 1.5 的數(shù)據(jù)中心進(jìn)行改造。 數(shù)字經(jīng)濟(jì)時代，算力網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)以及以 ChatGPT 為代表的 AIGC 類應(yīng)用的爆發(fā)，使得高算力需 求激增，算力基礎(chǔ)設(shè)施能耗節(jié)節(jié)攀升。根據(jù)國家政策要求，在算力樞紐 8 大節(jié)點(diǎn)中，東部地區(qū)大型及以上數(shù)據(jù)中心 PUE 需要降低到 1.25 以下，西部氣候適宜地區(qū)大型及以上的數(shù)據(jù)中心 PUE 需 要降低到 1.2 以下，且要求制冷系統(tǒng)采取新的解決方案。

PUE 指電源利用效率，為數(shù)據(jù)中心內(nèi)所有用電設(shè)備總耗能與 IT 設(shè)備耗能之比。影響 PUE 受諸多 因素影響，包括數(shù)據(jù)中心等級、功率密度、數(shù)據(jù)中心所處的氣候環(huán)境、運(yùn)維管理水平等等。 （1）數(shù)據(jù)中心等級：根據(jù) GB50174-2017《數(shù)據(jù)中心設(shè)計規(guī)范》，數(shù)據(jù)中心劃分為 A、B、C 三 級，依據(jù)使用性質(zhì)、數(shù)據(jù)丟失或網(wǎng)絡(luò)中斷在經(jīng)濟(jì)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(shù)據(jù)中心，各類設(shè)備的冗余程度越高，最高達(dá) 2N，即對應(yīng)設(shè)備能耗的增加。其中 A 級 數(shù)據(jù)中心包括但不限于金融行業(yè)、國家級信息中心、電力調(diào)度中心、通信、網(wǎng)上支付等行業(yè)的數(shù) 據(jù)中心和重要的控制室。算力網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)加速了傳輸、調(diào)度用數(shù)據(jù)中心的建設(shè)，多屬于 A 級數(shù)據(jù) 中心。 （2）功率密度：近年來，為應(yīng)對電力需求和維護(hù)成本的上升，提高數(shù)據(jù)中心運(yùn)營效率，一個重 要趨勢是提高功率密度，同時數(shù)據(jù)中心單位空間產(chǎn)生熱量的瓦數(shù)也在不斷上升，造成了散熱問題。 根據(jù) Uptime Institute《2020 全球數(shù)據(jù)中心調(diào)查報告》，2020 年全球 71%的數(shù)據(jù)中心平均功率密 度低于 10kW/機(jī)架，相比于 2017 年的 5.6kW/機(jī)架、2011 年的 2.4Kw/機(jī)架增長顯著。其中， 平 均功率密度高于 20kW/機(jī)架的數(shù)據(jù)中心約占 16%。根據(jù)科智咨詢，目前中國數(shù)據(jù)中心的平均功率 密度為 8-10kW/機(jī)架。

此外，為了滿足高算力負(fù)載需求，通過單機(jī)架疊加多核處理器提高計算密度，也導(dǎo)致了 IT 硬件的 處理器功耗顯著增加，單機(jī)架功率密度越來越高。比如，從當(dāng)前占據(jù)全球服務(wù)器 CPU 主要市場的英特爾架構(gòu)處理器看，英特爾至強(qiáng)可擴(kuò)展處理器 TDP（熱設(shè)計功耗）從 2019 年的 205W 上升到 現(xiàn)在的 270W，在 2023 年將達(dá)到 350W，提升近一倍。

2.2 儲能領(lǐng)域：液冷方案成為主流趨勢

溫度對電化學(xué)儲能系統(tǒng)的容量、安全性、壽命等性能都有影響，因此需要對儲能系統(tǒng)進(jìn)行熱管理。 儲能系統(tǒng)是一個由大量電池、PCS、BMS、EMS、溫控、消防等子系統(tǒng)組成的復(fù)雜系統(tǒng)，其中電 池是系統(tǒng)的核心部件。溫度對儲能系統(tǒng)的影響體現(xiàn)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(tǒng)的性能有影響，多個電芯 之間溫度的差異會影響系統(tǒng)一致性，一致性問題將影響系統(tǒng)的安全、效率和壽命。

溫度對電芯性能的影響體現(xiàn)在： （1） 容量：高溫會導(dǎo)致電池內(nèi)阻增加，活性鋰離子流失。若長期處于高溫狀態(tài)，電池容量會 大幅偏離標(biāo)稱容量。溫度越高，鋰離子電池的容量衰減越快。而低溫環(huán)境下，電解質(zhì)的 傳輸性能大幅降低，也會導(dǎo)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(dǎo)致電池內(nèi)阻、電壓變化，影響電池壽命。研究發(fā)現(xiàn)，溫度每升高 1 ℃， 電池壽命則減少約 60 d。 （3） 熱穩(wěn)定性：高溫會導(dǎo)致電池內(nèi)部材料發(fā)生分解反應(yīng)，影響電池安全穩(wěn)定運(yùn)行。高溫環(huán)境 下，SEI 膜可能發(fā)生分解，進(jìn)而導(dǎo)致鋰離子通道閉塞、正負(fù)極接觸短路、產(chǎn)生大量熱。 同時會伴隨產(chǎn)生大量氣體，導(dǎo)致電池鼓包、破裂等熱失控現(xiàn)象。而低溫環(huán)境下，電池負(fù) 極可能出現(xiàn)鋰枝晶，甚至刺穿 SEI 膜，影響電池安全。 目前普遍認(rèn)為鋰電池的最佳工作溫度區(qū)間為 10-35℃。

溫度對電池系統(tǒng)的影響體現(xiàn)在電芯的一致性上。在電池運(yùn)行中，各個電芯的充放電狀態(tài)的差異、 內(nèi)阻差異、電流波動等因素，都會造成多次循環(huán)后，單體電池的老化狀態(tài)差異，進(jìn)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(nèi)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(tǒng)應(yīng)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(fēng)冷和液冷進(jìn) 入大規(guī)模應(yīng)用，熱管冷卻和相變冷卻依然處于實(shí)驗室階段。 （1） 空冷：以空氣為介質(zhì)，具有結(jié)構(gòu)簡單、易維護(hù)的特點(diǎn)。但空氣比熱容低、導(dǎo)熱系數(shù)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(zhì)，常用的液冷介質(zhì)有水、乙二醇水溶液、純乙二醇、空調(diào)制冷 劑和硅油等。冷卻介質(zhì)的換熱系數(shù)高、比熱容大、冷卻速度快，冷卻效果好，結(jié)構(gòu)緊湊。 （3） 熱管冷卻：依靠封閉管殼內(nèi)工質(zhì)相變來實(shí)現(xiàn)換熱的高效換熱元件。熱管具有高導(dǎo)熱、等 溫、熱流方向可逆、熱流密度可變、恒溫等優(yōu)點(diǎn)。 （4） 相變冷卻：利用相變材料發(fā)生相變來吸熱。選擇比熱容大、傳熱系數(shù)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。

液冷方案逐漸發(fā)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(shù)成熟度高、冷卻效果好、對系統(tǒng)的性能有積極影響等優(yōu)勢。 （1） 安全性：液冷方案散熱效率高、防護(hù)等級高，可以應(yīng)對更復(fù)雜的工作環(huán)境，減少熱失控 的可能，提高系統(tǒng)運(yùn)行安全性。有數(shù)據(jù)表明，液體散熱能力是同體積空氣的3000倍，導(dǎo) 熱能力是空氣的 25 倍。且液冷系統(tǒng)箱體防護(hù)等級更高，可以應(yīng)對更惡劣的使用環(huán)境。 （2） 經(jīng)濟(jì)性：達(dá)到同樣的控制效果，液冷方案能耗更低，可以降低運(yùn)營投入，提高全壽命周 期經(jīng)濟(jì)性。為了達(dá)到相同的電池平均溫度，風(fēng)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(fēng)冷比液冷要高 3-5 攝氏度，液冷系統(tǒng)相比風(fēng)冷系統(tǒng)節(jié)能最大可 達(dá) 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(nèi)儲能系統(tǒng)的集成度更高。以科華數(shù) 據(jù) S3液冷儲能系統(tǒng)為例，傳統(tǒng)風(fēng)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(dá) 6.88 MWh。同等容量的儲能電站，采用液冷電池系統(tǒng)節(jié)省占地面 積 40%以上。

從需求端看，儲能系統(tǒng)更大容量、更多場景的發(fā)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(guī)模越來越大。隨著電力系統(tǒng)中新能源占比提升，對儲能等調(diào)峰資源的需求日 益凸顯，而大容量儲能電站的調(diào)度性能優(yōu)于小容量電站，因此，規(guī)模化的儲能電站呈現(xiàn) 大容量趨勢。目前獨(dú)立式儲能項目單體規(guī)模正在快速突破百 MWh，朝著 GWh 邁進(jìn)。 2022年有4個200MW/400MWh的單體電站投運(yùn)。截至2022年9月，已經(jīng)規(guī)劃啟動的、 規(guī)模在 500MWh 以上的儲能項目已經(jīng)多達(dá) 30 個，總規(guī)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(tǒng)的熱管理能力要求會越來越高。

（2） 儲能電站應(yīng)用場景更加多元。根據(jù)不同儲能時長的需求，儲能的應(yīng)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(yīng)用于削峰填谷、離網(wǎng)儲能、緊急備用等功能，呈現(xiàn) 出大容量趨勢，單個項目的產(chǎn)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(tǒng)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(diào)節(jié) 要求更高，熱管理的重要性凸顯。

三、液冷方案應(yīng)用現(xiàn)狀

3.1 數(shù)據(jù)中心液冷：電信運(yùn)營商發(fā)布“三年愿景”，2025 年 液冷數(shù)據(jù)中心占比有望達(dá) 50%

數(shù)據(jù)中心液冷領(lǐng)域，海外廠商先行，中國廠商后發(fā)制人。早在上世紀(jì) 70 年代，IBM公司便研發(fā)出 世界首款冷凍水冷卻計算機(jī) System 360，開創(chuàng)了液冷計算機(jī)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(jī) Power 575 和礦物油浸沒散熱系統(tǒng)。國內(nèi)廠商則以中科曙光率 先開始，2011 年中科曙光著手研究服務(wù)器液冷技術(shù)，并于 2013 年完成了首臺冷板式液冷服務(wù)器 原理機(jī)和首臺浸沒式液冷原理驗證。此后，華為、浪潮、聯(lián)想、阿里等國內(nèi)廠商陸續(xù)發(fā)布液冷服 務(wù)器、液冷系統(tǒng)或解決方案。隨著中科曙光、華為、浪潮、聯(lián)想和阿里等在液冷領(lǐng)域的探索，中 國液冷技術(shù)發(fā)展迅速，并且在液冷的規(guī)模應(yīng)用上積累了更為先進(jìn)的經(jīng)驗。

曙光自研浸沒相變液冷系統(tǒng)應(yīng)用于“東數(shù)西算”樞紐節(jié)點(diǎn)，PUE 最低可降至 1.04。中科曙光依托 浸沒相變液冷技術(shù)，推出標(biāo)準(zhǔn)化解決方案，該方案可使 CPU 等主要芯片運(yùn)行溫度下降 10 攝氏度 左右，額外帶來 10-30%的應(yīng)用性能提升，同時，浸沒相變系統(tǒng)通過減小部件和元器件所負(fù)載的 溫度變化幅度，極大提升了數(shù)據(jù)中心運(yùn)行的穩(wěn)定可靠性，實(shí)現(xiàn)全年自然冷卻，風(fēng)扇風(fēng)機(jī)能耗降低 接近 100%，總能耗降低約 30%，高密度部署為機(jī)房節(jié)省 85%左右的空間。截至 2022 年 4 月， 曙光已將這項技術(shù)應(yīng)用于全國二十多個城市，覆蓋科研、金融、教育、醫(yī)療、人工智能等多個行 業(yè)。其中，該技術(shù)已應(yīng)用于“東數(shù)西算”成渝樞紐節(jié)點(diǎn)內(nèi)的西部（重慶）科學(xué)城先進(jìn)數(shù)據(jù)中心中。

2020年，全球規(guī)模最大的全浸沒式液冷數(shù)據(jù)中心——阿里仁和數(shù)據(jù)中心投入運(yùn)營。浸沒式液冷的 使用大大降低了冷卻能耗，該數(shù)據(jù)中心 PUE只有 1.09，一年可以節(jié)省上千萬度電。阿里云除在自 身數(shù)據(jù)中心對浸沒式液冷進(jìn)行規(guī)?；渴鹜?，也已開啟對外商業(yè)化輸出的腳步。在第十六屆中國 IDC 產(chǎn)業(yè)年度大典上，阿里云發(fā)布了阿里云磐久液冷系列產(chǎn)品，其中磐久液冷一體機(jī) Immersion DC 1000，是可以在“全球任何氣象區(qū)域部署，并且實(shí)現(xiàn) PUE1.09 左右的一體化解決方案”。

賽迪顧問通過對國內(nèi)主要液冷數(shù)據(jù)中心廠商在2020年液冷數(shù)據(jù)中心產(chǎn)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(shù)專利、標(biāo)準(zhǔn)制定、創(chuàng)新人才、潛在客戶等發(fā)展能力維度 的綜合考慮，得到如下競爭力矩陣圖。

賽迪顧問調(diào)研結(jié)果顯示，2019年液冷數(shù)據(jù)中心主要應(yīng)用在以超算為代表的應(yīng)用當(dāng)中，并預(yù)計互聯(lián) 網(wǎng)、金融、電信行業(yè)對數(shù)據(jù)中心液冷的需求量將會持續(xù)加大。 電信運(yùn)營商發(fā)布液冷白皮書，率先發(fā)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(chuàng)新發(fā)展高峰論壇”上，三大運(yùn)營商聯(lián)合液冷產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)企業(yè)發(fā)布了《電信運(yùn)營商液冷技術(shù)白 皮書》?！栋灼诽岢鋈臧l(fā)展愿景：1）三大運(yùn)營商將于 2023 年開展技術(shù)驗證；2）2024 年 開展規(guī)模測試，新建數(shù)據(jù)中心項目 10%規(guī)模試點(diǎn)應(yīng)用液冷技術(shù)，推進(jìn)產(chǎn)業(yè)生態(tài)成熟，降低全生命 周期成本；3）2025 年開展規(guī)模應(yīng)用，50%以上數(shù)據(jù)中心項目應(yīng)用液冷技術(shù)，共同推進(jìn)形成標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、生態(tài)完善、成本最優(yōu)、規(guī)模應(yīng)用的高質(zhì)量發(fā)展格局，電信行業(yè)力爭成為液冷技術(shù)的引領(lǐng)者、 產(chǎn)業(yè)鏈的領(lǐng)航者、推廣應(yīng)用的領(lǐng)先者。

3.2 儲能液冷：2025 年滲透率有望達(dá)到 45%左右

國內(nèi)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(fēng)冷方案占比更高， 主要因為風(fēng)冷的設(shè)計簡單、成本低。但隨著儲能系統(tǒng)規(guī)模和能量密度提高，液冷技術(shù)的優(yōu)勢凸顯。 據(jù)高工儲能梳理，目前寧德時代、比亞迪、遠(yuǎn)景能源、陽光電源、海博思創(chuàng)、正泰新能源、科陸 電子等企業(yè)均已推出液冷產(chǎn)品。

儲能液冷系統(tǒng)基本組成包括：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），高低壓線束；冷卻液（乙二醇水溶液）等。根據(jù)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(shè)置冷卻通道或者冷板，讓液體間接冷卻電池。

儲能液冷系統(tǒng)具有安全、高效、靈活的特性。以科華數(shù)能 S3液冷儲能系統(tǒng)為例：（1）安全：系 統(tǒng)采用 IP67 防護(hù)+防凝露+結(jié)構(gòu)抗震+六維限位設(shè)計，每一個 pack 內(nèi)置全氟己酮柔性管+消防反饋 檢測，系統(tǒng)層面采用三級防爆+三級消防的設(shè)計思路，實(shí)現(xiàn)三重絕緣監(jiān)測與保障。（2）高效：在 液冷儲能系統(tǒng)中使用簇級控制器。通過簇級管理器對電流智能控制，實(shí)現(xiàn)電池簇單元主動均衡、 智能投切和毫秒級告警響應(yīng)。經(jīng)實(shí)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(shí)現(xiàn)電池簇的智能均衡控制，系統(tǒng)年可利用 率>99%。結(jié)合智能溫控均衡控制技術(shù)，液冷 pack“同程”專利設(shè)計，系統(tǒng)散熱“雙循環(huán)”，液 冷管道多級分布，使得集裝箱系統(tǒng)內(nèi)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(shù)下，有效抑制熱失控發(fā)生概率，系統(tǒng)壽命提升 13% 。（3）靈活：液冷儲 能系統(tǒng)功率密度提升 100%，40 尺容量可達(dá) 6.88 MWh。以配置 10MW/20MWh 的儲能系統(tǒng)布局 為例，采用液冷電池系統(tǒng)節(jié)省占地面積 40%以上。采用預(yù)制模塊化設(shè)計，初始投資成本降低 2% 以上。

對比風(fēng)冷與液冷方案，溫控設(shè)備成本液冷 0.09 元/wh，風(fēng)冷 0.025 元/wh。綜合成本液冷有望降 低。 （1） 風(fēng)冷：傳統(tǒng) 40 尺儲能集裝箱，容量 3.5MWh，一般使用 4 臺 12.5kw 的空調(diào)系統(tǒng)。單臺 空調(diào)報價約 2.2 萬元，測算得一個集裝箱系統(tǒng)溫控價格 8.8 萬元，對應(yīng)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(tǒng)。單臺價格約 27 萬 元，一個集裝箱溫控價格 54 萬元，對應(yīng)單價 0.09 元/wh，每 GWh 價值量 9000 萬元。 但考慮到液冷系統(tǒng)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(tǒng)綜合成本降低。

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

儲能液冷溫控方案供應(yīng)商主要來自數(shù)據(jù)中心溫控、工業(yè)溫控和汽車溫控廠家。競爭的關(guān)鍵在于非 標(biāo)產(chǎn)品的設(shè)計化能力，因為不同儲能集成商的產(chǎn)品設(shè)計方案不同，液冷溫控需要與電池 pack 布局、 液冷管道設(shè)計等聯(lián)合開發(fā)，與電池一同集成，因此需要進(jìn)行高度定制化的設(shè)計。

四、投資分析

4.1 英維克

公司是國內(nèi)最早涉足電化學(xué)儲能系統(tǒng)溫控的廠商，也是眾多國內(nèi)儲能系統(tǒng)提供商的主力溫控產(chǎn)品 供應(yīng)商。公司在 2020 年推出系列的水冷機(jī)組并開始批量應(yīng)用于國內(nèi)外各種儲能應(yīng)用場景。2022 年 11 月 3 日，公司發(fā)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(tǒng)性能和運(yùn)維效率，進(jìn)一步豐富了產(chǎn)品環(huán)節(jié)，提升了競爭優(yōu)勢。公司借助 在儲能行業(yè)的品牌優(yōu)勢和客戶基礎(chǔ)，持續(xù)地積極拓展國內(nèi)外客戶并取得顯著成效。2022 年公司來 自儲能應(yīng)用的營業(yè)收入約 8.5 億元，同比+150%左右。

4.2 曙光數(shù)創(chuàng)

曙光數(shù)創(chuàng)在液冷領(lǐng)域有著超過 10 年的技術(shù)積累，先后推出了冷板液冷基礎(chǔ)設(shè)施產(chǎn)品和浸沒相變基 礎(chǔ)設(shè)施產(chǎn)品，在行業(yè)占據(jù)領(lǐng)先地位，參與建設(shè)的液冷數(shù)據(jù)中心規(guī)模累計超過 200MW。2022 年， 公司主力產(chǎn)品浸沒式相變液冷 C8000 實(shí)現(xiàn)營收 4.29 億元，增速持續(xù)維持在近 30%水平，收入占 比保持在 80%以上。曙光數(shù)創(chuàng)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(jìn)計算 中心，并建設(shè)運(yùn)營 50 多個云計算數(shù)據(jù)中心。公司憑借技術(shù)產(chǎn)品優(yōu)勢以及股東中科曙光的算力優(yōu)勢， 卡位數(shù)據(jù)中心液冷行業(yè)，取得不俗成績。2018-2022 年，公司營收 CAGR 達(dá) 34%，歸母凈利潤 CAGR 達(dá) 85%。

4.3 佳力圖

公司自2003年成立以來一直專注于數(shù)據(jù)機(jī)房等精密環(huán)境控制技術(shù)的研發(fā)。公司主要產(chǎn)品為精密空 調(diào)設(shè)備、機(jī)房環(huán)境一體化產(chǎn)品，可應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心機(jī)房、通信基站以及其他恒溫恒濕等精密環(huán)境。公司產(chǎn)品服務(wù)于中國電信、中國聯(lián)通、中國移動、華為等知名企業(yè)。2021 年 3 月，公司投入建設(shè) 南京楷德悠云數(shù)據(jù)中心項目，至 2022 年底該項目已進(jìn)入試運(yùn)行狀態(tài)。該項目設(shè)計 PUE 值為 1.25， 建成后將成為佳力圖綠色節(jié)能數(shù)據(jù)中心示范項目。2021 年中國聯(lián)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(xié)議。2022 年公司實(shí)現(xiàn)營收 6.25 億元，同比減少 6.33%，其中精密空調(diào)業(yè)務(wù)收入 3.62 億元，機(jī)房一體化業(yè)務(wù)收入 2.24 億元。

4.4 申菱環(huán)境

基于公司在工業(yè)制冷和數(shù)據(jù)中心溫控領(lǐng)域的經(jīng)驗，融合工業(yè)風(fēng)冷冷水機(jī)原理、數(shù)據(jù)中心液冷技術(shù)、 數(shù)據(jù)中心精密空調(diào)全變頻精密控制和全工況制冷技術(shù)等，公司開發(fā)了 SCY 系列儲能液冷產(chǎn)品。制 冷散熱單元為風(fēng)冷變頻直膨制冷系統(tǒng)；水力模塊的冷卻液依靠泵的驅(qū)動將鋰電池的熱量帶出，冷 卻液在板式蒸發(fā)器與制冷劑循環(huán)換熱；水力模塊還集成補(bǔ)水穩(wěn)壓、排氣排液、溫度與壓力監(jiān)控、 液體加熱、液體過濾等功能?？梢詫?shí)現(xiàn)比風(fēng)冷方式節(jié)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(nèi)部電芯溫差＜3℃，設(shè)計壽命 10 年以上，可 24 小時不間斷運(yùn)行。

4.5 同飛股份

公司憑借多年的技術(shù)積累，已具備較強(qiáng)的研發(fā)實(shí)力和較大的產(chǎn)能規(guī)模，為儲能領(lǐng)域客戶匹配了相 關(guān)液冷和空冷產(chǎn)品，未來將通過精準(zhǔn)控溫、高可靠性、高安全性、溫度均勻性等綜合優(yōu)勢進(jìn)一步 拓展儲能溫控產(chǎn)品市場。2022 年公司儲能溫控領(lǐng)域的營業(yè)收入約為 1.58 億元。 得益于公司在數(shù)控裝備、電力電子行業(yè)積累的液冷溫控優(yōu)勢，迅速拓展儲能溫控場景。公司在電 力電子溫控領(lǐng)域的客戶思源電氣、新風(fēng)光等，也有望成為公司儲能領(lǐng)域的客戶。

4.6 高瀾股份

公司在儲能電池?zé)峁芾砑夹g(shù)方面持續(xù)投入研發(fā)，目前已有基于鋰電池單柜儲能液冷產(chǎn)品、大型儲 能電站液冷 系統(tǒng)、預(yù)制艙式儲能液冷產(chǎn)品等的技術(shù)儲備和解決方案。公司具備所有的液冷系統(tǒng)開 發(fā)能力，從一維、三維的仿真設(shè)計，到單板開發(fā)，最終具有一站式液冷系統(tǒng)解決方案的能力。

4.7 網(wǎng)宿科技

公司近幾年圍繞互聯(lián)網(wǎng)及政企客戶數(shù)字化、智能化轉(zhuǎn)型中的 IT需求拓展業(yè)務(wù)，在 CDN、IDC 等成 熟業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)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(shù)據(jù)中心液冷 解決方案等協(xié)同性強(qiáng)的新業(yè)務(wù)。經(jīng)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(fā)的 液冷數(shù)據(jù)中心 PUE 均值低至 1.049；同樣自研的 DLC 直接浸沒式液冷技術(shù)已進(jìn)入商用階段，該技 術(shù)已取得多項國家發(fā)明和實(shí)用新型專利。公司液冷技術(shù)適配通用的標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)器，可以滿足多種場 景下的客戶需求。

4.8 科華數(shù)據(jù)

公司作為數(shù)據(jù)中心服務(wù)商，持續(xù)推進(jìn)數(shù)據(jù)中心液冷技術(shù)的發(fā)展，全面部署冷板式液冷、浸沒式液 冷等技術(shù)路徑的研發(fā)，完善產(chǎn)品矩陣。標(biāo)準(zhǔn)化方面，公司參編《零碳數(shù)據(jù)中心建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》《模塊 化數(shù)據(jù)中心通用規(guī)范》《浸沒式冷卻液可靠性規(guī)范》《數(shù)據(jù)中心液冷系統(tǒng)技術(shù)規(guī)程》等標(biāo)準(zhǔn)制定； 技術(shù)創(chuàng)新方面，公司成功研發(fā)并在市場上推廣了風(fēng)-液架構(gòu)的冷板式液冷 CDU、機(jī)柜式 CDU 和板 式液冷微模塊等液冷產(chǎn)品；生態(tài)合作方面，公司引進(jìn)多方供應(yīng)商，建立優(yōu)質(zhì)白名單，打通上下游 產(chǎn)業(yè)鏈，提供更多液冷產(chǎn)品和解決方案，以滿足用戶對數(shù)據(jù)中心不同的業(yè)務(wù)需求，同時最大化的 提升數(shù)據(jù)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(yùn)營商合作，向頭部互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)、云廠商提供數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)。公司 數(shù)據(jù)中心項目位于廊坊，2022 年公司液冷數(shù)據(jù)中心完成試運(yùn)行，全年完成綠電交易總量超 3 億千 瓦時，繼廊坊數(shù)據(jù)中心 A2、A5 成功入選 2021 年度國家綠色數(shù)據(jù)中心名單，A3、A6 再次成功入 選 2022 年度國家綠色數(shù)據(jù)中心名單，此外 A7 入選 2022 年國家新型數(shù)據(jù)中心典型案例。潤澤國 際信息港 A-7 數(shù)據(jù)中心隸屬于潤澤國際信息港項目第三代高等級數(shù)據(jù)中心序列，總建筑面積 43563.14 平方米，其中液冷機(jī)架最低功率為 20kW，最高功率達(dá) 50kW，已于 2021 年 10 月底正 式投產(chǎn)。A-7 數(shù)據(jù)中心部分模塊創(chuàng)新運(yùn)用了業(yè)內(nèi)先進(jìn)的液冷制冷技術(shù)，與傳統(tǒng)風(fēng)冷技術(shù)相比，液 冷數(shù)據(jù)中心整體能效提升 22%。