열 관리 산업은 틈새 시장에서 풍부한 기회를 통해 광범위한 전망을 수용합니다.
시장 규모는 꾸준히 성장할 가능성이 있으며, 액체 냉각 보급률도 지속적으로 증가할 것으로 예상됩니다. 현재 중국의 이중 탄소 정책이 가속화되고 있으며, 신에너지 트랙은 넓은 공간을 확보하고 있습니다. 이중 탄소 정책의 적극적인 추진에 힘입어 중국 국내 에너지 저장 온도 제어, 신에너지 자동차 열 관리 등 온도 제어 장비 응용 분야는 빠른 성장을 유지하고 있습니다. 또한 인터넷, 빅데이터, 클라우드 컴퓨팅, 정보화의 발전으로 데이터 센터 및 5G 기지국 응용 분야의 온도 제어 장비 수요도 비교적 강세를 보이고 있습니다. 관얀 티안샤는 향후 중국의 온도 제어 장비 시장 규모가 꾸준히 성장할 것으로 전망했습니다.
기술적인 측면에서 볼 때, 향후 중국의 온도 제어 장비 재고는 공랭식이 주도할 것으로 예상되지만, 액랭식의 보급률은 지속적으로 증가할 것으로 예상됩니다. 액랭 시스템은 주로 수랭판, 수랭 파이프, 수랭 시스템, 열교환 팬 등으로 구성되며, 공랭식 시스템 구조는 비교적 간단합니다. 액랭식과 공랭식에 비해 액랭 시스템은 설계 난이도가 높고 비용이 높은 반면, 방열 효율과 속도가 빠르고 적용 범위가 넓으며 차지하는 공간도 적습니다.
현재 SmartPropel Energy에서 홍보하고 있습니다. 야외 액체 냉각식 200KW/372KWh 산업용 및 상업용 태양열 배터리 보관 캐비닛, 의 장점은 주로 열원과의 근접성, 균일한 온도, 낮은 에너지 소비입니다. 또한 공랭 방식보다 실외 환경에 더 적합합니다. 동시에, Sungrow Power와 BYD와 같은 제조업체들도 실외 에너지 저장 시스템용 액랭식 고전압 리튬철인산염 배터리 캐비닛 시스템 제품을 적극적으로 출시하고 있습니다. 실외 액랭식 전기 캐비닛은 태양광 에너지 저장, 풍력 에너지 저장, 계통 연계형 에너지 저장, 상업용 에너지 저장 및 기타 에너지 저장 시나리오에 널리 사용될 수 있습니다. 앞으로 중국에서 온도 제어 장비용 액랭 기술 제품의 보급률은 지속적으로 증가할 것으로 예상됩니다.
확장된 응용 분야에서의 공기 및 액체 냉각; 새로운 기술에는 히트 파이프 및 상변화 냉각이 포함됩니다.
리튬 이온 배터리의 3가지 온도 범위
현재, 사용할 수 있는 주요 온도 제어 기술은 4가지가 있습니다. 대용량 리튬이온 배터리 에너지 저장 시스템, 다양한 열 발생률과 주변 온도가 있는 응용 프로그램 시나리오에 적합합니다.
공기 냉각: 공기를 열 교환 매체로 사용하여 구조가 간단하고, 무게가 가벼우며, 신뢰성이 높고, 수명이 길며, 비용이 저렴하다는 장점이 있습니다. 그러나 공기의 비열과 열전도도가 낮아 공기 냉각 시스템의 방열 속도와 효율이 높지 않습니다. 따라서 배터리의 발열량이 낮은 경우에는 공기 냉각이 더 적합합니다.
액체 냉각: 액체를 열 교환 매체로 사용하는 액체 냉각 매체는 높은 열전달 계수, 큰 비열, 그리고 빠른 냉각 속도를 가지고 있어 배터리의 최대 온도를 효과적으로 낮추고 온도 분포의 균일성을 향상시킬 수 있습니다. 액체 냉각 시스템은 구조가 복잡하고 비용이 높지만, 방열 속도와 효율이 높습니다. 현재 대부분의 전기 자동차는 액체 냉각 시스템을 사용하고 있습니다.
히트파이프 냉각: 파이프 내 냉각 매체의 상변화를 이용하여 열교환을 이루며, 액체 냉각 시스템보다 방열 속도와 효율이 높고, 냉각 매체 누출 위험은 낮지만 비용이 더 많이 듭니다. 고속 조건에서 작동하는 리튬 배터리 시스템에 적합합니다.
상변화 냉각: 상변화 재료를 통해 열을 흡수하고, 공랭식, 액체 냉각식, 공조 시스템을 결합하여 열을 내보내는 방식으로, 구조가 컴팩트하고 접촉 열 저항이 낮으며 냉각 효과가 좋은 장점이 있지만, 상변화 재료는 공간을 차지하고 가격이 비싼 편입니다. 다른 열 관리 기술과 결합하여 배터리 온도 분포를 균일하게 하고, 접촉 열 저항을 줄이며, 방열 속도를 높이는 데 자주 사용됩니다.
액체 냉각의 장점: 직접 및 간접 접촉 방식
액체 냉각 시스템의 주요 구성 요소
액체 냉각 파이프라인 레이아웃
액체 냉각: 액체를 냉각 매체로 사용하여 대류 열 전달을 통해 배터리에서 발생하는 열을 제거합니다.
주요 구성품: 액체 냉각판, 액체 냉각 장치(히터 옵션), 액체 냉각 파이프라인(온도 센서, 밸브 포함), 고압 및 저압 배선 하네스, 냉각수(에틸렌 글리콜 수용액) 등.
액체와 배터리 사이에는 두 가지 접촉 모드가 있습니다. 하나는 직접 접촉으로, 배터리 셀이나 모듈을 액체(예: 전기 절연성 실리콘 오일)에 담가 액체가 배터리를 직접 냉각하도록 합니다. 다른 하나는 배터리 사이에 냉각 채널이나 냉각판을 설치하여 액체가 배터리를 간접적으로 냉각하도록 하는 것입니다.
액체 냉각 솔루션에는 몇 가지 기술적 장벽이 있습니다. 직접 접촉 액체 냉각 방식은 아직 미숙한 단계입니다. 간접 접촉 방식은 실제 적용 분야에 따라 유동 채널 수, 유량, 유량 등 맞춤 설계가 필요합니다. 에너지 저장 시스템 통합업체의 프로젝트마다 열 관리 솔루션은 매우 다양합니다. 액체 냉각 호스트 공급업체의 핵심 경쟁력은 맞춤 설계 역량과 방열 솔루션에 대한 오랜 노하우 축적에 있습니다.
액체 냉각판은 액체 냉각 시스템의 열 관리에 필수적인 부품입니다. 제조 전에 고객과 공동으로 개발 및 설계하고, 선정을 확정하여 배터리에 맞춰야 하는 경우가 많습니다. 현재 배터리 액체 냉각판은 과점 경쟁 상태에 있습니다. 액체 냉각판은 배터리 시스템에 통합되어야 하는 경우가 많습니다. 생산 라인이 비표준화되어 있고 제품 자체도 고도로 맞춤화되어 있어 여러 공정 간 전환이 쉽지 않습니다. 따라서 하류 고객은 액체 냉각판 설계 역량을 갖춘 제조업체를 우선적으로 고려합니다.
기술 동향: 현재는 공랭식이 주도하고 있으며, 중기적으로는 액체 냉각식 점유율이 증가할 것으로 예상됩니다.
공기 냉각 시스템과 액체 냉각 시스템 간 자본 투자 비교
공기 냉각과 액체 냉각의 작동 에너지 소비 비교
에너지 저장 온도 제어는 주로 공랭식과 액랭식을 기반으로 합니다. 본 연구에서는 배터리 팩 온도, 작동 에너지 소비량, 배터리 열 폭주 위험, 그리고 고정 자산 투자라는 네 가지 측면에서 두 가지를 비교합니다.
배터리 팩 온도: 동일한 유입 온도와 극한 풍속 및 유량에서 액체 냉각 배터리 팩의 온도는 섭씨 30~40도인 반면, 공랭식 배터리 팩의 온도는 섭씨 37~45도입니다. 액체 냉각은 온도 균일성이 더 좋습니다.
작동 에너지 소비: 실험 연구에 따르면 동일한 평균 배터리 온도를 달성하기 위해 공랭식은 액체 냉각식보다 2~3배 더 많은 에너지 소비가 필요합니다. 동일한 전력 소비에서 배터리 팩의 최대 온도는 공랭식이 액체 냉각보다 3~5도 더 높습니다. 액체 냉각식의 전력 소비가 더 낮습니다.
배터리 열 폭주 위험: 공기의 비열 용량과 작은 대류 열 전달 계수 등의 요인으로 인해 배터리 공랭 기술의 열 전달 효율이 낮아 배터리 발열이 증가하여 배터리 온도가 너무 높아지고 열 폭주 위험이 발생합니다. 액체 냉각 시스템은 배터리의 열 폭주 위험을 크게 줄일 수 있습니다.
고정 자산 투자: NREL 데이터에 따르면, 현재 4시간 배터리 에너지 저장 시스템의 배터리 투자 비용은 킬로와트시당 1,900위안(미화 300달러)입니다. 열 관리 시스템은 배터리 비용의 2~4%를 차지하는 것으로 추산됩니다. 액체 냉각 시스템은 배터리가 쾌적한 온도에서 작동하도록 더욱 쉽게 보장할 수 있습니다. 공랭식 시스템에 비해 배터리 수명을 20% 이상 연장할 수 있습니다. 전체 수명 주기 측면에서 액체 냉각 투자는 더 적습니다.
현재 에너지 저장 온도 제어는 주로 공기 냉각으로 이루어지고 있으며, 그 이유는 다음과 같습니다.
1) 현재 에너지 저장 프로젝트는 냉각 효율에 대한 요구 사항이 비교적 낮습니다. 통신 기지국, 소형 지상 발전소 등 전력 밀도와 전력 밀도가 비교적 작은 프로젝트가 업계 설비 용량에서 차지하는 비중이 비교적 높으며, 공랭 솔루션의 냉각 효율은 프로젝트의 안전 기준을 충족할 수 있습니다.
2) 공랭식 장비 비용은 액랭식보다 낮으며, 현재 에너지 저장 프로젝트는 비용에 더욱 민감합니다. GWh당 공랭식과 액랭식의 비용은 각각 약 30천만 위안과 90천만 위안이며, 그중 액랭식 호스트 비용은 약 50천만 위안입니다. 현재 에너지 저장 프로젝트는 일부 적용 시나리오에서 경제적이지 않은 데다 배터리 비용 상승까지 겹치면서, 다운스트림 수요는 설치 비용에 매우 민감하게 반응하여 저비용 공랭 솔루션을 선택하는 경향이 있습니다.
중기적으로 액체 냉각 비중은 지속적으로 증가할 것으로 예상됩니다. 이는 주로 에너지 저장 프로젝트의 발열량이 지속적으로 증가하고, 공랭식 냉각 효율이 일부 프로젝트의 방열 요구를 충족하지 못할 수 있기 때문입니다. 중기적으로는 배터리 용량이 크고 시스템 전력 밀도가 높은 에너지 저장 프로젝트(예: 신재생에너지 발전소, 오프그리드 에너지 저장)의 설비 용량이 증가하고, 전력 저장의 피크 및 주파수 조정 성능에 대한 요구가 높아져 에너지 저장 프로젝트의 평균 발열량이 증가할 것입니다. 이 시기에 냉각 효율이 높은 액체 냉각에 대한 수요가 증가할 것으로 예상됩니다.
또한, 기술 방향 선택은 프로젝트의 환경 및 발열량과 관련이 있습니다. 예를 들어, 초고온 지역에서는 공랭 방식이 냉각 효과에 영향을 미치고, 초저온 지역에서는 액랭 방식이 결빙 위험을 초래할 수 있습니다. 발열량이 낮은 프로젝트의 경우 공랭 방식으로도 충분하지만, 발열량이 높은 프로젝트의 경우 액랭 방식이 필수적입니다. 따라서 중기적으로 액랭 방식의 비중이 증가하더라도 두 기술 모두 적용 가능한 시나리오가 존재합니다. 새롭게 설치된 에너지 저장 프로젝트는 공랭 솔루션을 선택할 가능성이 높습니다.
1) 극도로 낮은 기온과 물 부족 지역에 위치함
2) 발열량이 낮은 소형 지상 발전소, 가정, 통신 기지국 프로젝트: 액체 냉각 솔루션이 선택될 가능성이 높습니다. 매우 높은 온도의 지역에 위치합니다.
에너지 저장 수요의 급속한 성장과 액체 냉각 도입으로 열 관리 시장이 확대됩니다.
에너지 저장 응용 시나리오는 전력 공급 측면, 계통 측면, 사용자 측면, 그리고 분산형 마이크로그리드 등 다양한 전력 시나리오를 포함합니다. 이러한 응용 시나리오의 다양성은 에너지 저장 기술의 다각화를 결정합니다. 그중에서도 전기화학 에너지 저장 기술은 다음과 같습니다. 리튬 이온 전지, 나트륨 이온 배터리, 유동 전지는 최근 몇 년 동안 국내외에서 급속한 발전을 이루었으며, 적용 규모도 메가와트급 시범 적용에서 기가와트급 대규모 적용으로 확대되었습니다. 전 세계 전기화학 에너지 저장 설비 용량은 약 65GWh로 예상되며, 1160년까지 2030GWh에 도달할 것으로 예상됩니다. 이 중 70%는 전기화학 에너지 저장 설비를 뒷받침하는 주요 전력원인 발전 부문에서 발생합니다.
에너지 저장 온도 제어 시장은 16.5년에 2025억 위안에 이를 것으로 예상됩니다. 2020년에 공개된 데이터에 따르면 에너지 저장 온도 제어의 가치는 전체 에너지 저장 시스템 가치의 약 3%-5%를 차지합니다. 에너지 저장 시스템 비용 절감에 대한 국가 정책에 따라 다각화된 에너지 저장 시스템이 강력하게 추진될 것이며 에너지 저장 온도 제어의 가치는 계속해서 증가할 것으로 예상됩니다. GGII 통계에 따르면 2021년 전력 에너지 저장 시스템 출하량은 29GWh로 전년 대비 341% 증가했습니다. 전기화학 에너지 저장 시스템의 높은 성장은 에너지 저장 온도 제어의 빠른 발전을 견인하고 있습니다. GGII 추정에 따르면 중국의 에너지 저장 온도 제어 시장 규모는 4.66년부터 16.46년까지 2022억 2025천만 위안에서 52.3억 45천만 위안으로 증가하여 CAGR 2025%가 될 것입니다. 중장기적인 기술 솔루션으로서 액체 냉각은 시장 침투율을 점진적으로 높일 수 있습니다. GGII는 액체 냉각의 시장 점유율이 XNUMX년에 약 XNUMX%에 도달할 것으로 예측합니다.
