儲能與IDC雙輪驅(qū)動，助推液冷連接器跑出“加速度”

　　液冷連接器對于整個冷卻系統(tǒng)的性能、可靠性和穩(wěn)定性至關(guān)重要。液冷方案在保證儲能系統(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)勢顯著，逐漸發(fā)展成為增量儲能、數(shù)據(jù)中心場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，對液冷系統(tǒng)性能至關(guān)重要。

　　對于大型儲能項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)勢逐漸蠶食風冷市場。

　　液冷溫控技術(shù)能夠完美順應(yīng)儲能行業(yè)高安全性和低成本趨勢，其滲透率有望快速提升，同時也為液冷連接器帶來重大市場機遇。

　　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，未來具備高研發(fā)力的企業(yè)有望搶占市場先機。

　　1、液冷溫控技術(shù)順應(yīng)低碳數(shù)字時代需求

　　1)溫控技術(shù)多樣，液冷具有更高成長性

　　我國目前溫控管理技術(shù)形式多樣，包括風冷、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)目前仍處于實驗室試驗階段，當前溫控形式以風冷和液冷技術(shù)為主。

　　相比于風冷技術(shù)，液冷具有更高的冷卻效率和成長性。根據(jù)中國證券報研究，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液冷產(chǎn)業(yè)生態(tài)的上、中、下游。我國液冷技術(shù)起步稍晚于國外，但起步后發(fā)展迅速，后期與國外發(fā)展進程基本同步，并且在液冷規(guī)模試點應(yīng)用方面積累了豐富經(jīng)驗。

　　2)儲能+IDC雙輪溫控驅(qū)動液冷發(fā)展

　　液冷技術(shù)最廣泛的應(yīng)用場景是儲能和數(shù)據(jù)中心。相比于風冷，液冷技術(shù)有更高的散熱效率，能夠?qū)崿F(xiàn)在多粉塵等惡劣場景的應(yīng)用，且液冷散熱技術(shù)沒有風扇，噪音更低，可以適應(yīng)儲能集裝箱、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，浸沒式制冷效率更高，未來前景良好。

　　3)連接器對液冷系統(tǒng)的性能至關(guān)重要

　　當前，液冷技術(shù)作為數(shù)據(jù)中心的黑科技，通過將液體循環(huán)運輸?shù)椒?wù)器的熱點部件上，可以有效地降低服務(wù)器的溫度，有助于減少機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，對于整個冷卻系統(tǒng)的性能、可靠性和穩(wěn)定性至關(guān)重要。

　　液冷連接器是專門設(shè)計來滿足液冷系統(tǒng)的苛刻要求，一般具有獨特的耦合設(shè)計，確保快速、安全、可靠的水路連接和斷開，消除任何空氣或污染物進入水路連接或斷開的風險，達到密封性能好、耐高溫、耐腐蝕、能夠快速連接的優(yōu)勢。

　　此外，通過盲連接設(shè)計，液冷連接器還可以補償很大程度的不對齊，確保連接到液冷電路不會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)的風冷系統(tǒng)一樣容易。

　　2、儲能系統(tǒng)帶動液冷溫控部件發(fā)展

　　1)順應(yīng)儲能系統(tǒng)安全需求及降本趨勢，液冷滲透率有望快速提升

　　新型儲能中，電化學儲能更加適合大規(guī)模應(yīng)用于各類儲能場景，成為目前應(yīng)用范圍最為主要的新型儲能方式，且在目前主流的電池種類中，鋰離子電池憑借其成本優(yōu)勢，是目前最主要的電化學儲能方式。

　　鋰電池對運行溫度要求嚴苛，最佳工作溫度助于鋰電池提效增壽。液冷方式可實現(xiàn)精準控溫，實現(xiàn)全生命周期成本下降。相比于目前應(yīng)用最為廣泛的風冷系統(tǒng)，液冷系統(tǒng)在電芯壽命、運行能耗以及固定開支端具備顯著優(yōu)勢，可以有效降低儲能系統(tǒng)的全生命周期成本。

　　電芯壽命：傳統(tǒng)風冷在面對產(chǎn)熱量高的電池組時會出現(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。液冷散熱通過冷卻液對流換熱，降低電池溫度，其導(dǎo)熱率高，散熱更為均勻，適用于儲能系統(tǒng)長時工作。

　　運行能耗：風冷系統(tǒng)通過冷卻空氣間接冷卻電芯，當進口溫度較高時，風冷系統(tǒng)的風機耗能急劇增大，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)進口溫度同為295K時，風冷系統(tǒng)最低能耗為水冷的6.66倍。

　　固定開支：液冷不需要預(yù)留散熱通道，將大幅節(jié)約大型儲能項目的占地面積。

　　2)儲能液冷連接器作為儲能液冷系統(tǒng)的紐帶，具備較高技術(shù)設(shè)計壁壘

　　儲能液冷系統(tǒng)基本組成包括：流體連接器、液冷板、液冷機組(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)、流體動力學、材料化學、閥門四個技術(shù)學科，在液體冷卻應(yīng)用中至關(guān)重要。

　　儲能液冷連接器的技術(shù)壁壘：

　　流道設(shè)計能力：在流道設(shè)計中，流阻越大、散熱效果更好，故流道設(shè)計和建模分析的能力需求強。

　　材料研發(fā)能力：需要通過材料的選擇和研發(fā)來實現(xiàn)產(chǎn)品各項核心指標的要求，如密封性、對于液體的耐受力、對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)計中主要涉及鎖緊機構(gòu)和密封圈的設(shè)計，鎖緊方式能不能選擇最優(yōu)，保證整個零部件的生命周期時長而不輕易失效;其次在注塑時，保障達到所需的精度要求、圓度要求，也有較高難度。

　　目前液冷電接頭領(lǐng)域，國內(nèi)只有兩家企業(yè)有大批量量產(chǎn)經(jīng)驗，分別為正北連接和中航光電，中航光電主要給軍工供貨，剩余的為第二梯隊和第三梯隊。

　　3)儲能液冷連接器產(chǎn)業(yè)迎來發(fā)展機遇，市場空間巨大

　　儲能發(fā)展至今已有十余年，雖然已不屬于新興技術(shù)，但是儲能產(chǎn)業(yè)仍處于起步階段。早期儲能產(chǎn)業(yè)受制于市場，發(fā)展速度較慢，因此對于液冷溫控連接器需求量較少，商業(yè)模式具有不確定性

　　但隨著新的儲能應(yīng)用場景不斷出現(xiàn)，新型儲能產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)出勢不可擋的趨勢。作為儲能系統(tǒng)里面的關(guān)鍵零部件，儲能連接器的市場容量出現(xiàn)大幅提升，涉足儲能領(lǐng)域的國內(nèi)連接器企業(yè)如雨后春筍般迅速增長，連接器行業(yè)降本增效效果顯著，對于國內(nèi)儲能連接器企業(yè)而言，是一個重大的發(fā)展機遇。

　　儲能領(lǐng)域連接器產(chǎn)品市場空間測算：

　　核心假設(shè)：

　　理想場景下，2023年—2025年電化學儲能裝機量為32.7GWh，58.86GWh，94.18GWh;

　　目前電化學儲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，不考慮PACK內(nèi)部并聯(lián)，按照1P14S的串聯(lián)方式，單個PACK的規(guī)格為13.44KWh，44.8V;

　　大型儲能電站的單個電池模組使用3套電連接器(包括高壓連接器與信號連接器)，2套液冷連接器，其中電連接器均價50元/套，液冷連接器80元/套(參考正北連接產(chǎn)品定價)。

　　中國目前已經(jīng)成為全球第一大連接器市場。2021年全球連接器市場規(guī)模為780億美元，中國市場占比達32%，市場規(guī)模約250億美元。

　　近年來，中國連接器行業(yè)在下游各領(lǐng)域快速發(fā)展的推動之下，國內(nèi)公司在個別細分領(lǐng)域憑借高性價比的優(yōu)勢，抓住了市場高速發(fā)展的良機，市場份額不斷提升。立訊精密、中航光電、正北鏈接分別在消費電子、航空航天、儲能領(lǐng)域均體現(xiàn)了較強的競爭力。

　　3、能耗優(yōu)化，IDC液冷連接器箭在弦上

　　1)液冷是高密度IDC能耗優(yōu)化的重要技術(shù)

　　對儲能行業(yè)來說，液冷技術(shù)為其安全性能的提升提供了極大的支持，對IDC行業(yè)來說，液冷系統(tǒng)比風冷系統(tǒng)節(jié)省約30%～50%能耗需求。

　　據(jù)通信院公布，我國IDC能耗支出占TCO(整體運營支出)的60%—70%，到2025年全球數(shù)據(jù)中心單機柜平均功率將達到25KW，這對目前傳統(tǒng)風冷技術(shù)均是十分嚴峻的挑戰(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。

　　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。

　　2)冷板式液冷對液冷快接頭提出新的要求

　　當前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。

　　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。 與儲能液冷連接器在設(shè)計與研發(fā)方面的壁壘不同，IDC液冷連接器技術(shù)門檻的核心挑戰(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)、流體動力學、材料化學三大學科，并且除了連接器以外，液冷產(chǎn)品中還包括閥門的技術(shù)，相當于是四個技術(shù)學科的融合，目前市場上能同時具備這四塊技術(shù)能力的企業(yè)很少。整體產(chǎn)品相對于傳統(tǒng)連接器來講對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(風冷是毫米級別)，設(shè)計、加工需要考慮流道和流阻更精準;水冷板和固定板形成一體化，需要保證不漏液。

　　流體動力學：液冷快接頭產(chǎn)品要匹配結(jié)構(gòu)、閥門的相應(yīng)技術(shù)，通過設(shè)計一個合理的流道去達到散熱的要求，根據(jù)發(fā)熱的功率需要有動態(tài)的流量等去匹配，不同客戶的使用場景的，對于仿真、驗證工作的要求比較高。

　　材料化學：冷卻液包括丙二醇、乙二醇、去離子水等，因不同的化學成分，材料、表面處理的選擇就很關(guān)鍵，都是需要定制化進行配方開發(fā)的。比如密封圈的橡膠材料，需要考慮不同的元素配比，以及對于材料兼容性的要求，這些都是需要大量實驗的經(jīng)驗積累。

　　3)IDC液冷連接器市場供不應(yīng)求

　　AI等新的應(yīng)用場景出現(xiàn)，對算力設(shè)備和承載算力的數(shù)據(jù)中心均提出更高的要求。在拉動數(shù)據(jù)中心的需求的同時，伴隨著算力密度的提高，算力設(shè)備、數(shù)據(jù)中心機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)品市場空間測算：

　　核心假設(shè)：

　　假設(shè)2023年—2025年數(shù)據(jù)中心機架數(shù)量增速超20%，對應(yīng)服務(wù)器數(shù)量為：2472萬臺、2967萬臺、3560萬臺;

　　每臺服務(wù)器需要使用2對液冷快接頭，2023年—2025年液冷快接頭單價分別為480元/對、450元/對、400元/對(參考正北連接產(chǎn)品定價)。

　　液冷溫控龍頭企業(yè)英維克在2022年年報中指出，主流的服務(wù)器制造商在2022年陸續(xù)開始建設(shè)標準化規(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年開始出現(xiàn)規(guī)模部署。

　　在IDC液冷行業(yè)的帶動下，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占有率達80%以上。

　　4、結(jié)語

　　以鋰離子電池為主的電化學儲能在我國已得到了廣泛應(yīng)用，但由于儲能電池對散熱要求較高，為順應(yīng)儲能系統(tǒng)安全需求及降本趨勢，液冷系統(tǒng)滲透率快速提升。同時伴隨著AI算力等大功率應(yīng)用場景落地，高密度數(shù)據(jù)中心對制冷設(shè)備和技術(shù)提出了更高要求，傳統(tǒng)風冷技術(shù)面對高熱密度場景呈現(xiàn)瓶頸，液冷技術(shù)將以超高能效、超高熱密度等特點成為行業(yè)發(fā)展新風口，與之必不可分的液冷連接器領(lǐng)域?qū)⒂瓉砀咚僭鲩L階段。

　　但因液冷連接器存在著技術(shù)設(shè)計壁壘，目前國內(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，能夠快速了解市場、響應(yīng)客戶需求并兼具較強的研發(fā)實力的企業(yè)將迅速打開液冷快接頭市場，持續(xù)搶占市場份額。

　　本文來自微信公眾號“萬創(chuàng)投行”(ID:wanchuangtouhang)，作者：萬創(chuàng)研究院