一、

電力產業鏈溫控

電力溫控設備，是電力系統穩定運行的重要保障設施，屬于專用性空調的重要應用領域。

專用性空調是為滿足某些工業工藝和特殊環境的需求，將被控環境的物理參數(如濕度、溫度、風速、風壓)、生物參數(如空氣含塵量、微生物量) 、化學參數(如腐蝕性氣體的濃度)等嚴格控制在特定范圍內而設計制造的設備，或者為使用場景的特殊要求(如抗沖擊、防震、防爆) 專門設計制造的設備。

環境溫控設備，是保障電力設備安全運行和使用壽命提高的重要設施。由于電流熱效應存在，電流通過導體時電阻會消耗部分電能，而這部分電能會轉化為熱能，從而使得發電和送電設備產生發問題， 影響電力設備的運行安全和使用壽命。同時，電力設備運行過程中，內部溫度環境過高或過低均不利于電力設備的穩定可靠運行。因而，為保障電力設備安全、穩定的運行，在電力系統中會配置相應的環境溫控設備，保障電力設備運行在恒溫恒濕的環境下，降低電力設備出現事故的概率。此外,部分溫控設備由于節能降耗設計，運行能耗低，有助于推進電力系統降低能耗。

溫控設備廣泛應用于發電、輸電和配電等電力產業鏈主要環節。

（電力主要產業鏈環節的代表性溫控設備）

發電環節，采用組合式空調機組、滿液式冷水機組、蒸發冷卻式冷水機組等溫控設備系統實現發電機組冷卻，保障發電機組設備安全穩定運行。

輸電環節，輸電設備多采用封閉式結構，散熱性差， 可采用組合式空氣處理機等溫控系統設備為輸電設備提供恒溫恒濕的環境。

配電環節，溫控設備系統保障變壓器、高壓電器等配電設備運行穩定，降低設備發生故障的概率。

1、發電端：

汽力發電機組蒸汽乏汽以及輔助設備的冷卻。經過超高壓機組多次循環后的蒸汽乏汽依然具有較高溫度，需要通過凝汽器并用冷卻水冷卻凝結成水，以便于進行水質處理后再度引入鍋爐。用于火力發電廠的冷卻技術大體分為：蒸發冷卻技術、直接空冷技術、間接空冷技術。目前國內火力發電廠大都采用直接空冷系統冷卻汽機乏汽， 而輔助設備的冷卻往往采用機械通風冷卻塔開式循環系統。

（火力發電廠溫控保護系統）

2、輸電端：

換流站晶閘管換流閥的冷卻。換流閥冷卻系統主要由兩個循環系統組成，即閥內冷卻系統和外冷卻系統。晶閘管換流閥是換流站的核心設備之一，系統運行過程中會產生大量的熱，因此通過采用合適的冷卻方式提供晶閘管正常的工作環境，也提高系統的穩定運行能力。外冷卻系統的特點是非封閉的循環系統，其散熱方式是把換流閥里冷卻水中的熱量通過外部的換熱設備散到設備外。根據介質的不同，外冷系統的方式主要有空氣冷卻方式、空氣冷卻串聯輔助水冷卻方式以及水冷方式。

（運行中的±800kV/5000A特高壓換流閥)

（閥冷卻系統結構示意圖)

3、配電端：

變壓器及室外控制柜的冷卻。變壓器在工作過程中會產生大量的熱，因此需要對溫度進行控制。電力變壓器的冷卻系統包括兩部分：外部冷卻系統，保證介質中的熱散到變壓器外；內部冷卻系統，它保證繞組、鐵芯的熱量散入到周圍的介質中。

根據變壓器容量的大小，介質和循環種類的不同，變壓器采用不同的冷卻方式。常見的冷卻方式包括油浸風冷式、油浸自冷式、強迫循環液冷式和強迫循環風冷式。在夏季連續高溫天氣，戶外柜出現柜內溫度過高、系統誤 告警、未工作于正常工作模式、顯示屏花屏或風機停轉等現象。電力系統二次設備的核心裝置由大量電子器件組成，戶外柜就地保護的裝置長時間工作在高溫下，會引起元器件性能降低，對電網系統的穩定性造成重大影響。戶外控制柜的此類故障增加了人員運維檢修的工作量，易造成較大經濟損失及電網安全事故。

目前，國內已建設投運的智能變電站戶外柜，在溫度控制方面，主要采用 風機、熱交換器或空調器散熱方式，其中風機屬于直接風冷而熱交換器和空調器則屬于間接風冷。2018年發布的《DL/T 1881-2018 智能變電站智能控制柜技術規范》明確對控制柜溫度調節性能有要求，柜內可采用空調設備、風扇、熱交換器、加熱器等溫度控制措施，并應采用易維護的設計。

（采用強制循環風冷的某發電廠的主變壓器)

（山東臨沂變電站控制柜冷卻)

二、

智能電網，溫控設備新需求

1、國家電網推進泛在電力物聯網建設，預計2024 年建成，智能電網建設步入新階段。2019 年，國家電網公司提出“三型兩網”發展戰略，即打造“樞紐型，平臺型，共享型”企業和建設運營好“堅強智能電網，泛在電力物聯網”，意在通過建設運營好“兩網”實現向“三型”企業轉型。

2、受益智能電網建設推進，電力溫控設備需求持續增長。智能電網中發電、輸電設備以及電網設備的性能密度和功率密度不斷提升，設備發熱量和發熱密度也隨之提高，對設備散熱要求提高成為普遍趨勢，亦驅動電力設備需求增長。近年來，隨著智能電網建設推進， 智能變電站、智能控制柜等設備裝配率上升，電力系統中控制器、傳感器等電子器件用量顯著增加，對電力設備運行環境的物理參數控制要求進一步提升，為溫控設備帶來新需求。

3、“雙碳”目標推進，電力結構低碳化轉型發展。

4、國內風光資源分布不均，電力區域間輸送帶動升壓站建設增加，驅動電力溫控設備市場規模增長。

5、新能源電力發展背景下儲能規模增長，熱管理市場需求逐步釋放。熱管理系統作為儲能系統的重要組成部分，未來有望受益于儲能裝機容量增長的過程。據 IHS 預測，到2025 年，全球電池儲能系統累計裝機量有望達到 64.3-179GWh；同時，伍德麥肯茲預測到 2030 年，全球儲能裝機容量將達到 741GWh，中國市場儲能部署容量將達到 153GWh。

6、風光裝機規模持續擴張，有望驅動電力溫控設備需求不斷增長。根據國家領導在氣候雄心峰會提出2030 年國家自主貢獻目標，預測到 2030 年，國內風電、太陽能發電總裝機容量將達到 12 億千瓦以上，對于當前裝機規模，未來仍有較大提升空間，隨著未來風光新能源裝機規模持續擴張，將為電力溫控設備帶來增量市場需求，驅動電力溫控設備市場規模增長。

7、海上風電為風電重點發展方向，未來裝機規模持續上升驅動專用性空調需求增長。到 2030 年，全球海上風電裝機容量將從 2019 年29.1GW 增至 234GW 以上，隨著海上風電裝機規模增加，海上風電升壓站建設數量亦將有所增長。由于海上風電升壓站對防腐性能要求較高，這將驅動特種空調設備市場需求增長，利好專用性空調廠商。

三、

儲能熱管理加快，電力溫控設備新機遇

1、政策支持儲能發展，產業有望加快發展。

儲能為電力供需的全部環節提供“再分配”，“雙碳”目標下不可或缺。

（常見的儲能技術）

抽水蓄能發展最為成熟，電化學儲能為未來發展方向。政策密集出臺，政策支持有望驅動產業加快發展。

（國內儲能行業主要政策）

2、熱管理是儲能系統安全運行保障，市場關注度提升。儲能電站事故頻發，熱管理逐漸被重視。

（儲能電站起火爆炸事故統計）

四、

多技術適用熱管理多場景：蒸發冷卻

蒸發冷卻，是一種具有優異冷卻效果且能隨負荷變化自平衡的冷卻方式。蒸發冷卻分為直接蒸發冷卻( Direct Evaporative Cooling，DEC)和間接蒸發冷卻( Indirect Evaporative Cooling，IEC)。

（直接蒸發冷卻介質流動形式）

1、直接蒸發：

冷卻是將水直接噴淋于未飽和濕空氣中，使空氣等含增濕、降溫，由于空氣與水直接接觸，使其含濕量增加，因此存在一定的應用限制。間接蒸發冷是工作介質先經直接蒸發冷卻設備處理，流經換熱器通道一側，形成濕通道，產出介質流過干側通道，濕側介質吸收干燥介質的熱量，借助于濕表面蒸發，從而冷卻產出介質。由于工作介質不與水直接接觸，其含濕量不變，實現空氣的等濕降溫。常見的間接蒸發冷卻的冷卻介質為冷媒水。

2、間接蒸發：

間接蒸發冷卻系統高效節能兼具。間接蒸發節能技術具有三種工作模式：當室外溫度升高時開啟間接蒸發模式當室外溫度較高時，啟動機械制冷模式；室外溫度較低時，直接換熱器換熱模式。間接蒸發冷卻技可從自然環境中獲取冷量，與一般常規機械制冷相比，具備較為顯著的節能效應。

（間接蒸發冷卻介質流動形式）

間接蒸發冷卻系統技術發展完善，應用場景廣泛。按照冷卻器結構可以為管式間接蒸發冷卻和器板式間接蒸發冷卻器兩種形式。

管式間接蒸發冷卻器優點是布水均勻，容易形成穩定水膜，有利于蒸發冷卻的進行，空氣流道較寬，不會產生堵塞，因而流動阻力小，且二次空氣流道和風機便于布置。存在的主要問題是占地空間較大。目前間接蒸發冷卻系統已大量應用于數據中心、 發電端、化工、冶金、軌道、機場、醫藥和市政商用領域。根據不同的使用場景，可分為分體式、嵌裝式和頂置式。

板式間接蒸 冷卻器優點是換熱效率高、制造工藝比較成熟，應用較多。存在的主要問題是流道窄小，容易堵塞，隨著運行時間增加，換熱效率急劇降低，流動阻力大，布水不均勻、浸潤能力較差，同時由于使用的金屬材料易被腐蝕，造成結垢、維護困難等。

（用于數據中心的分體式間接蒸發冷卻系統示意圖）

（用于電化學儲能系統的頂置式間接蒸發冷卻系統示意圖）

（用于多場景的間接蒸發冷卻機組）

3、不同應用場景下，間接蒸發冷卻系統與傳統制冷方案及其他自然冷卻方法相比優勢明顯：

對于發電-電動機等應用領域而言：

1 )蒸發冷卻系統維護方便，運行、維護成本低。

2 )蒸發冷卻系統可實現無泵自循環，運行時系統內部壓力低，發生工質泄漏的可能性小。

3 )蒸發冷卻介質絕緣具有高絕緣性與不燃性，即使發生介質泄漏問題，也不會造成短路等重大事故，因此具有較好的安全性。

4 )蒸發冷卻系統可自動根據熱負荷調整運行狀態，無需外加調節控制裝置。

5 )蒸發冷卻系統散熱能力強，采用管道內冷的形式應用于發電-電動機定子線棒冷卻上，可有效降低銅導桿與主絕緣間溫差，使線棒在軸向和周向上溫度分布更均勻，從而降低熱應力、提高主絕緣壽命。

對于數據中心等應用領域而言：

1 ) 自然冷源利用效率高。

2)換熱鏈路短，高效換熱。

3)集成度高，環境要求簡單。

4) 與傳統機械制冷方法相比，可實現有效節能。

5) 戶外安裝的制冷設備使得空氣處理機組的維護更方便。

五、

多技術適用熱管理多場景：空冷/液冷散熱

空冷/液冷通過空氣/液體流經發熱部件，通過接觸換熱的方式進行降溫。空冷結構簡單、成本低、易維護，相較于液冷和相變材料冷卻，空冷的穩定性好。雖然強制風冷可加強氣流運動，提高散熱效率，但使用風扇或氣泵強制對流將造成系統能量損失。空氣的低熱導率限制了空冷系統的冷卻性能，所以空冷系統冷卻速度較慢，散熱效果不佳。

液冷技術可以分為間接、直接制冷兩種方式。對電力設備，考慮到安全問題，一般以間為主。它的冷卻劑為液體，相對空氣來說，液體具有更大的比熱容、溫度傳遞快、吸收熱量大等優點。同體積液體帶走的熱量顯著大于風冷，熱傳導的效率亦顯著高于空冷，液冷冷卻技術優勢明顯。

（常見電池空冷/液冷結構示意圖）

（自然冷卻與空/液冷特性對比）

液冷冷卻目前已大規模應用在數據中心等場合。液冷技術中，間接制冷或者冷板式比較簡單，主要通過冷板與 ICT 設備進行熱交換，冷板設計可給數據中心機架安裝液冷門， 也可深入到 ICT設備中，與 CPU 等發熱器件貼合帶走熱量，可有效降低數據中心能耗和能源使用效率。

（華為TaiShanX6000全液冷系統）

（曙光冷板式液冷系統示意圖）

六、

多技術適用熱管理多場景：變相材料冷卻

相變材料是一類溫度變化時發生相變的材料，一 般利用相變過程吸收或釋放大量潛熱，以達到熱管理的目的。常見相變 材料按物理狀態可分為氣固相變、固液相變、固固相變和氣液相變四類，氣固和氣液相變材料雖然儲能密度大，但是發生相變過程時體積變化較 大，不利于實際應用；固固相變材料在相變過程中體積變化小，無氣、 液泄漏風險，但是材料難以獲取， 且相變溫度較高；相比之下，固液相 變材料在熔化或凝固過程中體積變化小，熔點低， 相變潛熱大，因此受到廣泛應用。

（固液相變原理示意圖）

相變材料散熱應用前景較為廣闊。相變材料散熱系統的優點是散熱效果 好，無需消耗電池額外能量，同時可用于散熱和加熱使用；缺點是相變 前的低熱導率和相變傳熱的遲緩性會限制其在極端服役工況下的應用。相變材料散熱方法已有較多研究， 其適用范圍廣， 但當電池發熱量小， 未達到相變材料熔點時， 相變材料無法通過相變過程潛熱， 即相變冷卻 失效，所以相變材料冷卻適用于發熱量較大的電池包。考慮到在大倍率 放電過程中電池發熱量的不一致性，因此， 在發熱量較大部位的相變材 料中插入質量輕的鋁熱管可以輔助散熱，提高電池均溫性。目前相變材 料冷卻多用于電子設備散熱。相變材料作為一種被動換能材料具有節能、 環保等優勢，目前產業處于起步階段，未來技術突破將驅動產業加快發 展，未來市場前景廣闊。

（各類相變材料的特征區別）

七、

溫度傳感器的應用

1、溫度傳感器在國家電力/智能電網的應用

“無論主流的國家電網、還是正在發展到智能電網，熱管理貫穿圈電力全產業鏈。也就是說，國家電力用溫度傳感器/智能電網用溫度傳感器，具體用在且不止用在發電環節配置的組合式空調機組、滿液式冷水機組、蒸發冷卻式冷水機組，還有輸電環節配置的組合式空氣處理機、組合式空調，還有配電環節配置的溫控系統產品、變電站控制柜、變壓器、高壓電器與冷卻設備，還貫穿發電、輸電與配電等電力儲能設備等等等等”。石冢、芝浦、大泉、華工高理與特普生等溫度傳感器領域的專家告訴溫度傳感器研究院的研究員，“智能電網，更基于物聯網、云計算，更大量采用了各類傳感器。”

（電力主要產業鏈環節的代表性溫控設備）

“傳感器的種類有很多，其中溫度傳感器使用較為頻繁，在電力方面能夠直接固定安裝在不易監測溫度發熱點等的位置，因為直接測量接觸面的溫度所以監測出的數據也最為準確。其傳感器本身在工作時不需要額外電源介入，非常適合在普通溫度測量方法無法測量的電力系統高壓設備連接點、裸露高壓或密閉空間處，進行在線溫度監測。”

（更加智能的電力系統）

2.溫度傳感器在國家電力/智能電網銷售渠道上的應用

溫度傳感器公司的銷售團隊，要判斷自己的產品優勢，符不符合國家電力、智能電網客戶，也要判斷有沒有團隊深耕細作于國家電力、智能電網產業，如果有，那就搭建“國家電力/智能電網行業溫度傳感器銷售小組”，拓展涉足發電端、輸電端、配電端的產品廠家，很多產品用得上溫度傳感器。也要深耕國家電力、智能電網行業。

（完全優化的電力系統推廣所有技術領域）

需要特別提醒的是，為國家電力/智能電網提供溫控設備與方案的公司，也是溫度傳感器的客戶！

八、

特普生與溫度傳感器

1、溫度傳感器在電網級儲能上的應用

“溫度傳感器在儲能應用，主要有家庭及工商業儲能、通信儲能、電網級箱式儲能。我們目前還沒介入這塊業務。”華工高理告訴溫度傳感器研究員，“這塊業務單體需求量少，無法滿足我們規模化的要求。

（特普生箱式儲能CCS-螺絲固定方案）

“我們特普生溫度傳感器，用在家庭及工商業儲能、通信儲能、電網級箱式儲能的比較多。”特普生說，“我們2022年推出來儲能CCS電池模組溫度/電壓采集方案，用家庭/工商業儲能CCS、通信儲能CCS、箱式儲能CCS來解決對應不同儲能溫度采集問題。CCS(Cells Contacting System)， 即線束板集成件、采集集成件、總成或線束隔離板。儲能CCS，安裝在電池包上，形成一套電池模組。

（特普生家庭/工商業儲能CCS-FPC方案）

“我們儲能CCS，通過銅鋁巴，實現電芯串并聯，輸出電流；采集電芯電壓；采集電芯溫度。我們有螺絲固定方案、激光焊接方案、超聲焊接方案、FPC方案。”

（特普生通信儲能CCS-激光焊接方案）

2、溫度傳感器在電網級儲能銷售渠道上的應用

溫度傳感器公司的銷售團隊，要判斷自己的產品優勢，符不符合電網級儲能客戶，也要判斷有沒有團隊深耕細作于電網、電網級儲能產業，如果有，那就搭建“電網行業溫度傳感器銷售小組”，拓展涉足發電端、輸電端、配電端的產品廠家，很多產品用得上溫度傳感器。也要深耕電網級儲能行業，另外，儲能溫控廠家也是溫度傳感器的重要目標客戶！

（儲能溫控產業鏈）

多方勢力逐鹿儲能溫控市場。大致將目前儲能溫控市場的參與 者分為數據中心溫控廠商、工業領域溫控廠商以及車用熱管理廠商三大類。

（儲能溫控市場）

最后，需要特別提醒的是，為電網級儲能提供溫控設備與方案的公司，也是溫度傳感器的客戶！

作者簡介

吳憨子：傳感器應用營銷老師。投資及擔任森霸傳感、特普生傳感應用營銷顧問，歡迎交流傳感器應用與投融資，微信：mckinsin

審核編輯 黃宇