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行业分析框架:国信化工、数据中心及AI服务器液冷冷却液
国信证券·2025-09-25 13:15

行业投资评级 - 投资评级为优于大市(维持)[1] 核心观点 - 随着数算中心规模、功率不断提升,高效冷却技术快速发展,液冷主要解决高能耗、高发热难题,2024年我国算力中心总耗电量达1660亿kWh,占全社会总用电量的1.68%[2] - 主流液冷技术为冷板式与浸没式,冷板式液冷由于技术方案相对成熟,是目前主要的液冷应用方案,液冷具有换热效率高、节能、减少噪音等多重优势[2] - 不同基质的冷却液一般用于不同场景,水基冷却液一般用于单相冷板式液冷,制冷剂可用于双相冷板式液冷,油基冷却液与含氟冷却液可用于单相或多相浸没式液冷[2] - 冷却液市场空间测算显示,2028年全球新增AI数据中心装机量将达59GW,预期或将催生出约8.9万吨冷却液需求,传统服务器新增装机量或将带来1.9万吨冷却液需求[2] - 数算中心机架功率持续提升,液冷方案可解决数算中心高能耗、高散热难题,当前液冷板块处于发展早期,各类液冷方案各具优劣势,行业尚未形成统一既定的最优液冷方案[2] 主流冷却路径梳理 - 全球液冷市场规模快速增长,2017年全球数据中心规模为465.5亿美元,预计2027年将达到1632.5亿美元,期间复合增长率达13.4%[13] - 数据中心规模持续提升,散热问题愈发显著,全国在用超大型数据中心平均PUE达1.46,大型数据中心平均PUE为1.55[13] - 风冷散热效率难以匹配,液冷方案成为数据中心散热更优选择,2027年我国液冷数据中心市场规模或突破1000亿元,2019-2027年复合增速高达51.4%[17] - 液冷具有换热效率高、节能、减少噪音等多重优势,液冷换热效率更高,液体的体积比热容是空气的1000-3500倍,导热系数是空气的20-30倍[22] - 液冷路径主要包括冷板式、浸没式、喷淋式,冷板式液冷是目前应用最广的方式,2022年冷板式液冷应用比例达91%,浸没式液冷应用比例达8%[23] - 液冷技术商用条件逐渐成熟,实践案例不断增多,阿里巴巴、中科曙光、华为、联想、京东、浪潮、中国联通等企业已有成熟的液冷技术应用案例[28] 水基冷却液 - 水基冷却液主要用于单相冷板液冷,具有传热好、成本低等优点,水基冷却液分为纯水液和配方液,主要应用于单相冷板式液冷技术中[50] - 水基冷却液具有比热容大、沸点高、起泡性低、低温下性能良好等优点,但需添加防冻剂和防腐剂,或有滋生细菌、微生物、藻类风险[49] - 国内主要的水基冷却液生产商包括康普顿、统一股份,终端应用案例包括京东云冷板液冷解决方案、阿里云携手英特尔开发高性能的浸没式液冷散热器方案[50] 油基冷却液 - 矿物油、合成油、合成烃冷却液主要应用于单相浸没式液冷技术,矿物油具有价格低、高沸点、无毒、不易挥发等优点,但可燃、粘性大、流动阻力大、设备清洗难[55] - 合成油具有稳定性好、抗氧化性强等优点,但成本较高,合成烃具有抗氧化性好、材料相容性好等优点,但闪点较低[55] - 硅油冷却液主要应用于单相浸没式液冷技术,硅油具有介电强度高、化学性质稳定、挥发性低、价格低廉等优点,但比热容和导热系数低、散热能力较差、粘度较高、阻力大、存在清洁困难等问题[60] - 目前矿物油、合成油、合成烃的主要供应商包括统一股份、中国石油、奥吉娜化工、陶氏、壳牌、雪佛龙、埃克森美孚、卫星化学等,硅油冷却液的主要供应商包括晨化股份、宏达新材、兴发集团、润禾材料、新安股份、长先新材、陶氏化学、瓦克化学等[55][60] 含氟冷却液 - 氟化液优势显著,是理想的数据中心用冷却液,氟化液具有优异的电绝缘性和热传导性、理想的化学惰性和热稳定性、良好的材料相容性、良好的流动性、非危险品不燃不爆、无毒无害无刺激性等优点[70] - 单相浸没式液冷使用的氟化液包括全氟聚醚、全氟胺、氢氟醚、全氟烯烃等,全氟聚醚、全氟胺的绝缘性能较好,全氟烯烃中等,氢氟醚较差[72] - 相变浸没式液冷使用的氟化液包括全氟聚醚、全氟胺、氢氟醚、氢氟烃、氢氟烯烃、全氟烯烃等,全氟烯烃、全氟胺的绝缘性能较好,全氟聚醚中等,氢氟醚、氢氟烃、氢氟烯烃较差[78] - 六氟丙烯多聚体是一类高性能氟碳化合物冷却液,其中二聚六氟丙烯HFPD具有沸程低、材料兼容性好、热稳定性强等优点,是近年来国内市场出现的一种新型双相浸没式冷却液[88] - 氢氟醚环保性能较好,绝缘性较差,可用于单相、相变浸没式,氢氟醚普遍具有较低的GWP值,环保性能较好,但由于H元素的引入,其介电常数较高,且体积电阻率较低,绝缘性能较弱[93] - 全氟胺性能优异,是一类无色、透明的液体,具有电绝缘性能高、热传递性能好的优点,但其GWP值较高,一般大于5000[96] - 全氟聚醚性能优异,常温下为无色、无味、透明液体,只溶于全氟有机溶剂,具有优越的物理化学性能,如优异的耐热性、耐氧化性、耐辐射、耐腐蚀、低挥发、不燃烧等特性[103] - 3M退出PFAS生产,国产替代持续推进,3M是全球最大的氟化工生产商之一,其氟化学品部门在比利时、美国和德国均设有工厂,电子氟化液代表产品包括Fluorinert™、Novec™、Fluere等[113] 市场空间测算 - 冷却液市场空间测算显示,2024年全球AI数据中心新增装机量达7GW,预计2028年AI数据中心新增装机量将达59GW,期间复合增速高达70%[119] - 2024-2028年全球冷却液需求量分别为1.4万吨、2.0万吨、5.0万吨、7.9万吨、10.8万吨,其中AI数据中心冷却液用量分别为1.3万吨、1.6万吨、3.8万吨、6.2万吨、8.9万吨,传统数据中心冷却液用量分别为0.1万吨、0.4万吨、1.2万吨、1.8万吨、1.9万吨[119]