一、氟化液综述
目前常见的冷却液类型有水、芳香族物质、硅酸酯、脂肪族化合物、有机硅类物质、碳氟类化合物等。其中:氟化液(Fluorinated Liquid)是一种无色无味绝缘且不燃的化学溶剂,最开始是用作线路板的清洗液;加上其不燃和绝缘的惰性特点,目前下游应用领域已经涉及半导体冷却板的冷却、数据中心的浸入式冷却、航空电子设备的喷雾冷却等。
氟化液的优点包括:1)具有优异的电绝缘性和热传导性;2)理想的化学惰性和热稳定性,能广泛使用于各种温控散热场合;3)良好的材料相容性,与绝大多数金属、塑料和聚合物不反应;4)良好的流动性,能在温控系统中很好的流动散热;5)非危险品不燃不爆,无燃点闪点;6)无毒无害无刺激性。氟化液是理想的浸没式冷却液,但目前价格仍较为昂贵。
冷却液类型、代表及性质特点情况
资料来源:公开资料整理
氟化液一般指碳氟化合物,是将碳氢化合物中所含的一部分或全部氢换为氟而得到的一类有机化合物,普遍具有良好的综合传热性能,可以实现无闪点不可燃。同时由于C-F键能较大,碳氟化合物惰性较强,不易与其它物质反应,是良好的兼容材料。根据碳氟化合物的组成成分和结构不同,可再分为氯氟烃(CFC)、氢代氯氟烃(HCFC)、氢氟烃(HFC)、全氟碳化合物(PFC)、氢氟醚(HFE)等种类。
目前CFC种类已全球淘汰;HFC在20世纪90年代被开发出,用于替代氢氯氟碳(HCFC)和其他破坏臭氧层的物质。部分HFC(如HFC-365mfc)可被用于溶剂清洗应用,虽然其不破坏臭氧层,但全球变暖潜能值(GWP)较高。全氟碳化合物(PFC)包含全氟烷烃、全氟胺、全氟聚醚(PFPE)等类型,在沸点和介电常数方面的特性较为适合半导体设备冷却场景,但也有温室效应影响;氢氟醚(HFE)的温室效应影响较小,对臭氧层无破坏,但通常具有较高的介电常数,和印制线路板微带线或连接件直接接触时对信号传输影响较大。综合来看,全氟碳化合物是目前更适合用于数据中心液冷系统的冷却液。
各代氟化液发展进程
资料来源:公开资料整理
二、氟化液产业链
氟化液是一种含氟精细化学品,产业链上游包括氟化工行业、原材料(硫酸、盐酸、氢氧化钠等),产业链下游应用领域已经涉及半导体冷却板的冷却、数据中心的浸入式冷却、航空电子设备的喷雾冷却等,还包括线路板清洗、金属腐蚀、电镀等。
氟化液产业链
资料来源:华经产业研究院整理
氟化液的种类比较多,每种氟化液的成分都不尽相同,生产方式也不相同。以巨化股份全氟聚醚冷却液为例,巨化股份“巨芯”冷却液的主要原料六氟丙烯、氧气在引发剂的作用下,通过调聚氧化、热稳定反应脱除过氧化物、端基化处理、除酸处理、粗品切割等工序得到全氟聚醚产品(冷却液)。
全氟聚醚冷却液生产流程(巨化股份)
资料来源:巨化股份21年报,华经产业研究院整理
相关报告:华经产业研究院发布的《2023-2028年中国氟化液行业市场深度研究及投资战略规划报告》
三、氟化液行业竞争格局
1、国内外产品概况及竞争格局简析
从全球市场竞争格局来看,电子氟化液市场长期被国外企业占据。高性能电子氟化液适用于大数据中心换热所需的冷却介质及尖端产业、电子流体,该生产技术曾长期被国外垄断。国外生产电子氟化液的企业主要有3M、苏威、旭硝子等,上述企业占据了全世界绝大多数市场份额。3M的电子氟化液代表产品有FluorinerTM、NovecTM、Fluere。苏威的代表产品有FomblinYLVAC25/6;旭硝子的代表产品有ASAHIKLINAC、AE系列。
国外部分公司生产的电子氟化液产品情况
资料来源:公开资料整理
目前我国浸没式液冷市场处于初期发展阶段,市场上的用于浸没式相变冷却的电子氟化液种类目前有3M的FC-770,Novec-7200等,价格高,还没有被数据中心大规模使用。目前FC-770批量购买1.28万元/每桶,每桶20kg;Novec-7200批量采购均价约7700元/每桶,每桶15kg。随着氟化液国产化进程的推进,预计未来可有效满足国内冷却液市场需求,冷却液成本降低会也进一步推动浸没冷却法市场规模扩大。
国内部分公司生产的电子氟化液产品情况
资料来源:公开资料整理
2、巨化股份布局情况
巨化股份持股95%的浙江创氟高科新材料有限公司计划投资5.1亿元规划建设5000t/a浸没式冷却液项目,其中一期1000吨/年项目已处于建设阶段,于2022年建成。项目建成后,将成为全球技术领先、单套产能最大的浸没式冷却液生产装置,将有效满足国内企业对浸没式冷却液的需求。
巨化股份5000t/a巨芯冷却液扩产情况
资料来源:公司公告,华经产业研究院整理
四、氟化液行业相关政策梳理
近年来,大数据中心行业受到各级政府的高度重视和国家产业政策的重点支持。国家和地方陆续出台了多项政策,涵盖新型数据中心推动高质量发展、一体化大数据中心推动协同发展、双碳政策驱动行业绿色低碳发展等多个方面,鼓励大数据中心行业发展与创新。产业政策为大数据中心行业的发展提供了明确、广阔的市场前景,为企业提供了良好的生产经营环境。
2020-2021年来中国数据中心行业相关政策梳理
资料来源:政府公开报告,华经产业研究院整理
五、氟化液行业发展前景
1、液冷方案比较
根据液体冷媒和发热源的接触方式,液冷技术可分为冷板式(间接接触)、喷淋式(直接接触)、浸没式(直接接触)3种主要形式。浸没式液冷具有明显的优势:1)在浸没式液冷中,冷却液与发热设备直接接触,具有较低的对流热阻,传热系数高;2)冷却液具有较高的热导率和比热容,运行温度变化率较小;3)浸没式液冷无需风扇,降低了能耗和噪音,制冷效率高;4)冷却液绝缘性能优良,闪点高不易燃,且无毒、无害、无腐蚀。浸没式液冷技术适用于对热流密度、绿色节能需求高的大型数据中心,特别是应用于地处严寒、高海拔地区,或者地势较为特殊、空间有限的数据中心,以及对环境噪音要求较高,距离人群办公、居住场所较近,需要静音的数据中心具有明显的优势。
三种液冷技术性能对比
资料来源:公开资料整理
电子氟化液是一种高稳定性的含氟或全氟液态物质,其透明、无味、不可燃、非油基、低毒性、无腐蚀性、运行温度范围广、热稳定性和化学稳定性高;且具有优异的介电常数、理想的化学惰性、优良的导热性能,因其对环境友好(臭氧层破坏系数为0,全球变暖潜在值低),安全无闪点不易燃,安全性非常高,性能兼容性强而应用在工业、电子等行业产品中,用于物联网、大数据处理中心、5G、高端电子电器设备大量使用的电子运算芯片需要散热处理。目前氟化冷却液是应用最广泛的浸没式冷却液,使用电子氟化液进行浸没式液冷,可从设计、施工到维护和运营,帮助提高效率,同时降低成本,减少对自然资源的依赖。
电子氟化液在浸没式液冷中应用的优点
资料来源:公开资料整理
2、市场空间测算
随着国家双碳政策的推进,2021年底国家发改委、国家能源部发布《贯彻落实碳达峰碳中和目标要求推动数据中心和5G等新型基础设施绿色高质量发展实施方案》提出“全国大型、超大型数据中心到2025年平均PUE降到1.3以下,枢纽点降到1.2以下”。北上广深等一线城市已经开始逐步关闭年均PUE高、功率低的单机架。液体浸没冷却法有效解决这个问题,能耗可降低90%-95%。
根据《中国液冷数据中心发展白皮书》数据,调研国内部分超大型、大型数据中心替代比例观点及传统市场数据得出2025年中国液冷数据中心(乐观)市场规模1330.3亿元,其中浸没式液冷市场占545.4亿元。
2019-2025年中国液冷数据中心市场规模(乐观估计)
资料来源:《中国液冷数据中心发展白皮书》,华经产业研究院整理
液冷数据中心(保守)市场规模1283.2亿元,其中浸没市场占526.1亿元。浸没式液冷数据中心的加速扩张有望同步带动冷却液的需求,尤其是电子氟化液。
2019-2025年中国液冷数据中心市场规模(保守估计)
资料来源:《中国液冷数据中心发展白皮书》,华经产业研究院整理
华经产业研究院对中国氟化液行业发展现状、市场供需情况等进行了详细分析,对行业上下游产业链、企业竞争格局等进行了深入剖析,最大限度地降低企业投资风险与经营成本,提高企业竞争力;并运用多种数据分析技术,对行业发展趋势进行预测,以便企业能及时抢占市场先机;更多详细内容,请关注华经产业研究院出版的《2023-2028年中国氟化液行业市场深度研究及投资战略规划报告》。