2022年船舶綜合電力系統(tǒng)行業(yè)市場格局及應用范圍分析

1、2022年船舶綜合電力系統(tǒng)行業(yè)市場格局及應用范圍分析一、船舶綜合電力系統(tǒng)是艦船動力的第三次革命1.1 艦船推進系統(tǒng)的三次演變進程船舶綜合電力系統(tǒng)將傳統(tǒng)船舶相互獨立的機械推進系統(tǒng)和電力系統(tǒng)以電能的形式合二為一，通過電 力網(wǎng)絡為船舶推進、通信導航、特種作業(yè)和日用設備等提供電能，實現(xiàn)了全船能源的綜合利用。因此船 舶綜合電力系統(tǒng)也被稱作是艦船動力系統(tǒng)的第三次革命（一般認為蒸汽機取代風、人力為艦船動力系統(tǒng) 第一次革命；內(nèi)燃機、燃氣輪機、核動力等化學能為第二次革命）。1.2 當前綜合電力系統(tǒng)技術發(fā)展情況綜合電力系統(tǒng)發(fā)展已發(fā)展到第二代。第一代綜合電力系統(tǒng)為中壓交流綜合電力系統(tǒng)，在各個國家已 經(jīng)取得了廣泛的使

2、用。第二代綜合電力系統(tǒng)為中壓直流電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，目前處于加速建造的進程中。 從構(gòu)成上看，相比于第一代中壓交流綜合電力系統(tǒng)，第二代中壓直流電網(wǎng)結(jié)構(gòu)綜合電力系統(tǒng)在發(fā)電、 輸配電、變配電、推進分系統(tǒng)上有較大的區(qū)別，主要體現(xiàn)在交流工頻發(fā)電機、配電網(wǎng)絡、變壓器等全部 變?yōu)橹袎褐绷鞯陌l(fā)電機、配電網(wǎng)絡與變壓器；同時新增了儲能分系統(tǒng)，升級了能量管理分系統(tǒng)。從性能上看，第二代綜合電力系統(tǒng)消除了原動機轉(zhuǎn)速和母線頻率之間的相互影響，從而讓原動機和 發(fā)電機直接連接不再依靠減速、增速齒輪降低噪聲增加安靜性；同時因為直流輸配電的原因不再需要體 積大的推進變壓器與配電變壓器從而減少變換設備的變壓器的體積與重量；并且因為無需傳輸無

3、功功效 可以減少電纜重量；最后直流綜合電力系統(tǒng)對原動機調(diào)速性能要求低從而使不同參數(shù)、類型的發(fā)電機組 并聯(lián)運行。第二代綜合電力系統(tǒng)相較第一代在性能上有了較大的改進，但與此同時第二代綜合電力系統(tǒng)的制造 也相對困難。其主要難點體現(xiàn)在： 直流系統(tǒng)短路電流不存在自然過零點，因此對中壓直流電網(wǎng)結(jié)構(gòu)中的中壓直流斷路器分斷會很 困難； 同時中壓直流電網(wǎng)結(jié)構(gòu)易出現(xiàn)電壓失穩(wěn)的情況因為推進負載具有負增量阻抗特性，并且系統(tǒng)失 穩(wěn)、系統(tǒng)動態(tài)響應性能變差的情況也易出現(xiàn)因為電力電子交流設備級聯(lián)時輸入的阻抗可能會不與之匹配， 總體而言中壓直流電網(wǎng)結(jié)構(gòu)易出現(xiàn)靜態(tài)穩(wěn)定性問題。1.3 綜合電力系統(tǒng)在關鍵領域優(yōu)勢明顯，是大國先進軍船

4、的重要發(fā)展方向“十三五”期間，中國海軍艦船武器裝備得到了較為快速的發(fā)展，在數(shù)量、噸位、質(zhì)量上都取得較 大的提升。中國海軍首艘國產(chǎn)航母、075 型兩棲攻擊艦、055 型萬噸大驅(qū)接連下水，為國家努力建設強大 的現(xiàn)代化海軍走出了最堅實的一步。 “十四五”的未來四年，我們認為會是中國海軍繼續(xù)“走向深藍”的四年。第一艘國產(chǎn)航母的列裝 中國進入雙航母時代，多艘 055 型驅(qū)逐艦入列中國海軍，如同新時代的中國國防白皮書中所說中國海 軍在“加快推進近海防御型向遠海防衛(wèi)型轉(zhuǎn)變”。在此進程中海軍對于艦船、艦艇的需求有望持續(xù)穩(wěn)步 上升，對艦船配套產(chǎn)業(yè)帶來新的發(fā)展動力，進而帶動整體艦船產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。對于軍用艦船而言，綜

5、合電力推進系統(tǒng)較高的安靜性、機動性、安全性，以及對高能武器的裝配使 用的可能性優(yōu)勢較大，成為了軍船未來的主要發(fā)展方向之一。 綜合電力系統(tǒng)的優(yōu)點在軍用船舶上可以較大程度的體現(xiàn)出來，一直以來，各國海軍都對綜合電力推 進系統(tǒng)的研究與應用傾注了大量人力物力資源。在海軍裝備中，雷達系統(tǒng)、武器系統(tǒng)如垂直發(fā)射導彈等 各系統(tǒng)在全力運行時的瞬時能量消耗極高，尤其是在戰(zhàn)斗狀態(tài)中瞬時對電能的消耗要求極高，而綜合電 力系統(tǒng)的出現(xiàn)就為這些問題提供了一個解決方案，可以監(jiān)控能源的使用從而高效利用能源，同時將電能 通過儲電系統(tǒng)儲存。當戰(zhàn)斗狀態(tài)等艦船需要瞬時大額度能量輸出的時候可以使用儲備電能進行瞬時輸出， 從而一定程度上解決

6、了軍用艦船瞬時、大額消耗能源的問題。未來的戰(zhàn)爭陸、海、空、天、電一體的信息系統(tǒng)是由信息化作戰(zhàn)為核心聯(lián)動的，海上作戰(zhàn)力量-軍 用艦船的信息化率至關重要。 與傳統(tǒng)機械能推動艦船相比，綜合電力推進系統(tǒng)在艦船信息化領域有一定的優(yōu)勢。主要表現(xiàn)為以下 幾點： 對信息的反饋更為可靠。傳統(tǒng)機械推進艦船的推進系統(tǒng)大部分物理量并非電量，因此在信息化 處理時需要其他的設備裝置來達成信息化接口要求，從而使得整體信息系統(tǒng)變得復雜，與之相對的電力 推進系統(tǒng)艦船推進系統(tǒng)使用的物理量是電量，可以直接對信息化系統(tǒng)進行反饋。 信息化改造效率更高，無需新增信息接口或改造接口。傳統(tǒng)推進系統(tǒng)的艦船的電力設備許多都 不存在信息接口，因而

7、需要進行信息化改造增加設備的信息接口或?qū)σ延薪涌谶M行改造，需要動用額外 的人力物力成本。而電力推進系統(tǒng)艦船在建造時因為綜合電力系統(tǒng)需要對各種信息監(jiān)管控制，多數(shù)設備 網(wǎng)絡在建造時就具備了處理信息的能力，所以在信息化改造的進程中效率較高。 自動化程度更高，無需新增光纖、網(wǎng)絡設備等。傳統(tǒng)推進系統(tǒng)的船只在建造時因為采用軸系等 機械能傳輸裝置所以對于光纖和網(wǎng)絡設備的鋪設不足，在進行信息化改造的過程中需要增設許多此類設 備。反之電力推進系統(tǒng)的艦船在建造時就鋪設了光纖和網(wǎng)絡設備等，自動化程度高，遇到事故故障時本 身就帶有自動糾錯能力而且各類信息會通過光纖電纜等傳輸進信息化系統(tǒng)共享。從技術層面來看，我國在 2

8、003 年海軍工程大學艦船綜合電力技術重點實驗室在世界上首先提出中壓 直流綜合電力技術路線，此路線為用第二代綜合電力系統(tǒng)的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)為第一代綜合電力系統(tǒng)的分系統(tǒng)供 電，是一代半艦船綜合電力系統(tǒng)。我國的一代半中壓直流綜合電力系統(tǒng)在應用了第二代綜合電力系統(tǒng)網(wǎng) 絡結(jié)構(gòu)的優(yōu)點之上規(guī)避了第二代綜合電力系統(tǒng)可能會出現(xiàn)的問題，目前在國際綜合電力系統(tǒng)中有多項成 果達到或超過發(fā)達國家的同等水平。因此我們認為，綜合電力系統(tǒng)在海軍主戰(zhàn)艦艇上的應用未來可期， 且有望取得快速發(fā)展。以美國海軍為例，根據(jù)美海軍向國防部提交的 2020 財年長期造艦計劃，美國海軍預計 2022 年到 2051 年的 30 年間共建造 404

9、艘艦艇，其中戰(zhàn)略支援艦艇占比最多為 20%，攻擊潛艇占比第二約為 19%，小型水 面艦艇、兩棲戰(zhàn)艦和大型水面艦艇分別占比 19%、17%和 14%，其余艦船種類占比較少。 其中潛艇全部使用了全電力推進系統(tǒng)（一般來說潛艇可看作電推艦船）；小型水面艦艇因為其噸位小、 搭載武器少對高瞬時用電量的需求不大等原因?qū)C合電力系統(tǒng)需求不大；兩棲攻擊艦中黃蜂型兩棲攻擊 艦采用了整合電力推進系統(tǒng)，美利堅級采用了柴電燃聯(lián)合推進系統(tǒng)，可見電力推進仍是主要發(fā)展方向之 一。戰(zhàn)略支援類船只中如海洋監(jiān)測船、艦隊補給游輪等也使用了綜合電力推進系統(tǒng)。大型水面艦艇中阿利伯克級驅(qū)逐艦并未使用綜合電力系統(tǒng)，朱姆沃爾特級使用綜合電力系

10、統(tǒng)但已停 止建造，未來 30 年間的建造方向為短期仍建造阿利伯克三型驅(qū)逐艦，未來將建造 DDG（X）驅(qū)逐艦。2022 年 1 月 12 日，在美國水面艦艇協(xié)會研討會上，美國海軍展示了下一代驅(qū)逐艦 DDG（X）的“初步概念設計 草案”。該概念設計草案中明確顯示了美國的下一代驅(qū)逐艦 DDG（X）的動力采用了綜合電力系統(tǒng)，同時搭 載了高能激光武器、相控陣雷達等高耗能裝備以充分發(fā)揮綜合電力系統(tǒng)的優(yōu)勢。 考慮到美國海軍學院網(wǎng)站披露的信息上對相控陣雷達和未來激光武器等高能武器、雷達的用電需求， DDG（X）也將會采用綜合電力系統(tǒng)?？梢娫诿绹磥?30 年的造艦計劃中綜合電力系統(tǒng)有望實現(xiàn)快速發(fā)展， 且搭載綜

11、合電力系統(tǒng)的艦船以噸位大、造價高的大型艦艇為主。世界主要國家海軍的水面主戰(zhàn)艦艇中已入列及公布建造計劃的使用綜合電力系統(tǒng)的型號包括了英國 皇家海軍的 45 型驅(qū)逐艦（6 艘）、伊麗莎白女王級航空母艦（2 艘）、朱姆沃爾特級驅(qū)逐艦（3 艘）以及 DDG（X）驅(qū)逐艦?？梢钥闯鰧τ?、美國等傳統(tǒng)海軍強國來說綜合電力系統(tǒng)有望成為近期及未來設計水 面主戰(zhàn)艦艇動力系統(tǒng)時的主要發(fā)展趨勢之一。二、國際船舶綜合電力系統(tǒng)市場格局船舶電力推進系統(tǒng)的市場壁壘與技術壁壘相對要高，目前國際船舶電力推進市場主要被 ABB 集團、通 用電氣與西門子瓜分，占據(jù)全球市場 80%以上的市場份額。2.1ABB-民用船舶電推系統(tǒng)領軍者A

12、BB 公司的船舶電推系統(tǒng)主要為 Azipod系列推進系統(tǒng)產(chǎn)品，Azipod系列推進產(chǎn)品已有 30 余年歷 史，適用于貨船、游艇、郵輪、破冰船、海工船等各類船型，至今已在超過 25 類船型中取得應用。郵輪 是 Azipod系列產(chǎn)品的重要市場之一，自 25 年前首次安裝在郵輪上以來，Azipod裝置僅在郵輪部分就 節(jié)省了約 1000000 噸燃油，同時以 99.9%的可用率運行了超過 2000 萬小時。我們認為，Azipod系統(tǒng)的優(yōu)勢經(jīng)濟性、可靠性、安全性、操作性、多能源整合性、安靜性、節(jié)省空 間、安裝簡單、提供本地數(shù)字平臺與可在現(xiàn)有船舶上改裝完美契合了我們前文中所述綜合電力系統(tǒng)的在 經(jīng)濟性、安靜

13、性、機動性、操作性、安全性、底倉利用率、高能武器裝配與信息化等方面擁有的優(yōu)勢。 公司在 30 余年間對 Azipod系統(tǒng)的持續(xù)優(yōu)化與改進使該推進系統(tǒng)逐步靠近、貼合綜合電力系統(tǒng)的優(yōu)勢。從產(chǎn)品上來看，Azipod系列推進系統(tǒng)擁有功率范圍從 1MW 到 22MW 的產(chǎn)品，使其適配從小型船只到 能在最惡劣條件下運行的破冰船等各類船型。Azipod推進系統(tǒng)是一種無齒輪可操縱推進系統(tǒng)，其電力驅(qū) 動電機安裝在船外的吊艙，可 360 度旋轉(zhuǎn)以提高船舶的機動性與運行效率，燃油消耗量至多比傳統(tǒng)軸系系 統(tǒng)船只減少 20%。根據(jù)產(chǎn)品的用途與功率范圍的不同，ABB 公司將其 Azipod產(chǎn)品分為高冰級 Azipod系

14、列、7.6-22MW 功率 Azipod系列與 1-7.5MW Azipod系列三類。 ABB 公司的高冰級 Azipod系列有經(jīng)過數(shù)十年經(jīng)驗驗證的推進技術以確保破冰作業(yè)的成功，可以在惡 劣的環(huán)境條件下獨立冰上運行，且運行計劃可預測。高冰級 Azipod系列支持 DAS（double acting ship） 概念，使其裝機功率與能源消耗可最多降低 50%。Double acting ship 是指設計用于在開闊水域和薄冰中 前進，但在重冰條件下掉頭并后退的破冰船類型。我國的雪龍 2 號極地科學考察破冰船就采用了 Azipod VI 電力推進系統(tǒng)。2.2 通用電氣-軍、民市場齊發(fā)力通用電氣船舶

15、電力推進業(yè)務屬于公司電力轉(zhuǎn)換（power conversion）業(yè)務的一部分，通用電氣對電力 轉(zhuǎn)換業(yè)務的官方定義為應用電力轉(zhuǎn)換科學和系統(tǒng)，幫助推動世界能源基礎設施的電力轉(zhuǎn)型。設計提供先 進的電機、驅(qū)動和控制技術，使工業(yè)流程朝著更清潔、更具生產(chǎn)力的未來發(fā)展，電力轉(zhuǎn)換業(yè)務服務于能 源、海洋、工業(yè)和所有相關業(yè)務。公司電力轉(zhuǎn)換業(yè)務分為海事、油氣與發(fā)電業(yè)務三類，電力推進業(yè)務屬 于海事業(yè)務分類，通用電氣的海事業(yè)務包括了軍船、航運（民船）與近海（近海采油采氣等）業(yè)務三類。 與 ABB 不同，通用電氣著力于在軍、民兩類船舶市場中推廣其電推系統(tǒng)產(chǎn)品，在軍品中通用電氣產(chǎn)品 供給了美海軍首艘采用綜合全電力推進（IF

16、EP）的水面艦艇朱姆沃爾特級驅(qū)逐艦，并且提供了美海軍潛 艇的電力推進系統(tǒng)。在民船領域，通用電氣的解決方案包括電船、電推系統(tǒng)、船電網(wǎng)絡與混動船等，采用通用電氣解決 方案的船只可以獲得 10%-20%的燃油效率提升。通用電氣的電推系統(tǒng)包括了船上電力供應和網(wǎng)絡、能源管 理、自動化、控制、動態(tài)定位和數(shù)字技術等的無縫協(xié)作，以滿足船舶的全功率需求，包括節(jié)能推進、服 務負載和高能耗操作系統(tǒng)。通用電力深耕電推系統(tǒng)多年，形成了多項技術、產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢，具體來看: 公司產(chǎn)品包括低壓與更高的中壓體系結(jié)構(gòu)，并針對使用空間和效率進行了優(yōu)化。 公司電推系統(tǒng)采用 1-40MW 系統(tǒng)，且可擴展至 120MW。 公司電推系統(tǒng)安全且易

17、于配置、安裝、調(diào)試和維護。 公司對海洋應用和船級標準了解深入，包括網(wǎng)絡安全與船舶冰區(qū)等級等。通用電氣公司的船舶綜合電力推進系統(tǒng)適用范圍廣，從較小的支援船只到較大的起重船，再到最新 式的郵輪和油輪均有使用，同時公司提供混合動力系統(tǒng)的解決方案。公司的綜合電力推進系統(tǒng)與混合動 力系統(tǒng)為提高客戶能效與脫碳能力的促成因素以幫助客戶達成最新的能效法規(guī)的要求。與競品相比通用 電氣的綜合電力推進系統(tǒng)具有以下特點 船舶電網(wǎng)用途廣泛，對小型船舶和最大型的運輸船和深水海洋工程船同樣適配。 可以在一個連接系統(tǒng)中整合推進設備與船載設備所需能量。 電力推進與吊艙式推進滿足了高機動性和推理要求從而提高燃油效率至多 10%。

18、 幫助船舶在整個使用壽命內(nèi)滿足未來不斷增長的電力需求，例如適應新的操作設備。 是最適合將未來能量技術與能源作為插件使用的解決方案，比如將多種清潔能源混合使用。三、船舶綜合電力系統(tǒng)市場分析3.1 美國軍用綜合電力系統(tǒng)市場測算根據(jù)美國海軍未來 5 年造艦計劃的經(jīng)費來看，所有艦船未來 5 年總預算為 1470.6 億美元，剔除并未 使用綜合電力系統(tǒng)的航母、DDG-51 與補油船 TAO-205 等型號，假設潛艇與其余輔船均使用綜合電力系統(tǒng) （一般來說軍輔船與潛艇上綜合電力推進系統(tǒng)應用較為廣泛），則美國海軍未來 5 年所造艦船中會使用電 力推進系統(tǒng)的艦船預算約為 886.85 億美元，使用電力推進系統(tǒng)

19、的艦船約占總預算的 60.31%，裝配電力推 進系統(tǒng)的艦船的未來市場占比較高。對于綜合電力系統(tǒng)的造價，我們選擇以采用綜合電力推進系統(tǒng)的美國哥倫比亞級潛艇為例，哥倫比 亞級潛艇等推進系統(tǒng)在總造價中占比 11.32%，考慮到哥倫比亞級采用的是核電動力系統(tǒng)，對于一般柴油電動力系統(tǒng)來說我們以綜合電力系統(tǒng)在艦船總造價的 10%計算，我們預估在接下來 5 年美國海軍綜合電力 系統(tǒng)的市場空間為 89 億美元左右，以美元兌人民幣匯率 1：6.6 測算，未來 5 年美國軍船綜合電力系統(tǒng)市 場約為 587.4 億元。3.2 我國軍用綜合電力系統(tǒng)市場測算從我國軍用艦艇的市場來看，我國軍用艦艇的主要供應商為中國船舶集

20、團有限公司的子公司中國船 舶工業(yè)集團有限公司以及中國船舶重工集團有限公司。軍用船舶在兩船集團營業(yè)中的占比以其上市子公 司中船重工為例，2021 年中船重工股份有限公司的總營業(yè)收入為 395.39 億元，其中海洋防務及海洋開發(fā) 裝備（注：海洋防務及開發(fā)裝備并不等同公司的軍品收入，這里我們僅以此為假設依據(jù)）為 74.43 億元， 占總營業(yè)收入的 18.83%。但軍用艦船，尤其是大型艦艇有建造期比較長，因此我們不單以 2021 年一年數(shù)據(jù)為準，2020 年中國重工的海洋防務及海洋開發(fā)裝備占總營業(yè)收入的 22.99%、2019 年占總營業(yè)收入的 40.72%，18 年占總營業(yè) 收入的 35.77%，造

21、成變動的主要原因為船舶行業(yè)制造周期較長、產(chǎn)品建造節(jié)點的不均勻分布。綜合來看， 2018 年2021 年，中國重工海洋防務及海洋開發(fā)裝備占營業(yè)的比重約在 30%左右。在這里我們選用上市 公司中三大涉及軍船的船舶建造企業(yè)中國船舶、中國重工與中船防務，2021 年此三家船舶上市企業(yè)的總 營業(yè)收入之和為 1109.51 億元，分別假設軍船收入占造船公司營業(yè)收入的 25%、30%與 35%，再類比計算美 國軍船綜合電力市場空間時假設綜合電力系統(tǒng)在軍船中占比 10%。3.3 綜合電力系統(tǒng)在民船上的應用情況對于民用船只來說，船舶綜合電力系統(tǒng)對化學燃料的消耗相對更少、艦船空間可利用率更高，同時 操作方便簡潔，

22、推進機轉(zhuǎn)速易于調(diào)節(jié)等，可成本端優(yōu)勢較為顯著。 在船舶領域，軍用技術轉(zhuǎn)入民用發(fā)展較為成熟，特別是非戰(zhàn)斗系統(tǒng)的軍用技術很多時候都會對制造 大型民用船只提供助力。綜合電力推進系統(tǒng)類似，目前在民船領域使用的中壓交流與低壓交流兩種形式 的電力推進系統(tǒng)也得到了推廣和應用，在豪華游輪、海洋工程船等大型船只電力推進系統(tǒng)的使用也逐漸 增多。 我國民船領域綜合電力推進系統(tǒng)也取得了穩(wěn)步發(fā)展。根據(jù)新華社 2018 年 5 月的消息中船重工“船舶 綜合電力推進系統(tǒng)工程化技術研究”項目已通過工信部驗收，我國已完全具備了自主知識產(chǎn)權的低、中 壓系統(tǒng)核心設備的生產(chǎn)能力。而且電力推進系統(tǒng)已經(jīng)在中國科考船、挖泥船、起重船、海洋工

23、程船、豪 華游輪等多個船型進行 30 余套實船應用。綜合電力推進在民船領域的推進也在逐年急劇增長，根據(jù) Clarksons 的數(shù)據(jù)在 2000 到 2009 年的所有 新簽船舶建造合同中電力推進船舶在總合同中占比在 5%以下，在 2010 年到 2016 年間電力推進船舶在總 合同中占比在 7%到 11%之間，而到了 2017 年電力推進船舶在總合同中占比達到 22%。不止在新建造艦船 中采用綜合電力系統(tǒng)船舶的占比上，在數(shù)量上采用電力推進系統(tǒng)的船舶也有較大幅度的增長，1995 年采 用電力推進系統(tǒng)的船舶總共僅有 269 艘，而這個數(shù)量在 2013 年變成了 1750 艘。在此基礎上，采用電力推

24、 進系統(tǒng)的船舶在總船舶中的占比也仍有提升趨勢。 同時對于高技術難度、高附加價值的大型民船如液化天然氣（LNG）船等對于電力推進的裝配、依賴 度也很高。此類伴隨高精尖技術帶來高附加價值的大型民船對電力推進系統(tǒng)的需求一定程度上反映出來 了未來民船市場對于電力推進系統(tǒng)的需求。3.4 綜合電力系統(tǒng)順應我國未來民船發(fā)展方向?qū)ξ覈C合電力系統(tǒng)在民船市場而言，國內(nèi)船舶市場是主要的目標市場。根據(jù)中國船舶工業(yè)行業(yè)協(xié) 會的數(shù)據(jù)，以修正總噸計算自 2008 年我國船舶新接訂單成為世界第一以來，除 2011 年和 2018 年略低于 韓國外，其余年份中國新船訂單始終保持世界第一，2019 年以來更是實現(xiàn)了全球接單量的

25、“三連冠”。 我國民船市場目前主要有 2 大增長邏輯，一是民船市場的下一輪景氣周期可能正在到來，二是我國 向高技術船舶產(chǎn)業(yè)領域邁進趨勢明顯。在兩大發(fā)展邏輯的推動下，我國民船市場的需求量與價格有望共 同提升。民船市場的兩大增長邏輯也正對應著我國綜合電力系統(tǒng)在民船領域的發(fā)展方向。從邏輯一來看，民 船行業(yè)是典型的長周期行業(yè)，周期的上行下行趨勢極大程度上影響了整個市場的景氣程度，同時民船行 業(yè)與海運行業(yè)、大宗商品行業(yè)等關聯(lián)度極高，整體船齡更是直接影響因素，上一輪新船交付高峰期為 2003-2011 年，在船齡老化了接近 20 年的當下可以預計船只的交替期正在到來。在當前我國的民船制造 領域，我國船東傾

26、向于在我國船廠下單，以 2022 年一季度為例我國船東全部訂單均在我國船廠下單，而 且我國船廠也更傾向于使用本國技術產(chǎn)品。因此伴隨著民船行業(yè)下一輪景氣大周期的到來，我國綜合電 力系統(tǒng)有望受益于我國造船產(chǎn)業(yè)在世界造船業(yè)的領先地位，進一步推進我國綜合電力系統(tǒng)在民船領域中 的使用。從邏輯二來看，我國造船市場正逐步從過去主要建造散貨船、油船、集裝箱船等相對低附加價值船 型發(fā)展為建造液化天然氣 LNG 船、液化石油 LPG 船，滾裝船、超大型集裝箱船、豪華郵輪等建造難度大、 單船定價高的高附加價值船型。對于高附加價值船型而言綜合電力系統(tǒng)的經(jīng)濟性、安全性與艦船空間可 利用率高等特點都契合了該類船型的需求。

27、正如前文所說第一代的綜合電力系統(tǒng)適合在大型艦船中推廣 使用所以對于豪華游輪、海洋工程船等大型船只電力推進系統(tǒng)的使用也逐漸增多。因此受益于我國民船域向高附加價值船型的技術升級綜合電力系統(tǒng)有望拓展市場空間。四、船舶綜合電力系統(tǒng)的應用-裝配電磁彈射器與高能武器綜合電力系統(tǒng)除了擁有對船體本身的安靜性、機動操作性、安全性等優(yōu)勢外，其另一個重要優(yōu)勢就 在于其系統(tǒng)對于高能武器裝配的適應性。高能武器顧名思義，是一種高能量但是伴隨著高耗能的新式武 器，其特點在于瞬時釋放極高的能量，但這同時也意味著作為其載體艦船也需瞬時為該類武器提供其所 需的超高能量，這對于戰(zhàn)時本身就需要維持全速推進船體與相控陣雷達等系統(tǒng)耗能的

28、艦船無疑是很大的 負擔。綜合電力系統(tǒng)是這一難題的解決方法之一。 在上文我們論證了綜合電力系統(tǒng)可以根據(jù)各用電裝備的需求合理分配艦船產(chǎn)生的、儲存的電量從而 極大的提升整個用電系統(tǒng)的效率，對于瞬時需求高耗能的高能武器系統(tǒng)來說，和可以在平時提高用電效 率將剩余電量儲存并在需要時瞬時分配自己所需的大量電能的綜合電力系統(tǒng)的相性極好。綜合電力系統(tǒng) 也為更多高能武器上艦提供了良好的土壤。4.1 電磁發(fā)射技術電磁發(fā)射技術是繼機械能發(fā)射、化學能發(fā)射后的新概念發(fā)射方式，本質(zhì)上是用電磁能做功的方式， 將電磁能轉(zhuǎn)換成發(fā)射的有效載荷需要的動能。與化學能發(fā)射技術相比電磁能發(fā)射技術可以在瞬間提供極 大的動能同時將質(zhì)量范圍從克

29、級到幾十噸的載荷短時間、短距離內(nèi)加速到極高速度，同時對比化學能發(fā) 射技術其初始速度、射速、能量極限等方面都有一定的突破。電磁發(fā)射技術根據(jù)其發(fā)射長度和末速度可 分為三類技術應用。在電磁發(fā)射的三類技術應用中，電磁彈射技術是目前技術應用最多、相對最成熟的一種。對電磁彈 射技術最直觀的應用是電磁彈射裝置，電磁彈射裝置的原理是應用電磁感應原理將電能轉(zhuǎn)為將飛機彈射 起飛的機械能，此裝置的應用可以大幅縮短飛機起飛所需要的距離等要求并且提升飛機的起飛初始速度。 在應用上一般應用于兩種受制于起飛距離要求的場合：1、航母上的艦載機彈射起飛，2、隱蔽短跑道的 快速起飛。其中在航母上對艦載機彈射起飛是目前電磁彈射裝置

30、的最主要應用方式，故下文將重點介紹 此類應用方式的特點與革新。在電磁彈射技術應用之前，航母艦載機的彈射由蒸汽彈射裝置完成，相較 于蒸汽彈射技術電磁彈射技術在彈射能力、彈射性能、可靠性、適裝性、運行維護成本等 5 項核心數(shù)據(jù)上 均有不小的提升。電磁彈射器的基本原理就是將航母提供的電能儲存然后通過直線電機在彈射飛機的過程中將電能轉(zhuǎn) 換為飛機的動能釋放。 以下為美國通用原子公司的電磁彈射器的架構(gòu)圖，由 6 個分系統(tǒng)組成；根據(jù)其結(jié)構(gòu)可見電磁彈射器涉 及的 4 項關鍵技術為儲能技術、大功率電力調(diào)節(jié)技術、直線電機技術與彈射控制技術。電磁彈射需要在 3 秒內(nèi)輸出上百兆瓦的功率，航母無法直接瞬時提供這么高的電

31、力因此需要將電力儲存以達到瞬時輸出要 求。儲能技術需要能量密度高的儲能方式以減少體積從而達到在軍艦上使用的要求。大功率電力調(diào)節(jié)技 術的作用是將電力儲存系統(tǒng)中的電能實現(xiàn)電能的變換從而讓儲存的電能驅(qū)動直線電機，該項技術的難點 在于處理的電能瞬態(tài)功率高、電壓大，但民用領域的大功率電力調(diào)節(jié)技術已經(jīng)廣泛應用。直線電機技術 是通過動、定子間無機械接觸從而僅通過電磁力完成電能到直線運動動能的轉(zhuǎn)換，該項技術的難點在于 對功率、能量效率的提升和對環(huán)境的適應能力。彈射控制技術是用實時、閉環(huán)的控制精確控制彈射末速 度與彈射中的加速度，該項技術的難點在于處理直線電機的實時反饋與對信息的交互處理。目前通過公開資料查詢，

32、在世界海軍已服役的航母中僅有美國的福特級核動力航母有使用電磁彈射 系統(tǒng)，在其 2017 年入列服役的福特級首艦福特號航母、2019 年下水的肯尼迪號航母以及在建的企業(yè)號與 米勒號航母全部應用了飛機電磁彈射系統(tǒng)。 根據(jù) 2022 年美國海軍部的預算文件針對目前在建的 CVN-81 米勒號航母的電磁彈射系統(tǒng)預算約為 5.93 億美元，而 CVN-81 米勒號航母的整體預算為 124.84 億美元，作為單系統(tǒng)在整體造價中占比約為 4.75%， 占比很高。美國海軍部將電磁彈射系統(tǒng)歸為了航母武器系統(tǒng)的范圍，以 CVN-81 米勒號航母為例，其整體 武器系統(tǒng)總造價為 9.88 億美元，占航母總造價的 8.

33、14%，而單一子系統(tǒng)的電磁彈射系統(tǒng)就為 5.93 億美元， 占武器系統(tǒng) 60%，同時與電磁彈射系統(tǒng)相對的電磁攔阻系統(tǒng)造價 2.29 億美元。電磁彈射系統(tǒng)作為航母武器系統(tǒng)存在對外軍貿(mào)的可能性。以近期披露的美國首次批準出口航母電磁 彈射系統(tǒng)為例，根據(jù)美國國防安全合作局的聲明，美國將對法國出售電磁彈射系統(tǒng)（EMALS）和先進攔阻 裝置（AAG），它們將用于法國海軍的下一艘航空母艦上，預計總金額會達到 13.21 億美元，占到法國新航 母總投資的 23%。美國 CVN-81 米勒號航母的電磁彈射與阻攔系統(tǒng)合計 8.22 億美元，對法國軍貿(mào)出口的此 兩套設備價格比本國采購溢價 4.99 億美元，為本國采

34、購的 1.61 倍。軍貿(mào)產(chǎn)品意味著較高的溢價以及更高 的利潤空間，如果電磁彈射系統(tǒng)可以成功作為軍貿(mào)品出售會進一步提升該系統(tǒng)的市場空間。電磁彈射系統(tǒng)的另一使用場合為隱蔽短跑道的快速起飛，對現(xiàn)代戰(zhàn)爭而言機場往往會是重點打擊目 標，以俄烏沖突為例，在沖突初期俄方使用精確制導武器打擊烏方基礎軍事設施、防空設施、軍用機場 和飛機，同時俄方組織傘兵對烏安東諾夫機場實施控制。在機場跑道被毀或機場遭控制后隱蔽短跑道的 作用將會凸顯，而電磁彈射裝置可以實現(xiàn)相對較短的距離助推飛機起飛，對非垂直起降飛機而言是助力 其短跑道起飛的重要因素。因此，備有電磁彈射系統(tǒng)以應對戰(zhàn)時隱蔽短跑道起飛需求可以為電磁彈射系 統(tǒng)打開全新

35、市場空間。同時，與航母上的艦載機彈射起飛相比，此類應用的軍貿(mào)空間更加廣闊；當前全 球范圍內(nèi)有建造航空母艦能力的國家相對有限，作為航母武器系統(tǒng)應用的電磁彈射系統(tǒng)的潛在買家相對 局限；而對隱蔽短跑道快速起飛的需求相對旺盛，潛在買家較多，可以進一步擴寬電磁彈射系統(tǒng)的市場 空間。4.2 高能武器-電磁軌道炮與高能激光武器電磁軌道炮是對電磁發(fā)射技術的應用成果之一，與傳統(tǒng)化學能發(fā)射應用火藥燃氣壓力作用于炮彈不 同，電磁軌道炮利用電磁力沿導軌發(fā)射炮彈，與傳統(tǒng)化學能發(fā)射相比可以產(chǎn)生更高的初速度與更大的炮 口動能從而提升射程、打擊能力并減少打擊時間。電磁炮技術目前仍無確切的上艦信息，美國方面的幾次實驗仍然顯示出

36、目前其達成預定目標的炮口 動能 64 兆焦仍差距較大，伴隨著預計搭載電磁炮武器的朱姆沃爾特級驅(qū)逐艦項目不再繼續(xù)建造與 2022 年 美國海軍部預算文件顯示 2022 年不再進行電磁軌道炮項目的開發(fā)，可以基本認為當前電磁炮技術在美國 軍艦上應用的可能性較小。 高能激光武器是用高能激光對遠距離目標進行精確射擊或?qū)椃烙奈淦?，與電磁彈射和電磁炮一 樣，高能激光武器也有瞬時高耗能的特點；同時因為目前技術導致激光武器體積較大，無法靈活裝配等 特點，水面艦艇依托其較大的甲板空間，綜合電力系統(tǒng)對瞬時高能耗的供給等優(yōu)勢，無疑是激光武器很 好的載體。目前的艦載激光武器可以通過其能耗需求來簡單分成低能激光武器與

37、高能激光武器兩種，低能激光 武器目前以有較為成熟的體系，以激光眩目武器為主，并非直接對武器或飛機進行硬殺傷損毀而是主要 對光學系統(tǒng)、駕駛員等使用。而高能激光武器在保留炫目等低能激光武器的特點上擁有了硬殺傷損毀能 力，可以依托高能激光光束損毀導彈、飛機甚至近距離的敵艦。在 2022 年 1 月美國海軍公布的對未來美 國新一代驅(qū)逐艦 DDGX 的規(guī)劃預案上提到了該新型驅(qū)逐艦會使用綜合電力系統(tǒng)與艦首 1 個 150 千瓦的激光 武器和艦側(cè)可能會裝配 2 個 600 千瓦的高能激光武器。五、重點公司分析5.1 湘電股份：傳統(tǒng)船用電工裝備領軍企業(yè)，新時代電力推進系統(tǒng)先行者湘潭電機股份有限公司（以下簡稱“

38、湘電股份”或“公司”）為湘電集團下屬子公司，同時也是湘電 集團集中主業(yè)部分的優(yōu)良資產(chǎn)，于 1999 年底聯(lián)合北京地鐵總公司等 6 家企業(yè)共同發(fā)起設立，2002 年 7 月 A 股上市，代碼 600416.SH，主營業(yè)務為大中型交直流電機(含特種電機)、水泵、礦用采運設備(含特種車 輛)和城市軌道交通車輛及電氣成套設備的生產(chǎn)和銷售。 2020 年 6 月，公司剝離大幅虧損多年的子公司湘電風能，經(jīng)過業(yè)務重整和經(jīng)營發(fā)展，2020 年實現(xiàn)扭 虧為盈及業(yè)績上升，2021 年 4 月完成脫星摘帽。2020 年公司營業(yè)收入 46.96 億元，歸母凈利潤 0.75 億 元；公司實現(xiàn)營業(yè)收入 40.26 億元（

39、-14.28%），2021 年公司無風力發(fā)電系統(tǒng)項目營收，剔除風力發(fā)電系 統(tǒng)業(yè)務，同口徑相比增長 120.60%。；實現(xiàn)歸母凈利潤 0.79 億元（+5.60%），扣非歸母凈利潤為 0.15 億 元，增加 2.98 億元，為 2018 年后首次為正，同時毛利率 19.15%（+5.75pcts），創(chuàng) 2013 年以來新高；凈 利率 2.91%（+0.67pcts），創(chuàng) 2011 年以來新高。1 特種產(chǎn)品及備件類：電磁能產(chǎn)品是公司“三電”（電磁能+電機+電控）主業(yè)之一，也是公司以軍工 產(chǎn)業(yè)發(fā)展作為走向高質(zhì)量發(fā)展的突破口。公司主要聚焦海軍新型裝備建設需求，在海軍工程大學創(chuàng)新團 隊的技術引領下形成了

40、綜合電力、電磁發(fā)射兩大核心技術，并處于世界領先地位。公司是我國艦船綜合 電力推進系統(tǒng)、特種發(fā)射系統(tǒng)唯一承制單位，相關技術榮獲國家科技進步特等獎，產(chǎn)品技術與制造能力 在國內(nèi)外處于領先地位，多項研制產(chǎn)品填補國內(nèi)空白，具備獨一無二的優(yōu)勢，相關產(chǎn)品市場占有率 100%。 2021 年公司特種產(chǎn)品及備品類業(yè)務營業(yè)收入 12.02 億元（+125.91%）電機產(chǎn)品類：從電機產(chǎn)品來看，公司背靠“雙碳”政策的高效節(jié)能電機業(yè)務增長明顯，2021 年市 場訂貨繼續(xù)保持兩位數(shù)增長，年訂貨同比增長 40%，重點產(chǎn)品及成套業(yè)務訂單翻倍。同時公司積極推動相 關節(jié)能產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，未來重點開發(fā)飛輪儲能電機、余熱發(fā)電系統(tǒng)等節(jié)

41、能產(chǎn)品，目前已與知名院士及 其團隊合作完成 315 千瓦 ORC 系統(tǒng)樣機制造。風力發(fā)電機方面，公司擁有海上風力發(fā)電技術與檢測國家 重點實驗室、國家能源風力發(fā)電機研發(fā)實驗中心等兩個風力發(fā)電相關國家級創(chuàng)新平臺；公司也是國內(nèi)最先自主研發(fā)大型風電裝備研制企業(yè)，擁有領先的永磁直驅(qū)風力發(fā)電機組技術。公司在 6 兆瓦及以下直驅(qū)、 半直驅(qū)、雙饋風力發(fā)電機以及風電變頻器、風電輔機等配套市場推廣上位于行業(yè)前列，未來在存量風場 改造、大型風場建設、海上風場建設等領域?qū)砭薮笈涮资袌?。電控產(chǎn)品：公司是國內(nèi)最早生產(chǎn)城市軌道交通車輛配套電機電氣專業(yè)廠家，從 1964 年開始為北京 地鐵研制車輛全套電氣設備到現(xiàn)在，在國內(nèi)（北京、成都、深圳等地）電氣牽引設備市場領域占據(jù)領先 主導地位。公司電氣控制系統(tǒng)、電驅(qū)系統(tǒng)等可應用于風電、軌道交通、工程車輛、礦山運輸?shù)阮I域，具 有核心競爭力。其中投資總額最多的項目為車載特種發(fā)射裝備系統(tǒng)系列化研制及產(chǎn)業(yè)化建設，公司已為下一階段特 種產(chǎn)品及備件產(chǎn)業(yè)的研制、生產(chǎn)布局。同時，公司年報披露公司與知名院士團隊合作，新培育孵化的車 載特種某裝備系統(tǒng)正逐步向系列化和產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)化。特種發(fā)射相關產(chǎn)品也是公司融合一體的軍民共同建設、 優(yōu)勢互補、快速發(fā)展的模式的應用，公司正在開展民用衛(wèi)星發(fā)射技術和產(chǎn)品研發(fā)。5.2 中國動力：軍品民品齊發(fā)力，主營業(yè)務覆蓋全部主流動力系統(tǒng)類型中國船