專用特種電源行業(yè)分析

專用特種電源行業(yè)分析

電力電子行業(yè)迎來大發(fā)展隨著光伏和風(fēng)電發(fā)電占比逐漸提高，電源管理產(chǎn)品，如逆變器、升壓降壓等，以及相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈需求也將同步增長。在新能源汽車領(lǐng)域，同樣需要對電壓進(jìn)行變換從而可以驅(qū)動電機和為電池充電，對于電源管理產(chǎn)品的需求量更大。隨著光伏發(fā)電成本不斷降低和發(fā)電效率逐年提升，全球光伏平價時代正式來臨。光伏因其綠色、環(huán)保的特點，在全球范圍內(nèi)持續(xù)高速發(fā)展，裝機容量不斷增長，技術(shù)持續(xù)創(chuàng)新。根據(jù)國際可再生能源署（IRENA）預(yù)測，到2050年，全球光伏滲透率將達(dá)到25%，相當(dāng)于目前的10倍，光伏行業(yè)的發(fā)展速度和發(fā)展空間將大幅提升。據(jù)SolarPowerEurope預(yù)測，2025年全球光伏市場新增裝機可達(dá)346．7GW，2021-2025年年復(fù)合增速15%。電力電子器件細(xì)分領(lǐng)域概況電力電子器件細(xì)分領(lǐng)域多，行業(yè)整體增速較緩，大廠傾向于業(yè)內(nèi)并購，通過布局新領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)增長。國內(nèi)電力電子器件市場規(guī)模大，產(chǎn)業(yè)仍處于起步階段。然而供應(yīng)鏈仍然被國外廠商所壟斷，國內(nèi)企業(yè)相對而言規(guī)模較小、技術(shù)落后、品類不全，產(chǎn)業(yè)仍然處于起步和加速追趕的階段。預(yù)計今后幾年在政策的推動、資金的支持以及市場需求等多重因素帶動下，中國電力電子器件行業(yè)發(fā)展向好。中國電力電子行業(yè)現(xiàn)如今總值達(dá)500億元，持續(xù)穩(wěn)中向上發(fā)展趨勢。電力電子行業(yè)對中國人的生活已經(jīng)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。隨著工業(yè)4．0的推進(jìn)和制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級，電力電子技術(shù)日漸廣泛應(yīng)用于電力、環(huán)保、裝備制造、軌道交通等傳統(tǒng)重點領(lǐng)域，以及新能源、航空航天等前沿技術(shù)領(lǐng)域，在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的地位將越發(fā)重要，產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景廣闊。具體地說，電力電子技術(shù)就是應(yīng)用于電力領(lǐng)域的電子技術(shù)，使用電力電子器件對電能進(jìn)行變換和控制的技術(shù)。電力電子技術(shù)應(yīng)用四大領(lǐng)域，分別為：工業(yè)、交通運輸、電力系統(tǒng)、電子裝置電源。工業(yè)領(lǐng)域電力電子技術(shù)著重于交直流電機、電化學(xué)工業(yè)、冶金工業(yè)等;交通運輸領(lǐng)域電力電子技術(shù)著重于電氣化鐵道、電動汽車、航空、航天、航海等;電力系統(tǒng)領(lǐng)域電力電子技術(shù)著重于高壓直流輸電、柔性交流輸電、無功補償?shù)?電子裝置電源領(lǐng)域電力電子技術(shù)著重于為信息電子裝置提供動力等，以及家用電器節(jié)能燈、變頻空調(diào)等。從應(yīng)用領(lǐng)域來看，電力電子技術(shù)具備廣闊的發(fā)展前景，在政策與市場的共同驅(qū)動下，電力電子產(chǎn)業(yè)有望迎來新的發(fā)展契機。目前在電子電力行業(yè)，有部分專用的電子電力產(chǎn)品仍為進(jìn)口，而中國擁有良好的電動汽車產(chǎn)業(yè)前景，其電池產(chǎn)業(yè)為世界領(lǐng)先地位，但其電子電力產(chǎn)業(yè)仍然處于起步階段。目前，我國將加快推動電力電子中長期交易、現(xiàn)貨市場和輔助服務(wù)市場建設(shè)發(fā)展，促進(jìn)電力行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，支撐新型電力系統(tǒng)建設(shè)，服務(wù)能源綠色低碳轉(zhuǎn)型，并將對加快推動發(fā)用電計劃改革、售電側(cè)體制改革等電力體制其他改革發(fā)揮重要作用。預(yù)測中國電力電子技術(shù)的采用周期，有專家分別計算了碳化硅及氮化鎵器件的投資回報期以及基于該投資回報期的每種應(yīng)用的市場份額，考慮了各種促使行業(yè)延緩或加速發(fā)展的因素，比如市場保守程度，電力電子產(chǎn)品設(shè)計周期，生產(chǎn)能力擴(kuò)大時機，以及其他行業(yè)發(fā)展驅(qū)動的影響等。目前在半導(dǎo)體行業(yè)有一部分發(fā)展緩慢，包括消費者部分的發(fā)展較為緩慢，但在電子電力產(chǎn)業(yè)方面目前發(fā)展的十分迅速。整體而言，半導(dǎo)體行業(yè)在未來10年的發(fā)展將十分迅猛，在電動汽車、通訊行業(yè)、高性能計算機、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等行業(yè)未來都將對芯片有著高度需求。電力電子行業(yè)發(fā)展前景及市場規(guī)模在碳中和背景下，新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展已成為全球共識，清潔低碳是能源轉(zhuǎn)型大趨勢。能源結(jié)構(gòu)切換下，電力電子行業(yè)迎來大發(fā)展。目前，電力電子技術(shù)正逐漸向模塊化、集成化、智能化、數(shù)字化、綠色化方向發(fā)展。電力電子市場份額、電力電子發(fā)展方向如何?在碳中和背景下，新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展已成為全球共識，清潔低碳是能源轉(zhuǎn)型大趨勢。能源結(jié)構(gòu)切換下，電力電子行業(yè)迎來大發(fā)展。目前，電力電子技術(shù)正逐漸向模塊化、集成化、智能化、數(shù)字化、綠色化方向發(fā)展。電能是目前最重要的能源形式之一，幾乎所有的電能從產(chǎn)生到消耗都要經(jīng)過電壓、電流、頻率等參數(shù)的調(diào)節(jié)，統(tǒng)稱為電能的變換。電力電子技術(shù)就是一門對電能進(jìn)行變換和控制的技術(shù)，其本質(zhì)是利用電力電子器件（即功率器件）的開關(guān)作用，實現(xiàn)弱電對強電的控制，具有控制靈活、效率高等優(yōu)點。以電力場效應(yīng)晶體管（MOSFET）和絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）為代表的全控型功率器件相繼問世，完成了傳統(tǒng)電力電子技術(shù)向現(xiàn)代電力電子技術(shù)的轉(zhuǎn)變，并打破了PWM控制技術(shù)在硬件上的瓶頸，電力電子技術(shù)迅速發(fā)展，系統(tǒng)性能顯著提升。由于大功率負(fù)載系統(tǒng)的處理需求，電力電子市場需要在效率和熱管理方面發(fā)展。市場主要廠商需要加大投資技術(shù)開發(fā)，在不影響熱管理或可靠性的前提下，降低器件和系統(tǒng)成本，減小重量和尺寸。器件、封裝、模塊、功率堆棧或逆變器層級的優(yōu)化解決方案正在得到應(yīng)用。無源元件必須改進(jìn)以充分利用新型半導(dǎo)體材料、器件和系統(tǒng)設(shè)計的潛力。隨著光伏和風(fēng)電發(fā)電占比逐漸提高，電源管理產(chǎn)品，如逆變器、升壓降壓等，以及相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈需求也將同步增長。在新能源汽車領(lǐng)域，同樣需要對電壓進(jìn)行變換從而可以驅(qū)動電機和為電池充電，對于電源管理產(chǎn)品的需求量更大。控制算法和功率器件性能都在不斷優(yōu)化，電力電子技術(shù)在運動控制、工業(yè)自動化、智能電網(wǎng)、新能源發(fā)電等社會經(jīng)濟(jì)多個領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。電力電子技術(shù)的應(yīng)用中，以變頻調(diào)速系統(tǒng)最具有代表性。該設(shè)備采用以電力電子技術(shù)為支撐，通過內(nèi)置的控制軟件，不但能實現(xiàn)無級調(diào)速，而且動態(tài)調(diào)整電機運行過程中的電壓和頻率，在不改變原配套電機的條件下，保證電機的輸出轉(zhuǎn)矩與負(fù)荷需求精確匹配，實現(xiàn)了高可靠性、高精度的自動控制。從電力電子產(chǎn)業(yè)鏈看，目前國內(nèi)電容、電感磁芯以及繼電器的產(chǎn)品能力經(jīng)過20余年的發(fā)展，積累了大量歷史數(shù)據(jù)，有能力為終端廠商提供成熟可控、性能高效的產(chǎn)品。未來電容和磁芯，有望進(jìn)一步替代日韓公司，國內(nèi)龍頭廠商有望更進(jìn)一步發(fā)展。另外，電感、功率器件和電容也是電源管理的核心元件。根據(jù)ECIA數(shù)據(jù)，2019年全球電感器市場規(guī)模為46億美元，中國電子元件行業(yè)協(xié)會預(yù)計，未來幾年，全球電感器市場規(guī)模年均增幅約7．5%，2026年將達(dá)76億美元。電力電子行業(yè)研究報告旨在從國家經(jīng)濟(jì)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略入手，分析電力電子未來的政策走向和監(jiān)管體制的發(fā)展趨勢，挖掘電力電子行業(yè)的市場潛力，基于重點細(xì)分市場領(lǐng)域的深度研究，提供對產(chǎn)業(yè)規(guī)模、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、區(qū)域結(jié)構(gòu)、市場競爭、產(chǎn)業(yè)盈利水平等多個角度市場變化的生動描繪，清晰發(fā)展方向。電力電子行業(yè)面臨的機遇與挑戰(zhàn)（一）電力電子行業(yè)面臨的機遇與傳統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)不同，新基建的重心不再是房地產(chǎn)，而是城際交通、物流、市政基礎(chǔ)設(shè)施，以及5G、人工智能、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。新基建有以下幾個方向：1）5G基站建設(shè)；2）特高壓；3）城際高速鐵路和城市軌道交通；4）新能源汽車充電樁；5）大數(shù)據(jù)中心；6）人工智能；7）工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)。以上幾個方向中的特高壓、鐵路和軌道交通、新能源汽車充電樁、大數(shù)據(jù)中心等均為電源產(chǎn)品和電能質(zhì)量控制設(shè)備提供了大量廣泛的應(yīng)用場景，將帶動市場規(guī)模激增。近年來，裝備電氣化獲得了高度關(guān)注，美國及歐洲開展了多項裝備電氣化相關(guān)研究計劃，并在作戰(zhàn)行動中嘗試采用新型電氣化手段。相比于燃油、液壓等傳統(tǒng)能源形式，電氣化技術(shù)能夠顯著提高能源利用效率、改善維修性能、降低排放和噪聲，因而不僅在民用交通運輸行業(yè)具有廣闊的應(yīng)用空間，在特種裝備及作戰(zhàn)應(yīng)用中也有巨大的潛在市場空間。以電氣化引發(fā)的技術(shù)革新將催生出特種裝備電源的需求，相關(guān)電氣化裝備的研發(fā)生產(chǎn)過程中還需要測試電源的參與。中國向世界作出碳達(dá)峰、碳中和的莊嚴(yán)承諾，推進(jìn)建設(shè)以碳匯、碳減排、碳交易為主的各地區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、能源結(jié)構(gòu)、交通結(jié)構(gòu)、建筑結(jié)構(gòu)、用地結(jié)構(gòu)以及辦公生活模式的低碳零碳化，高水平建設(shè)碳中和城市、低碳零碳產(chǎn)業(yè)、零碳園區(qū)、零碳鄉(xiāng)村、零碳政府與企業(yè)。新能源發(fā)電、新能源汽車等領(lǐng)域得到良好的發(fā)展契機。其中，光伏逆變器測試、儲能變流器測試、電驅(qū)系統(tǒng)測試、電源系統(tǒng)測試、燃料電池測試、交直流充電樁測試、風(fēng)電場并網(wǎng)測試等領(lǐng)域已經(jīng)初見規(guī)模。未來清潔能源發(fā)電以及電氣化將為電源領(lǐng)域提供更廣闊的市場空間。隨著我國經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的深化，國民經(jīng)濟(jì)各行業(yè)產(chǎn)業(yè)升級步伐加快，專業(yè)化、精細(xì)化生產(chǎn)趨勢逐漸形成。生產(chǎn)設(shè)備逐步從通用設(shè)備向?qū)Ｓ迷O(shè)備轉(zhuǎn)變，用電方式開始從粗電到精電的變革，發(fā)電方式逐漸從資源消耗型向環(huán)境友好型過渡。在此背景下，專業(yè)性、高技術(shù)性的特種電力電子設(shè)備市場需求將保持穩(wěn)定增長。面對電力電子領(lǐng)域廣闊的市場，此前國外企業(yè)占據(jù)了較大的市場份額，特別是在精密電源設(shè)備領(lǐng)域。其原因一方面是技術(shù)難度較大，前期需要投入高額的研發(fā)成本，出于對成本和收益的衡量，相關(guān)企業(yè)在這方面的投入較少；另一方面，國際大廠的產(chǎn)品有著良好的口碑，其性能表現(xiàn)、穩(wěn)定性和可靠性得到市場認(rèn)可，加大了國內(nèi)廠商的入場壁壘。但在當(dāng)前的大環(huán)境下，貿(mào)易環(huán)境存在極大的不確定性，一旦發(fā)生禁運，由于電源產(chǎn)品涉及面較為廣泛，將會對國民經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生牽一發(fā)而動全身的被動后果，其經(jīng)濟(jì)損失不可估量。因此，國家開始積極推進(jìn)進(jìn)程，這給國內(nèi)相關(guān)企業(yè)帶來巨大的市場空間。（二）電力電子行業(yè)面臨的挑戰(zhàn)我國電力電子設(shè)備領(lǐng)域發(fā)展起步較晚，長期受到國產(chǎn)電力電子器件較少的嚴(yán)重制約，技術(shù)發(fā)展也主要采用追隨研發(fā)的方式，原創(chuàng)性動力不強，研發(fā)投入相對較少。電力電子變換和控制技術(shù)對人員的技術(shù)要求高，人才培養(yǎng)周期長，導(dǎo)致了研發(fā)人才隊伍建設(shè)落后于行業(yè)發(fā)展的需求。技術(shù)積累不足和專業(yè)科技人才的短缺在一定程度上制約了行業(yè)的發(fā)展速度。原材料中電子元器件的質(zhì)量與性能影響到電力電子變換和控制設(shè)備的品質(zhì)及可靠性。例如以電源管理芯片、DSP、FPGA為代表的IC芯片和以IGBT、MOSFET為代表的功率器件的生產(chǎn)商主要集中在歐洲、美國和日本，其供應(yīng)受制于國外廠商的生產(chǎn)能力及各原產(chǎn)國的出口政策，國內(nèi)企業(yè)在采購渠道和議價能力上受到較大制約。在目前的國際貿(mào)易形勢及大宗商品價格波動的大背景下，半導(dǎo)體元件的供應(yīng)存在著產(chǎn)能不足和價格增長的風(fēng)險。電力電子行業(yè)概況電力電子技術(shù)是應(yīng)用于電力領(lǐng)域的電子技術(shù)，是使用電力電子器件對電能進(jìn)行變換和控制的技術(shù)。電力電子技術(shù)采用功率半導(dǎo)體器件、電磁/電容等功率元件，運用電氣、控制、電子信息等理論和技術(shù)，將一次能源電能高效率、高質(zhì)量、高可靠性地變換成交流、直流、脈沖等電能形式，實現(xiàn)電能時空變換（時間分布：恒定、交變、脈沖；空間分布：集中、分散、網(wǎng)絡(luò)化），是光伏儲能、電動汽車、航空航天、軌道交通、科研試驗、電力配網(wǎng)、特種裝備等領(lǐng)域的關(guān)鍵支撐技術(shù)，無論對改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)還是發(fā)展高新技術(shù)，均有不可或缺的重要作用。電力電子技術(shù)和產(chǎn)品是電力能源領(lǐng)域的關(guān)鍵器件和核心支撐，電力能源領(lǐng)域是目前綠色減碳技術(shù)中應(yīng)用最為廣泛、發(fā)展最為迅速的領(lǐng)域之一，承載著率先實現(xiàn)碳中和與零排放的任務(wù)和期望。根據(jù)中國電源行業(yè)年鑒，我國電力能源的消耗占總能源消耗近55%，其中約70%的電能是通過電力電子設(shè)備處理后使用的，據(jù)預(yù)測未來這一比例將增至90%以上。近年來，我國電力電子技術(shù)和產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，支撐的電源產(chǎn)業(yè)和市場規(guī)模位居全球第一，年直接產(chǎn)值超過3，300億元、間接產(chǎn)值超過1．2萬億元。電力電子行業(yè)持續(xù)高速發(fā)展近年來，隨著中國宏觀經(jīng)濟(jì)的持續(xù)高速發(fā)展，社會生產(chǎn)和人民生活水平的不斷提高，以及社會電氣化程度的逐步提升，電源產(chǎn)業(yè)總體上一直保持平穩(wěn)增長，且應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)展，新能源發(fā)電、新能源汽車、智能制造、智能電網(wǎng)、數(shù)據(jù)中心等新興應(yīng)用領(lǐng)域為電源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了新的動力，這些行業(yè)的發(fā)展又對電力電子設(shè)備提出了諸如節(jié)能、節(jié)材、縮體、減重、避免污染、改進(jìn)環(huán)境、牢靠、安全等新的要求，進(jìn)而推動了電源工業(yè)的發(fā)展。隨著工業(yè)4．0的推進(jìn)和制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級，電力電子技術(shù)日漸廣泛應(yīng)用于電力、環(huán)保、裝備制造、軌道交通等傳統(tǒng)重點領(lǐng)域，以及新能源、航空航天等前沿技術(shù)領(lǐng)域，在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的地位將越發(fā)重要，產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景廣闊。儒競科技以電力電子及電機控制技術(shù)作為創(chuàng)新基石，以技術(shù)創(chuàng)新作為產(chǎn)品創(chuàng)新的驅(qū)動力，通過將不同技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)研發(fā)形成的創(chuàng)新技術(shù)逐步應(yīng)用到不同類別的創(chuàng)新產(chǎn)品中，形成了通過跨領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新帶動產(chǎn)品創(chuàng)新的新業(yè)態(tài)，有效實現(xiàn)了電力電子及電機控制領(lǐng)域內(nèi)變頻節(jié)能與智能控制綜合產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化實踐。電力電子行業(yè)發(fā)展情況和未來發(fā)展趨勢提高電力電子設(shè)備的開關(guān)頻率，可以有效地減小設(shè)備的體積和重量。另外，可以采用高頻隔離，去掉笨重的工頻隔離變壓器，從而進(jìn)一步減小設(shè)備的體積和重量，并且消除變壓器和電感的噪聲，同時改善設(shè)備的動態(tài)響應(yīng)能力。尤其是第三代功率半導(dǎo)體器件的應(yīng)用，為高頻化提供了器件基礎(chǔ)。與硅基材料相比，以碳化硅和氮化鎵為代表的第三代半導(dǎo)體材料的耐高壓、耐高溫、高頻和高熱導(dǎo)率性能更好。極大地提高了MOSFET、IGBT等功率器件的工作頻率以及耐壓容量、耐高溫性能，可以極大提高設(shè)備的功率密度和綜合性能。模塊化技術(shù)是電力電子設(shè)備的重要發(fā)展趨勢，通過采用多個較小容量的模塊化產(chǎn)品任意組合成一個較大容量的產(chǎn)品，可以提高系統(tǒng)的可靠性和靈活性。模塊化具體包括功率器件的模塊化和功能單元的模塊化。功率器件的模塊化是將變換器功率電路直接焊接在印制電路板或陶瓷基板封裝成通用或?qū)Ｓ媚K。功能單元的模塊化是將具有完整功能的電路通過標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一化的結(jié)構(gòu)組裝成一體，形成的功能單元模塊或組件，通過陣列式多級串并聯(lián)，可以組成整機設(shè)備或系統(tǒng)，將模塊組件的容量增加幾倍甚至十幾倍，使單一類型模塊實現(xiàn)容量及功能的多樣化，無需針對特定功率需求進(jìn)行重復(fù)開發(fā)或單獨設(shè)立產(chǎn)線，減小設(shè)備生產(chǎn)商的產(chǎn)品開發(fā)成本。高性能主要指電力電子設(shè)備輸出特性的高性能，具體體現(xiàn)在：穩(wěn)壓性能好、波形質(zhì)量高、瞬態(tài)響應(yīng)特性好和電壓調(diào)制小等。設(shè)備的性能直接影響到下游客戶設(shè)備的技術(shù)特性，部分行業(yè)領(lǐng)域的客戶設(shè)備對供電品質(zhì)要求極高。例如加速器中帶電粒子的運動對于對電源的精度提出極高的要求，需要高精度、低紋波、高穩(wěn)定度、高效節(jié)能的電源產(chǎn)品。而在測試電源領(lǐng)域，客戶在研發(fā)生產(chǎn)環(huán)節(jié)對產(chǎn)品精細(xì)化測試要求的提高，如新能源汽車電動機、動力電池、電控系統(tǒng)向高功率密度、高電壓、大功率等方向發(fā)展，促使測試電源產(chǎn)品持續(xù)升級。數(shù)字化和智能化貫穿于電力電子設(shè)備的控制、檢測與通信過程中，全數(shù)字化控制及智能化控制通過可