通用电能质量控制设备行业发展趋势

通用电能质量控制设备行业发展趋势

电力电子行业概况电力电子技术是应用于电力领域的电子技术，是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术。电力电子技术采用功率半导体器件、电磁/电容等功率元件，运用电气、控制、电子信息等理论和技术，将一次能源电能高效率、高质量、高可靠性地变换成交流、直流、脉冲等电能形式，实现电能时空变换（时间分布：恒定、交变、脉冲；空间分布：集中、分散、网络化），是光伏储能、电动汽车、航空航天、轨道交通、科研试验、电力配网、特种装备等领域的关键支撑技术，无论对改造传统产业还是发展高新技术，均有不可或缺的重要作用。电力电子技术和产品是电力能源领域的关键器件和核心支撑，电力能源领域是目前绿色减碳技术中应用最为广泛、发展最为迅速的领域之一，承载着率先实现碳中和与零排放的任务和期望。根据中国电源行业年鉴，我国电力能源的消耗占总能源消耗近55%，其中约70%的电能是通过电力电子设备处理后使用的，据预测未来这一比例将增至90%以上。近年来，我国电力电子技术和产业快速发展，支撑的电源产业和市场规模位居全球第一，年直接产值超过3，300亿元、间接产值超过1．2万亿元。电力电子行业持续高速发展近年来，随着中国宏观经济的持续高速发展，社会生产和人民生活水平的不断提高，以及社会电气化程度的逐步提升，电源产业总体上一直保持平稳增长，且应用领域不断扩展，新能源发电、新能源汽车、智能制造、智能电网、数据中心等新兴应用领域为电源产业的发展提供了新的动力，这些行业的发展又对电力电子设备提出了诸如节能、节材、缩体、减重、避免污染、改进环境、牢靠、安全等新的要求，进而推动了电源工业的发展。随着工业4．0的推进和制造业的转型升级，电力电子技术日渐广泛应用于电力、环保、装备制造、轨道交通等传统重点领域，以及新能源、航空航天等前沿技术领域，在国民经济发展中的地位将越发重要，产业发展前景广阔。儒竞科技以电力电子及电机控制技术作为创新基石，以技术创新作为产品创新的驱动力，通过将不同技术领域内研发形成的创新技术逐步应用到不同类别的创新产品中，形成了通过跨领域的技术创新带动产品创新的新业态，有效实现了电力电子及电机控制领域内变频节能与智能控制综合产品的产业化实践。电力电子行业面临的机遇与挑战（一）电力电子行业面临的机遇与传统的基础设施建设不同，新基建的重心不再是房地产，而是城际交通、物流、市政基础设施，以及5G、人工智能、工业互联网等新型基础设施建设。新基建有以下几个方向：1）5G基站建设；2）特高压；3）城际高速铁路和城市轨道交通；4）新能源汽车充电桩；5）大数据中心；6）人工智能；7）工业互联网。以上几个方向中的特高压、铁路和轨道交通、新能源汽车充电桩、大数据中心等均为电源产品和电能质量控制设备提供了大量广泛的应用场景，将带动市场规模激增。近年来，装备电气化获得了高度关注，美国及欧洲开展了多项装备电气化相关研究计划，并在作战行动中尝试采用新型电气化手段。相比于燃油、液压等传统能源形式，电气化技术能够显著提高能源利用效率、改善维修性能、降低排放和噪声，因而不仅在民用交通运输行业具有广阔的应用空间，在特种装备及作战应用中也有巨大的潜在市场空间。以电气化引发的技术革新将催生出特种装备电源的需求，相关电气化装备的研发生产过程中还需要测试电源的参与。中国向世界作出碳达峰、碳中和的庄严承诺，推进建设以碳汇、碳减排、碳交易为主的各地区产业结构、能源结构、交通结构、建筑结构、用地结构以及办公生活模式的低碳零碳化，高水平建设碳中和城市、低碳零碳产业、零碳园区、零碳乡村、零碳政府与企业。新能源发电、新能源汽车等领域得到良好的发展契机。其中，光伏逆变器测试、储能变流器测试、电驱系统测试、电源系统测试、燃料电池测试、交直流充电桩测试、风电场并网测试等领域已经初见规模。未来清洁能源发电以及电气化将为电源领域提供更广阔的市场空间。随着我国经济结构转型的深化，国民经济各行业产业升级步伐加快，专业化、精细化生产趋势逐渐形成。生产设备逐步从通用设备向专用设备转变，用电方式开始从粗电到精电的变革，发电方式逐渐从资源消耗型向环境友好型过渡。在此背景下，专业性、高技术性的特种电力电子设备市场需求将保持稳定增长。面对电力电子领域广阔的市场，此前国外企业占据了较大的市场份额，特别是在精密电源设备领域。其原因一方面是技术难度较大，前期需要投入高额的研发成本，出于对成本和收益的衡量，相关企业在这方面的投入较少；另一方面，国际大厂的产品有着良好的口碑，其性能表现、稳定性和可靠性得到市场认可，加大了国内厂商的入场壁垒。但在当前的大环境下，贸易环境存在极大的不确定性，一旦发生禁运，由于电源产品涉及面较为广泛，将会对国民经济产生牵一发而动全身的被动后果，其经济损失不可估量。因此，国家开始积极推进进程，这给国内相关企业带来巨大的市场空间。（二）电力电子行业面临的挑战我国电力电子设备领域发展起步较晚，长期受到国产电力电子器件较少的严重制约，技术发展也主要采用追随研发的方式，原创性动力不强，研发投入相对较少。电力电子变换和控制技术对人员的技术要求高，人才培养周期长，导致了研发人才队伍建设落后于行业发展的需求。技术积累不足和专业科技人才的短缺在一定程度上制约了行业的发展速度。原材料中电子元器件的质量与性能影响到电力电子变换和控制设备的品质及可靠性。例如以电源管理芯片、DSP、FPGA为代表的IC芯片和以IGBT、MOSFET为代表的功率器件的生产商主要集中在欧洲、美国和日本，其供应受制于国外厂商的生产能力及各原产国的出口政策，国内企业在采购渠道和议价能力上受到较大制约。在目前的国际贸易形势及大宗商品价格波动的大背景下，半导体元件的供应存在着产能不足和价格增长的风险。我国电力电子技术发展趋势集成化智能化通用化信息化趋势。（1）电力电子技术集成：有利于减小产品体积和重量，提高产品功率密度和性能，满足人们对方便、快捷、便携的要求;（2）电力电子技术智能化：提高产品的自动调节能力，提高效率和功率、调速范围和性能等，减少人力物力，提高产品服务;（3）电力电子的泛化技术：广泛应用电力电子技术，提高技术应用范围，降低生产成本;（4）电力电子技术信息化：现代信息技术逐步应用于电力电子技术，使技术不仅既是能量转换和传输装置，又是信息传输装置和交换功能。电力电子转型进程电力电子除了对传统的硅基器件的依赖，电力电子市场的发展将更多集中到碳化硅及氮化镓的技术创新上。迄今为止电源制造业已成为非常重要的基础工业，并广泛应用于各个行业部门，其发展趋势为继续向高频、高效、高密度化、低压、大电流化和多样化发展，而封装构造、外形尺寸都趋向国际标准化，以适应全球一体化市场的采购需求。随着制造业数字化转型进程的加速推进及中国制造2025战略的实施，工业企业逐步向智能制造转型。在碳中和背景下，新能源产业发展已成为全球共识，清洁低碳是能源转型大趋势。能源结构切换下，电力电子行业迎来大发展。目前，电力电子技术正逐渐向模块化、集成化、智能化、数字化、绿色化方向发展。具体来说，电力电子技术是应用于电力领域的电子技术，是利用电力电子器件对电能进行转换和控制的技术。电力电子技术就是一门对电能进行变换和控制的技术，其本质是利用电力电子器件（即功率器件）的开关作用，实现弱电对强电的控制，具有控制灵活、效率高等优点。电力电子技术应用四大领域，分别为：工业、交通运输、电力系统、电子装置电源。电力电子主要用于电力设备的电能变换和控制电路方面大功率的电子器件（通常指电流为数十至数千安，电压为数百伏以上）。电力电子技术的应用主要有四大领域，即：工业、交通、电力系统、电子设备电源。工业领域的电力电子技术主要集中在交直流电机、电化学工业、冶金工业等;交通领域的电力电子技术重点是电气化铁路、电动汽车、航空、航天、航海等;电力系统领域的电力电子技术侧重于高压直流输电、柔性交流输电、无功补偿等;电子设备电源领域的电力电子技术专注于为信息电子设备以及家用电器节能灯、变频空调等提供电源。电力电子行业发展前景及市场规模在碳中和背景下，新能源产业发展已成为全球共识，清洁低碳是能源转型大趋势。能源结构切换下，电力电子行业迎来大发展。目前，电力电子技术正逐渐向模块化、集成化、智能化、数字化、绿色化方向发展。电力电子市场份额、电力电子发展方向如何?在碳中和背景下，新能源产业发展已成为全球共识，清洁低碳是能源转型大趋势。能源结构切换下，电力电子行业迎来大发展。目前，电力电子技术正逐渐向模块化、集成化、智能化、数字化、绿色化方向发展。电能是目前最重要的能源形式之一，几乎所有的电能从产生到消耗都要经过电压、电流、频率等参数的调节，统称为电能的变换。电力电子技术就是一门对电能进行变换和控制的技术，其本质是利用电力电子器件（即功率器件）的开关作用，实现弱电对强电的控制，具有控制灵活、效率高等优点。以电力场效应晶体管（MOSFET）和绝缘栅双极型晶体管（IGBT）为代表的全控型功率器件相继问世，完成了传统电力电子技术向现代电力电子技术的转变，并打破了PWM控制技术在硬件上的瓶颈，电力电子技术迅速发展，系统性能显著提升。由于大功率负载系统的处理需求，电力电子市场需要在效率和热管理方面发展。市场主要厂商需要加大投资技术开发，在不影响热管理或可靠性的前提下，降低器件和系统成本，减小重量和尺寸。器件、封装、模块、功率堆栈或逆变器层级的优化解决方案正在得到应用。无源元件必须改进以充分利用新型半导体材料、器件和系统设计的潜力。随着光伏和风电发电占比逐渐提高，电源管理产品，如逆变器、升压降压等，以及相关产业链需求也将同步增长。在新能源汽车领域，同样需要对电压进行变换从而可以驱动电机和为电池充电，对于电源管理产品的需求量更大。控制算法和功率器件性能都在不断优化，电力电子技术在运动控制、工业自动化、智能电网、新能源发电等社会经济多个领域都得到了广泛的应用。电力电子技术的应用中，以变频调速系统最具有代表性。该设备采用以电力电子技术为支撑，通过内置的控制软件，不但能实现无级调速，而且动态调整电机运行过程中的电压和频率，在不改变原配套电机的条件下，保证电机的输出转矩与负荷需求精确匹配，实现了高可靠性、高精度的自动控制。从电力电子产业链看，目前国内电容、电感磁芯以及继电器的产品能力经过20余年的发展，积累了大量历史数据，有能力为终端厂商提供成熟可控、性能高效的产品。未来电容和磁芯，有望进一步替代日韩公司，国内龙头厂商有望更进一步发展。另外，电感、功率器件和电容也是电源管理的核心元件。根据ECIA数据，2019年全球电感器市场规模为46亿美元，中国电子元件行业协会预计，未来几年，全球电感器市场规模年均增幅约7．5%，2026年将达76亿美元。电力电子行业研究报告旨在从国家经济和产业发展的战略入手，分析电力电子未来的政策走向和监管体制的发展趋势，挖掘电力电子行业的市场潜力，基于重点细分市场领域的深度研究，提供对产业规模、产业结构、区域结构、市场竞争、产业盈利水平等多个角度市场变化的生动描绘，清晰发展方向。电力电子行业上下游关系上游行业为电子件电气件结构件等原材料供应行业，下游行业应用较为广泛，包括光伏储能、电动汽车、航空航天、轨道交通、科研试验、电力配网、特种装备等诸多行业。新能源产业的爆发、电力事业的发展、工业化进程的推进及设备电气化程度的提升及节能减排政策的大力推广为行业产品创造了广阔的产业空间和市场机遇。电力电子行业主要应用领域随着光伏和风电发电占比逐渐提高，电源管理产品，如逆变器、升压降压等，以及相关产业链需求也将同步增长。在新能源汽车领域，同样需要对电压进行变换从而可以驱动电机和为电池充电，对于电源管理产品的需求量更大。控制算法和功率器件性能都在不断优化，电力电子技术在运动控制、工业自动化、智能电网、新能源发电等社会经济多个领域都得到了广泛的应用。电力电子技术的应用中，以变频调速系统最具有代表性。我国碳达峰碳中和目标的确立，标志着以光伏、风电为代表的新能源将成为未来我国能源增长的主要力量。中国光伏行业协会预测十四五我国年均光伏新增70-90GW。根据国家可再生能源中心数据预测，我国光伏市场年均新增装机在中长期内将大幅增加。电能是目前最重要的能源形式之一，几乎所有的电能从产生到消耗都要经过电压、电流、频率等参数的调节，统称为电能的变换。电力电子技术就是一门对电能进行变换和控制的技术，其本质是利用电力电子器件（即功率器件）的开关作用，实现弱电对强电的控制，具有控制灵活、效率高等优点。如今大规模集成电路的广泛应用，为电力电子技术的进一步发展奠定了基础。将集成电路技术中的精细加工技术和高压大电流技术有机结合，实现了功率器件向高频化方向发展。从电力电子产业链看，目前国内电容、电感磁芯以及继电器的产品能力经过20余年的发展，积累了大量历史数据，有能力为终端厂商提供成熟可控、性能高效的产品。未来电容和磁芯，有望进一步替代日韩公司，国内龙头厂商有望更进一步发展。光风等自然条件多变，导致光伏、风电输出功率不稳定，无法时刻满足并网的功率要求，储能系统则可以解决光伏发电、风力发电系统间歇性和不稳定性的问题。除了保证系统的稳定可靠外，储能系统还是解决电压脉冲、涌流、电压跌落和瞬时供电中断等动态电能质量问题的有效途径。截至2020年底，中国已投运光伏配置储能项目累计装机规模达到883．0MW。根据中关村储能产业技术联盟保守预测，十四五期间我国储能系统累计装机年复合增长率有望超60%，2025年储能系统累计装机将达到35．5GW-55．9GW。新能源大致可分为太阳能、风能、核能、生物质能、地热能等。碳中和背景下，新能源产业发展已成为全球共识，清洁低碳成为全球能源转型大趋势。根据DNVGL发布的全球能源结构走势，未来新能源发电所占比例将持续增高，其中光伏将逐步成为主要发电方式。在碳中和背景下，全球能源体系重构势在必行。随着各国大力发展新能源产业，光伏和新能源汽车进入快速发展阶段，而光伏、新能源汽车的发展也大幅提升了储能的需求。2020年我国总发电量7．62万亿kWh，其中非化石能源发电量占比33．9%，风光发电量占比9．5%。据估算，2030年我国总发电量11．28万亿kWh，其中非化石能源发电量占比44．5%，风光发电量占比20．8%。2050年我国总发电量16．36万亿kWh，其中非化石能源发电量占比88．5%，风光发电量占比60．3%。可见，未来我国非化石能源发电量占比将提升，新能源发电占比将持续提高。随着产业的进步4．0和制造业的转型升级，电力电子技术在电力、环保、装备制造、轨道交通等传统重点领域的应用越来越广泛，以及新能源、航空航天等前沿领域。技术领域将在国民经济发展中发挥越来越重要的作用，行业发展前景广阔。还处于观望阶段、尚未入局的创业者，本文带你了解电力电子行业。电力电子应用领域中国电力电子产业总产值已达500亿元，并继续稳步向上发展。电力电子产业对中国人的生活产生了深远的影响。电力电子器件又称为功率半导体器件，主要用于电力设备的电能变换和控制电路方面大功率的电子器件。用途包括变频、整流、变压、功率放大、功率控制等，同时具有节能功效。功率半导体器件广泛应用于移动通讯、消费电子、新能源交通、轨道交通、工业控制、发电与配电等电力、电子领域。电力电子器件根据载流子类型可分为双极型与单极型。双极型包括功率二极管、双极结型晶体管、电力晶体管、晶闸管、绝缘栅双极型晶体管等，单极型包括功率MOSFET、肖特基势垒功率二极管等。电力电子器件起着关键性作用，关系着高铁动力系统、汽车动力系统、消费及通讯电子系统等领域能否实现自主可控的核心零部件。《中国制造2025》明确提出将先进轨道交通装备、节能与新能源汽车、电力装备、高档数控机床和机器人等列为突破发展的十大重点领域。同时国内企业具备低端领域全面实现国产化能力，同时向中高端进军，以南车、比亚迪为代表的厂商已实现技术突破，成功实现国产化IGBT在高铁和新能源汽车中的应用。美国电力电子器件处于世界领先地位，拥有一批具有全球影响力的厂商，例如TI、Fairchild、Maxim、ADI、ONSemiconductor和Vishay等厂商。欧洲拥有Infineon、ST和NXP三家全球半导体大厂。日本主要有Toshiba、Renesas、Rohm、Matsushita、FujiElectric等。中国台湾拥有富鼎先进、茂达、安茂、致新和沛亨等一批厂商。中国大陆拥有吉林华微电子、苏州固锝电子、无锡华润华晶微电子、扬州扬杰电子等一批厂商。精密特种电源行业发展情况精密特种电源市场涉及诸多领域，整体容量较大、单一领域市场规模相对有限，要求电源生产商需具备较强的技术实力、产品定制能力以及快速及时的售后服务，国外生产企业受制于成本、服务响应能力的短板，在航空保障、轨道交通、加速器、特种装备及部分工业领域已退出国内市场，由国内企业占据主导地位；在一些高端特种电源领域，如航空航天、医疗仪器设备、半导体等先进工业装备、前沿研究等领域，国外产品具有先发优势和经验积累，仍占据主导地位。航空保障电源用于飞机的日常测试检修供电，是机场、机库所必备的保障设备。使用地面供电设备替代机载APU，能有效降低机坪噪音、减少污染排放、节省燃油，已成为民航行业节能减排的重要措施和发展趋势。根据中国民航局数据，2021年中国民航客运输量与货邮运输量实现疫情后的反弹，同比增长5．5%、8．2%，但较疫情前仍有较大增长空间。同时，2021年中国民航业固定资产投资总额达到1，880．44亿元，同比增长15．54%，传递出中国民航业复苏的信号。此外，我国飞机保有量稳定增长，截至2021年末，民航全行业运输飞机期末在册数量为4，054架，比上年底增加151架。根据民航行业发展统计公报，中国2020年民用机场为580个，中国民航规划到2025年建成770个民用机场，平均每年新建民用机场38个。同时根据规划，上海浦东、天津、长沙等机场改扩建的重点建设项目将在十四五期间开工，以加快枢纽机场建设和完善非枢纽机场布局。民用航空业的复苏及发展，新建和扩建机场的增加，以及飞机保有量的稳定增长，将有效带动国内航空保障电源的需求增长。我国铁路城轨在过去的10年得到了前所未有的快速发展，全国铁路运营里程数和城市轨道运营里程数直接反映了轨道建设的发展速度。2014~2015年，铁路运营里程增长较快，2016年以后，由于铁路行业发展已达到阶段高位，铁路投资基本保持稳定，而城市轨道投资额一直保持稳步增长。目前，国内城轨建设向二三线城市蔓延，预计中国城市轨道交通运营行业将会继续保持较大建设规模和较快的发展速度。十四五规划纲要和2035年远景目标纲要多次提及铁路，为轨道交通的未来发展指明了方向。随着铁路客运、货运持续改革，用户对轨道交通装备产品的适用性、安全性、可靠性等提出了更高的要求。铁路运营里程的增加和配套动车所的数量增加将会带动铁路沿线电源产品及动车所地面电源的增长。铁路电气化升级改造催生高可靠、智能化的新型电源产品的需求。带电粒子加速器是利用电磁场加速带电粒子的装置，科学家们在加速器上建立了现代核物理与粒子物理学科。在大型加速器装置上使用的新技术往往又会迅速应用到小型装置上并商品化，在其他科技和国民经济领域，也有着广阔的重要应用。在基础研究大型加速器建设方面，根据建设创新性国家的要求和国家中长期科技发展规划，从十一五开始，将加大国家基础科学设施建设的力度，建设一批包括北京正负电子对撞机二期、上海光源、中国散裂中子源、国家同步辐射实验室以及全超导托卡马克核聚变实验装置在内的基础科学设施，带动了加速器电源在基础研究领域的需求快速增长。根据国家重大科技基础设施建设长期规划，目前有大批正在建设以及未来规划建设的大科学装置，其中包含合肥先进光源（HALF）、南方先进光源（SAPS）、重庆超瞬态