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新型发电、用电环境的出现为电力领域用互感器带来新增市场机会
发布日期:2024-06-18 14:41:45

新型发电、用电环境的出现为电力领域用互感器带来新增市场机会

1、行业概况

电力互感器可以把电网中高电压、大电流信号按照规定的比例,高精度的转换为低电压、小电流信号,供后续仪器仪表和控制设备使用,可实现功能主要包括计量和测量、保护和控制、绝缘隔离、二次设备标准化四个方面。通俗而言,互感器类似电力系统的神经末梢,用于计量、测量及保护等场合,作为用电信息感知设备对电网运行状态进行持续的监控设备提供信号,是实现电网“各节点精准采集数据”的信号感知核心设备。互感器产品作为一次设备和二次设备之间的连接设备,与二次表计和保护装置共同实现了电力系统的电能计量、参数感知监视和运行状态保护的功能。相对于二次设备起到的利用信号显示参数和发出动作指令,互感器承担了准确转换信号和高电压隔离绝缘作用,在整个装置中起到更为关键的核心作用。

(1)互感器在配用电环节应用情况

配用电环节是互感器应用数量最广的环节,也是互感器市场容量最大的应用领域。由于配电网环节主要处于 35kV 及以下中低压电压等级,因此其对应的互感器主要为35kV 及以下电压等级互感器。如果把输电网类比人体的大动脉,配用电网就相当于人体的分支动脉和毛细血管,由于网络节点多、用电支路长、用户众多、用电设备种类繁多等因素,为了保证电费贸易结算的公平、电网运行的安全和稳定,需要在各个节点设置计量、测量和保护等设备,因此,在这一环节需要使用大量的互感器为这些设备提供信号。

从供应端看,配用电领域互感器竞争厂家数量大,呈现金字塔型,头部企业数量少、规模较大,底部企业数量众多,但规模普遍较小,竞争较为激烈。这一应用环节的互感器中,用于电费贸易结算的计量用互感器因对其准确度等级、性能稳定性、抗环境干扰能力等要求最高,因此,对产品的设计、工艺、制造过程、批次质量稳定性、质量追溯管理等方面均有着最严格要求,为配用电环节互感器产品中的中高端市场。

(2)互感器在输变电环节应用情况

输变电环节由 35kV 及以上的输电线路和变电站组成,是电力系统中最高电压等级的电网(简称“主网”),起到电力系统骨架的作用,主网覆盖等级包括 35kV、66kV、110kV 和 220kV 的高压电网,330kV、500kV 和 750kV 的超高压电网,以及 1,000kV 输电网为骨干网架的特高压电网。输变电领域需要各类高压电流、电压互感器为线路关口计量设备提供计量信号,为测量和保护设备提供测量和保护信号,承担着输电过程中,电网安全、稳定运行的信息感知功能。

由于变电站只是输电线路上散布的点,且多数需求为一次性建设投资,因此,相对于互感器总体市场而言,该环节互感器需求数量相较于配用电领域较小。其中,高压(35-220kV)领域,市场容量小,竞争激烈,而超高压(330-750kV)和特高压(800-1000kV)领域,由于关系到国家能源安全,基本处于寡头垄断于国网系统内的几家大型成套设备厂家。

(3)互感器在发电环节应用情况

火力、水力等传统发电方式项下,发电厂是依据资源优势建设的少数点状分布的大型设施,由于是一次性投入的项目,且电场内部使用互感器的数量相对较少,因此,传统发电环节互感器的市场总量较小,随着光伏、风电等新能源分布式发电并网比例的不断提高,新能源发电端对具有抗直流、耐高温、抗冲击性能的新型互感器的需求不断增长,且因新能源分布式发电并网模式下节点多、分布广的特征,未来应用于新能源发电环节的互感器具有较大的市场容量。

(4)不同应用领域互感器产品的特点

互感器广泛应用于发电、输变电、配用电的每个环节,为二次保护设备、控制设备、测量和计量设备提供信号。由于各个环节的二次设备功能不同,对互感器的变比、准确度、容量、测量范围的要求也就不同,因此,互感器需要随着二次仪器仪表的需求做出有针对性的调整,实现信号采集与应用的联动。在当前新型电力系统建设过程中,由于实现的过程和场景的不同,对互感器与连接的仪器仪表的联合设计显得尤为重要。例如:为实现电网已有设备的现场智能化改造,在新增信号采集点加装的给 TTU 提供信号的互感器,需专门研发开启式电流互感器,解决了现场带电安装的难题;为减少柜内的空间占用,降低二次设备的复杂程度,满足一二次融合系统化解决方案需要,新研发出的复合准确级 0.5(10P10)一体化电流互感器,用一个绕组实现了传统互感器需要两个绕组分别实现测量和保护信号采集的功能,既满足了准确度 0.5 级的测量要求,又满足了在 10 倍故障电流时,信号输出准确度偏差低于 10%的保护功能需求。

2、 行业竞争格局

据高压开关行业协会统计,全国互感器厂家约 1,000 家,总体来看,国内互感器生产企业数量众多,市场集中度不高,其分布呈现金字塔形,头部企业数量少、规模较大,底部企业数量众多,但是规模普遍较小。根据互感器企业的收入规模、客户情况、产品质量及研发能力等维度考量,电力互感器企业呈金字塔型分布,其中,头部企业数量少,主要定位于高端市场,参与国网、南网等重大项目的招投标,具备核心技术,与国家电网、南方电网、科研院校等保持深度研发合作,参与国家、行业标准制定。

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按照目前市场形势及综合行业未来发展,腰头部企业将依靠其企业规模、研发创新能力、品牌效应等在未来进一步抢占市场,扩大其市场占有率。而底部企业数量较多,但规模普遍较小,随着电网精益化管理的不断深入以及终端用户对设备品质要求的不断提升,底部互感器厂家受制于产品质量、技术、规模及渠道等劣势,市场份额将逐渐向头部及腰部企业集中。

3、行业发展趋势

电力互感器行业发展与电力系统的发展,尤其是配电网的发展息息相关。互感器的产品主要应用于电力、轨道交通、建筑、冶金、石化、数据通信等行业的电网建设系统中,同时,随着新型发电、用电环境的出现,对传统电网建设提出了更高的要求,亦为互感器带来新增市场机会。

(1)电网领域

1)全社会用电量增长及国家政策大力支持电网基础设施建设促进电力行业发展

随着我国宏观经济保持高速发展,国民生活水平的提高,使人们对电力供应的依赖性越来越强,工业和居民生活对供电质量、电网可靠性和覆盖率的需求量也越来越大,我国全社会用电需求量稳步增长。国家能源局数据显示,2023 年,全社会用电量 92,241亿千瓦时。同比增长 6.80%。在较长时期内,我国电力需求还有较大增长空间。我国构建新发展格局,深化供给侧结构性改革,高技术及装备制造业快速成长、战略性新兴产业迅猛发展、传统服务业向现代服务业转型、新型城镇化建设将带动电力需求保持刚性、持续增长。从国内形势看,随着经济加快复苏向好,能源电力需求将保持持续增长,预计“十四五”期间年均新增用电量达到 5,000 亿千瓦时,到 2060 年,全社会用电量与当前水平相比实现翻番,对能源电力安全保障提出更高要求。因此,加大对全社会各类电力用户的电网投资建设仍是我国电网工作的重点。

为满足未来电力消费需求,各级电网建设改造仍是未来的投资重点。近年来,国家电网投资总额维持高位。“十四五”期间,国家电网计划投入 3,500 亿美元(约合 2.23万亿元),南方电网将规划投资 6,700 亿元,加上除两大电网之外的部分地区电网公司,“十四五”期间全国电网总投资预计接近 3 万亿元。

2)新型电力系统进一步拉动配用电领域的电力设备需求上升

2021 年 3 月,我国首次提出构建新型电力系统,新型电力系统是以新能源发电为供应主体,坚强智能电网为基础平台,以先进信息数字技术统一开放市场机制为支撑,实现网源荷储智能互动,多种能源系统融合协调,具备绿色低碳安全高效、广泛互联、灵活智能特征的适应未来经济社会、能源环境可持续发展的电力系统。这是融合“源网荷储”为一体的电力系统,着力解决光伏、风电为代表的新能源发电接入电网以及新能源汽车为代表的大规模不确定用电负荷引起的电网“宽动态、高谐波、快瞬变”的问题。新型电力系统建设要求:“灵活高效,发电侧、负荷侧调节能力强,电网侧资源配置能力强,实现各类能源互通互济、灵活转换,提升整体效率”。这就需要配电网承担新能源消纳、调控多样化和复杂化用电负荷的任务,现有配电网自动化、智能化程度亟待提升。在此过程中,需要布设大量的计量、测量、保护和控制点,为配电网智能化电力设备带来广阔的市场需求。

根 据 国 家 电 网 下 发 的 《 构 建 以 新 能 源 为 主 体 的 新 型 电 力 系 统 行 动 方 案(2021-2030)》,其“十四五”配电网建设投资超过 1.2 万亿元,占电网建设总投资的60%以上;根据《南方电网“十四五”电网发展规划》,南方电网将配电网建设列入“十四五”工作重点,规划投资达到 0.32 万亿元,几乎占总投资的一半,两网总计配电网投资达 1.52 万亿元。根据《中国电力行业年度发展报告 2023》,2022 年度我国电网完成投资金额为 5,012 亿元,同比增长 1.23%,其中完成配电网投资 2,754 亿元,占比 55%。受益于新型电力系统的建设及配电网智能化升级改造,相关电力设备需求有望显著提升。

3)智能电网建设持续推进,推动智能电力设备发展

新型电力系统的智慧融合方面要求新型电力系统以数据为核心驱动,呈现数字与物理系统深度融合特点,“云大物移智链边”等先进数字信息技术在电力系统各环节广泛应用,助力各环节实现高度数字化、智慧化、网络化的革新升级,推动传统电力配置方式由部分感知、单向控制、计划为主向高度感知、双向互动、智能高效转变,有效支撑源网荷储海量分散对象的协同运行和多种市场机制下系统复杂运行状态的精准决策,推动以电力为核心的能源体系实现多种能源的高效转化和利用。电网数字化通过利用物联网、大数据、智能 AI、云计算等技术实现电源侧、负荷侧、储能侧的各类可控资源的数据接入、数据处理,没有电网“数字化”转型就没有新型电力系统。在国家电网发布的《新型电力系统数字技术支撑体系白皮书》中,新型电力系统数字技术支撑体系整体分为“三区四层”,即生产控制大区、管理信息大区和互联网大区,以及数据的采、传、存、用四层。而电力互感器是新型电力系统感知层不可或缺的关键设备,是电力系统的“神经末梢”。

我国高度重视智能电网的投建工作。从政策端看,自 2009 年起,国家及有关部门陆续出台《关于加快推进坚强智能电网建设的意见》、《智能电网关键装备(系统)研制规划》、《智能电网技术标准体系规划》、《关于进一步深化电力体制改革的若干意见》、《关于促进电网发展的指导意见》等法规及政策以持续推进智能电网建设和传统电网智能化改造,促进能源资源优化配置,保障电力安全稳定运行。从投资占比来看,我国电网智能电网投资占比持续提升。根据《国家电网智能化规划总报告》,分阶段来看,2009-2010 年、2011-2015 年、2016-2020 年分别占比 6.19%、11.67%、12.50%。随着我国新型电力系统建设进一步落地实施,我国智能电网投资占比将继续保持增长态势,相关市场规模持续扩张,电力互感器作为新型电力系统感知层不可或缺的关键设备,亦将迎来新的发展机遇。

(2)新能源发电及并网领域

1)绿色能源发电为行业带来新的市场机遇

根据国家电网“碳达峰、碳中和”行动方案,保障清洁能源及时同步并网,到 2030年,国家电网经营区风电、太阳能发电总装机容量将达到 10 亿千瓦以上。风电、光伏发电等新能源电站普遍具有单机发电容量较小、分散布置的特点,且具有显著的间歇性、波动性、随机性特点,可调度性较低,对接入电网后电网的适应性和安全稳定控制水平提出了更高的要求。同时,新能源单机发电容量较小、分散布置的特点导致其主要在中、低压配电网侧接入电网,配电网将从传统意义上的无源配电网向有源配电网发展,从而对配电网的结构、控制保护方式、运营管理模式等方面提出新的要求,将带动针对适用新能源领域配套设备的技术发展和市场需求。

A、光伏

2020 年 9 月中国提出“双碳”目标,二氧化碳排放力争于 2030 年前达到峰值,于2060 年前实现碳中和;到 2030 年,中国单位国内生产总值二氧化碳排放将比 2005 年下降 65%以上,风电、太阳能发电总装机容量将达到 12 亿千瓦以上。在我国“双碳”目标背景下,光伏作为近年我国增速最快的新能源,战略地位日益凸显。2023 年光伏新增装机强劲,光伏已成为新增发电装机的主要驱动力。根据国家能源局数据,2023年国内累计新增光伏装机 216.9GW,同比增长 148%。2024-2025 年,由于高基数效应,假设中国光伏新增装机将保持 20%左右的增速增长,预测 2024 年和 2025 年新增光伏装机容量分别为 281.94GW 和 366.53GW。

同时,新增光伏装机中呈现分布式与集中式装机两旺特点。据国家能源局数据,2023年 1-6 月国内集中式新增装机 37.46GW,同比增加 233.72%,分布式新增装机 40.96GW,同比增加 108.45%;总新增装机量 78.42GW,其中集中式占比 48%,户用光伏和工商业光伏分别占比 27%和 25%,呈现集中式和分布式齐头并进的格局。集中式装机增长主要来自于国央企主导下的第二、三批风光大基地的建设;分布式装机方面,2022 年国家发改委、国家能源局:发布确保户用光伏“应并尽并”的政策后,户用光伏在光伏新增装机量的占比已经提升至 27%,户用光伏市场带动分布式光伏装机量进一步攀升。随着光伏发电装机尤其分布式发电装机规模的不断增长,将带来更多的计量点和测量保护需求,互感器行业将迎来新的需求增长点。

B、风电

随着我国对风力等清洁能源的大力开发,风电在电力行业中的地位稳步提高。根据国家能源局统计数据,2023 年我国累计新增风电装机 75.90GW,同比增长 101.67%,2024-2025 年,由于风电装机已处于较为成熟状态,假设中国风电新增装机将保持 20%左右的增速增长,预测 2024 年和 2025 年新增风电装机容量分别为 91.08GW 和109.30GW。

随着风电的迅速发展,陆域风电市场发展已超过 30 年,迈入成熟期,海上风电处于发展初期,经过近几年的试点,我国海上风电技术逐步成熟,海风新增发电装机容量高速增长。海上风电一般靠近传统用电负荷中心,便于电网消纳,免去长距离输电的问题,成为全球电场建设的新趋势。根据国家能源局统计数据,2013-2022 年我国海上风电新增装机和发电装机容量复合年均增长率分别为 64.04%和 59.76%,发展前景广阔。截至 2024 年 1 月,“十四五”期间已公布的新增竞配约 37.95GW,后续相应的核准和招标有望陆续启动,进一步夯实“十四五”甚至“十五五”期间海风开发建设的基础。柔性直流相较于常规直流输电,具有响应速度快、可控性好、运行方式灵活的优点,未来将广泛应用于海上风电并网等多种电力应用场景,海上风电装机容量的高速增长,或将给应用于柔性直流输电技术的电力设备带来新增市场需求,应用于柔性低频输电领域的低频互感器作为计量、侧量、保护,将迎来较好的市场前景。

(3)储能领域

储能系统的应用可分为发电侧储能、输配电侧储能和用电侧储能三大场景,各个场景下均存在巨大的市场需求。在发电侧,风电、光伏等可再生能源存在间歇性和波动性等固有特性,其大规模并网往往对电能质量、输配电稳定性、电能利用效率等存在影响,储能系统可以通过调峰调频、负荷侧管理等方式,提高电能质量、输配电稳定性,并减少弃风弃光,推动可再生能源的大规模应用;在电网侧,储能在电网侧的应用能够缓解电网阻塞、延缓输配电设备扩容升级、辅助发电侧进行调峰,还能参与电力辅助市场服务,包括系统调频和备用容量,尤其在调频方面发挥了非常大的作用;在用户侧,伴随电力现货交易、分时电价、容量电价的逐步落地,储能商业模式日渐清晰。对于一般工商业用户而言,利用储能设备在电价较低时充电、在电价高时放电的峰谷电价套利是主要驱动力之一。随着国家政策支持,以及各大应用场景的需求拉动,近年来储能装机量不断增长。

(4)用电领域

在用电领域,传统应用于轨道交通、数据中心、石油炼化、工业园区、房地产等集中用电行业,随着新能源汽车、充电桩等新型集中用电行业的兴起,为互感器带来新增市场机会和新型应用场景。

1)主要传统应用领域

A、数据中心加快建设带来市场增量空间

在数字经济时代,算力正成为一种新的生产力,广泛应用到社会生产生活中,为各行各业的数字化转型升级提供了重要支撑。数据中心作为算力的关键基础设施,国家层面高度重视。2021 年 7 月,工信部在《新型数据中心发展三年行动计划(2021-2023 年)》指出“用 3 年时间,基本形成布局合理、技术先进、绿色低碳、算力规模与数字经济增长相适应的新型数据中心发展格局。”2021 年 12 月,国务院在《“十四五”数字经济发展规划的通知》中提到要“加快构建算力、算法、数据、应用资源协同的全国一体化大数据中心体系”。2022 年 2 月,发改委、工信部、国家能源局等联合印发通知,同意在京津冀、长三角、粤港澳大湾区、成渝、内蒙古、贵州、甘肃、宁夏等 8 地启动建设国家算力枢纽节点,并规划了 10 个国家数据中心集群,“东数西算”工程拉开序幕。

在国家政策的引导下,我国数据中心产业正向高速、高质量方向全面发展。据工信部信息通信发展司统计,我国数据中心机架数量由 2017 年的 166 万架增长到 2023年的810万架,增长了4倍多。

随着技术水平的进步,数据中心对输配电要求越来越高,精密配电柜应运而生,其采用了高精度、宽量程的互感器,为数据中心机房能源终端提供高精度测量数据,并通过数字通讯上载至后台控制系统,达到对整个供电系统的实时监控和有效管理。因此,在 5G、云计算、大数据等新一代技术蓬勃发展的背景下,随着我国对数据中心设施建设力度的加大和建设进度的加快,我国数据中心产品市场需求将继续保持快速增长态势,数据中心智能精密配电柜将进一步向上刺激高端互感器产品应用,为互感器设备带来新的市场增长空间。

B、城市轨道交通建设为行业带来新机遇

受经济发展水平以及技术水平的限制,相对于发达国家来说,我国的轨道交通建设起步较晚,2003 年才就轨道交通的相关建设以及运营等做出了明确规定。随着我国城市化的持续推进以及《交通强国建设纲要》的发布,国家铁路局表示,到 2050 年,将最终形成运输保障能力强大、战略支撑有力、运输服务高效、资源环境友好的功能完善、服务一流、绿色环保的现代化铁路网。在基础设施布局方面,推进干线铁路、城际铁路、市域(郊)铁路、城市轨道交通融合发展,构建高质量发展的铁路网络和综合交通枢纽建设。国家的积极推动为轨道交通行业的发展提供了有力保障,交通运输部数据显示,截至 2023年 12 月 31 日,我国55个城市开通运营城市轨道交通线路306条,运营里程10165.7公里;55个城市轨道交通实际开行列车333万列次,完成客运量26.7亿人次,进站量16亿人次。客运量环比增加0.8亿人次,增长3.2%;较2019年月均客运量增加6.8亿人次,增长34%。我国城市轨道交通在运营规模、客运量、在建线路长度、规划线路长度均屡创历史新高,并且凭借安全性高、速度快等优势在全国范围内不断扩建。

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城市轨道交通供电系统是国家电网的重要组成部分,由于轨道交通电力负荷的特殊性,可能伴随着直流牵引系统带来的谐波影响。一直以来,轨道交通电力系统都由国家电网为其提供安全、可靠的电力供应。近年来,我国轨道交通业的稳步推进将为我国电力系统以及上游输配电及控制设备制造业带来大规模、可持续的市场需求。

2)未来新型用电领域

A、新能源汽车充电桩带来新的计量增长点

随着能源生产和消费快速增长,能源供需矛盾日益加深,环境污染问题不断凸显,能有效降低能源消耗、二氧化碳排放,绿色环保的新能源汽车产业开始得到重视。得益于政府支持和消费者接受度提升,我国新能源汽车产业步入快速发展期。近年来,我国新能源汽车产销量屡创新高,保有量持续增长。

除了电动汽车成车产品,充电基础设施同样也是新能源汽车产业重要组成部分。充电基础设施是电动汽车赖以生存的补给站,是连接汽车和能源的重要设施,主要由充电桩组成。充电桩主要将电网传输过来的交流电转换为标准形式的直流或交流电并输送到汽车电池,其过程需要保证各级转换系统中电流大小正常,电流互感器能够准确对关键环节上的电流进行测量,及时发现和报告异常情况,避免安全事故,此外,电流互感器还可用于精确测量汽车的充电量,供用户参考和进行充电收费计算。作为新能源汽车最基本的补能设施,我国充电基础设施数量快速增长。

未来,在《新能源汽车产业发展规划(2021—2035 年)》等国家支持性政策的引导下,我国新能源汽车产业仍将保持高速发展态势,新能源汽车充电桩有望进入发展红利期。受益于新能源汽车充电桩行业的快速发展,相关的互感器作为重要的计量、测量及保护设备,未来市场发展空间广阔。

B、新能源汽车与电网融合互动领域的应用将带来新增市场

互感器在新能源汽车及其电网融合互动领域有着广阔的应用前景。新能源汽车通过充换电设施与供电网络相连,实现能量流的双向互动。根据 2023 年 12 月国家发改委、国家能源局、工业和信息化部、市场监管总局联合发布《关于加强新能源汽车与电网融合互动的实施意见》精神,我国近年将积极探索新能源汽车与园区、楼宇建筑、家庭住宅等场景高效融合的双向充放电应用模式,优先打造一批面向公务、租赁、班车、校车、环卫、公交等公共领域车辆的双向充放电示范项目,鼓励电网企业联合充电企业、整车企业等共同开展居住社区双向充放电试点;到 2030 年,我国车网互动将实现大规模应用,智能有序充电全面推广,新能源汽车动力电池作为可控负荷或移动储能的灵活性调节能力,为新型电力系统高效经济运行提供重要支撑。同时,在 2025 年底前将完成双向充放电场景下的新能源汽车和充换电设施的相关关键技术规范的制修订,其中包括双向电能计量技术、充放电安全防护等标准。双向电能计量及充放电安全防护涉及新能源汽车与电网融合互动的重要环节,对于保障电力市场公平竞争、保护用户权益和保障电力系统安全运行具有重要意义。互感器是实现新能源汽车与电网融合互动的关键设备,互感器在充放电设施中起到测量、保护和控制等多方面的作用,通过互感器测量电流和电压可以确保充放电设施电能双向互动的安全和稳定,实现能源利用率合理评估、汽车动力电池容量实时监测及充放电速度调节、充放电电量准确计量、过流过压及短路等异常情况及时报警、电网电能质量在线监测并及时采取措施保证充放电设施和新能源汽车的安全运行。在新能源汽车与电网融合的能量流双向互动中,存在交流和直流两种电能形式,电磁式互感器和直流互感器可以用来满足测量的要求。未来,随着新能源汽车与电网融合互动模式的成熟,直流互感器等新型互感器作为重要的计量、测量及保护设备,将迎来巨大的市场空间。

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