产业风险预警智研产业百科词条【504】——电力电子设备

摘要： 2023年我国电源工程建设投资完成额为9675亿元，同比增长30.1%。在电源工程建设中，电力电子设备发挥着关键的作用，如电力转换、控制、保护等。电源工程技术的进步和规模的扩大，对电力电子设备的性能、可靠性和智能化水平提出了更高的要求。未来，随着能源转型的深入推进和电源工程建设规模的扩大，电力电子设备行业将迎来更大的发展机遇。

一、定义及分类

电力电子设备是指以电力电子器件为主要功能元件的设备。这些电力电子器件，也被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，如新能源发电中的逆变器、直流输电中的晶闸管、负荷侧的大型变频电机等都属于电力电子设备。

按功能分类，电力电子设备可以分为电能转换设备、电能控制设备和电能调节设备。按应用领域分类，电力电子设备可以分为工业用电力电子设备和电力用电力电子设备。其中工业用电力电子设备主要用于工业生产过程中的电能变换和控制，如电动机驱动、电焊机、电解设备等；电力用电力电子设备主要用于电力系统的电能变换和控制，如逆变电源、静止无功补偿器、有源电力滤波器等。

二、行业政策

1、主管部门和监管体制

国家发展改革委员会、国家工业和信息化部、国家科学技术部对电力电子设备行业进行产业宏观规划方面的管理。国家发展改革委员会主要负责研究制定产业政策和产业发展规划、促进行业体制改革、促进行业技术发展等宏观管理。国家工业和信息化部主要负责研究提出工业发展战略、拟订工业行业规划和产业政策并组织实施、指导工业行业技术法规和行业标准的拟订等宏观管理。国家科学技术部负责研究提出科技发展的宏观战略和科技促进经济社会发展的方针、政策法规，研究确定科技发展的重大布局和优先领域，推动国家科技创新体系建设。

国家质量监督检验检疫总局、国家标准化管理委员会对电力电子设备行业进行产品生产、质量方面的管理。国家质量监督检验检疫总局依据行业标准对电力电子设备行业进行质量监督。国家标准化管理委员会下属的全国电力电子系统和设备标准化技术委员会等负责制定和修订电力电子设备行业相关标准。

中国科协主管的中国电源学会是电力电子设备行业的全国性自律性组织，对行业进行技术标准、行业推广等方面的管理，同时负责电力电子设备行业产业及市场研究、向政府部门提出产业发展建议、推动行业对外交流等工作。

2、行业相关政策

在新型电力系统中，可再生能源并网发电、交流-直流电网的功率传输与柔性互联、配用电侧交直流变换及功率双向流动等装置都要借助电力电子装置来实现，同时在用电侧各类驱动、控制装置已经广泛采用电力电子器件。为加快推动构建新型电力系统，国家和政府相继出台多项政策，大力推动电力电子设备等关键部件的发展。2023年9月，国家发展改革委和国家能源局共同发布《关于加强新形势下电力系统稳定工作的指导意见》，围绕高比例电力电子设备的电力系统在源网荷储互动环境下安全稳定运行，科学谋划电力系统转型的发展方向和路径，确保稳定工作要求在新型电力系统全过程、全环节、全方位落实。在相关产业政策的稳步落实下，各企业将加大对电力电子设备等电力行业关键部件的研发和生产，持续提升电力电子设备产品性能，推动电力行业健康可持续发展。

三、行业壁垒

1、技术壁垒

由于电力电子设备行业涉及电力、电子、控制理论等多个学科，企业需要具备强大的研发能力和专业的研发团队，同时，技术更新迅速，企业需要不断跟踪新技术的发展，并将其应用到产品中。此外，电力电子设备的研发周期长，技术门槛高，需要投入大量的人力、物力和财力。因此，没有足够技术积累和研发实力的企业很难进入该行业，这也是电力电子设备行业技术壁垒的主要体现。

2、资金壁垒

电力电子设备行业资金壁垒较高，主要表现在研发投入、生产设备采购、市场拓展等方面。研发是行业核心，需要持续的资金支持以推动技术创新和产品升级。同时，在高端生产设备的购置和维护方面，资金支出也较大。此外，市场拓展、品牌推广等也需要大量资金投入。因此，企业若没有足够的资金支持，很难在电力电子设备行业中立足，也难以实现持续发展。这一资金壁垒限制了新进入者的数量，也提高了行业内的竞争门槛。

3、品牌壁垒

知名品牌在市场上具有较高的知名度和口碑，下游客户对其产品质量和性能更加信任，因此更愿意选择这些品牌的产品，给新进入企业或品牌较弱的企业带来了较大的挑战。为了打破品牌壁垒，新进入企业需要投入大量的时间和精力进行品牌建设和推广，提升品牌知名度和美誉度，以赢得下游客户的信任和市场份额。

四、发展历程

我国电力电子设备行业的发展历程经历了从起步阶段到快速发展阶段，再到高速发展阶段的过程。现阶段，我国电力电子设备行业已经成为我国电力工业的重要组成部分，行业规模不断扩大，技术水平不断提高，产品种类不断丰富，市场竞争力不断增强。未来，我国电力电子设备行业将继续保持高速发展的态势，加强自主创新和品牌建设，推动行业的智能化、绿色化和可持续发展。

五、产业链

1、行业产业链分析

电力电子设备的原材料主要包括电子元器件、有色金属、绝缘材料以及其他辅助材料等。其中，电子元器件是电力电子设备的核心，包括电容器、电阻器、晶体管等，在电路中实现电能的转换、控制、调节等功能。有色金属用于制造设备的导电部分和散热部分。绝缘材料用于保证设备的安全运行，防止电流泄漏和短路。这些原材料的质量和性能直接影响到电力电子设备的性能和使用寿命。中国电力电子设备行业产业链如下图所示：

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追光逐日捕风储能 电力设备“更新”再启程

来源：证券日报

本报记者 肖 伟

图①南网储能钠离子电池储能电站 图②特变电工500kV变电站主变压器图③时代新材的风电大叶片 公司供图

7月16日，电力规划设计总院在京召开《中国能源发展报告2024》《中国电力发展报告2024》发布会。《中国电力发展报告2024》显示，自2013年以来，电力需求稳步增长，全社会用电量10年平均增速约5.6%。2023年全社会用电量较2022年增长6.7%。

如何保证发电量、输电量持续且高质量增长，满足日益增长的全社会用电需求，正是电力设备行业在设备更新过程中迫切需要解决的关键问题。

今年3月份，国务院印发《推动大规模设备更新和消费品以旧换新行动方案》（以下简称《行动方案》）。《行动方案》提出的“设备更新行动”，是一场规模庞大、时间持久、复杂度超高的系统性工作，不仅要促进新能源发电量持续增长，主动打破自然资源约束，还要推动储能建设，接纳消化更多新能源电力，更要升级改造现有电网，实现智能化、自动化、柔性化配电和输电。

中国电力企业联合会副理事长、特变电工董事长张新在受访时表示：“‘以旧换新’对电力设备企业而言，是又一次创业征程的起点。”

发电端打破自然约束

在火力发电站依赖石化原料、水力发电站建设周期长等约束下，如何满足全社会持续增长的用电需求？

电力设备企业给出了清晰的答案：以光伏、风电等为突破口，生产发电量更大、转换率更高、技术水平更先进的新能源发电设备，大力建设“陆上三峡”和“海上三峡”。

“陆上三峡”是指在光照充足、风力强劲的北方地区，通过建设大规模光伏发电矩阵和风力发电机组生产电力。西北地区的甘肃和东北地区的吉林正在推进“陆上三峡”建设，并取得一系列可喜成果。“海上三峡”则是在风力强劲的近海和深远海，通过建设大功率风力发电机组生产电力，在江苏如东、福建福清、广东阳江、山东昌邑等地，“海上三峡”年发电量正迅速攀升。

在“陆上三峡”和“海上三峡”建设如火如荼展开的同时，电力设备企业正抓紧自主创新，开展研发攻关，新能源发电设备更新的战线上不时传出喜讯。

在光伏发电领域，薄膜电池取代了硅系电池，背钝化发射极和背面电池又取代了薄膜电池。在电力设备企业的实验室里，钙钛矿太阳能电池商业实用性提升，叠层太阳能电池被视为下一代超高效太阳能电池技术路线，转换效率已经提升至33.9%，柔性太阳能板和透明太阳能电池正在孕育当中。

在风力发电领域，风力发电机正朝着大型化迈步前进，海上风电机组容量从3兆瓦跃升至16兆瓦；新材料和新工艺带来叶片尺寸飞速提升，风电叶片尺寸从20米跃升至123米；半直驱技术有望逐步替代双馈技术和直驱技术，带来更高发电效率。

时代新材是中国中车的一级子公司，也是中国中车旗下主要风电叶片生产企业。公司董事长彭华文向《证券日报》记者表示：“过去的小风机工作效率低，迫切需要替换为大风机以提升发电效率，这是风力发电设备生产企业更新设备的共性方向之一。大叶片需要水准更高的制造工艺、强度更高的结构设计和更先进的材料配方。”

电力设备企业的探索并未止步于此。在风电、光伏之外，多家电力设备企业与科研机构一道，正在推动人造太阳项目不断前进。全超导托卡马克核聚变实验装置成功实现了稳态高约束模式等离子体运行403秒，创造新的世界纪录。中国环流二号实现首次放电。中国环流三号在国际上首次发现并实现了一种先进磁场结构。

储能端扩大“蓄水池”

在以光伏、风电为代表的新能源发电量持续增长的同时，一个突出的问题摆在电力设备企业面前。光伏、风电的发电量受昼夜、季节等因素影响，有一定波动性。能否将有波动的新能源电力“装入”具有消纳吸收功能的“蓄水池”中，最终使新能源电力更加稳定可靠？

面对这一问题，电力设备企业也找到了对策：以先进储能技术为突破口，生产容量更大、安全性更高、经济性更好的储能设备，成为电力系统中的“蓄水池”。

电化学储能是通过可逆电化学反应，实现电能与化学能相互转化的储能方式。在电力设备更新过程中，电化学储能应用场景从发电侧、输配电侧扩展到用电侧，形成了发电侧储能、输配电侧储能和用电侧储能三大场景。在日趋成熟的锂离子电池之外，电力设备企业又相继开发出成本更低的钠离子电池、储能效率更高的液流电池、能量密度更高的金属空气电池等。在电力设备企业的实验室中，安全性更好的固态电解质和先进固态电池，以及响应速度更短的超级电容器等产品已接近商业化落地阶段。

值得一提的是，电力设备企业对先进储能技术的钻研仍在进行时，先进储能设备正朝多元化发展。在电化学储能之外，环境适应性更好的重力储能、响应时间更短的飞轮储能、容量更大的抽水储能、可有效利用地下空间的压缩空气储能纷纷登台亮相，正在成为各地电力系统中的“蓄水池”。

南网储能董秘钟林向《证券日报》记者表示：“随着新能源占全部能源消费比重不断增长，储能设备的时长和容量需要‘再上新台阶’。容量在1万千瓦以下、储能时长在2小时以下的电化学储能设备正加速出局。”

输配电端拥抱智能技术

中国电力投资规模常年超过1万亿元人民币，发电端、储能端的各类新型设备层出不穷。在庞大投资和海量新设备面前，电力系统控制的复杂性呈指数级增长，仅依靠人力无法高效且科学地完成输配电工作。能否有一个“聪明的大脑”，来指挥数量众多、形态各异的电力设备，共同完成满足14亿人用电需求的输配电任务？

对此，电力设备企业的“回答”是积极拥抱智能技术，打造响应时间更短、自动化程度更高的智能电网，成为电力系统中的“聪明大脑”。

电力调度智能系统是智能电网的决策中枢，通过集成先进的传感、测量、控制和通信技术，实现了对原有电网的智能化升级和高效运营。利用信息量测和传输设备，智能电网可实时监控电网状态，实现高速数据传输。利用变流器、逆变器等电力电子设备，智能电网能高效转换和控制电能。利用5G通信技术，智能电网实现精准负荷管理和智能管控，保障供电可靠性。

电力设备企业对智能电网的技术创新和设备更新正在进行中。针对商业办公园区、产业园区等特定客户的智能微电网正脱颖而出。利用数字技术和智能化手段，微电网和主电网之间可以实现并网、离网及并离网系统的多方协调运行。

特变电工是我国输变电行业的头部企业之一。公司董秘焦海华向记者举例说明输变电设备更新的情况：“举例而言，一台变压器需要升级成一个智能变电站，才能有效承接新型电力系统的输变电任务。这就意味着，在变压器之外，还需要配备变电站监控保护、智能终端、合并单元、智能辅控系统等，要能实现全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化、高级应用互动化。”

张新表示：“电力设备更新将为全社会带来新型电力系统。新型电力系统并非是对原有电力系统的推倒重来，而是对传统电力系统的继承和发展，需要电力设备企业在现有设备的基础上进行升级改造和技术创新。”

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