复合母排行业市场需求规模发展趋势研究预测及下游应用领域市场结构预测咨询
1、复合母排发展概况:复合母排伴随功率器件发展而得到广泛应用。功率器件作为能源变换与传输的核心部件,主要用途包括变频、整流、变压、功率放大、功率控制等,同时具有节能功效,被称为“电力电子系统的CPU”,几乎用于所有的电子制造业。
20世纪80年代以来,以IGBT为代表的双极型复合功率器件迅速发展,使得电力电子设备沿着高电压、大电流、高频化、模块化的方向发展,产品结构更加紧凑、功率密度不断提高。高频化、大功率的电压控制型功率器件在开关过程中,受到母线寄生电感和功率模块自身电感的影响,会产生很高的尖峰电压,这一方面增加了开关损耗,使系统发热增加,另一方面,过高的尖峰电压会影响功率模块正常工作,进而对变频电源系统的可靠性和电磁兼容性提出了较高要求。
传统分立母排寄生电感量较大,在功率器件关断瞬间会产生的瞬态电压与直流回路电压的叠加,对功率器件和电动机绝缘构成威胁,难以满足功率器件高频化、大功率的发展趋势。复合母排将电力电子应用装置中的所有不同电位的连线以又薄又宽的铜排形式叠放在一起,各层之间用很薄的高绝缘强度材料粘合成一体,连接功率器件、散热器、电容器等,使寄生电感成数量级减小,保证电力电子装置在较佳状态工作,使得整机的组装难度及成本均有所下降。
随着技术发展和下游应用领域不断拓宽,功率器件广泛应用于轨道交通、新能源汽车、新能源发电、工控、变频家电、消费电子等领域,涵盖高、中、低各个功率层级。而在上述中、高功率电力电子系统中,复合母排凭借自身优势也得到广泛应用。
2、电池连接系统发展概况:在动力电池及电化学储能领域,锂电池主要的技术进步来源于结构创新和材料创新,前者是在物理层面对“电芯—模组—电池包”进行结构优化,达到兼顾提高电池包体积比能量密度与降低成本的目的,后者是在化学层面对电池材料进行探索,达到兼顾提高单体电池性能与降低成本的目的。锂离子电池传统的应用形式包括“电芯—模组—电池包”三层结构,电池模组在电池包箱体内排列,辅以管理系统和高压元器件,组成完整的电池包。目前电池结构创新主要朝无模组化方向发展,减少零件数量降低成本,同时节约空间提高体积比能量密度。作为电芯之间串并联以及采集温度和电压等信号的连接传输组件,电池连接系统伴随电池结构创新不断迭代升级,主要体现在信号线路发展、集成工艺多样化以及CTP/CTC趋势下产品尺寸增加等方面。具体如下:
(1)信号线路发展:早期锂离子电池主要采用铜线线束作为信号线路,常规线束由铜线外部包围塑料而成,连接电池包时每一根线束到达一个电极,当动力电池包电流信号较多时,则需要多根线束配合使用,对空间挤占较大。在电池包装配环节由于线束较多、组装较为复杂,且需要依赖人工将端口固定到电池包上,导致装配自动化程度较低。
相较铜线线束,FPC由于其高度集成、厚度较薄、柔软度较高等优点,在安全性、轻量化、布局规整等方面具备突出优势,装配时可通过机械手臂抓取直接放置电池包上、自动化程度高,适合规模化大批量生产。2017年前后,FPC开始小批量应用于新能源汽车动力电池连接系统,随着FPC展现出的优异性能以及规模化生产后快速降本,FPC替代传统线束的进程明显提速,目前FPC已经成为动力电池连接系统的主要选择。
FFC为采用绝缘材料包裹多股铜丝绞合导体压合而成的扁平型电缆,相较FPC具有成本低廉、强度高的优点,但由于FFC作为信号采集线路使用时存在加工难度较高的问题,目前在电池连接系统中尚未规模应用。未来,随着FFC在电池连接系统中应用技术的不断成熟,其有望凭借低成本、高强度的优势逐步替代FPC,进一步降低电池连接系统产品成本并提高产品可靠性。
(2)集成工艺多样化发展:在国内企业推出绝缘膜热压CCS前,行业内主要采用注塑托盘的集成方案,通过热铆或卡扣固定托盘、信号线路及铜铝排。由于塑胶结构件较厚且重量相对较重,注塑托盘方案一定程度上影响电池成组效率与空间利用率。绝缘膜热压CCS通过热压工艺将绝缘膜与信号线路、铝巴压合为一块薄片,与注塑托盘相比具有重量轻、空间利用率高、结构简单等优点,契合下游提升电池包成组效率和空间利用率的发展趋势,适合大尺寸产品应用。近年来还出现了吸塑盘方案,采用较为轻薄的吸塑盘替代注塑托盘,也能有效降低重量、提高空间利用率。
(3)动力电池CTP/CTC发展使得电池连接系统尺寸不断增加:动力电池厂商和车企在电池结构方面的研发创新始终围绕着成组效率和空间利用率提升开展,致力于达到提升能量密度、降低成本的目的。过去几年,电池包结构创新主要体现在通过增加标准化电池模组尺寸、减少模组数量等,提升电池包的空间利用率和系统能量密度,如从355模组向590模组、大尺寸模组演化。
由于模组的存在降低了动力电池包的空间利用率,影响成组效率,目前主流电池厂商已逐步采用CTP高效成组技术,跳过标准化模组环节,将电芯直接集成至电池包,突破传统“电芯—模组—电池包”三层结构。根据宁德时代官方网站,以宁德时代CTP技术为例,通过简化模组结构,能够使电池包空间利用率提高20%~30%,零部件数量减少40%,生产效率提升50%。
在CTP基础上,行业内部分电池厂家、车企已开始布局CTC技术,将电芯直接集成至汽车底盘,可省去模组、打包过程,实现更高程度集成化,步提升新能源汽车续航里程。上述大模组或CTP/CTC发展趋势对电池连接系统设计、生产制造工艺水平均提出了更高的需求,电池连接系统尺寸需相应增加,同时进一步提升集成化水平,简化结构的同时提高空间利用率,以适应电池成组技术发展需求。
中金企信国际咨询公布的《2023-2029年中国复合母排行业市场深度调研及“十四五”投资战略预测报告》
3、下游主要行业市场前景:
(1)新能源汽车:中国作为世界最大的汽车消费市场和生产基地,对全球汽车行业的发展起到关键性作用。汽车产业是国民经济的重要支柱产业,在国民经济和社会发展中发挥着重要作用。新能源汽车作为我国的战略新兴产业,是我国汽车行业实现弯道超车的重要契机。自2013年以来,国家发改委、财政部、工信部以及科技部等部门陆续出台了一系列鼓励和推广新能源汽车发展的政策,对我国新能源汽车产业的快速成长发挥了重要的促进作用。在国家“十四五”规划和2035年远景目标纲要中,新能源汽车行业被列为战略性新兴产业之一。在政策、需求、技术等多重因素驱动下,新能源汽车行业正处于高速发展的黄金时期。
①中国新能源汽车市场情况:在国家政策扶持和技术进步的推动下,我国新能源汽车的产业规模正在逐渐扩大,处于行业的高速发展初期。根据中国汽车工业协会的数据显示,2022年上半年中国新能源汽车产量为265.35万辆,较2021年上半年增加了143.88万辆,同比增长118.46%;销量为259.19万辆,较2021上半年增加了139.80万辆,同比增长117.09%,产销量均实现大幅增长。根据国泰君安证券研报,预计2022年新能源汽车销量有望突破550万辆。
②全球新能源汽车市场情况:当前,全球新一轮科技革命和产业变革蓬勃发展,汽车与能源、交通、信息通信等领域有关技术加速融合,电动化、网联化、智能化成为汽车产业的发展潮流和趋势。近年来,世界主要汽车大国纷纷加强战略谋划、强化政策支持,跨国汽车企业加大研发投入、完善产业布局,新能源汽车已成为全球汽车产业转型发展的主要方向和促进世界经济持续增长的重要引擎。
欧洲市场方面,随着碳排放标准不断提高,车企不断加大新能源汽车投入。从二十世纪九十年代开始实施的EURO1排放标准到2014年实施的EURO6标准,每一代标准都在不断提升对汽车各类排放物的限制,使得车企为了达到排放要求不断加大对新能源汽车的投入。同时,欧洲各国纷纷出台各式新能源汽车政策补贴,自2020年以来,补贴力度不断加大,欧洲新能源汽车呈现爆发式增长。
美国市场方面,由于2019年特朗普上任后取消了奥巴马执政时期的新能源汽车补贴政策,导致2019-2020年美国新能源汽车销量仅为32万和32.4万辆,均低于2018年的35.6万辆,新能源汽车渗透率仅为1.5%左右。拜登上任后启动了新能源新政,提出了鼓励新能源汽车的系列政策,包括消费补贴、税收抵免、充电设备建设、公共交通电动化等,美国市场新能源汽车销量逐步提升。
③新能源汽车市场前景广阔:与燃油车相比,新能源汽车的能源补充成本更低并且享有利好政策和补贴,这吸引了越来越多的消费者从燃油车转向新能源汽车,带动了行业的市场需求。同时,电池技术的不断发展促使新能源汽车的电池续航里程及充电效率明显提升,智能物联则进一步强化了新能源汽车作为智能技术载体的特征,为汽车革命带来了全新的发展机遇。此外,在全国范围内扩大充电基础设施的覆盖范围,很大程度上提高了新能源汽车消费者的驾驶体验,降低了里程焦虑。随着越来越多的消费者关注并且接受新能源汽车,新能源汽车对传统燃油车的替代是顺应行业和国家发展的大趋势。
经过多来的市场教育和产业链培育,新能源汽车行业各个环节逐步成熟,丰富和多元化的新能源汽车产品不断满足市场需求,使用环境也在逐步优化和改进,新能源汽车受消费者认可度持续提高。根据中国汽车工业协会的数据,2017-2022年上半年,中国新能源汽车产销量及渗透率不断上升,2022年上半年新能源汽车产量为265.35万辆,销量为259.19万辆,渗透率分别为21.92%、21.52%。
根据国务院办公厅印发的《新能源汽车产业发展规划(2021—2035年)》,预计到2025年和2035年,我国新能源汽车销量分别为600万辆和1,750万辆,分别占到汽车销售总量的20%和50%,成为新车销售的主流。2021-2025年,我国新能源汽车年均复合增速预计为34.42%;2026-2035年,我国新能源汽车年均复合增速预计为11.30%。综上所述,新能源汽车行业仍处于高速发展阶段,市场前景良好。
(2)储能市场:随着相关政策不断向清洁能源倾斜,国家对于新兴环保能源的高度重视,光伏、风电等可再生能源发电占比快速提升,但是可再生能源具有不连续、不稳定、不可控的特性,因此需要大规模储能技术参与调节。为了控制弃风、弃光率,全国已有部分省份出台政策鼓励或者强制要求新能源配套储能,在政策及市场需求共同刺激下,新能源发电侧电储能需求预计将持续增长。2021年7月15日,国家发展改革委、国家能源局联合发布《关于加快推动新型储能发展的指导意见》提出2025年实现新型储能从商业化初期向规模化发展转变、新型储能装机规模达30GW以上,2030年实现新型储能全面市场化发展。2022年1月29日,国家发展改革委、国家能源局联合发布《“十四五”新型储能发展实施方案》,进一步指出要支撑构建新型电力系统,加快推动新型储能高质量规模化发展。
新型储能主要场景为电化学储能,与传统机械储能相比,电化学储能不受自然条件影响,特别是锂电池储能,具有充电速度快、放电功率大、系统效率高等优点,且建设周期较短,可以灵活运用于电力系统各环节及其他各类场景中。随着系统成本的不断下降、商业化应用日益成熟,电化学储能是未来储能产业重要的发展方向。
根据中金企信统计数据,2021年,全球新增投运电力储能项目装机规模18.3GW,同比增长185.54%,其中新型储能的新增投运规模最大,并且首次突破10GW,达到10.2GW,同比增长117.02%;2021年,中国储能项目新增装机规模10.5GW,同比增长288.13%,其中新型储能新增装机规模首次突破2GW,为2.4GW,同比增长50.00%。
2016-2021年全球新型储能项目新增装机规模及同比增速分析
数据整理:中金企信国际咨询
2016-2021年中国新型储能项目新增装机规模及同比增速分析
数据整理:中金企信国际咨询
随着可再生能源装机规模的持续增长、储能及电价相关政策的不断完善,以锂电池为主的新型储能技术有望在相关机制的推动下迎来高速发展契机。国家发改委、能源局发布的《关于加快推动新型储能发展的指导意见》明确了2025年新型储能装机规模达30GW以上的目标,以此计算,2020-2025年均复合增长率将超50%。保守场景下,2025年中国电化学储能累计投运规模有望达35.5GW;随着“碳达峰”和“碳中和”目标和储能相关政策的推动,理想场景下2025年中国电化学储能累计投运规模有望达55.9GW。预测到2025年我国锂电储能累计装机规模有望达50GW;到2035年我国锂电储能累计装机规模有望达600GW。
(3)新能源发电:20世纪以来,煤炭、石油、天然气等传统化石能源的大规模开发利用造成了一系列的生态环境问题,严重污染了全球的居住环境。在环境问题日益严重的背景下,为了实现“碳达峰”“碳中和”的目标和社会的可持续发展,发展清洁能源已经成为世界范围内应对生态环境问题的共同选择,其中光伏、风电作为新能源发电重要方式未来有着较大发展潜力。
①光伏市场发展情况:根据中金企信统计数据显示,2021年,全球光伏市场新增装机量为175GW,同比增长30.60%,全球累计光伏发电装机总量达到了942GW,同比增长23.95%。2013年至2021年,全球光伏发电新增装机量年复合增长率为21.44%,光伏发电累计装机量年复合增长率达到了27.25%,均保持了较高的增长速率。
2013-2021年全球光伏电站新增和累计装机容量分析
数据整理:中金企信国际咨询
根据国家能源局数据显示,2021年,中国光伏市场新增装机量为53.00GW,同比增长9.96%,累计光伏发电装机总量达到了306.00GW,同比增长20.95%。2022年上半年继续保持增长,新增装机量和累计装机量分别达到了30.88GW和336GW。2013-2021年,我国光伏新增装机容量和累计装机量连续9年位居世界第一,累计装机容量年复合增长率达到41.15%。
2013-2022年上半年中国光伏电站新增和累计装机容量分析
数据整理:中金企信国际咨询
预测2025年全球太阳能光伏发电能满足25%的总电力需求,是2017年太阳能光伏发电总量的10倍以上,2050年全球太阳能光伏发电装机容量将达到8,519GW。根据中国光伏行业协会测算,在十四五“碳中和”政策支持下,国内光伏新增装机预计到2025年可达90-110GW,继续保持全球领先的位置。
②风电市场发展情况:根据中金企信统计数据,2021年全球风电市场新增装机容量93.61GW,累计装机容量837.45GW,累计装机容量同比增长12.6%。2012至2021年,风电累计装机容量从283.19GW增长至837.45GW,年复合增长率达12.80%。
根据国家能源局统计数据,2013年以来,中国风电装机规模保持增长态势,累计装机容量年复合增长率达19.85%。2021年全国新增装机容量46.95GW,累计装机容量328.48GW,累计装机容量同比增长16.68%。
根据预测,我国2025年陆上风电新增装机容量有望达到45GW,2021-2025年CAGR达到10.67%;海上风电在经过2019-2021年抢装潮后发展速度可能放缓,2025年新增装机容量达到5GW,2022-2025年CAGR可能达到7.72%。“2020北京风能大会”上,400多家风电公司首次发起联合宣言保证,将年均新增风电装机50GW以上。2025年后,中国风电年均新增装机容量不低于60GW,到2030年累计装机量至少达到800GW。
(4)轨道交通:
①高速铁路建设方兴未艾:我国高铁建设有两波浪潮,第一波是2004年《中长期铁路网规划》确定规划建设“四纵四横”200公里/小时客运专线,至2015年底,全国铁路营业里程达到12.1万公里,其中高速铁路1.9万公里,跨区域快速通道基本形成;第二波开始于2016年修编新的《中长期铁路网规划》,在“四纵四横”高速铁路基础上,于2025年形成以“八纵八横”主通道为骨架、区域连接线衔接、城际铁路补充的高速铁路网。展望至2030年实现省会城市高速铁路通达、区际之间高效便捷相连。目前我国正处于第二波高铁建设浪潮中期,高快速铁路建设将拉动动车组车辆保有量进一步扩大。
根据《中长期铁路网规划》,到2025年铁路网规模达到17.5万公里左右,其中高速铁路3.8万公里左右(不包括城际快速铁路),根据《规划》中未建成的干线高速铁路和支线快速铁路计算,未来5-10年将新建通车高速铁路(包括城际快速铁路)23000公里以上。展望未来5-10年,复兴号总订单规模有望超4,000标准组(列),约合5000亿元市场规模,年均500-1000亿元,不低于“和谐号”时代水平。
②城市轨道交通进入黄金发展期:随着城市轨道审批和投资门槛的不断变化,各地方政府纷纷掀起了城市轨道交通建设的浪潮,根据中国城市轨道交通协会的数据,2021年全年共完成建设投资5859.8亿元,2012年以来年均复合增速达13.24%。
2016-2021年中国城市轨道交通当年完成建设投资额分析
数据整理:中金企信国际咨询
源源不断的资金投资强力支持了城市轨道的建设,根据中国城市轨道交通协会的数据,2021年我国在建项目的可研批复投资累计45553.5亿元,在建线路总长6096.4公里,在建线路规模与年度完成投资额同比均略有回落。截至2021年底,共有67个城市的城轨交通线网获批,其中城轨交通线网建设规划在实施的城市共计56个,在实施的建设规划线路总长6988.3公里。
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