电源管理系统组成、市场规模、竞争格局及驱动力在哪？

AI 与 HPC 等计算密集任务下，数据中心能耗与故障问题日益严峻，催生电源管理系统。

1.电源管理系统：从供配电到电力监控全流程的数据中心必备支柱

数据中心电源管理系统链条复杂，电源系统、不间断电源与电源分配单元为主要设备。目 前数据中心电源管理系统主要为供配电方案与电力监控方案两类。供配电方案通过主开关 设备将市电或油电划分为小型可控电路，并通过低压/直流配电系统调整电压与电流以将其 输送至不间断电源（UPS）系统并被备用电池储存，随后电力将流经配电单元（PDU），再 次被转换成适合相关设备的电压后，被分配到服务器机架、交换机等用电负载。电力监控 方案指数据中心对整个机房的用电情况和电能质量数据进行实时监测和集中管理。 不间断电源（Uninterruptable Power Supply, UPS）为数据中心电源管理系统的核心。 UPS 是以逆变器为核心的恒压、恒频的储能设备，还包括备用蓄电池、整流器和自动转换 开关（Automatic Transfer Switch, ATS）等多个元件。UPS 系统用于储存电能以应对外电 中断等突发情况，其通过逆变器转换出备用电池内的直流电能并传输到负载电路中，从而 为数据中心提供应急电源。此外，UPS 还能消除电压骤降或电涌等电能质量问题。ATS 则 用于在电源故障时将电力从主电源切换到 UPS 或发电机。

Vertiv 作为电源管理系统提供商，产品包括从电源（NetSure）、供配电（Liebert）、监控 设备（Albér）到支持性零部件的全套解决方案，业务覆盖从第一级配电到第三级配电全流 程。此外，由于 UPS 在数据中心电力系统中的核心地位，叠加其作为 Vertiv 在电源管理业 务中的拳头产品系列，我们认为，除对整体数据中心电源管理市场进行讨论外，有必要对 UPS 的发展、市场规模与竞争格局等情况进行详细分析。

UPS 类型丰富，在线式、大功率 UPS 需求有望持续上涨。UPS 分类形式繁多，按照应用 功率的大小可分为小型（P＜10KVA）、中型（10KVA≤P＜100KVA）和大型（P≥100KVA） 三类；按供电体系可分为单进/单出（220V/220V）、三进/单出（380V/220V）和三进/三出 （380V/380V）三类；按有无隔离变压器可分为工频和高频两类；按结构形态可分为塔式 和模块化两类。而目前主流方式是根据电源在 UPS 中的转换方式来分类，可分为在线双变 换式、在线互动式和离线式（后备式）。

2.市场规模：AI 赋能数据中心电耗高增，UPS 为推动电源管理规模主要力量

从电力消耗规模上看，由于 Al 数据中心的用能密度远高于传统数据中心，数据中心发展可 能带来超预期电力需求与用能质量要求提升。未来的数据中心发展可能是低碳的，但是未 必是低电耗的，电气化、AI 应用等新的需求驱动，将不断拉动新兴电力增长。根据 ESG30 与国际能源署数据，2022 年中美数据中心用电分别占社会用电量的 3.1%/4.0%。展望未来， 根据华为官网预期，AI 有望拉动全球 2030 年通用算力达到 3.3ZFLOPS（FP32），AI 算力 将超过 105 ZFLOPS（FP16）。此外，根据 IEA 测算，在基准与乐观情景下，2030 年全球 数据中心、AI 与加密货币用电量有望分别为 800/1050TWH，达到 2022 年的 1.7 倍与 2.3 倍。多方预测下，均反映出 AI 赋能数据中心耗电量的指数级增长趋势。 从市场规模上看，UPS 成为提升电源管理市场规模的主力，AI 数据中心下龙头公司更具客 户粘性。根据 Mordor Intelligence，全球数据中心电源市场规模将从 2024 年的 243.3 亿美 元增长到 2029 年的 339.2 亿美元，2025-2029E CAGR 为 6.87%。全球数据中心 UPS 规 模将从 2024 年的 63.1 亿美元增长到 2029 年的 95.8 亿美元，2025-2029E CAGR 为 7.05%。 2023 年北美仍为电源管理与 UPS 主要市场。我们认为，随着未来 AI 在数据中心工作负载 中占比日益增加，电源管理系统的市场空间均有望结构性的获得更高增速与高质量的发展。 此外，AI 数据中心的供配电设备相较于传统数据中心，对产品功率密度，质量稳定性要求 更为严苛，准入门槛提升，更利于行业头部企业产品量价齐升。

3.竞争格局：行业集中度下降但头部地位仍在，下游市场对产品需求结构变动较小

全球数据中心电源管理市场与数据中心 UPS 市场相对集中，Vertiv 均稳居第一梯队。根据 Vertiv 数据，2022 年全球数据中心电源管理市场前三大供应商分别为 Vertiv、施耐德电气、 伊顿，分别占比 16%/8%/7%。其中 Vertiv 在大型 UPS、AC/DC 电源解决方案和储能与替 代能源等细分领域均位于头部。此外，由于数据中心 UPS 初始投资较高，下游企业出于成 本与安全性等考量，更倾向于订购拥有自研解决方案的老牌电源厂商产品，导致行业集中 度相对较高。根据 Omdia 数据，2020 年全球数据中心 UPS 市场中，施耐德电气、伊顿和 Vertiv 同样位居前三，占比分别为 23.5%/12.5%/11.5%，全球 CR8 约 68%。其他参与者包 括华为、Riello、科士达、科华数据等。2021 年全球数据中心 UPS 市场 CR8 降低 1.5pct 至 66.5%，施耐德电气、伊顿和 Vertiv 虽然仍坐稳前三把交椅，但市占率分别下滑至 23.0%/11.0%/11.0%。我们认为，虽然随着市场参与者增加，数据中心 UPS 行业集中度有 下降趋势，但行业龙头通过自身研发投入打造丰富产品矩阵，叠加配套设施市场存在较高 客户粘性，能实现强者恒强，长期看地位不易被撼动。

从下游行业结构看，不同行业对 UPS 需求变动幅度较小，高需场景仍在 IT 和通信、托管 与金融业。根据 GM Insights 数据，2023 年 IT 和通信、托管与金融业为数据中心 UPS 前 三大应用场所，占比分别为 28%/15%/11%。2023-2032E 下游应用行业结构整体变化不大， 其中托管与金融业占比分别增加4pct/2pct至19%/13%，对比IT和通信领域占比则缩窄2pct 至 26%，我们认为主系云端与托管数据中心的兴起以及金融业数据量增长带动数据中心部 署需求所致。从产品结构看，受数据中心能耗高增与向大型发展趋势影响，在线双变式 UPS 与中大型 UPS 份额有望逐年提升。根据 Acumen 与 GM Insights 数据，2021 年全球数据 中心中中大型 UPS（P≥10KVA）占比便已超过 50%，而 2022 年全球在线式 UPS 占比高 达 73.2%。

我们认为，在下游市场与产品需求结构变化的趋势下，Vertiv 有望长期受益。主系 1）Vertiv 主要客户均集中在 IT 与通信、金融、云端三大领域，与行业龙头合作期限均在 20 年以上， 基于客户对电源管理产品的高粘性特征，公司有望充分受益于高景气度市场需求带来业务 增长。2）Vertiv UPS 产品类型布局全面，产品能实现 0.35-1200kVA 全覆盖，以满足数据 中心大多数供配电需求。此外，公司 2022 年三相大型 UPS 销售占比位居业内第一，并持 续进行高密 UPS 研发。公司 Trinergy Cube UPS 甚至能将单机柜扩展至 3.4 MW，并并行 扩展至 27 MW，密度与运行效率均位居业内第一梯队。

4.行业驱动力：AI 与 HPC 抬升数据中心容量与电耗，带动供配电设备量价双升

AI 算力芯片需求与电量需求初现规模，带动 AI 服务器与数据中心能耗高增。根据 SemiAnalysis 数据，OpenAI 训练 ChatGPT 需要 3617 个英伟达 HGX A100 服务器以支持 后续 ChatGPT 的交互，对应 564MWh/天的用电量。同时，AI 需求也将驱动更多的进入者 与持续的需求增长，以谷歌搜索为例，若每次搜索中都嵌入 AI 应用，则需要约 40-51 万套 英伟达 HGX A100 服务器以支持，对应约 80GWh/天的用电量。高密度机架驱动数据中心 电耗飞升，根据 Vertiv 数据，目前超大规模数据中心年均耗电量高达 20-50MW，足以为 37000 户家庭供电。

AI 与 HPC 等计算密集任务下，数据中心能耗与故障问题日益严峻，催生电源管理系统。 随着 AI 与 HPC 热潮的出现，数据中心数量与耗电量直线上升，根据 SRG 数据，超大规模 数据中心数量在 2023 年底为 992 个，并在 2024 年初突破千个大关。同时，设施数量和平 均容量的不断增加导致超大规模数据中心的总容量仅四年内就翻了一番，未来总容量有望 在四年内再次翻倍。随着数据中心向云端与超大规模方向发展，高电力负载下，重大站点 停电情况也逐渐显现。根据 Uptime Institute 数据，全球数据中心终止运行情况中，IT 设施 现场电源中断问题占比由 2020 年的 37%上升至 2023 年的 52%，其中不间断电源（UPS）、 转换开关和发电机故障为主要原因。为对日益增长的能耗进行监控与优化管理，并防止数 据中心运营中断造成高额损失，数据中心电源管理系统需求同步上升。此外，为了减少停 机时间，目前数据中心通常在设施中建立冗余，从而复制关键组件，随着冗余架构级别的 增加（N、N+1、N+2、2N 和 2N+1），电源管理产品数量也将成倍增长。