2023年电力设备及工控2024年投资策略:循增长,谋突破

  • 来源:中信证券
  • 发布时间:2023/12/18
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电力设备及工控2024年投资策略:循增长,谋突破。多因素助推电力系统投资稳健增长,延续适度超前状态。从“十四五”电力系统建设周期来看,影响电网投资投放的系统因素主要是电力供需形势与新能源消纳情况。我们判断电源投资有望延续深化新能源渗透、补足泛基荷电源建设的状态,保持适度超前建设,我们预计电源投资在2023-2024年有望分别增长20%/10%;考虑到新能源持续渗透预期,我们预计电网投资在2023-2024年有望进入逐步提速阶段——预计2023年电网基本建设投资完成额有望同比增长5-6%,2024年同比增长5%+。国内电网:特高压与柔直共振,直流项...

电力投资稳健增长,结构化增量显著

多因素助推电力系统投资稳健增长,延续适度超前状态

电网投资稳中有升,电源投资持续向好。根据 Wind,2023 年 1-9 月,电网基本建设 投资完成额达到 3287 亿元(+4.2% YoY)。同时,随着新能源渗透率的持续提升,基荷电 源实现削峰填谷、支撑电网稳定运行的重要性日益凸显;2023 年 1-9 月,电源基本建设投 资完成额为 5538 亿元(+41.1%),在新能源投资高速增长的同时,火电、水电、核电投 资分别达到 635 亿元(+16.2% YoY)、586 亿元(+9.7% YoY)、589 亿元(+46.0% YoY), 基荷电源投资持续上行,有望带动以电网主网设备、大型电源设备为主业的企业实现业绩 释放。

特高压招标显著增长,主网投资持续上行。截至 2023 年 10 月底,国家电网共计公布 2023 年第 1-5 批特高压设备中标候选人情况,合计招标规模达到 383 亿元,远超上年全年,叠加 2023 年国网共有八个批次的特高压招标采购计划,我们预计全年招标规模将显 著增长。特高压招标的增长将直接带动未来 1-2 年内特高压设备及配套输电网设备显著增 长。

变电招标总量提升,向主站设备结构性倾斜。据国家电网,从变电的招标来看,2023 年国网前四批招标采购规模合计达到 467 亿元,同比增长约 28%,总体投资规模显著增长。 从投资的结构上,2023 年前四批招标中组合电器、变压器分别达到了 119.4 亿元、92.1 亿元,占比分别为 25.6%、19.7%。2022 年全年组合电器、变压器招标金额分别为 43 亿 元、74.5 亿元,占比分别为 8.1%、14%,2023 年变电设备投资向组合电器、变压器等主 站设备倾斜。

电网投资结构化继续深入。2022 年受疫情等因素影响,电网投资落地节奏略不及预 期。2023 年特高压核准招标落地提速,目前已经有 4 条直流特高压完成核心设备招标工 作,2023 下半年,以智能电表为代表的数字化投资招标规模大幅回暖。一方面电网侧重 大项目储备丰厚(特高压等跨区域输送通道、抽水蓄能电站),且需配合区域能源体系架 构和跨区域互联互济需求加速实施,另一方面电网依托新型电力系统发展规划,向能源互联网转型趋势明显,电网数字化、智能化投资长期向好——重大项目与数字化投资日渐构 成电网中长期投资的重要结构化增长方向。

2024 年电网投资有望延续高景气。从“十四五”电力系统建设周期来看,影响电源 投资强度的主要是用电量增长态势,影响电网投资投放的系统因素主要是电力供需形势与 新能源消纳情况。中电联在 2023 年 7 月 7 日发布《中国电力行业年度发展报告 2023》, 中预测,2023 年全国电力供需总体紧平衡,全年全社会用电量增速在 6%左右,部分区域 部分时段电力供需偏紧。结合对 2023 年经济修复和电能替代催化用电量持续增长的判断, 我们预计 2023-2024 年用电量增速有望分别达到 6%/5%;用电量稳步增长预期下,我们 判断电源投资有望延续深化新能源渗透、补足泛基荷电源建设的状态,保持适度超前建设, 预计电源投资在 2023-2024 年有望分别增长 20%/10%;在此基础上,考虑到新能源持续 渗透预期,我们预计电网投资在 2023-2024 年有望进入逐步提速阶段,系统运行压力可能 倒逼建设投资在2024年保持较快增长——预计2023年电网基本建设投资完成额有望同比 增长 5-6%,2024 年同比增长 5%以上;从结构化角度来看,特高压及其他主网建设延续 高景气运行状态,配用电与数字化投资迎来回补。

特高压与柔直共振,直流项目加速落地

大基地滚动开发,特高压持续落地

随着“双碳”目标的提出和新型电力系统建设的不断深入,在支持原有能源大基地建 设、服务“西电东送”大方针的基础上,以风光为主体、辅以调峰电源的由多种类型电源 构成的复合型能源大基地建设进入滚动开发阶段;在此基础上,形成了我国特高压持续建 设的产业背景。 本轮特高压建设提速自 2022 年 8 月始——据上海证券报报道,彼时国家电网宣布全 力推进重大项目建设,并明确了分阶段特高压项目实施节奏:1)开工建设“四交四直” 特高压工程(金上—湖北、陇东—山东、宁夏—湖南、哈密—重庆直流以及武汉—南昌、 张北—胜利、川渝和黄石交流),总投资超过 1500 亿元;2)加快推进“一交五直”等特 高压工程前期工作(大同—天津南交流以及陕西—安徽、陕西—河南、蒙西—京津冀、甘 肃—浙江、藏电送粤直流),总投资约 1100 亿元;3)全力做好沙漠戈壁荒漠大型风光电 基地 5 个送出通道方案研究,超前谋划项目储备,为进一步扩大有效投资奠定基础。

自进入 2023 年以来,国家电网已经实现四条特高压直流项目的开工以及相应设备招 标工作;结合国家电网招标计划,陕北-安徽、陕西-河南等项目在 2023 年上半年逐步开启 可研、勘探工作,有望于 2024 年完成可研,进入开工阶段。同时,特高压直流项目与柔 性直流技术融合的特高压直流混合项目加速落地——蒙西-京津冀、甘肃-浙江两条线路在 可研招标文件中披露将采用上述技术路线。目前我国以国家规划为主的沙戈荒风光大基地 已经启动了三批,根据光伏们网站对全国各地风光大基地建设规划的统计,截至 2023 年 2 月底,全国 22 省已明确规划的大基地规模约 495GW;其中,新疆、甘肃、青海、内蒙 古、山西、山东、黑龙江、陕西等地其大基地规划规模均超30GW,山东、内蒙古超过50GW。 结合光伏们网站已统计的能源基地建设规划,考虑到目前建成、在建、待建的特高压项目 外送能力与实际建设节奏,我们预计“十五五”期间特高压工程仍存在较强的建设需求。

特高压招标显著增长,主网投资持续上行。截至 2023 年 10 月底,国家电网共计公布 2023 年前五次特高压设备中标候选人情况,合计招标规模达到 383 亿元。本年度仅前两 批设备采购规模已经超过去年全部特高压设备采购规模;根据国家电网电子商务平台公布 的中标情况显示,其中,第三批次招标金额(149.53 亿元)、第五批次招标金额(88.21 亿元)继续保持较高采购规模,叠加 2023 年国网共有八个批次的特高压招标采购计划, 我们预计全年特高压相关招标规模将显著增长。考虑到特高压设备的交付周期,我们预计 上述特高压招标增长,将利好未来 1-2 年内特高压产业链设备企业业绩表现。

柔直与远海海风相配,发展有望提速

柔性直流技术与远海风电项目的大规模发展需求较为匹配。目前,海风输电成为我国 柔性直流输电项目建设的主要驱动之一。若采用交流送出,由于电缆电容效应明显,末端 电压显著抬升,超过设备安全极限,且装机容量越大、电压等级越高、海缆长度越长,电 压超标问题越严重;若采用直流送出,则由于海上风电无附属交流电源,属于典型的孤岛 电网,常规直流无法正常运行。柔性直流技术与海上风电的发展特性较为匹配,随着深远 海风电场景增多,柔直海缆大容量长距离传输、输送灵活及扩展度高、线路及海域占用更 少的特点将得到充分体现。

各沿海省份“十四五”海上风电规划合计超 60GW,有望带动柔性直流输电渗透率提 高。2022 年,各沿海省份集中响应中央“十四五”可再生能源发展规划,积极推出海上 风电“十四五”建设规划。结合各地方政府官网公布的规划数据,目前国内海上风电规划 装机容量合计已经超过 60GW,其中,广东以 17GW 位居第一,海南、山东、江苏、浙江 等紧随其后。我们预计柔性直流海缆将显著受益于深远海风电的开发,随着各地“十四五” 海上风电装机的落实,柔直渗透率有望加速提高。

柔性直流输电是解决消纳问题的重要手段之一,有望随着新能源渗透率提升而持续发 展。柔性直流输电凭借其兼容并蓄地精准控制电能潮流的方向、大小,还可提供无功支持 的特性,成为目前新能源并网、电网平衡的法宝。风光新能源发电的随机性、间歇性和波 动性给电力系统带来消纳挑战,而柔性直流技术在承担电能输送的任务同时,不但不会给 交流电网产生冲击,还可以参与电网平衡控制,接受调度指令参与调节。随着消纳问题日 渐突出,我们预计未来柔性直流输电亦将成为解决新能源消纳的重要途径之一,未来渗透 率有望进一步提升。

智能化、数字化投资回暖,电表有望底部向上

智能电表是用电可视化的硬件基础,受益智能化进程和行业更换周期。智能电表的更 换周期一般在八年左右,预计上一轮集中建设的电表逐步进入更换期。另一方面,由于新 型电力系统对于信息智能化和双向采集的需求,电表的智能化要求逐步提高。从国家电网 的电表招标采购口径看,采购金额中枢上行,同时 C 级、D 级电表的招标采购比例显著上 升。以国网的采购数据为例,2021 年全年采购金额 199.3 亿元,2022 年增长到了 254.3 亿元,同比增长 28%。从采购格局看,主要头部供应商以许继系、南瑞系、三星医疗、威 胜信息、炬华科技、华立科技等企业为主,格局相对分散,但基本保持稳定。

电表新标准发布,开启行业智能化时代。国家电网于 2021 年发布了 2020 版智能电 能表、智能物联电能表相关通用技术规范,新一代智能电表的基础标准框架初步确立,智 能电表进入快速推广期。新一代电表标准从电能量计量、需量测量、通信能力、计费时段 划分、测量及监测等方面提出了更为精细化和智能化的要求。伴随着设备的迭代更新,智 能电表需要逐步适应新的产品标准,全面步入智能化阶段。

短期招标波动不改长期智能化提升趋势,行业有望结构性出清。在新型电力系统建设 需求的持续推动下,一方面,电能表作为电力系统信息采集的基础硬件,其招标采购总量 持续上行。由于库存等因素营销,2023 年第二批招标中 A 级电表招标占比较高,但是随 着支持 IR46 标准的物联网电表的推广和持续降本,高等级的电表料将获得更为广泛的应 用。C 级及以上的电表设计要求更加复杂,目前行业的参与者仅 15 家左右,市场份额较 为集中。随着高等级智能电表采购比例的提高,行业有望持续出清,掌握更高等级电表设 计生产能力的企业将从中受益。

电表招标再创新高,行业需求持续向上。2023 年 12 月 7 日,国网披露 2023 年第二 批次电表中标候选人情况,合计中标规模达到 143 亿元,同比提升 57%,环比提升 40%, 总体招标规模再创新高,有望为电表类企业业绩释放注入新的发展动能。 电网投资存在阶段性结构差异,电表有望成为回暖确定性最高的环节。在 2023 年电 力设备投资向一次设备侧重、二次设备投资趋缓的背景下,考虑到电网投资需要兼顾各环 节的协调发展和电力数字化的需求,我们认为需要考虑后续电力智能化、数字化方面投资 回暖的可能性,从目前的电网投资计划和招投标来看,电表招标是回暖确定性最高的环节。

电力设备出海:海外设备需求明确,关注增量机会

能源转型叠加疫后复苏,电网投资有望修复。作为承载电气化进程的基础框架,全球 电网投资跟随能源转型进程和用电量提升而同步增长。2020、2021 年,在疫情扰动下电 网投资出现小幅下降,但全球用电量直接关乎生产生活,今年年初以来反弹迅速。疫情影 响逐渐消除后,在用电需求持续,电网投资迟滞的背景下,电网投资规模恢复迅速。其中, 欧洲电网投资增长相对稳定,而美国电网投资增速较快,其他 OECD 国家也在疫情后快速 回归增长。据 IEA 数据,从电网投资的口径来看,2022 年整体投资规模达到 3300 以上亿 美元,同比增长达到 6%,其中根据 IEA 数据,近 5 年来输变电、配用电的投资占比分别 达到 40%和 60%左右。

海外市场广阔,是国内企业重要的增量机会。从整体用电量来看,欧洲和北美用电量 整体相对稳定,印度、东南亚、拉美等国家和地区的用电量整体呈现快速增长。据 Wind 数据,2022 年海外用电量超过 1.9 万 TWh 左右,是中国的两倍以上。从电源装机来看, 以新能源为例,目前中国装机规模占到全球的 40%左右。结合用电量和电源侧装机规模, 海外整体市场空间大幅高于国内,开拓海外市场是国内企业打开成长空间的重要途径。

欧洲:5840 亿欧元投入电网基础设施建设,数字解决方案优化配电网。根据欧盟委 员会官网披露的能源系统数字化计划(2020-2030),共涉及 5840 亿欧元的投资计划,其 中欧盟委员会结合 Eurelectric 的测算预计约 4000 亿欧元投向配网侧(含约 1700 亿欧元 投向数字化方向);并且欧盟委员会将支持输电系统运营商(TSO)和配电系统运营商(DSO) 创建欧洲电网的数字孪生系统。目前欧洲的能源转型正稳步推进,但是电网侧投资滞后于 电源侧,新能源的长期消纳亦逐渐转变为欧洲能源转型的核心问题,我们认为接入装机量 日益增长的清洁能源,叠加俄乌战争下的能源安全问题,是本轮欧洲加强电网建设的主要 推动力。因此我们看好欧洲配网领域的设备扩容、智能化与环保需求;同时 V2G、热泵技 术、分布式能源、虚拟电厂等其他可为电网提供灵活性资源的技术同样值得关注。

美国:电力设备老旧,更新需求明确。近 20 年来,美国全社会用电整体稳定微增, 其电力设备需求主要来自于老旧设备的更新迭代和新能源等新型行业装机增长所带动的 结构化增量。美国上一轮电力投资高峰处于上世纪 70 年代,2000 年左右的电力设备投资 替换高峰显著弱于上一波次。变压器等核心电力设备的生命周期在 30-40 年,基础电力设 备的更新迭代需求强烈。据美国 GDO 统计,在比较严重的中西部区域,电力跨区域输送容量仅 12TW·ml 左右,距离 2035 年所需的 25TW·ml 有 50%左右的差距。根据 EEI 的数据和预测,2022 年美国整体电力设施资本开支 1508 亿美元,比起计划资本开支 1547 亿美元仍有差距,预计未来几年内资本开支整体保持接近 1700 亿美元高位。

海外具备毛利率优势,增厚盈利机会。除更广阔的发展空间之外,海外的电力设备企 业相对较少,以少数跨国龙头和亚非拉等地区有限的本土企业为主。叠加电力设备关乎电 网的安全稳定,对产品稳定性的诉求高于产品的价格。除去平高电气、中国西电等在海外 以总包为主,对毛利率产生结构性影响的企业外,对比主要电力设备企业的国内外业务毛 利率水平,国内电力设备企业在海外的利润率水平整体高于国内 3-4pcts。海外市场往往 具备更加充分的利润空间,有望为国内企业带来业绩的增长机会。

国内电力设备企业的制造出海现状:起步阶段,海外布局不足。整体来看,国内电力 设备企业仍处于出海的早期阶段,除少数重大项目外,大多数企业仍依赖经销渠道实现产 品的销售。从生产的角度,国内企业的生产能力大多数布置在国内,一方面充分利用国内 相对成熟的电力设备产业链,另一方面,国内企业海外业务体量相对较小,往往不足以支 撑海外工厂的建设。目前仅宏发股份、正泰电器、海兴电力等少数企业在海外围绕主业进 行规模化布。参考日立-ABB 的发展,我们认为通过自建或收并购等方式扩大海外销售渠道,甚至生产工厂将成为主要的发展方向。

海外空间广阔,电力设备的星辰大海。国内电力设备企业在海外的布局主要包括传统 一二次设备面向亚非拉及东欧国家需求,新兴设备面向欧美等区域需求的两方面发展路径。 基于整体用电规模、新能源装机规模等需求,我们对海外市场空间进行测算。IEA 预测, 2023 年中国、美国、欧洲、其他地区的电网投资额将分别达到 850、850、650、1000 亿 美元左右,海外市场具有中国市场 4 倍左右的市场空间。结合国内电网变电设备年度 500-600 亿元人民币的历史招标规模(国家电网及南方电网数据),我们粗略估计海外至少 具备 1000-2000 亿量级的变电设备市场空间,其中亚非拉国家的市场空间有望和国内相当。 叠加特高压设备、直流输电、智能电表、充电桩等设备后,市场空间更为广阔,相比于目 前 500 亿元人民币左右的出口规模,仍存在充分的发展机会。

工业控制有望复苏,人形机器人开启发展空间

前瞻性宏观指标下跌幅度收窄,回暖趋势可期。结合国家统计局发布的 PMI 数据、工 业企业利润数据,本轮下行周期起始于 2022 年下半年,从前瞻性指标来看,PMI 在 2023 年一季度短暂回暖,随后再度跌落到枯荣线以下。二季度 PMI 数据环比有所改善,2023 年 9 月 PMI 为 50.2,首次回归到枯荣线以上,而 10 月、11 月再次略有回落,整体呈现弱 复苏的态势。2023 年 1-7 月,工业企业利润增速仍处于下行周期,同比有所放缓,自 8 月份开始,工业企业的利润总额同比增速回正,步入增长区间。同时,第二产业固定资产 投资、工业用电量均持续保持 8-10%的较高增速水平,制造业生产和投资整体呈现出回暖 的趋势。

工控产品表现分化,小型 PLC 市场仍处于较快下滑区间。由于下游应用领域不同, 变频器、伺服、PLC 等产品的表现存在结构性差异。根据睿工业 MIR,中大型 PLC 的表 现相对平稳,三季度市场空间达到 21.36 亿元,同比增长 1%左右。伺服、变频、小型 PLC 市场均有下滑,同比变化幅度分别为-4%/-7%/-17%。整体来看,工控产品市场仍有下滑, 仅项目型工业应用较多的 PLC 表现相对平稳。

传统行业复苏显著,关注对相关企业的业绩拉动。从下游细分行业的表现来看,化工、 市政、冶金、电力等传统行业的项目型工业板块表现出了较强的增长。而除了食品饮料等 少数细分按行业外,OEM 工业大多数仍有下滑。随着库存的探底和本轮行业周期逐渐走 向复苏,仍在下滑中的传统 OEM 行业,例如印刷、包装等,有望逐步迎来触底反弹,并 且由于基数较小,有望为相关行业的企业带来更大的业绩弹性。

人形机器人长期发展潜力可期,泛机器人产业链布局深化。2023 年 5 月 17 日,特斯 拉在 2023 年股东大会上介绍了人形机器人的进展,对人形机器人的长期空间做出非常乐 观的预测;同时 ChatGPT 等人工智能技术的涌现进一步提高了各界对人工智能技术长期 应用前景的乐观预期。自此而始,关于人形机器人、协作机器人领域的投资热情日益高涨。

短期来看人形机器人发挥高自由度的机体运动能力。短期的本质需求来自于硬件基座: 通过模拟人的形态,实现在人类生活场景的优良通过性。相比于扫地机器人、送餐机器人 等服务机器人,人形机器人的核心优势在于更为良好的通用性,具备远高于工业机器人等 形态的自由度,有望可以针对不同尺寸、形态的物体进行抓取、搬运、摆放等。 人形机器人远期发展的本质是实现从专用向通用的变革。从更长期的场景来看,人形 机器人的本质上寄托在对于高阶形态的人工智能的展望,即通过赋予机器充分的智能化的 智力水平,让机器人从面向单一需求的专用设备转向在多种场景替代人类的通用化的设备。 以通用机器人取代各类服务性质,乃至工业生产层面的专用的机器人产品。

执行器技术革新,工控企业前沿布局。人形机器人的运动轨迹和负载极为多样,且需 要在有限体积内实现复杂的电气变换和运动控制。硬件是承载人形机器人长期发展梦想的 基础,同时中短期也可以在协作机器人等方向发挥作用,是目前最具确定性的发展方向之 一。协作机器人乃至人形机器人所需要使用到的核心部件主要包括低压伺服、线性执行器、 滚珠丝杠、行星滚柱丝杠、行星减速器、空心杯电机、力矩电机等。目前国内主要企业均 属于探索阶段。我们建议关注依托工业控制领域技术积累,进行主要的控制器、执行器前沿布局的企业。

工控企业积极出海,寻求增量发展空间。在深耕国内市场,产品和解决方案能力日趋 成熟的基础上,国内工控企业也在积极寻求海外的布局。海外工控行业整体规模大于国内, 且盈利水平较好。但国内企业一直以来在海外的布局相对较少,目前海外收入规模较高的 企业主要包括汇川技术、英威腾、麦格米特、伟创电气等。上述企业主要通过在海外布局 工厂(汇川技术)、经销商渠道(大多数企业)等方式开拓在海外的业务布局,其出海产 品大多围绕着公司的传统经营主业而展开,目前除汇川外,主要的增量市场以俄罗斯等独 联体国家和东南亚国家为主,随着上述企业在海外工厂、渠道等建设的日渐增长,我们认 为海外业务有望为国内工控企业带来增量发展空间。

充换电行业景气持续,液冷引领技术革新

国内自然增长与补短板需求叠加,充电桩行业有望保持高增长。新能源汽车渗透率迅 速提高,大幅提高了对充电基础设施的需求。中汽协预测,2023 年国内新能源汽车销量 有望达到 900 万辆,同比增速超过 30%,新能源汽车的快速增长有望带动充电桩保有量同 步保持快速增加。另一方面,据中国充电联盟数据,1-9 月,全国充电桩增长 243.3 万台, 保有量达到 764.2 万台,车桩比 2.38:1。车桩比持续改善,但是距 1:1 的远期理想状态 仍有较大差距,且直流桩仅 106.1 万台,快充结构性不足。作为支撑新能源汽车发展的基 础设施,充电桩建设仍显落后,需加速补足。

政策持续催化,推动公共领域充电桩加快建设。11 月 13 日,工业和信息化部交通运 输部等八部门 13 日正式印发《关于启动第一批公共领域车辆全面电动化先行区试点的通 知》,确定北京、深圳、重庆、成都、郑州等 15 个城市为试点城市,将建成超过 70 万台 充电桩和 0.78 万座换电站。至此,2023 年 2 月初工信部等八部门提出的公共领域车辆全 面电动化试点通知初步落地,后续随着建设规划在长三角、珠三角等其他成熟逐步落地, 我们预计政策规划将持续催化公共充电桩加快建设,带动行业快速成长。

液冷超充引领技术发展方向。超快充凭借相对有限的占地面积,提供普通充电桩几倍 甚至 10 倍的充电服务能力。10 月 3 日,华为数字能源发布了其助力打造的全液冷超充站 在 318 川藏线正式上线的消息,提供“一秒一公里”的充电体验。进一步结合 10 月 27 日特来电微信公众号发布消息称液冷超充上线超 600 台。我们认为主流设备商的超充设备 已经日趋成熟。充电桩中散热压力最大的组件是充电模块和充电枪线,液冷有效提高散热 效率。同时,液冷充电模块采用全封闭设计,有利于提高防护性。据许继电气公告,大功 率液冷充电桩使用的液冷线缆比常规充电枪线轻 50%,提高便捷性。随着大功率充电需求 的日益增加,全液冷超充技术可以凭借着更好的散热能力、减重、降噪的优势,从而迎来 快速发展。 800V 车型密集发布,超充需求有望释放。据我们通过各公司官网进行的不完全统计, 目前支持超快充的车型已经包括保时捷 taycan,小鹏 G9、G6,特斯拉全系(低压快充), 极氪 001FR,长城机甲龙、极狐阿尔法 S、埃安 V plus、阿维塔 12、智界 S7 多款车型, 2023 年下半年以来,主流车企的旗舰、次旗舰车型大多开始逐步升级至 800V 的高压电气 架构。800V 平台有助于大幅提高充电功率,缩短充电时间。随着各大车企车型和电气架 构的迭代,我们认为高压快充有望逐步放量,在 2024 年开启车、桩两端的超快充的快速 发展之路。

液冷驱动产业链多环节,关注零部件机会。1)充电模块:充电桩功率由 100kW 左右 提升至 480-600kW,带动充电模块总需求大幅增加。高压大功率意味着较高的损耗和发热, 使用 SiC 总损耗可以大幅降低至硅基 IGBT 的 1/10 左右;液冷可以显著改善散热,但碳化 硅和液冷均对工艺水平要求较高,我们认为液冷模块的份额有望向具备较高设计制造能力 的头部企业集中。2)液冷枪线:发热量随着电流的平方增大快速增大,据许继电气公告, 液冷枪线通过冷却管强化散热,截面积大幅缩减,比常规充电枪线轻 50%,且随着超充电流向 600A-800A 发展,液冷将成为必须,我们预计液冷枪线的采用将带动单桩价值量显 著增长,考虑到车端和其他功率等级充电桩的应用推广潜力,市场空间将更加广阔。3) 高压继电器:在电压和电流均有提升的情况下,车、桩两端的继电器需要提高耐压等级, 解决灭弧、击穿等问题。考虑到上述元器件在更高电压等级的电力设备中已经有成熟应用, 预计以价值量提升为主。

海外充电桩亟需补足短板,增量市场空间广阔。新能源汽车的快速发展,对充电基础 设施提出了更高的要求,增量市场空间广阔,同时海外更注重产品品质,赋予充电桩产品 更大的盈利空间。据 IEA 和 DOE 数据,目前欧洲和美国市场的车(公共)桩比分别为 12:1 和 23:1,远远无法满足新能源汽车的充电需要。从公共充电桩市场看,欧洲的核心发展诉 求是补足直流快充结构性缺乏、公桩在东欧南欧地域性分布不足的短板;美国以政策驱动 的补足公桩总量不足的短板为主,欧美均较为依赖私人充电,伴随着新能源汽车保有量的 快速增加,我们预计到 2025 年私桩市场同样有百亿量级的市场空间。东南亚、澳大利亚、 新西兰、印度、巴西等市场也随着新能源汽车的发展逐步起量,其从 1 到 N 的临界点值得 关注。行业需求高企,但是海外龙头企业生产能力有限、扩产缓慢,且欧美国家往往缺少 完善的产业链,难以在合理的价格范围内实现充电桩的快速供应,需求出现明显外溢,从 而给予国内品牌获取海外份额,实现从 0 到 1,乃至从 1 到 N 发展的机会。

高温超导技术突破,可控核聚变东风已至

超导材料普遍具有零电阻、完全抗磁性和量子隧穿效应等三大特性。超导现象是指材 料在低于某一特定温度时(TC),电阻变为零(或无限接近于零)的现象,一般来说超导 材料需要具备三个基本特性:(1)零电阻,当温度下降并突破临界温度时,材料的电阻急 剧下降,以至完全消失;(2)完全抗磁性,当材料处于超导状态时,超导体内的磁感应强 度为零,完全排斥磁场;(3)量子隧穿效应。

依托超导的三大基本特性,超导材料应用场景快速打开。超导的零电阻特性,能够显 著降低长距离输电带来的电流损耗,可实现大电流运输,通过大磁体等制备工艺,应用于 超导电力技术、馈线技术、集束缆线等领域。除了零电阻的特性外,由于超导材料在特定 的温度下还兼具完全抗磁性以及宏观量子效应等普通导体所不具备的特性,因此可被广泛 应用在医疗设备、交通运输、航空航天等领域,最具代表性的应用包括核磁共振(MRI) 及大型聚变装置等。

低温超导产业化已然成熟,高温超导迎来发展元年。目前已经开发和问世的超导材料 种类众多,其中铌钛合金超导体(NbTi)和铌锡超导合金(Nb3Sn)率先实现商业化应用, 但由于上述两种材料对温度要求较高,需要在 4.2k(零下 273℃)以下的液氦温区实现超 导,因此被定义为低温超导,由于液氦提取成本极高,很难实现液化的同时在标准大气压 下不可固化,因此液氦的价格往往是液氮的数倍且极大程度来源于进口,同时铌锡材料脆 性大、加工难度加高,导致低温超导此前下游应用场景更多集中在医疗器械、磁悬浮等价 格敏感度较低同时技术含量较高的赛道。2000 年以来,我国以赵忠贤院士为代表的科研 人员探索出了第二代高温超导材料,形成了 REBCO(稀土元素-Ba-Cu-O)超导材料体系, 以 YBCO 为代表的材料不仅可以在高温(约 20K 的液氢温区-约 77K 的液氮温区)下实现 超导,还具有低成本、低损耗、高导电等特性,得到了实质性的发展。

材料技术持续突破,高温超导迎来“扩产潮”。低温超导材料起步较早,但由于制冷 成本昂贵问题始终无法得到有效解决,导致下游应用场景相对局限。近年来,随着高温超 导材料技术的逐步成熟,凭借高磁场性能、低运营成本等优势快速占据一席之地,目前市 场上高温超导材料均以二代材料 YBCO 为主,主流制备工艺包括 PLD、MOCVD、MOD 等,REBCO 高温超导带材主要由金属基带、缓冲层、超导层以及保护层构成,其中金属基带、缓冲层以及保护层主要起到稳定超导材料的机械性能作用。

高温超导材料性能优势明显,材料价格有望快速下行。相较低温超导,高温超导材料 具有:(1)材料性能更高,高温超导材料理论最高磁场强度可达到 45T 以上,明显高于低 温超导材料(20T 以上),可适用于像聚变装置等堆高磁场有更高要求的场景;(2)高温 超导产业化加速推进,低温超导产业链相对成熟,根据 Conectus 数据和西部超导年报, 国内以西部超导为代表的厂商占据国内 80%以上市场份额,材料价格快速下降,而高温超 导目前仍处于产业化初期,由于良率和产能的限制,材料价格是低温超导材料的数倍,但 我们预计随着上游材料的持续产能扩张,有望带动 YBCO 带材价格快速下行,高温超导材 料性价比不断凸显,以上海超导为例,2020 年上海超导的年产量从 3 年前的十几公里增 至 400 公里,产品性能提高一倍,同时成品率从不足 50%提升至 90%左右,截至 2023 年 11 月末,上海超导年化产能达到 1000 公里,产能仅次于 Faraday Factory Japan,近 年来国内企业和资本持续涌入超导材料赛道,包括苏州新材料、上创超导、深创超导、甚 磁科技等企业产能有望快速落地。

高温超导赋能可控核聚变,下游应用场景快速打开

感应加热设备率先落地,百亿市场放量在即

高温超导感应加热设备率先实现放量,超导态下超导材料的“零电阻”特性,从而拥 有极强的载流能力,通过电磁效应形成超导磁体,并将其应用至各个领域。应用于感应加 热的超导设备,其具体原理是将超导带材卷绕成磁体,通过坯料切割磁力线,产生涡流被 加热,技术优势在于高穿透、高能效、高均匀性、高梯度性的高品质加热。相对于传统工 频感应加热,超导加热效率翻倍、频率更低、穿透深度大幅提高、受热更为均匀。

中国铝挤压产业产能占世界 70%以上,且铝熔点相对较低且易于延展,利于加热并挤 压成型。根据中国有色金属加工协会数据,2020 年,中国铝挤压产业产量再创新高,达 2138 万吨,同比增长 6.5%,占全球 70%以上。然而,根据中国有色金属加工协会 2021 年的调查显示,我国仍有约 20%的铝加工装备处于上世纪 80 年代初的世界水平,在研发 方面与发达国家相比也还存在较大差距。超导感应加热设备目前拥有多种型号,可以满足 不同规格、不同速率要求的铝锭加热需求,工频炉的加热功率普遍在 1 千瓦左右,考虑到 效率损失,除单工位的设备外,其他规格的设备每台基本上可以替换 2 台工频炉。铝挤压 加热主要使用工频炉,截至 2023 年 11 月末,国内存量工频炉数量在 6000-7000 台,按 照 30%的渗透率计算下的替换空间将达到 1000 台以上,同时考虑到熔炼、其他非磁金属 的加热也有望采用超导感应加热,根据我们测算,高温超导感应加热设备市场空间有望达 200 亿元以上。

N 型硅片渗透率快提升,磁控直拉单晶炉替换空间巨大

单晶硅片是半导体集成电路和光伏组件制造环节中最重要的基础材料。按照生长方式 的不同,一般可分为直拉法(CZ)和区熔法(FZ)两种,其中直拉法可实现大尺寸晶硅 的生长,目前被主要应用于半导体集成电路和光伏硅片的制备。MCZ(磁控直拉单晶硅), 顾名思义是在传统直拉单晶硅(CZ)技术的基础上施加磁场制备单晶硅的方式,根据国际 半导体产业协会数据,目前 12 寸及以上晶硅制备过程 80%采用 MCZ 工艺,主要由于:(1) 晶圆和热场尺寸较大,产生热对流,导致晶硅生长过程中容易出现缺陷;(2)边界层不稳 定,晶体容易生成杂质。通过外加磁场的方式能够有效抑制导电熔体内对流,从而提高大尺寸晶体品质,因此采用超导磁体提供 5000Gs 稳定磁场的 MCZ 技术是目前国际上生产 300mm 以上大尺寸半导体级单晶硅的最主要方法。

N 型硅片渗透率持续提升,国内半导体产业发展拉动 MCZ 磁体需求激增。目前 12 寸及以上 MCZ 设备采用的超导磁体均为低温超导磁体,由于低温超导需采用液氦制冷, 制冷成本极高,同时我国液氦资源稀缺,主要依赖进口,进一步限制了 MCZ 磁体在光伏 领域的应用。近年来,随着高温超导技术的逐步成熟,以高温超导为基础的磁体有望实现 对低温超导磁体在 MCZ 领域的快速替代,高温超导凭借更高强度的磁场、更小体积空间、 更低廉的制冷成本预计将快速开启商业化应用,其中联创光电作为目前国内高温超导磁体 加工能力的领先企业,其推出的应用于光伏、半导体领域的基于高温超导磁体技术的 MCZ 设备在手订单已超 300 台。 高温超导材料持续降价,磁控直拉单晶千亿市场加速放量。我们预计未来随着高温超 导材料价格的持续降低,有望进一步推动高温超导磁控直拉单晶设备放量。以光伏市场为 例,根据各光伏硅片企业产能情况来看,当前存量光伏直拉单晶炉超 70000 台,其中根据 CPIA 数据,70%以上为 1600 及以上炉型,结合江西联创光电超导披露的目前高温超导磁 体单台价值约 160-180 万元,我们测算对应 785-882 亿元市场空间。

超导技术不断突破,赋能可控核聚变加速发展

可控核聚变是解决能源危机的终极方案,商业化推进加速。核聚变是两个较轻原子(一 般是氘和氚)的原子核在超高温、超高压的环境下,核外电子摆脱原子核的束缚生成新的 原子核(氦)的过程,根据爱因斯坦质能守恒定律 E=mc2,反应过程中损失的质量以巨大 能量的形式被释放出来。

核聚变反应释放大量的能量,同时相比核裂变更加安全、稳定、清洁。可控核聚变在 释放巨大能量的同时原料储量巨大、反正过程不涉及碳排放,较裂变堆安全性和稳定性更 高。从能量释放的角度来看,根据国际原子能机构数据,相同原料质量下核聚变所释放的 能量是核裂变的 4 倍,是普通燃油或煤炭燃烧所释放能量的 400 万倍。而在原材料供应方 面,目前地球上的所有铀 235 若都通过裂变方式释放能量,仅可维持几十年时间,反观核 聚变所需的氘资源十分丰富,海中的氚可供上亿年使用。 资本涌入、技术突破,可控核聚变加速发展。2023 年以来,国内和海外可控核聚变 加速推进,国外方面,11 月 3 日,全球最大“人造太阳”(ITER 项目)磁体支撑产品在广 州交付,标志着中国已完成最后一批磁体支撑产品,为整个装置的工程进度提供有力支撑。 10 月 24 日,目前全球最新、规模最大的核聚变反应堆-JT-60SA 成功点火,该装置是由日 本和欧盟共同合作建造运行的托克马克装置,于 2020 年建成。7 月 30 日美国劳伦斯利弗 莫尔国家实验室(LLML)继 2022 年末首次实现“净能量增益”后重现核聚变点火突破并 获得更高的“净能量增益”。国内方面,核西南院始终引领核聚变行业发展,今年 8 月新 一代人造太阳“中国环流器三号”首次实现 100 万安培等离子体电流下的高约束运行,再 次刷新我国磁约束聚变装置运行记录。

核聚变主要分为重力约束、惯性约束和磁约束三种实现路径。其中太阳的核聚变主要 通过重力约束来实现。惯性约束是利用超高强度的激光在极短时间内辐照靶板来产生聚变, 磁约束装置最具代表的就是托克马克装置,依靠等离子体电流和环形线圈产生的强磁场, 将极高温等离子状态的聚变物质约束在环形容器中来实现聚变反应,相较惯性约束装置, 托克马克装置可实现较长的约束时间,但设计装置的复杂程度较高。同时由于此前磁体技 术成熟度相对较低,主流的托克马克装置造价成本往往高于惯性约束装置。近年来,随着 超导磁体技术的逐步成熟,托克马克装置建造成本快速下降,目前已成为主流工艺路线, 其中 ITER 是最具有代表性的托克马克装置,“国际热核聚变实验堆(ITER)计划”是全 球规模最大、影响最深远的国际科研合作项目之一,2006 年,中国、欧盟、美国、俄罗 斯、日本、韩国和印度七方成员国签署协定,计划全面启动。

编辑:火腿肠
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