华夏储说11丨“比特+瓦特”将带来新兴能源电子产业崛起发展

“比特+瓦特”的数字能源革命将带来新兴能源电子产业崛起发展中国是锂电消费大国，相对来讲，中国本身是一个富锂大国，但中国的盐湖锂资源及其品位要弱于南美三国，大规模开采及产能提升的爬坡周期较长，难以实现经济且大规模开采，预计国内市场海外锂占比将长期维持在85%-90%之间。去年来虽然锂价“过山车”又迅猛下滑到目前破10万的低点，但长期来讲，在复杂的国际竞争与斗争中，全球产业链的本地化和多中心区域化，以及国际政治和地缘因素的干扰，能源自主意识的觉醒与强化，都决定着锂等关键矿物质和原材料的供给，长期将处于“紧平衡”状态，随时都可能对我国储能新能源产业的发展形成不确定的影响。材料替代的储能新能源技术创新，已经成为美欧“去风险化”的重要路径之一，我国也需要未雨绸缪，加快开发钠电池等产业链和供应链自主可控的新型储能技术，保障我国不断增大的储能市场需求和储能产业的领先发展优势。

新能源正在改变世界，技术的跨界和融合，也在持续改变产业的形态和发展变化轨迹。随着科技的飞速发展，能源行业正在经历一场前所未有的变革。数字化技术，特别是云计算、大数据和人工智能的应用，正在对传统能源产业产生深远影响，推动中国能源的持续转型。新一代储能技术，正在融合电化学技术、电力电子技术和新兴数字技术，国家新型能源系统建设，也必须要由这三大技术做支撑。我们当前正在进入“比特+瓦特”的时代，也就是利用现代“比特”数字技术，将电化学技术与电力电子技术融合构建的新一代“瓦特”（新兴可再生能源）能源系统，与对用户的感知和使用进行内生性的耦合，形成电力生产、储存、输送与使用的内生循环，从而使人类真正跨入绿色、智慧的“美好能源时代”。

一、“比特+瓦特”技术的跨界融合，正在改变能源产业形态，推动数字能源产业兴起与发展

能源数字化转型，涵盖智能发电、智能电网、智能电力市场、智能储能、智能管理和服务、智能用电各个环节。相较于传统能源体系，数字能源通过5G、传感器、人工智能等数字技术，将物理实体能源产销“源-网-荷-储”等环节，生成为数字世界的虚拟系统，仿真实时运行，并通过数字孪生技术构建“万能互联”的数字能源体系。能源电力数字化转型，将成为构建新型电力系统、高效链接储能与新能源发电的重要抓手。随着高比例新能源、高比例电力电子装备广泛接入，电力系统的稳定特性、安全控制和生产模式都将发生根本性改变。有专家指出，推动数字技术与实体经济深度融合，赋能传统产业数字化智能化转型升级，是把握新一轮科技革命和产业变革新机遇的战略选择。

当前，全球能源业界正加速布局数字能源产业。众多头部科技型企业纷纷入局数字能源领域。如华为成立数字能源公司，明确提出通过融合数字技术与电力电子技术，致力于打造三大新型能源基础设施：即面向能源变革的新型电力系统能源基础设施；面向智能变革的新型数字产业能源基础设施；以及面向出行变革的新型电动出行能源基础设施。数字能源产业兴起，也让传统能源装备企业迈向“新增长极”，加快整合上下游资源，推进能源数字化转型。

数字化技术正在深度赋能能源产业的各个细分领域。从储能来讲，能源数字化的典型应用，即包含在大量软硬件运用的系统集成领域和后端以虚拟电厂技术为代表的数字化电力系统运行与管理。一个完整的电化学储能系统，主要由电池组、电池管理系统（BMS）、能量管理系统（EMS）、储能变流器（PCS）以及其他电气设备构成。这其中，主要是BMS和EMS涉及数字化技术的应用。目前，BMS已经由监测、通讯、保护、显示、存储等基本功能向电池系统安全诊断和长寿命运维、系统经济性指标诊断等高级功能发展。而EMS是储能系统的决策中枢，充当“大脑”角色，其核心基本功能是安全优化调度策略和可视化，其作为储能系统与更上一层信息系统交互的枢纽，使储能系统可以通过EMS参与电网调度、虚拟电厂调度、“源网荷储”互动等。正在推广应用的虚拟电厂，即是利用调控、通信等数字技术，将相对分散的源、网、荷、储等资源进行整合，形成一个特殊的电厂来参与电力系统运行和电力市场管理。

总的来看，数字化技术能够全面赋能储能系统的安全、运维以及运行经济效益等多个领域。从安全角度，数字化/智能化赋能储能系统的实时监测、异常告警、故障诊断、消防安全资源一体化协调、大数据存储加密等安全场景；在运维上，数字化/智能化赋能储能系统的远程监控、远程运维、大数据分析、数据可视化、故障自恢复等运维场景；从经济效益角度，数字化仿真等技术赋能储能系统设计，并通过大数据分析、AI、边缘计算等技术赋能策略优化等场景，提升储能系统经济效益。

二、能源数字化转型，也加速推动能源电子产业兴起与发展

能源数字化转型，信息流和能量流、瓦特和比特加快融合创新，引发新能源相关领域投资热潮。电子信息技术与新能源需求融合的不断深化，成为新一轮工业革命的重要标识。在此背景下，随着电子信息技术与新能源需求，信息流和能量流，瓦特和比特加快融合创新，能源电子产业应运而生，并快速发展。工信部等国家六部委2023年4月发布《关于推动能源电子产业发展的指导意见》，提出推动以“光储端信”为核心的能源电子全产业链协同和融合发展，提升新能源生产、存储、输配和终端应用能力。到2025年，我国能源电子产业年产值达到3万亿元，综合实力进入世界先进行列；到2030年，我国能源电子产业综合实力持续提升，形成与国内外新能源需求相适应的产业规模。

能源电子产业，是生产能源、服务能源、应用能源的电子信息技术及产品的总称。在发电侧以太阳能光伏为代表；在储能侧以新型储能电池为主体，并涵盖能源生产、存储、输配和利用等领域的重点终端市场应用及关键信息技术产品（简称“光储端信”）。能源电子产业的产业链发展方向包括：扩大光伏发电系统、新型储能系统、新能源微电网等智能化多样化产品和服务供给；推动基础元器件、基础材料、基础工艺等领域重点突破，锻造产业长板，补齐基础短板，提升产业链供应链抗风险能力。在关键信息技术产品领域，重点要加大光电子器件（高速光通信芯片等）、功率半导体器件（IGBT、SiC及GaN等）、敏感元件及传感类器件等的补短板和国产替代；同时加快功率半导体器件等面向光伏发电、风力发电、电力传输、新能源汽车、轨道交通推广等领域的推广应用。

三、功率半导体国产替代加速推进，补短板降成本成为核心市场需求

作为电能转换与电路控制的核心器件，功率半导体在电子电路中起到功率转换、功率放大、功率开关、线路保护和整流等作用，广泛应用于新能源发电和储能、新能源汽车等电力电子领域，以助其实现提高能量转换率、减少功率损耗的电力转换目标。建设新型能源体系的标志和要求，包括高比例的可再生能源、高比例电力电子装备制造与应用、多能互补综合能源和数字化智慧化能源；以及高韧性本质安全可靠电力系统。包含功率半导体的能源电子产业发展，对能源数字化转型和新型能源体系建设，十分重要。

在新能源领域，光伏、储能、风力发电等对功率半导体存在大量需求。以IGBT为主的半导体器件占逆变器成本约10%左右，对电能起到整流、逆变等作用，以实现新能源发电的交流并网、储能电池的充放电等功能。从目前市场需求来看，硅基MOSFET、硅基IGBT 以及碳化硅，为目前功率半导体分立器件的主力产品。其中IGBT俗称电力电子装置的“CPU”，是能源变换与传输的核心器件，广泛应用直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路和牵引传动等场景。

半导体功率器件起源于欧美，日本后来居上占据半壁江山。和国外厂商相比，国内功率器件行业的产品结构、技术水平和创新能力仍存在较大的差距，部分高端MOSFET、IGBT产品仍大量依赖进口。由于功率半导体客户主要追求的是产品的稳定性和可靠性，其技术迭代速度较慢，使用周期较长，因此虽然目前差距较大，但是行业留给了本土功率器件厂家充足的发展和追赶的时间。受益于国家和地方政府的鼓励政策，国内电动汽车与充电桩、光伏与储能等领域需求增长，加上美西方对中国芯片的封锁，功率半导体国产化进程有望加速。差距就是潜力，短板就是空间。功率半导体等重要元器件产业补短板和实施国产替代，具有广阔的发展前景。

国内市场方面，我国功率二极管、功率三极管、晶闸管等功率器件产品大部分已实现国产化，而功率MOSFET 特别是超级结MOSFET、IGBT等高端功率器件产品还较大程度上依赖进口。2021年我国功率半导体前十大企业为安世半导体、华润微、扬杰科技、士兰微、华微电子、捷捷微电、斯达半导、新洁能、比亚迪半导体、时代电气。前十大企业中，安世半导体产品覆盖最为全面，基本上涵盖了二极管、MOS、IGBT、SiC等主要品线；此外，士兰微、华润微、扬杰科技等老牌功率器件厂商产品也基本上覆盖了市场主流的MOS和IGBT产品；而比亚迪半导体和时代电气，背靠母公司拥有强大的终端市场，相关功率器件产品除了自用外，也走向市场开始向其他大客户实现了批量出货。