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2023年储能变流器盘点:“构、高、大”是主流

虽然有机构乐观预测,2025年储能变流器市场规模约为75亿~150亿元,仅占新型储能装置市场规模1500亿元的5~10%,但储能变流器是连接储能电池系统和电网的双向电流可控转换装置,决定了新型储能系统的效率和安全,影响着新型储能系统的使用寿命。

储能变流器的核心作用叠加新型储能电站装机规模攀升,令储能变流器厂商持续享受市场快速扩张红利。许多厂商乘势进入赛道,以期分一杯羹。目前市场竞争非常激烈,拥有品牌优势、技术优势、高产品渗透率的头部企业中标率很高,竞争优势较明显。主打价格战的低端产能虽然也有生存空间,但在“洗牌”的2024年,被市场淘汰的风险也增加了。

扩张趋势不变 成本不断下降

北极星储能网接触的阳光电源、远景等企业高管一致看好新型储能市场和储能变流器市场。并认为,赛道竞争格局将呈头部化趋势,低端产能被淘汰的风险将增大。

他们在不同场合发表的观点大致相同,认为目前新型储能行业呈快速扩张势头。2024年新型储能增速有放缓趋势,但上升势头不会改变。储能变流器作为储能系统中的一个主要设备,规模也将呈扩张趋势。

在新型储能快速发展的宏观背景下,技术的不断演进降低了储能变流器成本。有业内人士对北极星储能网表示,技术快速迭代、人工成本可控并不是储能变流器成本下降的唯一原因。他认为,成本下降的重要原因是是产销量增加,材料采购成本下降,规模效应发挥了作用。第二,新型储能单机功率增加,变流器单位容量造价降低,也是成本下降的原因之一。

“构、大”是主流趋势

2023年,储能变流器技术发展集中在软件和硬件两大领域。去年,构网型变流器的控制模式(算法)快速迭代。其主要应用在新能源配套和独立储能电站等场景,因为它可以稳定整个电网、改善系统稳定性,所以该技术在以上两个主要应用场景渗透比例高。国内主要构网型变流器厂商在该项技术上取得了一定突破。

构网型变流器硬件与构网型变流器控制模式紧密相关,硬件须具备较强的支撑能力,实现瞬间输出较大有功、无功电流,发挥较强的支撑作用,且有较快的响应速度。

汤旭表示,构网型变流器的输出能力必须比以前的产品更强,2024年构网型变流器硬件的发展方向是拥有更强的过载能力、更大的装置容量。构网型变流器拥有的瞬时过载能力可达到10秒内300%,而常规的跟网型变流器瞬时过载能力约为120%。

储能变流器的第二个发展方向是为了匹配更大直流舱,变流器容量不断增大。目前市场上已经有了5MWh甚至更大容量的电池直流舱,与直流舱匹配的储能变流器单机容量至少要到2.5MW。

另外,组串式储能变流器的市场需求也呈快速增长态势,内外销需求都很旺盛。

高压级联渗透率增大

从2023年开始,拥有高压电力电子产品技术积累的企业,比如南瑞继保、西电电力电子、中车、智光、四方等企业,相继推出了高压级联储能产品。

高压级联变流器备受重视是因为业内看到了其满足大型独立充电站需求、电网友好的技术特点。

北极星储能网综合整理发现:低压电力电子产品生产企业尚未进入高压级联变流器赛道,或是由于高压级联变流器技术与低压变流器技术存在较大差异所致。即使有高压电力电子产品技术积累的企业,也需要时间才能掌握高压级联这项新技术,充分说明该技术门槛较高。

汤旭表示,2023年智光多个采用高压级联变流器的200兆瓦时、400兆瓦时独立储能电站落地。2024年,为了避免在常规的低压产品领域“血拼”,将持续扩大高压级联变流器的渗透率。

另外一个值得关注的“高压”是高电压。去年,阳光电源全球首套2000V光伏逆变器并网,该2000V高压逆变器,降低了系统损耗,提升系统效率,单瓦BOS成本也降低了。去年,北京一家名为京清数电的初创公司官宣,其2000V高压储能变流器,已经在北美市场完成了GW级产品交付并在国内建设示范项目。

高端IGBT亟需国产替代

目前,储能变流器是由核心功率器件元器件IGBT(绝缘栅双极型晶体管),PCB板(印刷电路板),电线电缆等硬件组成。

其中IGBT主要作用就是变压、变频、交变转换等,能直接影响决定储能逆变器的性能,成本占20~30%。而且与光伏相比,储能IGBT的价值相对更高。我国是全球最大的IGBT市场,但高技术、高附加值的中高端IGBT等功率器件对外依存度较高。

在2023年,中国电气装备、中核集团曾分别发布IGBT招采需求。中核集团曾发布IGBT储能变流器采购需求,明确提出采购“高品质性能良好”的储能变流器设备,而且从参数上对于损耗和噪声、以及功率方面提出具体要求。

中国电气装备曾为许继电力电子发布18.35万个IGBT采购需求,共设置7个标包,且指定供应方参考英飞凌、ABB、威科、瑞迪、南瑞、赛晶品牌。最终开标结果显示,北京锐讯驰电子技术有限公司、青岛云集控制技术有限公司、杭州中格芯电子科技有限公司、南瑞联研半导体有限责任公司、赛晶亚太半导体科技(浙江)有限公司成功入围。

国内市场迅猛增长以及*策利好叠加,加速了IGBT国产化进程和渗透率的提高。IGBT的技术发展路径主要围绕降低开关损耗和创建更薄结构展开。目前,该赛道已发展到成本高、性能先进的第七代微沟槽栅场截止型IGBT,但市场渗透率更高的为第四、五代IGBT产品。有机构研报显示,目前我国拥有高压IGBT芯片生产能力的厂商为时代电气和斯达半导体。士兰微、华微电子、比亚迪、宏微科技、华润微、新洁能已拥有中低压IGBT产能。但是我国IGBT产品与欧美同类产品代际差距约为5至10年。令人欣慰的是这种技术差距正在缩小。

另一方面,有企业已经推出了SiC碳化硅储能PCS替代IGBT模块方案。SiC以耐高压、耐高温、体积小、响应速度快等优势,且某种程度规避了IGBT技术壁垒、产能受限的问题,目前已经逐步在部分龙头企业中得到应用,但大规模推广仍面临成本高等问题。

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