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太阳能、风能、电动或混合动力汽车的逆变器对高压薄膜电容的需求随之转旺(电动车为新增需求),电动或混合动力汽车、高铁、轨道交通等对提供能量回收系统、起步及加速功能的超级电容需求随之增加,太阳能、风能对作为新型储能设备的超级电容需求随之增加,这些新兴电容潜在应用空间大及市场规模大,为电容行业注入了新的高成长机会。
本报告中,我们将从新能源市场对电容器需求出发,详细的从技术、产业以及国内外市场的角度剖析高压薄膜电容与超级电容在新能源领域的机遇与挑战。
进而分析国内上市公司在这一领域的发展契机。
二、新能源:
人类永恒的追求
在全球变暖的大背景下,降低温室气体排放是人们所一直追求的目标,因此在能源生产及能源消费的两端,使用替代及可再生能源来降低排放,不断通过新技术来提升能量利用效率即是人类所不断追求的目标。
目前,太阳能、风能等可再生能源的占比还很低,随着相关产业逐步成熟以及成本的不断降低,未来将有可能占据更大的份额。
替代性的新能源将会给这个地球带来更多的绿色。
1、新能源汽车:
从试点走向普及
全球性的石油能源紧缺与气候环境污染不断恶化严重阻碍了人类社会的发展,推广替代能源及清洁能源汽车已经成为各国政府的重要目标。
从2010年开始,全球主流汽车品牌纷纷加快了新能源汽车的研发与生产进度,各国政府也纷纷提出新能源汽车的发展战略,新能源汽车行业已近呈现出加速成长的态势。
美国汽车业权威信息机构沃德汽车(WardsAutomotive)的数据显示,2013年传统混合电动车在美国的销量达到创纪录的48.9万辆,其中丰田旗下的普锐斯等车型占据了半壁江山。
另外,插电式混合电动和纯电动车在美国总共销售了9.6万辆。
其中纯电动贡献了4.8万辆的销量,是2012年的3倍多,总的新能源汽车的渗透率已经从2010年的2.4%提升到2013年的3.7%。
2012年,日本新能源汽车销量已经达到81.2万辆,渗透率已经超过20%。
另外,根据中国汽车工业协会公布的数据,2013年我国新能源汽车销售了1.76万辆,比上年增长了37.9%,其中纯电动1.46万辆,插电式混合3000多辆。
(1)国内新能源客车“换车潮”来临
今年“两会”期间,雾霾及环境污染成为代表热烈讨论的主要问题,有一项共识已经达成,即汽车尾气是造成国内雾霾的主要原因。
因此,2014年以来,恰逢国内目前正迎来公交车“换车潮”之际,各地政府纷纷出台推广新能源公车计划,我国新能源汽车大发展的序幕已经拉开。
北京:
2014-2017年,北京公交集团将在现基础上再购置490辆纯电动公交车,届时纯电动公交数量将达到800台,新能源公交车总共要推广4395辆。
天津:
2014年3月7日,天津公交700路10辆纯电动公交车正式上路运行。
这是天津市继2012年公交首批纯电动车投入使用后,投入市场的第二批纯电动公交车。
2014年,天津市公交集团将再增600辆纯电动公交车,2015年天津市将通过公交车、邮政快递车、出租车、环卫车等8大领域,推广应用1.2万辆新能源汽车,到2015年底增加2000辆纯电动公交车。
上海:
上海市计划到2015年推广应用13000辆新能源汽车,将累计节约7.5万吨汽柴油,减少颗粒排放约100吨、温室气体排放约20万吨,涵盖公交、公务、企业、环卫、物流等多个领域用车,计划新增公交车里面超过60%为新能源车。
深圳:
将在2013年至2015年推广3.5万辆新能源汽车,其中包括5000辆公交大巴、3000辆出租车、1500辆一般公务车、10000辆环卫物流等专用车以及16000辆私家车。
广州:
广州在此前三年中仅推广了26辆广汽纯电动公交车。
但今年2月19日,广州计划2015年要建设一批电动公交车的充电设施,届时将有1万辆以上的电动公交车上路,旨在减少汽车尾气排放。
这一计划,相当于要将全市现有的1.1万辆公交车几乎全部换新。
河北省:
在2013-2015年新能源汽车推广应用期,河北省计划累计推广应用新能源汽车13141辆,其中新能源公交车3421辆。
2014年1月-12月,河北省计划采购纯电动公交389辆,混合动力公交735辆,共计1124辆。
2015年1月-12月,计划采购434辆纯电动公交,1863辆混合动力公交车,共计2297辆。
南京:
目前,南京仅有一辆纯电动公交车,在33路运营。
近期,南京计划在主城区投放50辆纯电动公交车。
根据计划,青奥前,南京将更新2530辆新能源公交车,其中包括1000辆纯电动公交车,其中主城区900辆,江宁区100辆。
青岛:
到2014年底,青岛将有1000辆纯电动公交车的运行,到2015年推广应用电动公交车2000辆。
武汉:
武汉市公交集团日前宣布,2014年将投资4.5亿元,用于增加300台新能源车,这一批车也有望年内上路。
哈尔滨:
哈尔滨市今年计划购进700辆电动公交车,逐步投入到线路运营。
大连:
大连市计划在2013至2015年共推广应用新能源汽车5000辆,其中公交、公务、邮政、环卫和出租车等公共领域不低于3600辆,配套建设2座换电站、2座充电站和4000个充电桩。
郑州:
截至2013年底,郑州公交拥有新能源客车1570台。
下一步还将继续加大新能源车辆的推广应用,计划2014年新增插电式混合动力公交车850辆、换电式纯电动公交车250辆。
除了上述地区外,其他没有在国家推广试点范围内的城市都有明确的新能源汽车推广计划。
我们预计,2015年国内新能源公交车的保有量可能会达到10万辆,按目前中国公交车保有量60万辆算,新能源车的市场份额将达到16.7%。
按照国家新能源汽车补贴方向来看,纯电动及插电式电动车将成为新能源公交车的主流技术路线。
由于公共交通领域基础设施的投资相对集中,政策方面优先倾向于公共车辆的新能源化。
(2)国内新能源车将长期享受补贴政策红利
2009年春节前,中国财政部、科技部发出《关于开展节能与新能源汽车示范推广工作试点工作的通知》,决定在北京、上海、重庆、长春、大连、杭州、济南、武汉、深圳、合肥、长沙、昆明、南昌13座城市开展节能与新能源汽车示范推广试点工作;
鼓励试点城市率先在公交、出租、公务、环卫和邮政等公共服务领域推广使用节能与新能源汽车。
据不完全统计,中度混合动力汽车的平均成本比同类型汽油动力车贵30%至50%。
2009年2月,《节能与新能源汽车示范推广财政补助资金管理暂行办法》出台:
公共服务用乘用车和轻型商用车混合动力车(节油起码比传统汽车高5%以上)最低补贴4000元,最高补贴5万元,纯电动乘用车和轻型商用车补贴6万元,燃料电池乘用车和轻型商用车的补贴最高为25万元。
十米以上的城市公交车中,混合动力汽车(节油起码比传统汽车高10%以上)最低补贴5万元,最高补贴可达到42万元,纯电动汽车补贴为50万元,燃料电池客车的补贴最高可达60万元。
2010年3月24日,在中国汽车工业协会牵头的2010年中国汽车T10峰会上,国家科技部、工信部官员与国内六大汽车集团达成共识:
无论电动车、混合动力,还是包括以甲醇、天然气、乙醇等为燃料的传统汽车,只要能够达到节能的目的,国家都将给予政策支持。
2010年6月1日,财政部、科技部、工业和信息化部、国家发展改革委联合发布了《关于开展私人购买新能源汽车补贴试点的通知》,新能源汽车补贴实施细则出台:
补贴对象方面,补贴资金拨付给汽车生产企业,按其扣除补贴后的价格将新能源汽车出售;
采用试点方式推广,第一批试点城市分别是上海、长春、深圳、杭州、合肥,后来扩展到25个试点城市;
受惠车型主要分为三类,第一类补贴针对“节能车”——排量在1.6升及以下、综合工况油耗比现行标准低20%左右的汽油、柴油乘用车(含混合动力和双燃料汽车)纳入“节能产品惠民工程”,在全国范围内进行推广,中央财政对消费者购买节能汽车按每辆3000元标准给予一次性定额补贴,由生产企业在销售时直接兑付给消费者。
第二类补贴针对“插电式电动车”——中央财政对试点城市私人购买、登记注册和使用的插电式混合动力乘用车和纯电动乘用车给予一次性补贴。
补贴标准根据动力电池组能量确定,对满足支持条件的新能源汽车,按3000元/千瓦时给予补贴。
插电式混合动力乘用车每辆最高补贴5万元。
第三类补贴针对“纯电动车”——中央财政对试点城市私人购买、登记注册和使用的插电式混合动力乘用车和纯电动乘用车给予一次性补贴。
纯电动乘用车每辆最高补贴6万元。
显然,从补贴力度来看,国家希望企业能够重点发展电动汽车。
2013年9月17日,新一轮新能源车补贴政策出台。
和之前的政策相比,主要有以下特点:
1、未完成推广目标的城市将被淘汰。
2013-2015年,特大型城市或重点区域新能源汽车累计推广量不低于10000辆。
2、补贴标准改为“纯电动乘用车按照行驶里程进行补贴”。
3、明确公车采购需向新能源倾斜,要打破地方保护。
政策明确规定,推广应用的车辆中外地品牌数量不得低于30%,不得设置或变相设置障碍限制采购外地品牌车辆,新增或更新的公交、公务、物流、环卫车辆中新能源汽车比例不低于30%。
此外,超级电容、钛酸理快充寸电动客车定额补助15万元。
纯电动专用车(邮政、物流、环卫等)按电池容量每千瓦时补贴2000元,每辆车补贴总额不超过15万元。
燃料电池汽车这次也纳入了补贴范围:
燃料电池乘用车每辆补贴20万元,燃料电池商用车每辆补贴50万元。
从国内新能源车的补贴历史可以看出,纯电动汽车、插电式混合动力汽车是国家重点支持的发展方向,其中,乘用车的补贴金额由其续航能力来决定,续航能力小于80公里的纯电动乘用车不会予以补贴,事实上,目前只有以锂电池为主要动力来源的纯电动乘用车才会满足补贴条件。
但是,对于电动客车并没有以续航里程大小为补贴标准,而是以车长为标准,而且补贴金额远大于对乘用车的补贴,这说明国家更重视电动客车的推广和应用。
因此,我们认为,国内公交车、长途汽车等各种客车会优先于乘用车更快普及新能源,而且纯电动客车会占据主流地位。
(3)新能源汽车将具有爆发增长之势
大致分类上看,根据节油的比例以及电动化的程度看,新能源汽车分为纯电动车(BatteryElectronicVehicle)、插电混动车(PluginHybridElectricalVehicle)以及混合动力汽车(HybridElectricalVehicle)。
伴随着电池容量的提升,新能源车的节能效果是逐步提升。
因此技术路线已经逐步倾向于纯电动车及插电混动车。
从节能的角度看,未来一大趋势将是纯电动车与插电混合动力汽车的渗透率将大幅提升,它们一齐替代传统燃油汽车将是一个大的趋势。
在推进新能源汽车方面,车厂、政府、公用事业供应商之间,已经逐步形成了一个统一的利益体。
随着电池成本的下降以及各地充电桩等基础设施布设的逐步完,我们可以看到纯电动车及插电混动车将构成未来新能源汽车增长的主力。
我们预计,在2020年,新能源汽车在全球汽车份额的比例或将达到10%以上,其中绝大部分市场将会被纯电动车及插电混合动力车所分享。
(3)电动汽车对电容的需求呈现多样化
电动汽车由电力驱动及控制系统、驱动力传动等机械系统等装置组成,它与内燃机汽车最大的不同在于电力驱动及控制系统是电动汽车的核心,由驱动电动机、电源、电动机的调速控制系统等部分组成。
电源为电动汽车的驱动电动机提供电能,电动机将电能转化为机械能,通过传统装置或者直接驱动车轮和其他工作装置。
驱动电动机最早采用直流电动机,但现在基本上被交流异步电动机所取代。
电动机调速控制装置是为电动汽车的变速和方向变换等设置的,其作用是控制电动机的电压或电流,完成电动机的驱动转矩和旋转方向的控制。
伴随着新型驱动电机的应用,电动汽车的调速控制基本上都采用直流逆变技术。
电动汽车的制动系统通常也由制动器及其操纵装置组成,但多了一个电磁制动装置,它利用驱动电动机的控制电路实现电动机的发电运行,使减速制动时的能量转化成对蓄电池充电的电流,从而得到再生利用。
由于与传统汽车存在上述诸多差别,所以电动汽车对电容等店在元器件的需求有一个很大的增加。
例如,电动汽车需要逆变器装置,该装置的一个核心器件就是高压薄膜电容(交流薄膜电容),电动汽车制动系统多了一个电磁制动装置来实现能量回收利用,要用到高压薄膜电容或超级电容。
采用锂电池作为动力的电动汽车在起步、加速、爬坡时一般比较无力,就需要超级电容配合来提供瞬时高功率。
从新能源汽车的发展角度看,电驱动比重提升将是一大趋势。
由于电容器在电子设备中无处不在的属性,因此在新能源车中它的需求将会非常广泛。
以混合动力车为例,电池组输出的为直流电,必须经过逆变的过程转换为交流电供电机使用,电容在逆变装置中起到滤波、旁路、支撑的作用。
由于混动车存在两套动力系统,传动中需要大量使用电容器作为电控功能。
而随着超级电容的技术逐步成熟以及单位Wh价格的不断下降,其能够用作电动车辅助能源乃至成为电动车的主要动力源。
目前在电动大巴领域已经可以看到比较明晰的技术路线,超级电容并联在电池组上,提供快速充放电的功能。
另外,从新能源基础设施发展的角度看,充电桩与充电站的建设也正如火如荼的进行,充电桩/站需最需要的是电网杂波干扰抑制,电容器作为核心器件,将会伴随充电设施而迅速成长。
从具体应用的量级看,新能源汽车主要高压薄膜电容以及超级电容产生新需求,目前单台插电混动车大约需要价值1000元左右的高压薄膜电容。
随着电动化程度的逐步深入,单体车辆电容器价值会逐步提升,若引入超级电容的储能需求,电容器的价值比重将会进一步提升。
保守估计,到2020年,整个新能源车用电容市场规模将快速增长并接近200亿元(人民币)。
2、光伏、风能发电将带来电容新增需求
从能量流转的另一层面,我们可以发现,光能与风能等可再生能源将会为人类贡献更加易用的能源。
相比于化石燃料,光伏及风能具有稳定性低等特点,因此在提升发电效率的同时,还需要通过电力电子等各类手段以及
(1)光与风是优质可再生能源
相比于化石能源,光伏及风力发电具有取之不尽、用之不竭的特征,同时可以作为分布式发电的类别,提供灵活的能源解决方案。
目前来看,风能发电每年实现近30%的增速,在2012年,全球总装机容量为280000兆瓦。
相应的,在2012年底,光伏发电具有100000兆瓦的装机容量。
随着发电设备效率的逐步提升,新能源发电价格将逐步下降,这也将在另一侧面推动新能源发电设备装机容量的提升。
(2)光伏发电与风力发电对新能源电容需求提升
从能源的供给情况看,光伏与风能发电具有取之不尽用之不竭的特征,但其能量的转化和利用却具有较高难度。
因此,从原始光伏硅片或者风机输出的电流必须经过变频、滤波、逆变以及储能等多个步骤才能输送给最终用户,因此,电容器作为其中的核心元器件,其需求意义明显。
当前,较为确定的电容需求存在于新能源发电装置中电控等用途中。
高压薄膜电容由于其良好的耐受电压特征,广泛的得以应用在稳压、稳流、功率补偿等诸多领域中。
同时,随着未来电网趋向于智能化,超级电容能够很好的将分布式发电中能量、负载等各方面均衡的配置起来。
一般来说,光伏、风能等新能源发电方式,其发电量随着环境的变化具有极不均衡的特点。
比如,光伏发电装置在白天发电效率高,发电量大,而晚上则不发电,这就需要有效的储能装置来储存白天发的电量,超级电容就是一个很好的储能装置。
新能源装机中,约每1兆瓦的新能源装机容量需要对应20000元左右的高压薄膜电容。
随着超级电容等产品的引入,每兆瓦对于电容需求的价值也随之攀升,因此,我们预计未来五年之内,仅光伏与风能带动电容器市场需求就将快速达到100亿(人民币)。
3、LED照明构成确定电容需求
LED照明已经是未来长期趋势,其节能、高寿命等特征广泛为用户所接受,因此电容器在其中主要用途为提供稳定的电压及电流。
当前,从节能灯时代走向LED灯时代,其驱动电路中电源需求量相当,但为了匹配LED光源的高寿命特征,电容器也随之有较高的寿命要求。
因此将传统的铝电解电容替代为薄膜电容将是未来的一大的趋势。
三、新能源电容行业受益路径明晰
电容器最根本的功能是通过交流,阻挡直流,根据其电极特性、材料特性,大体上有陶瓷电容、电解电容、薄膜电容、超级电容等多个类别。
不同种类的电容展现出相应的电压、容量、频率、温度等特性。
随着新能源产业的不断发展,电容的受益路径已经很明确。
从具体的电容种类看,从耐高压能力突出的高压薄膜电容器与具有储能力的超级电容将会更加受益于新能源产业的发展。
1、高压薄膜电容广泛应用于电力电子
(1)电压耐受为其性能关键
薄膜电容器采用的是有机膜材料作为电介质,相对于电解电容与陶瓷电容,薄膜电容具有较好的温度及电压特性,以及面对损坏时的自愈能力,因此它能够广泛应用于弱电到强电的各个领域。
由于薄膜电容器的内部塑料膜材料的卷曲工艺较容易实现,它能够从小体积做大较大的体积,从而应用在高电压的电力应用场合,因此,也即能够应用于新能源方面的电力电子需求。
尤其当电容器电介质为金属化膜时,薄膜电容就具有自愈能力,即是当电压高过电容标称值时,电介质被击穿,其电弧放电所产生的能力足矣使电击穿点附近处的金属镀层蒸发,使击穿点与周围极板隔开,从而使得电气性能保持正常。
按线端分类,薄膜电容可以分为直流薄膜电容器和交流薄膜电容器两大类。
直流薄膜电容器工作在以直流电源供电的电路中,可以分为通用类、抑制电源电磁干扰类、脉冲类和精密类四类,而交流薄膜电容器工作在以交流电源供电的电路中,按功能分为电动机起动运行、功率因素补偿等。
本报告中的高压薄膜电容一般是指交流薄膜电容。
(2)高压薄膜电容应用正快速推广
从应用的角度看,高压薄膜电容大量的应用在电力电子领域,尤其随着新能源需求的逐步显现,新能源不稳定特征需要更多的电容器起到变频、功率校正以及滤波的功能。
从具体应用来看,高压薄膜电容的需求主要来自太阳能光伏、风能、新能源电动汽车、轨道交通、高铁等所使用的逆变器,其中,光伏逆变器是高压薄膜电容目前主要的市场。
光伏逆变器是一种由半导体器件组成的电力调整装置,主要用于将直流电力转换为交流电力,它一般由升压回路和逆变桥式回路构成。
升压回路把太阳电池的直流电压升压到逆变器输出控制所需的直流电压;
逆变桥式回路则把升压后的直流电压等价地转换成常用频率的交流电压。
逆变器主要由晶体管等开关元件构成,通过有规则地让开关元件重复开-关(ON-OFF),使直流输入变成交流输出。
逆变器不仅具有直交流变换功能,还具有最大限度地发挥太阳电池性能的功能和系统故障保护功能。
归纳起来有自动运行和停机功能、最大功率跟踪控制功能、防单独运行功能(并网系统用)、自动电压调整功能(并网系统用)、直流检测功能(并网系统用)、直流接地检测功能(并网系统用)。
在光伏逆变器中,高压薄膜电容用作能量缓冲以及整流滤波电子器件,其品质对逆变器的性能有很大影响,所以逆变器厂商在选择薄膜电容供应商方面非常慎重。
目前全球光伏逆变器行业的领导者是德国的SMA公司,技术处于行业的顶点,目前全球市场占有率达到30%。
此外,Power-One、KACOKACO、瑞福索、英赫特安(Ingeteam)、合肥阳光、ABB、EnphaseEnergy(微逆变器)、联信电源(lianxin)、山亿新能源(SamilPower)都是全球著名的光伏逆变器厂商。
同时,新能源汽车中电驱动的比例将逐步增长,因此高压薄膜电容在其中的应用空间也随之打开。
2、超级电容:
从“尴尬”走向成熟
超级电容是一种通过极化电解质来储能的新型电化学器件,又被称为电化学电容、双层电容、黄金电容、法拉电容。
它不同于传统的化学电源(比如电池等),是一种介于传统电容器和电池之间的器件,主要是利用活性炭多孔电极以及电解质组成的双电层结构来获得大容量,储能的过程并不发生化学反应,而且可逆。
超级电容并不是一种新技术。
它最早源于德国科学家Helmohotz在1879年提出的双电层结构模型。
Helmohotz用简单的平行板电容器来模拟胶粒的外层结构,电容的两板平行且电性相反,一板位于质点表面上,另一板则在液体中。
现代意义上的第一次超级电容实践来自于通用电气公司的工程师在1950年代使用多孔碳电极存储电荷的设备。
而商业化的超级电容则来自于NEC公司,提出“超级电容”概念,并在1971年开始将其用于计算机内存器中。
上世纪七、八十年代,超级电容的研发和应用开始受到更多人的关注。
超级电容具有诸多优点:
1、充放电速度快,几秒-几分钟可以充满;
2、使用寿命长,深度充放电循环次数超过100万次,没有记忆效应,过充、过放都不会对其寿命产生影响;
3、大电流放电能力强,能量转换效率高,功率密度远大于电池;
4、原材料构成、生产、使用、拆解过程都没有污染,零排放,是理想的绿色储能器件;
5、充放电线路简单,安全系数高,长期使用免维护,可以直接焊接在载体上。
超级电容的主要缺点是能量密度低。
容量要远超普通电容,但与蓄电池、锂电池相比又低很多。
与其说超级电容是一种新型电容器,还
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