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隨著新能源電力的高速發(fā)展，負(fù)電價的現(xiàn)象也越來普遍。
新能源發(fā)電布局的不斷加快，負(fù)電價的現(xiàn)象也越來普遍
近日，根據(jù)山東電力市場現(xiàn)貨交易中心的數(shù)據(jù)，在5月1日20時至5月2日17時，山東連續(xù)實(shí)時負(fù)電價時段長達(dá)21小時，最低價格為-0.085 元/kWh，刷新了國內(nèi)電力現(xiàn)貨市場負(fù)電價持續(xù)時間段紀(jì)錄，也引發(fā)了業(yè)內(nèi)關(guān)注。
山東 4 月 29 日-5 月 3 日實(shí)時現(xiàn)貨價格曲線（元/MWh）
事實(shí)上，這已經(jīng)不是山東第一次出現(xiàn)負(fù)電價的情況了。作為全國第一批八個電力現(xiàn)貨市場建設(shè)試點(diǎn)之一，早在2019年12月11日，山東電力現(xiàn)貨市場就出現(xiàn)過-40元/兆瓦時的出清價格，這也是國內(nèi)首次出現(xiàn)負(fù)電價。此后，山東省現(xiàn)貨市場負(fù)電價頻繁出現(xiàn)。據(jù)山東省電力交易中心數(shù)據(jù)，自 2022 年 2 月初到 2023 年 1 月底，在光伏項(xiàng)目發(fā)電量高峰時段，發(fā)電側(cè)售電價格出現(xiàn)了 176 次的負(fù)電價，其中 135 次為-0.08 元/kWh 的“地板價”。
負(fù)電價現(xiàn)象的頻發(fā)，也引起了有關(guān)部門的注意。3月13日，山東省發(fā)改委發(fā)布《關(guān)于山東電力現(xiàn)貨市場價格上下限規(guī)制有關(guān)事項(xiàng)的通知（征求意見稿）》，文件指出對市場電能量出清設(shè)置價格上限和下限，其中上限為每千瓦時1.5元，下限為每千瓦時-0.1元，以保證電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行。
在我國，雖然“負(fù)電價”概念還很新穎，但在新能源投資較為密集的歐洲市場，負(fù)電價已很常見。在歐盟范圍內(nèi)，電力市場規(guī)則中允許出現(xiàn)負(fù)電價的國家包括加入歐洲電力交易市場EPEX的法國、德國、奧地利、瑞士、比利時和荷蘭等。早在2007年，德國日內(nèi)市場首次引入負(fù)電價;2008年，德國/奧利地日前市場引入負(fù)電價；2010年，法國日前和日內(nèi)市場引入負(fù)電價；2012年、2013年奧地利和瑞士日內(nèi)市場先后引入負(fù)電價。據(jù)統(tǒng)計，2019年，德國有101小時出現(xiàn)過負(fù)電價，2020年因?yàn)橐咔閷τ秒姷挠绊懀?fù)電價的時長總計298個小時。
業(yè)內(nèi)人士指出：“負(fù)電價的出現(xiàn)，是基于國內(nèi)新能源發(fā)電布局的不斷加快，也是我國推進(jìn)電力市場化交易的必然過程。雖然出現(xiàn)負(fù)電價，但并不代表國內(nèi)新能源發(fā)電量是過剩的。目前國內(nèi)風(fēng)電、光伏的發(fā)電貢獻(xiàn)占比依然較小，隨著可再生能源的逐漸普及和電力市場的發(fā)展，負(fù)電價情況會越來越普遍！
供需錯配導(dǎo)致負(fù)電價產(chǎn)生，儲能、特高壓/智能電網(wǎng)的發(fā)展將有效解決負(fù)電價問題
負(fù)電價本質(zhì)上是電力供應(yīng)的階段性過剩。究其原因，主要是隨著光伏、風(fēng)電等大規(guī)模波動性較強(qiáng)的電力接入電網(wǎng)，導(dǎo)致發(fā)電和用電的時間不匹配造成的。
譬如說，白天日照時間長、光照充足，往往是光伏發(fā)電的高峰期，而夜晚往往溫度低、風(fēng)大，往往是風(fēng)力發(fā)電的高峰期。以山東為例，本次出現(xiàn)長時間負(fù)電價的主要原因是正值節(jié)假日期間，在需求端，部分工廠停工放假，工業(yè)用電需求大幅下降，電網(wǎng)最高直調(diào)負(fù)荷下降15%；同時在供給方面，晴好天氣光伏發(fā)電大增，并且夜晚風(fēng)電大發(fā)，導(dǎo)致電力供應(yīng)大幅超過用電負(fù)荷。這時，發(fā)電企業(yè)為了持續(xù)發(fā)電，考慮到停機(jī)成本很高，就會有意報低電價出清電力，因此就會出現(xiàn)負(fù)電價的現(xiàn)象。
從現(xiàn)貨價格的曲線也可以印證這一點(diǎn)。山東近一年以來，最低價和最高價出現(xiàn)時段均較為集中，最高價主要出現(xiàn)在 17-19 時，最低價主要出現(xiàn)在 10-15 時，尤其是 13 時，出現(xiàn)最低價次數(shù)達(dá)到 165 次，這也和山東 2023 年分時電價的政策基本吻合。
2022年2月1日-2023年1月31日山東現(xiàn)貨最高和最低價出現(xiàn)時間和頻次
數(shù)據(jù)來源：儲能與電力市場
當(dāng)然，負(fù)電價并不意味著用戶端可以免費(fèi)用電，更不意味著國內(nèi)風(fēng)電、光伏裝機(jī)已經(jīng)過剩，負(fù)電價主要是涉及電力現(xiàn)貨交易部分，但是現(xiàn)貨比例很低。
在我國現(xiàn)有電力制度下，電力市場交易機(jī)制還是以中長期合同交易為主，其所在企業(yè)中長期合約占比就達(dá)到90%以上。而在國家現(xiàn)貨交易規(guī)則里，只允許全年電量10%的量通過現(xiàn)貨交易來實(shí)現(xiàn)，實(shí)際操作過程中也只有5%-6%，因此即使現(xiàn)貨報價出現(xiàn)負(fù)值，影響也極其有限。但是，在市場化趨勢下，既然市場上在用電低峰會出現(xiàn)負(fù)電價，那么在用電高峰業(yè)會相應(yīng)出現(xiàn)極端高電價情況，甚至?xí)䦟τ脩舳说娜粘；居秒娦枨笤绯梢欢ǖ挠绊憽?/p>
那么，在這種情況下，如何解決目前新能源發(fā)電供給和需求不匹配的問題呢？
市場上比較主流的解決方案主要有兩點(diǎn)。其一是通過儲能來削峰填谷進(jìn)行套利，從而實(shí)現(xiàn)能源供需的調(diào)配，保證電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。目前，新建集中式光伏發(fā)電項(xiàng)目要求按照裝機(jī)容量10%及以上比例配建調(diào)峰能力，相當(dāng)于2-4小時的儲能水平，但從現(xiàn)在的需求來看，配套儲能的容量低、時間短，并無法根本解決消納問題，這就給獨(dú)立儲能帶來了新的套利空間。以一個100MW/200MWh獨(dú)立儲能電站測算，假設(shè)每天一充一放，有效運(yùn)行360天，充放電效率為90%，每天中午2小時現(xiàn)貨出清電價接近0，每年提高的收益接近1000萬元。
二是繼續(xù)加大特高壓及智能電網(wǎng)的建設(shè)。特高壓是指電壓等級在交流1000千伏、直流±800千伏及以上的輸電技術(shù)。與較低電壓的輸電方式相比，特高壓具有輸送容量大、距離遠(yuǎn)、效率高和損耗低等優(yōu)勢。作為智能電網(wǎng)的骨架，特高壓技術(shù)允許了跨區(qū)域進(jìn)行電力輸送，把棄光率足足降低十倍，有利于平衡各地區(qū)電力生產(chǎn)與負(fù)荷分布，促進(jìn)新能源的消納。
儲能、智能電網(wǎng)的發(fā)展，給半導(dǎo)體市場帶來三大增量機(jī)會
儲能、智能電網(wǎng)的高速發(fā)展，將影響其核心性能的關(guān)鍵器件，并將帶動IGBT、BMS、碳化硅/氮化鎵等半導(dǎo)體器件的需求進(jìn)一步增長。
增量機(jī)會一：IGBT
IGBT等功率器件作為儲能變流器、高壓逆變器的核心半導(dǎo)體部件，約占逆變器整體成本的10%，對電能起到整流、逆變等作用，以實(shí)現(xiàn)新能源發(fā)電的交流并網(wǎng)、儲能電池的充放電等功能，因此IGBT 等功率器件將充分受益儲能及智能電網(wǎng)的高速發(fā)展。
從市場規(guī)模來看，根據(jù)天風(fēng)證券的測算，全球風(fēng)電、光伏及儲能對IGBT的需求價值量將由2021年的86.7億元增長至2025年的182.50 億元；而在競爭格局方面，由于IGBT器件性能的好壞直接影響發(fā)電效率，故而對其性能和可靠性要求較高。目前IGBT的市場份額主要被英飛凌、三菱電機(jī)、富士電機(jī)、安森美等國際大廠占據(jù)，其中英飛凌在中低壓方面占據(jù)絕對優(yōu)勢，而三菱電機(jī)在中高壓電網(wǎng)方面占據(jù)第一。
與國外大廠相比，國內(nèi)的斯達(dá)半導(dǎo)、士蘭微、時代電氣、揚(yáng)杰科技、新潔能等廠商雖然在光儲IGBT的產(chǎn)品穩(wěn)定性及技術(shù)先進(jìn)性上存在一定差距，不過隨著近些年研發(fā)投入的不斷加大，目前部分廠商的產(chǎn)品也作為二供或者三供開始逐漸導(dǎo)入系統(tǒng)集成商中并已取得上千萬的收入，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展與成熟，未來這些廠商在儲能領(lǐng)域有望迎來進(jìn)一步的增長空間。
增量機(jī)會二：BMS
BMS是指能對電池包進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控和管理，防止電池出現(xiàn)過充、過放、過壓、過流、過溫的情況，從而延長電池使用壽命、保護(hù)其使用安全的系統(tǒng)。目前，基本上所有使用鋰電池的終端，都需要安裝BMS進(jìn)行電池保護(hù)。據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院的數(shù)據(jù)，2021年全球BMS市場規(guī)模預(yù)計為65.12億美元，至2026年預(yù)計可達(dá)131億美元，CAGR為15%。
BMS巨大的市場空間,吸引了眾多模擬IC、數(shù)；旌螴C及MCU廠商從不同角度布局。具體來看，BMS AFE芯片要負(fù)責(zé)采集電池電壓，主要廠商有寧德時代、比亞迪、特斯拉、德州儀器、亞德諾等；ADC芯片主要負(fù)責(zé)將采集的電池電壓通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）轉(zhuǎn)換為數(shù)字值，主要廠商有德州儀器、亞德諾、圣邦微、思瑞浦等；而MCU芯片作為主控芯片，主要負(fù)責(zé)進(jìn)行荷電狀態(tài)的計算，主要廠商有德州儀器、意法半導(dǎo)體、恩智浦、英飛凌、瑞薩、中穎電子、兆易創(chuàng)新、北京君正、芯？萍嫉；數(shù)字隔離芯片主要用在高低壓之間的數(shù)字通信，主要供應(yīng)商有德州儀器、亞德諾、芯科、博通、英飛凌、羅姆、安森美、琪埔維、榮湃、納芯微、川土微、格勵微科技等。
增量機(jī)會三：第三代半導(dǎo)體——碳化硅、氮化鎵
近年來，隨著碳化硅、氮化鎵等為代表的第三代半導(dǎo)體技術(shù)的不斷發(fā)展，已經(jīng)有越來越多的廠商開始把相關(guān)技術(shù)及產(chǎn)品應(yīng)用到光伏、儲能領(lǐng)域。
1、 碳化硅
在碳化硅方面，使用 SiC MOSFET 或 SiC MOSFET 與 SiC SBD結(jié)合功率模塊的光伏/儲能逆變器，轉(zhuǎn)換效率有望從 96%提升至 99%以上，能量損耗降低 50% 以上，設(shè)備循環(huán)壽命提升 50 倍，從而能夠縮小系統(tǒng)體積、增加功率密度、延長器件使用壽命、降低生產(chǎn)成本。據(jù) Yole數(shù)據(jù)，2020 年光伏/儲能逆變器中采用 SiC 方案的滲透率約為 10%，預(yù)計到 2025 年將達(dá)到 50%，行業(yè)前景可觀。
從整體市場布局看，目前碳化硅器件主要由海外大廠掌控，包括ST（意法半導(dǎo)體）、Infineon（英飛凌）、ROHM（羅姆）等頭部IDM廠商深耕碳化硅多年，市場優(yōu)勢明顯；國產(chǎn)廠商方面，主要有三安光電、比亞迪半導(dǎo)體、斯達(dá)半導(dǎo)、派恩杰及基本半導(dǎo)體等集芯片設(shè)計、制造、封測為一體的IDM廠商，在持續(xù)完善垂直整合布局的同時，也在不斷加大研發(fā)投入及擴(kuò)產(chǎn)，以強(qiáng)化公司的競爭力。
不過，值得一提的是，由于目前 SiC 方案成本約是 IGBT 的 2-3 倍，在應(yīng)用上成本依然較高。這時，已有包括基本半導(dǎo)體在內(nèi)的廠商將新型場截止IGBT技術(shù)和碳化硅肖特基二極管技術(shù)相結(jié)合，在部分應(yīng)用中可以替代傳統(tǒng)的IGBT，使IGBT的開關(guān)損耗大幅降低，適用于儲能、光伏組串逆變器等領(lǐng)域。
2、 氮化鎵
GaN功率器件具有靜態(tài)和動態(tài)損耗低、寄生電容小、支持高頻、開關(guān)速度快等優(yōu)異性能，能夠有效提升光伏/儲能發(fā)電效率。此外，GaN高頻開關(guān)可使逆變器產(chǎn)生更干凈的正弦波，導(dǎo)致無源元件的明顯減少，進(jìn)而降低光伏發(fā)電系統(tǒng)的尺寸、重量和成本，也可使儲能系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)低轉(zhuǎn)換損耗。根據(jù)Yole和Navitas的預(yù)測，2026年全球光伏發(fā)電GaN功率市場規(guī)模達(dá)1.9億美元，2020-2026E CAGR有望達(dá)到208%。
從競爭格局來看，全球GaN功率半導(dǎo)體行業(yè)競爭格局較為集中。根據(jù)TrendForce的數(shù)據(jù)，全球GaN功率半導(dǎo)體市場較為集中，2021年全球前5大廠商為Navitas、PI、英諾賽科、EPC和Transphorm，CR5為93%。其中Navitas市場份額近30%，國內(nèi)廠商英諾賽科市場份額為20%。
以英諾賽科為例，公司的InnoGaNTM 系列產(chǎn)品具有損耗低、開關(guān)速度快等特性，可以使儲能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)低能量轉(zhuǎn)移損失和高效的能量轉(zhuǎn)換。目前，芯仙旗下全氮化鎵雙向逆變電源，采用的就是英諾賽科氮化鎵功率MOS，在低壓側(cè)主要采用12顆英諾賽科100V/3.2mΩ氮化鎵功率MOS，而在高壓側(cè)，采用6顆英諾賽科650V /30mΩ氮化鎵功率MOS。和友商的儲能電源、雙向逆變對比，芯仙的方案具有高頻高效率高功率密度、交流損耗低、易于散熱等優(yōu)勢。
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