您好，歡迎進入深圳市穎特新科技有限公司官方網站！
您好，歡迎進入深圳市穎特新科技有限公司官方網站！
隨著新能源電力的高速發(fā)展，負電價的現(xiàn)象也越來普遍。
新能源發(fā)電布局的不斷加快，負電價的現(xiàn)象也越來普遍
近日，根據山東電力市場現(xiàn)貨交易中心的數據，在5月1日20時至5月2日17時，山東連續(xù)實時負電價時段長達21小時，最低價格為-0.085 元/kWh，刷新了國內電力現(xiàn)貨市場負電價持續(xù)時間段紀錄，也引發(fā)了業(yè)內關注。
山東 4 月 29 日-5 月 3 日實時現(xiàn)貨價格曲線（元/MWh）
事實上，這已經不是山東第一次出現(xiàn)負電價的情況了。作為全國第一批八個電力現(xiàn)貨市場建設試點之一，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，這也是國內首次出現(xiàn)負電價。此后，山東省現(xiàn)貨市場負電價頻繁出現(xiàn)。據山東省電力交易中心數據，自 2022 年 2 月初到 2023 年 1 月底，在光伏項目發(fā)電量高峰時段，發(fā)電側售電價格出現(xiàn)了 176 次的負電價，其中 135 次為-0.08 元/kWh 的“地板價”。
負電價現(xiàn)象的頻發(fā)，也引起了有關部門的注意。3月13日，山東省發(fā)改委發(fā)布《關于山東電力現(xiàn)貨市場價格上下限規(guī)制有關事項的通知（征求意見稿）》，文件指出對市場電能量出清設置價格上限和下限，其中上限為每千瓦時1.5元，下限為每千瓦時-0.1元，以保證電網穩(wěn)定運行。
在我國，雖然“負電價”概念還很新穎，但在新能源投資較為密集的歐洲市場，負電價已很常見。在歐盟范圍內，電力市場規(guī)則中允許出現(xiàn)負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，德國日內市場首次引入負電價;2008年，德國/奧利地日前市場引入負電價；2010年，法國日前和日內市場引入負電價；2012年、2013年奧地利和瑞士日內市場先后引入負電價。據統(tǒng)計，2019年，德國有101小時出現(xiàn)過負電價，2020年因為疫情對用電的影響，負電價的時長總計298個小時。
業(yè)內人士指出：“負電價的出現(xiàn)，是基于國內新能源發(fā)電布局的不斷加快，也是我國推進電力市場化交易的必然過程。雖然出現(xiàn)負電價，但并不代表國內新能源發(fā)電量是過剩的。目前國內風電、光伏的發(fā)電貢獻占比依然較小，隨著可再生能源的逐漸普及和電力市場的發(fā)展，負電價情況會越來越普遍！
供需錯配導致負電價產生，儲能、特高壓/智能電網的發(fā)展將有效解決負電價問題
負電價本質上是電力供應的階段性過剩。究其原因，主要是隨著光伏、風電等大規(guī)模波動性較強的電力接入電網，導致發(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、風大，往往是風力發(fā)電的高峰期。以山東為例，本次出現(xiàn)長時間負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，電網最高直調負荷下降15%；同時在供給方面，晴好天氣光伏發(fā)電大增，并且夜晚風電大發(fā)，導致電力供應大幅超過用電負荷。這時，發(fā)電企業(yè)為了持續(xù)發(fā)電，考慮到停機成本很高，就會有意報低電價出清電力，因此就會出現(xiàn)負電價的現(xiàn)象。
從現(xiàn)貨價格的曲線也可以印證這一點。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)最低價次數達到 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
數據來源：儲能與電力市場
當然，負電價并不意味著用戶端可以免費用電，更不意味著國內風電、光伏裝機已經過剩，負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)貨交易來實現(xiàn)，實際操作過程中也只有5%-6%，因此即使現(xiàn)貨報價出現(xiàn)負值，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)負電價，那么在用電高峰業(yè)會相應出現(xiàn)極端高電價情況，甚至會對用戶端的日；居秒娦枨笤绯梢欢ǖ挠绊憽
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。其一是通過儲能來削峰填谷進行套利，從而實現(xiàn)能源供需的調配，保證電網的穩(wěn)定運行。目前，新建集中式光伏發(fā)電項目要求按照裝機容量10%及以上比例配建調峰能力，相當于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，這就給獨立儲能帶來了新的套利空間。以一個100MW/200MWh獨立儲能電站測算，假設每天一充一放，有效運行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的建設。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。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、效率高和損耗低等優(yōu)勢。作為智能電網的骨架，特高壓技術允許了跨區(qū)域進行電力輸送，把棄光率足足降低十倍，有利于平衡各地區(qū)電力生產與負荷分布，促進新能源的消納。
儲能、智能電網的發(fā)展，給半導體市場帶來三大增量機會
儲能、智能電網的高速發(fā)展，將影響其核心性能的關鍵器件，并將帶動IGBT、BMS、碳化硅/氮化鎵等半導體器件的需求進一步增長。
增量機會一：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，以實現(xiàn)新能源發(fā)電的交流并網、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的高速發(fā)展。
從市場規(guī)模來看，根據天風證券的測算，全球風電、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、富士電機、安森美等國際大廠占據，其中英飛凌在中低壓方面占據絕對優(yōu)勢，而三菱電機在中高壓電網方面占據第一。
與國外大廠相比，國內的斯達半導、士蘭微、時代電氣、揚杰科技、新潔能等廠商雖然在光儲IGBT的產品穩(wěn)定性及技術先進性上存在一定差距，不過隨著近些年研發(fā)投入的不斷加大，目前部分廠商的產品也作為二供或者三供開始逐漸導入系統(tǒng)集成商中并已取得上千萬的收入，隨著技術的不斷發(fā)展與成熟，未來這些廠商在儲能領域有望迎來進一步的增長空間。
增量機會二：BMS
BMS是指能對電池包進行實時監(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進行電池保護。據前瞻產業(yè)研究院的數據，2021年全球BMS市場規(guī)模預計為65.12億美元，至2026年預計可達131億美元，CAGR為15%。
BMS巨大的市場空間,吸引了眾多模擬IC、數模混合IC及MCU廠商從不同角度布局。具體來看，BMS AFE芯片要負責采集電池電壓，主要廠商有寧德時代、比亞迪、特斯拉、德州儀器、亞德諾等；ADC芯片主要負責將采集的電池電壓通過模數轉換器（ADC）轉換為數字值，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，主要負責進行荷電狀態(tài)的計算，主要廠商有德州儀器、意法半導體、恩智浦、英飛凌、瑞薩、中穎電子、兆易創(chuàng)新、北京君正、芯？萍嫉龋粩底指綦x芯片主要用在高低壓之間的數字通信，主要供應商有德州儀器、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。
增量機會三：第三代半導體——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體技術的不斷發(fā)展，已經有越來越多的廠商開始把相關技術及產品應用到光伏、儲能領域。
1、 碳化硅
在碳化硅方面，使用 SiC MOSFET 或 SiC MOSFET 與 SiC SBD結合功率模塊的光伏/儲能逆變器，轉換效率有望從 96%提升至 99%以上，能量損耗降低 50% 以上，設備循環(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、降低生產成本。據 Yole數據，2020 年光伏/儲能逆變器中采用 SiC 方案的滲透率約為 10%，預計到 2025 年將達到 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；國產廠商方面，主要有三安光電、比亞迪半導體、斯達半導、派恩杰及基本半導體等集芯片設計、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)投入及擴產，以強化公司的競爭力。
不過，值得一提的是，由于目前 SiC 方案成本約是 IGBT 的 2-3 倍，在應用上成本依然較高。這時，已有包括基本半導體在內的廠商將新型場截止IGBT技術和碳化硅肖特基二極管技術相結合，在部分應用中可以替代傳統(tǒng)的IGBT，使IGBT的開關損耗大幅降低，適用于儲能、光伏組串逆變器等領域。
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高頻開關可使逆變器產生更干凈的正弦波，導致無源元件的明顯減少，進而降低光伏發(fā)電系統(tǒng)的尺寸、重量和成本，也可使儲能系統(tǒng)實現(xiàn)低轉換損耗。根據Yole和Navitas的預測，2026年全球光伏發(fā)電GaN功率市場規(guī)模達1.9億美元，2020-2026E CAGR有望達到208%。
從競爭格局來看，全球GaN功率半導體行業(yè)競爭格局較為集中。根據TrendForce的數據，全球GaN功率半導體市場較為集中，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 系列產品具有損耗低、開關速度快等特性，可以使儲能轉換系統(tǒng)實現(xiàn)低能量轉移損失和高效的能量轉換。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，在低壓側主要采用12顆英諾賽科100V/3.2mΩ氮化鎵功率MOS，而在高壓側，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。
