1、电力半导体器件行业分析报告2018年电力半导体器件行业分析报告2018年12月电力半导体器件也可称为电力电子器件或功率半导体器件，是发电、输配电、电能变换、储能等装备的核心变流器件，用于电能分配、转换和控制。其对电能的控制，类似于水龙头阀门对水流的调节和控制，可对电流、电压、功率、频率、相位进行精确高效的控制和变换，广泛应用于电力、轨道交通、钢铁冶金、机械制造、环保、石油、化工、汽车制造、船舶制造、矿山、核工业、军工等领域。高压直流阀用晶闸管包括直流输电用大功率电控晶闸管和光控晶闸管，主要应用于超高压、特高压直流输电工程，为国家能源输送及调配、绿色能源并网输电等重点能源建设领域提供了有力支撑，
2、是并网和远距离输送不可替代的器件。普通元器件具体包含普通晶闸管、普通整流管、快速晶闸管和电力半导体模块，广泛应用于工业、科研等领域。电力电子装置可细分为电力电子变流装置及测试设备业务，电力电子变流装置业务主要涵盖铝电解整流柜、大功率IGBT 开关电源、各类大功率试验电源等成套设备的生产；测试设备业务主要是电力半导体器件试验、检测设备的开发、制造以及为满足客户个性化需求的非标设备开发、制造，前者主要用于电力半导体器件的过程检验、中间测试、出厂测试、型式试验以及可靠性试验，后者主要为满足各工业领域新兴的电力电子设备测试需求。高压直流阀用晶闸管和普通元器件均属于半导体分立器件中的晶闸管。晶闸管是晶体
3、闸流管的简称，又被称作可控硅，是一种开关元件，能在高电压、大电流条件下工作，并且其工作过程可以控制，被广泛应用于可控整流、交流调压、无触点电子开关、逆变及变频等电子电路中，是典型的小电流控制大电流的设备。半导体被称为“工业粮食”，是所有电子设备的心脏。目前，我国每年半导体器件（芯片）进口总额已达数千亿美元，超过了石油进口总额，高端芯片自给率几乎为零，国内高端制造行业对国外芯片厂商存在严重的依赖局面。半导体的产业规模和技术水平，是衡量一个国家工业现代化水平的重要标志，具有自主知识产权的核心器件产业化，对于我国从制造业大国转变成制造业强国具有特殊重要的意义。西方发达国家长期对中国进行技术出口限制，
4、在高端芯片领域已经演变成全面封锁和打压的态势；为保障国家经济长远发展和国民经济安全，国内半导体行业必须加大研发投入和技术创新，实现高端产品工艺和技术的突破，以摆脱受制于人的局面。我国半导体领域对国外的依赖，不仅体现在存储器、高速微处理器、高速数字处理器、通讯集成芯片等大规模集成电路芯片类半导体，也包括用于大功率控制和变换的功率半导体器件，特别是高频高压工况下的自关断器件。如我国交流机车牵引用IGBT、柔性直流输电用高压IGBT、输配电直流断路器用IGCT，多年来并未摆脱依赖于国外供应商的局面。功率半导体器件分为以晶闸管为代表的双极型器件、以MOSFET 场效应晶体管为代表的场控器件、以IGBT
5、 为代表的场控与双极型相结合器件，以及以SiC 器件为代表的使用宽禁带半导体材料制成的第三代新型器件。然而，在场控器件和场控-双极型结合器件领域，国内尚处于空白或小规模低水平的发展阶段，难以抗衡国外已形成寡头竞争格局的大型半导体企业；而以碳化硅器件为代表的第三代器件，国内尚处在研发阶段，未形成产业化能力，更谈不上参与国际市场竞争。一、行业主管部门、监管体制、主要法律法规及政策1、行业主管部门及监管体制行业宏观管理部门为国家发改委，主要负责制定产业政策，提出高新技术产业发展和产业技术进步的战略、规划、政策、重点领域和相关建设项目，指导行业发展。国家有关行业协会协调指导本行业发展，主要有中国电器工
6、业协会电力电子分会及中国半导体行业协会分立器件分会。行业协会履行行业自律管理职责，并受国家发改委委托开展行业统计、标准化、行业损害和反倾销调查等工作。标准化组织主要有：全国输配电用电力电子器件标准化技术委员会、全国电力电子学标准化技术委员会、中国半导体技术标准化委员会分立器件专业委员会。2、行业主要法律法规和政策功率半导体分立器件是电力电子技术的基础和核心，电力电子技术的突破和发展围绕新型功率半导体分立器件的诞生和完善而进行，功率半导体分立器件的应用已深入到工业生产和社会生活的各个方面，对高效利用能源发挥至关重要的作用。国家产业政策高度关注功率半导体产业，特别是大功率半导体产业的发展。中央和地
7、方政府及相关部委陆续出台各种支持政策，鼓励我国功率半导体分立器件生产企业自主创新，实现关键技术的重点突破。（1）2006年，工业和信息化部发布了信息产业科技发展“十一五”规划和2020年中长期规划纲要，将新型元器件技术列入未来5至15年发展的15个重点领域之一。新型元器件技术重点围绕功率半导体、片式电子元器件等技术，建立以新型元器件研发为核心的元器件研发中心和以元器件性能检测、质量与可靠性检测、分析为核心的元器件评测和服务中心，逐步形成新型元器件从研制、生产到检测、评价较为完整的技术体系。（2）2007年，国家发改委下发了关于组织实施新型电力电子器件产业化专项有关问题的通知（发改办高技2007
8、2484号），提出以提高新型电力电子器件技术和工艺水平，促进产业发展，满足市场需求，以技术进步和产业升级推进节能降耗为目的，突破核心基础器件发展的关键技术，完善功率半导体产业链，促进具有自主知识产权的芯片和技术的推广应用，增强企业自主创新能力，支持功率半导体芯片、模块、应用装置、专用工艺设备和测试仪器四大类产品的产业化发展。（3）2008年，根据信息产业“十一五”规划中“加快元器件产业结构升级和提高电子专用材料配套能力”的总体要求，信息产业部编制了电子基础材料和关键元器件“十一五”专项规划，鼓励发展新型半导体分立器件，紧紧抓住传统产业改造和电力系统改造的机遇，进一步加大科技投入，重点发展功率半
9、导体器件，包括纵向双扩散型场效应管VDMOS，绝缘栅双极型晶体管IGBT，静电感应晶体管系列SIT、BSIT、SITH，栅控晶闸管MCT，巨型双极晶体管GTR 等。（4）2009年，国务院公布电子信息产业调整和振兴规划，明确提出加快电子元器件产品升级，围绕国内整机配套调整元器件产品结构，提高片式元器件等产品的研发能力，初步形成完整配套、相互支撑的电子元器件产业体系，并通过落实扩大内需措施、加大国家投入、完善投融资环境、支持优势企业并购重组等措施，实现电子元器件等骨干产业平稳发展。（5）2010年，为大力推进新型功率半导体分立器件产业发展，发展掌握自主知识产权的芯片和器件的设计、制造技术，以市场
10、带动产业，尽快形成芯片和器件的规模化生产能力和产业配套能力，拓展电力电子技术在国民经济各领域的应用，国家发改委发布了关于组织实施2010年新型电力电子器件产业化专项的通知（发改办高技 2010614号），确立了电力半导体器件产业化专项重点，支持金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）、集成门极换流晶闸管（IGCT）、绝缘栅双极晶体管（IGBT）、超快恢复二极管（FRD）等量大面广的新型电力电子芯片和器件的产业化，重点解决芯片设计、制造和封装技术，包括结构设计、可靠性设计，以及光刻、刻蚀、表面钝化、背面研磨、背面金属化、测试等工艺技术，提高产品档次。（6）2011年，国家发改委发布的产业结构
11、调整指导目录（2011年本）中，继续将新型电子元器件（片式元器件、频率元器件、混合集成电路、电力电子器件、光电子器件、敏感元器件及传感器、新型机电元件、高密度印刷电路板和柔性电路板等）制造列为国家鼓励类产业。同年，国家发改委、财政部和商务部颁布鼓励进口技术和产品目录（2011年版）（发改产业2011937号），将新型电子元器件（片式元器件、频率元器件、混合集成电路、电力电子器件、光电子器件、敏感元器件及传感器、新型机电元件、高密度印刷电路板和柔性电路板等）制造（C27）继续列为鼓励发展的重点行业，对符合国家产业政策和专项规划的投资类项目项下进口生产性设备、零部件（不予免税产品目录中产品除外）给
12、予贴息支持。（7）2012年，国家科学技术部颁布的高新技术产业化及其环境建设“十二五”专项规划提出重点突破一批制约产业升级和发展的核心技术，加快钢铁、有色、石化、纺织、轻工、建材等产业的关键共性技术攻关，重点突破一批设计技术、制造工艺、基础零部件和电子元器件、大型铸锻件、仪器仪表等方面的关键技术，加快传统产业优化升级。同年，工业和信息化部颁布的电子信息制造业“十二五”发展规划指出：“十二五”期间，在集成电路、新型显示器件、关键元器件、重要电子材料及电子专用设备仪器等领域突破一批核心关键技术，以新一代网络通信系统设备及智能终端、高性能集成电路、新型显示、云计算、物联网、数字家庭、关键电子元器件和
13、材料七大领域作为战略性新兴领域，以重大工程应用为驱动力，加速创新成果产业化进程，打造完整产业链，培育一批辐射面广、带动力强的新增长点。（8）2013年，为贯彻落实中华人民共和国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要中提出的结合大型能源基地建设，采用特高压等大容量、高效率、远距离先进输电技术，加快区域和省级超高压主网架建设，重点实施电力送出地区和骨干网架及省域间联网工程，完善输配电网结构，提高分区、分层供电能力，国务院印发了能源发展“十二五”规划，其中明确提出：着力加快能源生产和利用方式变革，强化节能优先战略，全面提升能源开发转化和利用效率，控制能源消费总量，构建安全、稳定、经济、清洁的现代能源产
14、业体系，保障经济社会可持续发展。（9）2015年，国家制造强国建设战略咨询委员会提出目标：2020年输变电行业产值达到2.2万亿元；国产关键零部件国内市场自有率达到80%以上；输电成套装置出口比重超过20%；特高压输变电技术国际领先，进入世界强国行列。2025年行业产值达到3.0万亿元；形成以我国为主导的国际特高压交直流输电成套装备标准体系；国产关键部件国内市场自有率达到90%以上；成套装置出口比重超过25%；产品可靠性及技术指标达到国际先进水平。同年，国务院办公厅印发我国标准化领域第一个国家专项规划国家标准化体系建设发展规划（2016-2020年），部署推动实施标准化战略，加快完善标准化体系
15、，全面提升我国标准化水平，其中提出加强特高压及柔性直流输电、智能电网、微电网及分布式电源并网、电动汽车充电基础设施标准修订，研制大规模间歇式电源并网和储能技术等标准。（10）2016年，国家能源局发布电力发展“十三五”规划（2016-2020年），规划提出应用推广一批相对成熟、有市场需求的新技术，尽快实现产业化；试验示范一批有一定积累但尚未实现规模化生产的适用技术，进一步验证技术路线和经济性；集中攻关一批前景广阔但核心技术受限的关键技术；鼓励企业增加研发投入，积极参与自主创新；开展大容量机电储能、熔盐蓄热储能、高效化学电池储能等多种储能示范应用，大幅降低单位千瓦建设成本，力争接近抽水蓄能电站水
16、平，加快推广应用；继续推进特高压输电、大容量断路器、直流断路器、大容量柔性输电等先进电网技术的研发与应用；推进微电网关键技术研究及示范建设；推进高温超导等前沿技术领域的研究；开展电网防灾减灾技术研究。（11）2017年，国家能源局制订2017年能源工作指导意见，意见提出围绕实现 “十三五”规划目标，促进电源建设与消纳送出协调，提高清洁低碳能源发展质量和效益；加强西南水电外送华南、华中和华东等区域输电通道建设，统筹推进金中、滇西北、川电外送第三通道等工程项目，加强能源输送通道建设；根据市场需求，统筹考虑电源建设进度、电网调峰能力以及电力市场改革等有关因素，研究建设跨省跨区外送输电通道；推进智能电
17、网建设，制订实施关于推进高效智能电力系统建设的实施意见，配套制订各省（区、市）具体工作方案，并研究制订智能电网2030战略，推动建立智能电网发展战略体系；深化能源装备创新发展，着力提升能源供应安全保障、非化石能源发展和化石能源清洁高效利用等重点领域装备制造水平。（12）2018年，国家能源局研究制订2018年能源工作指导意见，意见提出进一步完善电网结构，继续优化主网架布局和结构，深入开展全国同步电网格局论证，研究实施华中区域省间加强方案，加强区域内省间电网互济能力，推进配电网建设改造和智能电网建设，提高电网运行效率和安全可靠性。根据目标市场落实情况，加快西南水电外送通道建设，稳妥推进跨省区电力
18、输送通道建设，推动新疆、青海、四川、陕西等地区电力外送通道前期工作。年内计划建成内蒙古上海庙山东临沂800KV 特高压直流、新疆准东华东皖南1100KV 特高压直流等输电通道，新增输电能力2200万KW。扎实推进具备条件项目的核准建设，年内力争开工建设张北柔性直流试验示范工程、乌东德送电广东广西柔性直流、四川水电外送第四回直流等输电通道。扎实推进陕西、青海、新疆、陇彬、白鹤滩水电、金沙江上游水电电力外送输电通道，以及闽粤联网工程前期论证。年内计划新增500KV 及以上变电容量（含换流容量）1.7亿千伏安，输电线路2.2万公里。二、行业发展概况1、行业基本情况电力电子技术作为一种通过高效转换提供
19、高质量电能、实现节能环保和提高人民生活质量的重要技术，已经成为弱电控制与强电运行相结合、信息技术与先进制造技术相融合、实现智慧化升级不可或缺的重大关键核心技术，属关键共性技术领域。电力电子技术是能源高效转换领域的核心技术，包括电力半导体器件、变流电路和控制技术三个部分，其中电力半导体器件是基础，变流电路是电力电子技术的核心。电力半导体器件在我国又常被称为功率半导体器件，电力半导体器件是现代电力电子装置的心脏，其功能包括变频、变压、变流、功率放大和功率管理等，通过对电能高效地产生、传输、转换、存储和控制，降低电路损耗，提高能源利用效率，实现节能和传统产业信息化。电力半导体器件在国民经济工业部门和
20、社会生活各方面应用广泛，在电力工业领域未来发展建设中起到至关重要的作用。新能源发电、直流输电、储能、新型配电、智能电网等都会用到电力半导体器件。从电力半导体器件的市场发展看，功率器件产品已经成为市场的热点。由于功率器件在高频状态工作时更加节能、节材，也能大幅减少整机装备的体积和重量，功率半导体技术已成为促进电力半导体器件产品持续发展的主要动力。在产品应用方面，电子整机产品对功率变换、电源管理等日益增长的需求直接推动了功率晶体管产品的发展。近年来，“节能减排”、“开发绿色新能源”已成为我国长期发展的基本国策。在我国绿色能源产业发展的推动下，电力电子技术迅速发展成为建设节约型社会、促进国民经济发展
21、和践行创新驱动发展战略的重要支撑技术之一。电力电子行业“十三五”发展指导意见指出，将电力电子技术应用于发电、输电、变电、配电、用电、储能，能够起到改善电能、控制电能、节能环保的作用，使电网的工频电能最终转换成不同性质、不同用途的高质量电能，以适应千变万化的用电装置的不同需要。我国工业领域使用了大量的轧机、电焊机、电镀和电解电源、风机、水泵、无轨电车等机电设备，具有巨大的效率提升需求和空间。据统计，中国电机保有量约17亿千瓦，年耗电量约3万亿kWh，电机耗电占中国电力消费的64%，工业用电的75%。据测算，工业电机效率提升一个百分点，可节约用电260亿kWh。采用先进的电力电子技术推动电机系统节
22、能，年节电可达13002300亿kWh，相当于23个三峡电站的发电量。2、行业发展现状传统型的电力半导体器件主要指高压直流阀用晶闸管，其在许多关键领域仍具有不可替代的作用。尤其是随着特高压直流输电、SVC 等变流装置容量的不断加大，对高压大电流的高端传统型器件等需求巨大，这就要求行业内企业通过研发，不断突破大功率晶闸管的电压电流等级，以适应不断增大的变流装置容量。在新型电力半导体器件方面，随着我国高压变频、交流传动机车/动车组、城市轨道交通等技术发展和市场需求的增加，对集成门极换流晶闸管（IGCT）、绝缘栅双极晶体管（IGBT）的需求非常紧迫且需求量也非常大。“十二五”期间，随着我国在电力、交
23、通及基础设施的大规模投入，电力半导体器件市场在全球市场中所占的份额越来越大，我国已成为全球最大的电力半导体器件需求市场。我国电力电子技术市场发展十分迅速，持续高速增长。中国在基础设施建设，冶金、煤炭、化工、石油等工业领域的大量投资为我国电力电子市场创造了巨大的需求，市场前景广阔。全球电力半导体市场的优势份额以及先进技术主要由国际老牌半导体企业占据，如ABB、英飞凌和德国Semikron 等。美国是电力半导体器件的发源地，在全球电力半导体器件市场中占有重要的位置，著名的电力半导体器件厂商有GE（美国通用电气公司）、IR（美国国际整流器公司，已被英飞凌收购）、Fairchild（美国仙童半导体公司
24、，已被安森美半导体（ON Semiconductor Corp.）收购）等。但近年来，电力半导体器件生产逐步转移到欧洲、日本及发展中国家。欧洲是全球电力半导体器件研发生产和市场发达的地区，拥有全球著名的英飞凌、ABB、德国Semikron 等。日本主要的半导体器件厂商有东芝、富士和三菱等企业。目前，电力半导体器件中较新的研究和发展领域为SiC 和GaN 电力半导体器件，即以SiC 和GaN 为基础材料生产的半导体器件。国际上出现该类商业化产品的时间较短，并受技术成熟度和成本的制约，尚处于市场开拓的初期阶段，未广泛普及。SiC 和GaN 电力半导体器件的主要供应商有科锐（Cree）、英飞凌、安森
25、美、东芝、富士和三菱等企业。中国电力半导体器件市场规模发展较快，但总量仍不能满足需求，特别是中高档产品仍一定程度依赖进口。尽管中国已经成为全球功率半导体产业的重要市场，但中国电力半导体器件的设计、制造能力还有待提高，特别是在新型材料半导体器件领域，与国外领先企业仍存在较大差距。在传统型的电力半导体器件（主要指高压直流阀用晶闸管）领域，以派瑞股份为代表的少数企业，通过引进吸收国外先进技术和不断自主创新，其产品技术已达到国际先进水平，同时凭借国内成本较低和市场广阔的优势，能够与行业内的国际先进企业开展竞争，且在国内市场占据了主要份额。3、行业发展趋势随着国家经济的持续发展，节能减排战略的驱动，相关
26、产业政策的扶持以及战略安全的需要和全球化趋势，我国电力电子产业将进入稳定地快速发展阶段。电力电子产业是我国制造业的重要组成部分。作为高新技术的战略性新兴产业，电力电子产业涉及半导体及电子材料、关键零部件、器件的芯片制造及封装、关键生产装备和检测设备，装置和系统设计、关键元器件和零部件及配套件、系统集成、试验以及运行等上下游全链条，在我国制造业转型升级中将发挥重大的作用。电力半导体器件及装置技术在风能、太阳能、热泵、水电、生物质能、绿色建筑、新能源装备等先进制造业中将发挥重要作用，其中许多领域在“十二五”期间的市场规模都达上万亿，带动了电力电子技术及产业的高速发展。中国电器工业协会电力电子分会预
27、测，随着新能源革命的推动，我国电力电子器件产业将迎来快速发展的机遇，并保持持续稳步增长态势，在投资增量需求与节能环保需求的双重推动下，以及下游电力电子装置行业需求高速发展的拉动下，行业规模将不断扩大。在未来五年里，由于国家经济进入“新常态”，经济增速有所放缓，且经济增长方式继续向消费拉动转型，下游钢铁冶炼、电机驱动等行业的需求将可能转弱，对电力半导体器件行业规模的增长将产生负面影响；另一方面，来自战略性新兴产业（如先进半导体、新一代信息技术、新能源汽车、新一代航空装备、智能交通等）的需求则为电力半导体器件行业的可持续发展注入了新的动力。2016年至2020年期间，电力半导体器件市场规模的年复合
28、增长率为5.08%，预计2020年将达到144.5亿元。三、行业市场规模及需求情况2017年中国电力半导体器件的市场规模达到124.7亿元，较上一年同比增长5.2%。近三年，中国电力半导体器件市场保持了良好的增长态势，年均增长率为5.1%左右，主要得益于中国经济的持续增长以及工业领域稳定增长的固定资产投资。输变电、钢铁冶炼、马达驱动、轨道交通、大功率电源和电焊机领域是电力半导体器件最主要的应用领域，上述领域对电力半导体器件的需求量占电力电子行业规模的90%以上。1、输变电及工业自动化领域对电力半导体器件的需求近年来，全国配电网建设投入不断加大，配电网发展取得显著成效，但用电水平相对国际先进水平
29、仍有差距，城乡区域发展不平衡，供电质量有待改善。国家电网公司“十三五”电网发展规划总报告和6项专题研究报告显示，在电力需求预测方面，总体看我国还处于工业化、城镇化快速推进期，电力需求与经济同步增长，且电力需求增速将快于电量增速，东中部地区作为电力负荷中心的地位将长期保持不变。根据国家能源局发布的配电网建设改造行动计划（2015-2020年），2015-2020年，配电网建设改造投资不低于2万亿元，其中2015年投资不低于3,000亿元，“十三五”期间累计投资不低于1.7万亿元。预计到2020年，高压配电网变电容量达到21亿千伏安、线路长度达到101万千米，分别是2014年的1.5倍、1.4倍；
30、中压公用配变容量达到11.5亿千伏安、线路长度达到404万千米，分别是2014年的1.4倍、1.3倍。5年后城市供电可靠率将达99.99%。电源装机安排方面，预计2020年全国电源装机总量20.7亿千瓦，相比2014年新增7.0亿千瓦，年均增加1.2亿千瓦。电力电量平衡和电力流方面，东中部12省（直辖市）受入电力流规模从目前的1.1亿千瓦提高到3.1亿千瓦。新能源发展及消纳方面，在电网环节扩大电网范围，在电源环节提高电源灵活性，在负荷环节实施需求侧响应、增加用电需求。同一时期内，全国电网将优化为西部（西北+川渝藏）、东部（“三华”+东北三省+内蒙古）两个特高压同步电网，形成送、受端结构清晰，交
31、、直流协调发展的格局。此外，大功率开关电源已经广泛应用于工业自动化控制、科研设备、军工设备、电力设备、工控设备、通讯设备、医疗设备、仪器仪表、半导体制冷制热等领域。功率电源均需使用大功率半导体器件，从而实现环境保护及节能降耗。2、电机驱动行业对电力半导体器件的需求电机是风机、泵、压缩机、机床、传输带等各种设备的驱动装置，广泛应用于冶金、石化、化工、煤炭、建材、公用设施等多个行业和领域，是用电量较大的耗电机械。近年来，在国家政策的支持下，中国电机能效水平逐步提高，但总体能效水平与世界先进水平相比仍然较低。从电机自身看，中国电机效率平均水平比国外低3-5个百分点，目前在用的高效电机仅占3.0%左右
32、；从电机系统看，因匹配不合理、调节方式落后等原因，电机系统运行效率比国外先进水平低10-20个百分点。低效电机的大量使用造成巨大的用电浪费。工业领域电机能效每提高一个百分点，全国每年可节约用电260.0亿kWh 左右。通过推广高效电机、淘汰在用低效电机、对低效电机进行高效再制造，以及对电机系统根据其负载特性和运行工况进行匹配节能改造，可从整体上提升电机系统效率5-8个百分点。电力半导体器件在电机驱动领域主要应用在变频器和软启动器。变频器是通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的，变频器节能主要表现在风机、水泵的应用上。软启动器是一种集软启动、软停车、轻载节能和多功能保护于一体的电机控制装备，实现在整个启动过程中无冲击而平滑地启动电机，而且可根据电动机负载的特性来调节启动过程中的各种参数（如限流值、启动时间等），从而降低无用功的损耗，节约能源，同时提高电动机及传动机械的使用寿命。根据工业绿色发展规划（2016-2020年），中国政府将继续推进锅炉、电机、变压器等通用设备能效提升工程。3、轨道交通领域对电力半导体器件的需求
