c）配電場(chǎng)景中，隨著大量分布式電源、微電網(wǎng)和柔性負(fù)荷接入配電網(wǎng)，“即插即用”的接入要求越來(lái)越高，線路無(wú)功功率增大，電網(wǎng)高電壓、諧波干擾等電能質(zhì)量問(wèn)題日益突出，傳統(tǒng)配電網(wǎng)電能質(zhì)量和供電可靠性提升空間有限，難以滿足用戶高電能質(zhì)量用電需求。多功能電力電子變壓器、直流斷路器、直流開(kāi)關(guān)等電力電子裝備可以保障不同負(fù)荷類型的電能質(zhì)量和多種電能形式的定制需求。

 

d） 在電力消費(fèi)方面，最主要的變化是分布式電源和儲(chǔ)能裝置的接入，大量新型負(fù)荷需要直流電源以及需要主動(dòng)支撐源荷互動(dòng)，如數(shù)據(jù)中心、通信基站、電動(dòng)汽車充電站、計(jì)算機(jī)設(shè)備、LED照明等，高效率，高功率密度，高可靠性，低成本的轉(zhuǎn)換電源和開(kāi)關(guān)設(shè)備等正滿足用戶日益多樣的個(gè)性化需求和高標(biāo)準(zhǔn)的電能質(zhì)量治理需求。

 

新型功率半導(dǎo)體應(yīng)用需求大幅提升。未來(lái)的能源系統(tǒng)以可再生能源最大限度地開(kāi)發(fā)利用、能源效率最高為目標(biāo)，對(duì)能源輸送和控制的安全、高效、智能等方面提出更高的要求，具體包括適應(yīng)新能源電力的輸送和分配的網(wǎng)絡(luò)，與分布式電源、儲(chǔ)能等融合互動(dòng)的高效終端系統(tǒng)，與信息系統(tǒng)結(jié)合的綜合服務(wù)體系等。這些都需要通過(guò)電力電子化設(shè)備進(jìn)行運(yùn)行、補(bǔ)償、控制。目前這些設(shè)備中所使用的基本都還是硅基器件，而硅基器件的參數(shù)性能已接近其材料的物理極限，無(wú)法擔(dān)負(fù)起未來(lái)大規(guī)模清潔能源生產(chǎn)傳輸和消納吸收的重任，節(jié)能效果也接近極限。

 

白皮書強(qiáng)調(diào)，以碳化硅為代表的第三代半導(dǎo)體功率芯片和器件，以其高壓、高頻、高溫、高速的優(yōu)良特性，能夠大幅提升各類電力電子設(shè)備的能量密度，降低成本造價(jià)，增強(qiáng)可靠性和適用性，提高電能轉(zhuǎn)換效率，降低損耗。光伏、風(fēng)電等新能源發(fā)電、直流特高壓輸電、新能源汽車、軌道交通、工業(yè)電源、民用家電等領(lǐng)域具有極大的電能高效轉(zhuǎn)換需求，而新型功率半導(dǎo)體在則適應(yīng)了這一需求趨勢(shì)，未來(lái)十年是第三代功率半導(dǎo)體的創(chuàng)新加速期，滲透率將全面提升。

 

如碳化硅的瓶頸當(dāng)前主要在于襯底成本高（是硅的4-5倍，預(yù)計(jì)未來(lái)2025年前年價(jià)格會(huì)逐漸降為硅持平），受新能源汽車、工業(yè)電源等應(yīng)用的推動(dòng)，碳化硅價(jià)格下降，性能和可靠性進(jìn)一步提高。碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈爆發(fā)的拐點(diǎn)臨近，市場(chǎng)潛力將被充分挖掘。

 

據(jù)Yole預(yù)計(jì)，碳化硅器件應(yīng)用空間將從2020年的6億美金快速增長(zhǎng)到2030年的100億美金，呈現(xiàn)高速增長(zhǎng)之勢(shì)。我們預(yù)計(jì)在2030年光伏逆變器的碳化硅滲透率將從目前的2%增長(zhǎng)到70%以上，在充電基礎(chǔ)設(shè)施、電動(dòng)汽車領(lǐng)域滲透率也超過(guò)的80%，通信電源、服務(wù)器電源將全面推廣應(yīng)用。

 

 

未來(lái)十年，傳統(tǒng)化石能源發(fā)電的主力地位將逐步動(dòng)搖，風(fēng)電、光伏、水電等可再生能源將成為新增能源主力。消費(fèi)側(cè)電氣化進(jìn)程加速，電動(dòng)汽車、氫能、儲(chǔ)能、熱泵、儲(chǔ)熱等技術(shù)快速發(fā)展，交通、供暖等用能終端電代油、代氣、代煤的步伐不斷加快。能源系統(tǒng)將接入越來(lái)越多的高級(jí)“插件”，信息流和能源流充分融合形成一個(gè)能源云“操作系統(tǒng)”，聯(lián)接能源生產(chǎn)和能源消費(fèi)，促進(jìn)源、網(wǎng)、荷、儲(chǔ)、人等各能源參與方互聯(lián)互通，真正實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)式的雙向交互。在眾多的能源場(chǎng)景變革中，以光伏為代表的新能源生產(chǎn)領(lǐng)域，以電動(dòng)汽車為代表的綠色出行領(lǐng)域，以及以ICT能源基礎(chǔ)設(shè)施為代表的用能領(lǐng)域，蘊(yùn)藏著巨大的技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新和商業(yè)模式創(chuàng)新機(jī)遇。

 

華為預(yù)測(cè)，在電力生產(chǎn)端，到2030年可在生能源占全球發(fā)電總量比例將超過(guò)50%，光伏的度電成本將低至0.01美元，全球裝機(jī)總量將超過(guò)3000GW。在能源消費(fèi)側(cè)，電氣化率將從當(dāng)前的20%左右達(dá)到30%，電動(dòng)車的銷量將超過(guò)50%；在ICT能源基礎(chǔ)設(shè)施中有超過(guò)80%將采用綠電供電。

 

與此同時(shí)，華為還預(yù)測(cè)2030年光伏發(fā)電LCOE度電成本可能低至0.01美元。光伏電站一般由光伏組件和光伏系統(tǒng)平衡部件(Balance of System，BOS)構(gòu)成（平衡部件一般包含電纜、逆變器、接線等）。目前普遍投資模型中，光伏組件投資占比約占45%，未來(lái)十年受光伏組件發(fā)電效率提升，技術(shù)工藝提升，制造環(huán)節(jié)成本下降等綜合因素的影響，光伏組件占系統(tǒng)成本比例不斷降低到30%以下。涉及LCOE的其他BOS部件及整體運(yùn)維的成本占比提升，其相關(guān)技術(shù)創(chuàng)新也在不斷提升光伏發(fā)電的整體成本競(jìng)爭(zhēng)力。

 

a） 光伏電站系統(tǒng)高電壓化。更高的輸入、輸出電壓等級(jí)，可以降低直流側(cè)線損及變壓器低壓側(cè)繞組的損耗，電站的系統(tǒng)效率可以有效提升。逆變器、變壓器的體積減小，運(yùn)輸、維護(hù)等方面工作量也大大減少。同時(shí)隨著電站的維護(hù)趨向于無(wú)人化、自動(dòng)化。2030年光伏電站系統(tǒng)電壓等級(jí)將突破1500V，向更高壓方向發(fā)展，進(jìn)一步降低LCOE。

 

b） 逆變器功率密度和效率提升。隨著碳化硅、氮化鎵材料、芯片散熱、拓?fù)浼軜?gòu)技術(shù)的發(fā)展，提供了更高的溫度、更高的頻率以及更高的電壓運(yùn)作能力與更低損耗的可能。到2030年逆變器功率密度比當(dāng)前將提升70%以上。

 

c） 模塊化標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)。逆變器、PCS、儲(chǔ)能等關(guān)鍵設(shè)備采用標(biāo)準(zhǔn)接口，靈活擴(kuò)容，快速部署。設(shè)備內(nèi)部交、直流分?jǐn)嗖糠?、逆變部分、控制部分、散熱部分也將全面模塊化設(shè)計(jì)?？梢詫?shí)現(xiàn)免專家維護(hù)，極大降低運(yùn)維成本、提升系統(tǒng)可用度。系統(tǒng)全模塊化和設(shè)備全模塊化將成為行業(yè)主流。

 

d） 全面數(shù)字化。數(shù)字技術(shù)與光伏技術(shù)融合，運(yùn)維管理、生產(chǎn)管理和資產(chǎn)管理變得極簡(jiǎn)、智能、高效。光伏電站從一個(gè)啞電站變成一個(gè)有機(jī)的智能生命體。AI將代替專家職能，使能光伏電站自主協(xié)同優(yōu)化。通過(guò)智能跟蹤算法，讓組件、支架、逆變器協(xié)同運(yùn)行，找到最佳角度，釋放最大潛力。精準(zhǔn)定位故障，將運(yùn)維工作量從“月”降低到“分鐘”。全面提升發(fā)電效率和重構(gòu)運(yùn)維體驗(yàn)。助力電站生產(chǎn)力和安全性提升。預(yù)計(jì)2030年光伏電站應(yīng)用AI技術(shù)比例達(dá)到90%。

 

新材料和數(shù)字化重新定義電動(dòng)汽車駕乘體驗(yàn)和安全

 

寬禁帶半導(dǎo)體全面應(yīng)用和數(shù)字化控制技術(shù)全面協(xié)同，推進(jìn)電動(dòng)汽車極致能效比。隨著電力電子技術(shù)相關(guān)功率器件、拓?fù)浼翱刂扑惴ǖ纳?jí)，電源部件將達(dá)到新的極致高效。尤其是碳化硅等器件新技術(shù)、新材料的應(yīng)用，相比較傳統(tǒng)的硅器件，禁帶寬度提升3倍，電場(chǎng)強(qiáng)度提升15倍，電子飽和速率提升2倍，導(dǎo)熱系數(shù)提升3倍，電動(dòng)車系統(tǒng)級(jí)的效率如充電、行駛工況、供電傳輸、功率變換、加熱/制冷、能量回收全鏈路架構(gòu)將被持續(xù)重構(gòu)升級(jí)。在數(shù)字化技術(shù)加持下，從器件到系統(tǒng)，從動(dòng)力域到整車運(yùn)行，通過(guò)智能電熱協(xié)同、智能扭矩分配算法、智能電液制動(dòng)分配實(shí)現(xiàn)整車全場(chǎng)景高效。

 

同時(shí)為了進(jìn)一步節(jié)能及提升續(xù)航里程，采用超融合及域控制架構(gòu)，通過(guò)電能、動(dòng)能、熱能、能量回收的聯(lián)動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)多能互補(bǔ)，可達(dá)到充電--儲(chǔ)電--用電的全鏈路整車級(jí)高效。如智能電熱協(xié)同，電機(jī)和逆變器熱量通過(guò)熱泵系統(tǒng)智能配送至乘客艙供暖，四驅(qū)扭矩智能分配，兼顧制動(dòng)安全與能量回收比例，最優(yōu)分配電機(jī)、液壓制動(dòng)比例等提升續(xù)航技術(shù)全面使用。

 

數(shù)字化同時(shí)正重新定義電動(dòng)汽車的駕乘體驗(yàn)。隨著電池能量密度增加、電池管理做得更加完善以及電控系統(tǒng)調(diào)校更細(xì)膩，電動(dòng)汽車也逐漸有了駕駛“靈魂”，電動(dòng)汽車在駕駛體驗(yàn)如極致加速、極致操穩(wěn)、創(chuàng)新智能特性上全面超越傳統(tǒng)燃油車。如極致加速，電動(dòng)汽車大功率、快加速成趨勢(shì)，300kW，400kW，600kW，800kW動(dòng)力配置完勝燃油車。極致操穩(wěn)，多電驅(qū)分布式驅(qū)動(dòng)，取代燃油車時(shí)代的機(jī)械限滑差速器，實(shí)現(xiàn)更快彎道加速、更優(yōu)山地越野，駕駛樂(lè)趣全面領(lǐng)先，創(chuàng)新智能特性，SOA（Serviceoriented architecture）+集中式EEA（electricelectronics architecture）趨勢(shì)下，電動(dòng)汽車動(dòng)力域生命周期可持續(xù)軟件特性升級(jí)，常用常新。智能剩余續(xù)航預(yù)估，車主出行無(wú)憂。智能賽道模式，調(diào)整熱系統(tǒng)升功率，調(diào)整前后驅(qū)扭矩，讓駕駛更有樂(lè)趣。智能油門，車隨人動(dòng)，駕駛隨心所欲。驅(qū)動(dòng)制動(dòng)融合，電機(jī)監(jiān)控輪胎滑移率，實(shí)時(shí)調(diào)整驅(qū)動(dòng)扭矩，冰雪濕滑路面不打滑，駕控性和安全性大幅提升。

 

 

消費(fèi)者對(duì)電動(dòng)汽車的接受度提升，續(xù)航里程增加和充電便捷度成為關(guān)鍵推動(dòng)力量。從電動(dòng)汽車技術(shù)層面看，相同尺寸下，能量密度提升帶來(lái)的電量增加是解決續(xù)航問(wèn)題的有效舉措，電池電壓升高帶來(lái)的快充能力提升是充電便捷度的關(guān)鍵。以電動(dòng)乘用車為例，預(yù)計(jì)2025年起，單車電池平均容量也會(huì)從60度電升級(jí)到100度電，主流充電電壓將500V升級(jí)到1000V，2030年全面進(jìn)入充電“千伏時(shí)代”。

 

充電基礎(chǔ)設(shè)施單槍充電功率從60kW支持到480kW以上，充電時(shí)間從1個(gè)小時(shí)左右縮短到小于10分鐘，接近傳統(tǒng)燃油車加油體驗(yàn)。電動(dòng)車動(dòng)力系統(tǒng)也向“千伏”演進(jìn)，趨向集約化，融合、協(xié)同一體化，降低電流，減少能量損失。高電壓平臺(tái)、精細(xì)化大倍率充放電曲線設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)充電、行駛放電、能量回收高效協(xié)同。充電基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)高壓化技術(shù)廣泛使用，如高壓碳化硅技術(shù)推動(dòng)高效、高密，支撐高壓平臺(tái)演進(jìn)，基于ChaoJi充電技術(shù)路線的標(biāo)準(zhǔn)定義，1000（1500）V充電電壓平臺(tái)，支撐最大充電功率可提升到900kW，這類超級(jí)充電技術(shù)將被廣泛布局在城際高速路。

*免責(zé)聲明：本文摘自華為《   華為數(shù)字能源2030報(bào)告.pdf》白皮書。文章內(nèi)容系作者個(gè)人觀點(diǎn)，轉(zhuǎn)載僅為了傳達(dá)一種不同的觀點(diǎn)，不代表我們對(duì)該觀點(diǎn)贊同或支持，如果有任何異議，歡迎聯(lián)系我們。