c）配電場景中，隨著大量分布式電源、微電網(wǎng)和柔性負荷接入配電網(wǎng)，“即插即用”的接入要求越來越高，線路無功功率增大，電網(wǎng)高電壓、諧波干擾等電能質(zhì)量問題日益突出，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、直流開關(guān)等電力電子裝備可以保障不同負荷類型的電能質(zhì)量和多種電能形式的定制需求。

 

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

 

新型功率半導(dǎo)體應(yīng)用需求大幅提升。未來的能源系統(tǒng)以可再生能源最大限度地開發(fā)利用、能源效率最高為目標，對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、儲能等融合互動的高效終端系統(tǒng)，與信息系統(tǒng)結(jié)合的綜合服務(wù)體系等。這些都需要通過電力電子化設(shè)備進行運行、補償、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，無法擔負起未來大規(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，增強可靠性和適用性，提高電能轉(zhuǎn)換效率，降低損耗。光伏、風電等新能源發(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，未來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。

 

如碳化硅的瓶頸當前主要在于襯底成本高（是硅的4-5倍，預(yù)計未來2025年前年價格會逐漸降為硅持平），受新能源汽車、工業(yè)電源等應(yīng)用的推動，碳化硅價格下降，性能和可靠性進一步提高。碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈爆發(fā)的拐點臨近，市場潛力將被充分挖掘。

 

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

 

 

未來十年，傳統(tǒng)化石能源發(fā)電的主力地位將逐步動搖，風電、光伏、水電等可再生能源將成為新增能源主力。消費側(cè)電氣化進程加速，電動汽車、氫能、儲能、熱泵、儲熱等技術(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)將接入越來越多的高級“插件”，信息流和能源流充分融合形成一個能源云“操作系統(tǒng)”，聯(lián)接能源生產(chǎn)和能源消費，促進源、網(wǎng)、荷、儲、人等各能源參與方互聯(lián)互通，真正實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)式的雙向交互。在眾多的能源場景變革中，以光伏為代表的新能源生產(chǎn)領(lǐng)域，以電動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)新機遇。

 

華為預(yù)測，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50%，光伏的度電成本將低至0.01美元，全球裝機總量將超過3000GW。在能源消費側(cè)，電氣化率將從當前的20%左右達到30%，電動車的銷量將超過50%；在ICT能源基礎(chǔ)設(shè)施中有超過80%將采用綠電供電。

 

與此同時，華為還預(yù)測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)電的整體成本競爭力。

 

a） 光伏電站系統(tǒng)高電壓化。更高的輸入、輸出電壓等級，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，運輸、維護等方面工作量也大大減少。同時隨著電站的維護趨向于無人化、自動化。2030年光伏電站系統(tǒng)電壓等級將突破1500V，向更高壓方向發(fā)展，進一步降低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、拓撲架構(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作能力與更低損耗的可能。到2030年逆變器功率密度比當前將提升70%以上。

 

c） 模塊化標準化設(shè)計。逆變器、PCS、儲能等關(guān)鍵設(shè)備采用標準接口，靈活擴容，快速部署。設(shè)備內(nèi)部交、直流分斷部分、逆變部分、控制部分、散熱部分也將全面模塊化設(shè)計?？梢詫崿F(xiàn)免專家維護，極大降低運維成本、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，運維管理、生產(chǎn)管理和資產(chǎn)管理變得極簡、智能、高效。光伏電站從一個啞電站變成一個有機的智能生命體。AI將代替專家職能，使能光伏電站自主協(xié)同優(yōu)化。通過智能跟蹤算法，讓組件、支架、逆變器協(xié)同運行，找到最佳角度，釋放最大潛力。精準定位故障，將運維工作量從“月”降低到“分鐘”。全面提升發(fā)電效率和重構(gòu)運維體驗。助力電站生產(chǎn)力和安全性提升。預(yù)計2030年光伏電站應(yīng)用AI技術(shù)比例達到90%。

 

新材料和數(shù)字化重新定義電動汽車駕乘體驗和安全

 

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，推進電動汽車極致能效比。隨著電力電子技術(shù)相關(guān)功率器件、拓撲及控制算法的升級，電源部件將達到新的極致高效。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，電場強度提升15倍，電子飽和速率提升2倍，導(dǎo)熱系數(shù)提升3倍，電動車系統(tǒng)級的效率如充電、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。在數(shù)字化技術(shù)加持下，從器件到系統(tǒng)，從動力域到整車運行，通過智能電熱協(xié)同、智能扭矩分配算法、智能電液制動分配實現(xiàn)整車全場景高效。

 

同時為了進一步節(jié)能及提升續(xù)航里程，采用超融合及域控制架構(gòu)，通過電能、動能、熱能、能量回收的聯(lián)動控制，實現(xiàn)多能互補，可達到充電--儲電--用電的全鏈路整車級高效。如智能電熱協(xié)同，電機和逆變器熱量通過熱泵系統(tǒng)智能配送至乘客艙供暖，四驅(qū)扭矩智能分配，兼顧制動安全與能量回收比例，最優(yōu)分配電機、液壓制動比例等提升續(xù)航技術(shù)全面使用。

 

數(shù)字化同時正重新定義電動汽車的駕乘體驗。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)校更細膩，電動汽車也逐漸有了駕駛“靈魂”，電動汽車在駕駛體驗如極致加速、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，電動汽車大功率、快加速成趨勢，300kW，400kW，600kW，800kW動力配置完勝燃油車。極致操穩(wěn)，多電驅(qū)分布式驅(qū)動，取代燃油車時代的機械限滑差速器，實現(xiàn)更快彎道加速、更優(yōu)山地越野，駕駛樂趣全面領(lǐng)先，創(chuàng)新智能特性，SOA（Serviceoriented architecture）+集中式EEA（electricelectronics architecture）趨勢下，電動汽車動力域生命周期可持續(xù)軟件特性升級，常用常新。智能剩余續(xù)航預(yù)估，車主出行無憂。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，讓駕駛更有樂趣。智能油門，車隨人動，駕駛隨心所欲。驅(qū)動制動融合，電機監(jiān)控輪胎滑移率，實時調(diào)整驅(qū)動扭矩，冰雪濕滑路面不打滑，駕控性和安全性大幅提升。

 

 

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

 

充電基礎(chǔ)設(shè)施單槍充電功率從60kW支持到480kW以上，充電時間從1個小時左右縮短到小于10分鐘，接近傳統(tǒng)燃油車加油體驗。電動車動力系統(tǒng)也向“千伏”演進，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、精細化大倍率充放電曲線設(shè)計實現(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)推動高效、高密，支撐高壓平臺演進，基于ChaoJi充電技術(shù)路線的標準定義，1000（1500）V充電電壓平臺，支撐最大充電功率可提升到900kW，這類超級充電技術(shù)將被廣泛布局在城際高速路。

*免責聲明：本文摘自華為《   華為數(shù)字能源2030報告.pdf》白皮書。文章內(nèi)容系作者個人觀點，轉(zhuǎn)載僅為了傳達一種不同的觀點，不代表我們對該觀點贊同或支持，如果有任何異議，歡迎聯(lián)系我們。