电力电子热管理行业高澜股份研究报告.docx
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1、电力电子热管理行业高澜股份研究报告深耕电力电子热管理领域,全场景布局初露峥嵘公司是电力电子纯水冷却龙头,历史底蕴深厚公司深耕纯水冷却行业多年,被认定为专精特新“小巨人”企业、制造业单项冠军示 范企业。公司成立于 2001 年,是国内领先的电力电子装置用纯水冷却设备的专业供应商, 并于 2016 年 2 月登陆创业板。公司凭借成熟的研发、生产、销售体系与丰富的产品线等 竞争优势,与西安西电、中电普瑞、上海电气、金风科技、远景能源、ABB、GE、宁德时 代、比亚迪等国内外优质客户建立了长期稳固的合作关系,产品已在全球六大洲、超过 30 个国家稳定运行,品牌优势不断积累。业务概览:致力于热管理领域的
2、全场景覆盖公司产品种类齐全,应用场景覆盖电力电子热管理领域、新能源汽车热管理领域、特 种行业热管理领域、信息与通信热管理领域和综合能源能效管理和应用领域。研发与收购并举,应用场景不断拓展。公司以大功率电力电子装置用纯水冷却设备及 控制系统(主要为面向特高压直流输电领域和新能源发电领域的水冷产品)为基础,通过 内部研发和外部并购不断拓展产品线。内部研发:2015 年公司成功研发出应用于数据中 心冷却的服务器板式液冷产品;2020 年公司成立控股子公司高澜创新科技主攻新能源汽 车、数据中心等新兴热管理业务;此外,公司已将业务范围进一步拓展至储能温控领域。 外部并购:2019 年公司收购东莞硅翔 5
3、1%股权,进军新能源汽车电子及动力电池热管理 业务。财务分析:多项业务并举,营收稳步增长公司多项业务齐头并进,拉动营收高速增长。2016 至 2020 年,公司营收从 4.69 亿 元增长至 12.28 亿元,CAGR 达 27.2%。就主营构成而言,纯水冷却设备业务为公司传统 核心业务,2020 年占比约 63%,而公司新能源汽车电子业务、动力电池热管理业务、其 他主营业务正在迅速扩张,占公司营收比重快速提升。具体来看,公司纯水冷却设备业务 营收自 2016 年的 4.29 亿增长至 2020 年的 7.75 亿,CAGR 为 15.93%,其中直流水冷产 品、新能源发电水冷产品占比最大,基
4、本保持稳定增长。新能源汽车电子业务、动力电池 热管理业务作为公司新拓展业务,2020 年以来高速增长,成为公司新的营收增长点。毛利率有所下滑,销售、管理费用持续优化。由于行业竞争加剧、风电整机终端价格 下降,以及大宗原材料价格上涨等因素,公司 2021Q3 毛利率下滑至 28.4%。具体而言, 公司纯水冷却设备、新能源汽车电子、动力电池热管理三块业务毛利率均有所下滑。受益 于公司营收规模的释放,公司销售、管理费用率近年来呈下降趋势。2020 年公司研发投 入达 5682 万元,YOY 约 24%,主要系公司聚焦于全场景热管理技术的创新与产业化,持 续加大研发投入。2021 年前三季度,由于毛利
5、率降低、信用减值损失等因素,公司归母 净利润有所下滑,随着坏账计提的完成,预计未来公司归母净利润将得到改善。基本盘稳固,传统业务两大下游有望稳定增长特高压输电领域持续景气,直流水冷设备兼具技术壁垒与刚性需求市场需求+政策驱动,“十四五”期间特高压投资有望高增。需求端来看,随着社会用 电总量的逐年提升,以及新能源大基地建设的推进,特高压工程的建设需求保持旺盛。政 策端来看,特高压工程作为我国“新基建”的重点投资领域,有望在 2022 年进入加速期。 “十四五”期间,国家电网规划建设特高压工程“24 交 14 直”,变电换流容量 3.4 亿千伏 安,对应投资额约 3800 亿元,较“十三五”同比增
6、长 35.7%。2022 年我国计划开工“10 交 3 直”共 13 条特高压线路,这意味着我国特高压投资正迎来大规模重启。此外,“十四 五”期间,我国计划加快推进中国-缅甸-孟加拉国等跨国电网互联工程,到 2025 年建成跨 国直流工程 9 回(含背靠背工程 5 回)、输电容量约 2800 万千瓦。纯水冷却设备是特高压直流输电工程实际运营管理中的关键设备,具有较高的技术壁 垒。一个完整的直流输电工程一般可以划分为以下几个功能区:直流场、换流器(换流变 和换流阀)、交流场(交流场开关和交流滤波器)以及站用电、阀水冷等辅助功能区。作 为直流输电系统的核心设备,换流阀运行时,阀体内通过大电流并由此
7、产生高热量,需要 阀水冷系统将高热量排放到阀厅外,保证阀体温度正常。因而阀水冷系统直接影响换流站 中功能最重要、技术要求最高、造价最昂贵的换流阀的运维状况。特高压纯水冷却设备赛 道具备较高的技术壁垒。阀水冷系统由阀内冷系统、阀外冷系统、控制保护系统三部分组 成。由于内部管道和二次回路的复杂性,阀水冷系统的故障发生率较高,据统计,2003 年至 2014 年期间,国家电网系统内各高压直流系统共发生单双极闭锁 128 次,其中由于 阀水冷系统保护动作引起的直流单双极闭锁达 16 次,占闭锁总数的 12.5%。公司直流水冷业务有望持续受益于我国“新基建”建设进程特高压直流输电工程建设的景气,有望带动
8、公司直流水冷产品营收的稳定增长。公司 作为国内首家特高压直流输电纯水冷却设备供应商,在技术,客户,市占率上均具有领先 地位。技术方面,公司深耕特高压直流用水冷却设备近 20 年,是国内特高压直流阀水冷 标准的起草者,同时也获得多国电网系统的认证。客户方面,公司与西安西电、中电普瑞、 西门子、ABB 等国内外大型输配电企业建立了合作关系,品牌优势不断积累。市占率方面, 公司凭借行业先发与规模化优势在国内特高压直流水冷市场份额排行第一。在特高压直流 输电工程中,水冷产品是其核心设备换流阀的关键配套设施,公司作为该细分赛道的龙头 企业,有望持续受益于我国特高压投资的高景气。新能源发电方兴未艾,风光装
9、机高增速拉动水冷需求在“双碳”战略目标下,风电、光伏装机量稳步增长。2021 年国内风电累计装机量 为 3.28 亿千瓦,YOY 为 16.7%,光伏累计装机量为 3.06 亿千瓦,YOY 为 20.9%。从电 力结构来看,风光发电的装机容量占比逐年提升,截至 2021 年底,风光装机量占总发电 装机容量比例为 26.7%,其中风力发电装机量占比为 13.8%,光伏发电装机量占比为 12.9%。 未来在“双碳”目标下,我国电力结构中的风光占比将持续提升。需求升级带动冷却设备迭代,水冷渗透率不断提高。随着全球风电行业快速发展,风 电机组不断向大功率化发展。根据国际可再生能源署(IRENA)预测,
10、陆上风电应用的涡 轮机单机容量将从 2018 年的平均 2.6MW 增长至 2025 年的 5.8MW。此外,随着光伏发 电并网容量不断提升,逆变器的功率也在持续上升。总之,随着风力发电机组功率、光伏 发电单机容量的提升,其发电机、变流器、逆变器的冷却方式将由传统风冷逐渐向水冷过 度,水冷的渗透率有望不断提升。公司新能源发电水冷业务将受益于风光装机容量的高增长受益于需求增长,公司有望在新能源发电水冷领域持续发力。当前国内光伏发电逆变 器仍然主要采用风冷方案,因此公司新能源发电水冷业务主要集中在风电领域。公司新能 源发电水冷产品主要应用于风力发电机组的变流器、发电机,以及光伏发电逆变器。通过 持
11、续的自主研发,公司完成了 8MW/10MW/12MW 海上风电冷却产品,在新能源发电水冷 行业已处于领先地位,积累了金风科技、阳明智能等重要客户。随着光伏设备单机装机容 量的增加,未来水冷设备的渗透率有望不断提升,为公司新能源发电水冷产品带来新的增 长空间。此外,风光基地的建设也将提高对柔性直流输电工程的需求,进而带动对公司柔 性直流水冷设备的需求。(报告来源:未来智库)新能源汽车热管理业务有望保持高增长新能源汽车热管理:旺盛需求助力规模成长,技术革新促进盈利增强新能源汽车热管理系统是调节座舱环境(温度、湿度)以及零部件工作环境的重要部 件。新能源汽车热管理系统是从系统集成和整体角度出发,采用
12、综合手段控制和优化车内 热量传递和利用的系统,通过制冷、制热和热量内部传导综合提升能效。当前新能源汽车 热管理系统可分为三部分:空调热管理系统,电机/电控冷却系统,电池热管理系统。新能 源车热管理系统与传统燃油车热管理系统的不同点主要在于驱动系统的热管理需求差异 与系统集成度差异:1)驱动系统的热管理需求升级:动力电池热管理系统需同时兼顾制 冷与制热的需求。制冷方面,由于纯电动车无发动机,故其需要采用电动压缩机来替代传 统压缩机进行制冷;制热方面,采用 PTC 或热泵进行制热。2)集成度更高:新能源车电 池热管理系统往往会与空调系统的协同性更强,制冷方面,电池的冷却液与空调的制冷剂 会在 Ch
13、iller(热交换器)进行热交换;制热方面,在对空间有要求的乘用车车型上,电池 热管理系统和空调热管理系统往往共用电动压缩机和 PTC 加热器或热泵。竞争格局上,国际巨头依靠技术优势占据领先地位。目前在新能源汽车热管理领域大 体可分为两大阵营:第一类是国际巨头,其依靠技术优势从传统汽车热管理业务延伸至新 能源汽车领域,如日本电装、法国法雷奥等;第二类是以国内厂商为代表的业务升级的零 部件供应商,其依托电动化进程,把握新生零部件机遇完成崛起,如三花智控、银轮股份 等。就产品布局而言,国际巨头凭借技术方面的先发优势,聚焦于系统化的新能源汽车热 管理,产品布局较为丰富,主要占据中高端市场;国内企业则
14、主要进行单一零部件布局, 并向系统化进行延伸。随着国内外技术差距的缩小,本土供应商有望自下而上完成国产替代。相比于国际巨 头,本土新能源汽车热管理零部件供应商具有如下优势:1)背靠国内市场,绑定国产整 车制造商,具有本土响应优势;2)产品价格优势明显,同类产品价格较海外厂商更低;3) 成本管控能力强,产品毛利率普遍高于海外厂商。基于以上优势,随着我国新能源汽车渗 透率迅速提升,国内新能源汽车热管理供应商有望在技术变迁中从配件级向系统级进军, 从而在热管理市场中占据更大的份额。新能源汽车渗透率的提高与其热管理系统单车价值量的增长是驱动新能源车热管理 市场发展的主要动力。从整车市场来看,国内新能源
15、汽车行业呈现高景气度。近年来国内新能源车销量增长 迅速,根据中汽协数据,2021 年国内新能源汽车销量为 352.1 万辆,YOY 为 158%。过 去五年,国内新能源车的市场渗透率已由 2016 年的 1.8%增长至 2021 年的 13.4%,预计 未来该比例仍将持续上升。从热管理系统来看,新能源车热管理系统的发展主要基于以下五个目标。1)安全性 目标:要求更为合理调配与控制,使得所有关键部件温升具有较高的安全裕度。2)动力 性目标:要求提升综合温控能力和多情景应激能力,在电机、电池、电控方面为动力需求 提供强有力的保证。3)续航能力目标:要求确保电池工作温度区间及电池容量、优化空 调能耗
16、,继续提升系统集成度,降低电驱动系统及其冷却部件的整体功耗以提升效率。4) 舒适性目标:要求综合考虑环境变化与乘客需求,以最耗获取车厢舒适温度和诸多车 内服务,如座椅加热、方向盘加热、车窗除雾、后视镜加热等。5)耐久性目标:要求系 统级优化温度平衡,降低电机绝缘损伤,延缓电池老化与容量衰退过程。其中,安全性目 标为关键目标,动力性与续航能力目标为次级目标。基于以上五项目标,当前新能源车热 管理具有如下三个发展趋势。趋势一,冷却系统:液冷逐渐替代风冷成为当前主流方向。锂电池在环境温度上存在安全区间。锂电池在存储和使用的过程中,在温度、电流、 电压上存在安全的工作区间。磷酸铁锂电池的工作电压区间在
17、 2.03.7 V, 放电工作温度为 -2055, 充电温度为 045, 否则电池寿命会大大降低, 甚至会导致安全问题。基于对 动力性、续航性目标的追求,动力电池容量与充放电效率持续提升,其对于热管理系统的 要求也随之提高。一般而言,大型动力电池充放电倍率较高,其引起的电池温升更快,温 度不均匀性较强,对于冷却介质的散热效率以及均温性都提出了更高的要求。热管理系统要求的提高,决定了当前液冷代替风冷成为主流趋势。热管理系统的传热 介质主要有空气、液体与相变材料等类型。1)空气冷却目前成本相对最低,也是最易实 现的动力电池冷却手段,但随着车载电池的数量更多、能量更大、排列更紧密,风冷已逐 渐落后。
18、2)相变材料冷却是将单体电池浸入相变材料中,通过相变材料在特定温度内自 身物理形态的改变伴随的吸放热进而实现冷却/加热,其散热性能更优异,但由于动力电池 对相变材料的严苛要求而暂未得到普及。3)液冷系统按冷却液与电池接触方式分为直接 与非直接接触两种,与空气冷却相比,液冷使得电池外表面与传热介质的换热效率显著提高,其均温性也更好,但液冷系统由于需要水泵、换热器等外接部件而更为复复杂,成本 相对较高。随着热管理系统要求的提高,液冷系统预计逐渐成为主流趋势。趋势二,加热系统:由 PTC 加热器向热泵等集成化热管理系统过渡。基于对舒适性、续航能力目标的追求,热泵空调是目前最优的新能源汽车供暖技术。
19、目前汽车空调供暖有两种方式:1)利用发动机产生的热量给车内供暖;2)加装电加热棒、 加热片(PTC),产生暖风。新能源汽车采用电机取代发动机提供动力,电机余热非常少, 从而无法采用第一种方式;而第二种加装加热片的方式会消耗电能,对车辆续航里程产生 影响。为了兼顾供暖效果和续航里程,热泵空调是新能源汽车制热系统的最佳选择之一。热泵空调系统最高可降低三分之二的电耗。热泵空调技术原理与制冷系统相似,主要 由压缩机、蒸发器、节流元件、冷凝器构成,但互换了蒸发器和冷凝器的位置。其供暖技 术并非依靠电能制热,而是将车外热量置换到车内,以提升车内温度。虽然热泵空调系统 由于管路复杂,成本较高,但与加装 PT
20、C 加热器相比,其最高可降低三分之二的电耗, 有效提高新能源车在冬季的续航能力。趋势三,系统整体:由配件级到系统级,由分散化到集成化。高能量密度,高能量转换效率,高集成潜力是电动汽车相比于燃油车的一个突出优势。 近年来,各大车载驱动电机制造商、整机厂为了进一步提升产品的功率密度,一直在致力 于促进产品的一体化、集约化,并相继推出了多款成熟的二合一、三合一甚至多合一产品。 然而,电机集成化带来的能量密度提升意味着机体散热边界区域的降低和损耗散热热阻的 增加,因此车辆动力链中高能部位的能量密度的提升同样需要热管理系统的同步升级。一体化整车热管理为新能源车安全和效率等诸多方面的提升带来了巨大潜力。1
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