新能源發電布局的不斷加快，負電價的現象也越來普遍

近日，根據山東電力市場現貨交易中心的數據，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，刷新了國內電力現貨市場負電價持續時間段紀錄，也引發了業內關注。

山東 4 月 29 日-5 月 3 日實時現貨價格曲線（元/MWh）

數據來源：山東電力交易中心

事實上，這已經不是山東第一次出現負電價的情況了。作為全國第一批八個電力現貨市場建設試點之一，早在2019年12月11日，山東電力現貨市場就出現過-40元/兆瓦時的出清價格，這也是國內首次出現負電價。此后，山東省現貨市場負電價頻繁出現。據山東省電力交易中心數據，自 2022 年 2 月初到 2023 年 1 月底，在光伏項目發電量高峰時段，發電側售電價格出現了 176 次的負電價，其中 135 次為-0.08 元/kWh 的“地板價”。

負電價現象的頻發，也引起了有關部門的注意。3月13日，山東省發改委發布《關于山東電力現貨市場價格上下限規制有關事項的通知（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，電力市場規則中允許出現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。據統計，2019年，德國有101小時出現過負電價，2020年因為疫情對用電的影響，負電價的時長總計298個小時。

業內人士指出：“負電價的出現，是基于國內新能源發電布局的不斷加快，也是我國推進電力市場化交易的必然過程。雖然出現負電價，但并不代表國內新能源發電量是過剩的。目前國內風電、光伏的發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、風電等大規模波動性較強的電力接入電網，導致發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，往往是光伏發電的高峰期，而夜晚往往溫度低、風大，往往是風力發電的高峰期。以山東為例，本次出現長時間負電價的主要原因是正值節假日期間，在需求端，部分工廠停工放假，工業用電需求大幅下降，電網最高直調負荷下降15%；同時在供給方面，晴好天氣光伏發電大增，并且夜晚風電大發，導致電力供應大幅超過用電負荷。這時，發電企業為了持續發電，考慮到停機成本很高，就會有意報低電價出清電力，因此就會出現負電價的現象。

從現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時段均較為集中，最高價主要出現在 17-19 時，最低價主要出現在 10-15 時，尤其是 13 時，出現最低價次數達到 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日山東現貨最高和最低價出現時間和頻次

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貨交易部分，但是現貨比例很低。

在我國現有電力制度下，電力市場交易機制還是以中長期合同交易為主，其所在企業中長期合約占比就達到90%以上。而在國家現貨交易規則里，只允許全年電量10%的量通過現貨交易來實現，實際操作過程中也只有5%-6%，因此即使現貨報價出現負值，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負電價，那么在用電高峰業會相應出現極端高電價情況，甚至會對用戶端的日常基本用電需求早成一定的影響。

那么，在這種情況下，如何解決目前新能源發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，從而實現能源供需的調配，保證電網的穩定運行。目前，新建集中式光伏發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小時現貨出清電價接近0，每年提高的收益接近1000萬元。

二是繼續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勢。作為智能電網的骨架，特高壓技術允許了跨區域進行電力輸送，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，以實現新能源發電的交流并網、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展。

從市場規模來看，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勢，而三菱電機在中高壓電網方面占據第一。 

資料來源：Wind、芯八哥整理

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的產品穩定性及技術先進性上存在一定差距，不過隨著近些年研發投入的不斷加大，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集成商中并已取得上千萬的收入，隨著技術的不斷發展與成熟，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控和管理，防止電池出現過充、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。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。據前瞻產業研究院的數據，2021年全球BMS市場規模預計為65.12億美元，至2026年預計可達131億美元，CAGR為15%。 

資料來源：NE時代

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、兆易創新、北京君正、芯海科技等；數字隔離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。

資料來源：芯八哥梳理

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，設備循環壽命提升 50 倍，從而能夠縮小系統體積、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，在持續完善垂直整合布局的同時，也在不斷加大研發投入及擴產，以強化公司的競爭力。

資料來源:芯八哥整理

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功率器件具有靜態和動態損耗低、寄生電容小、支持高頻、開關速度快等優異性能，能夠有效提升光伏/儲能發電效率。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，進而降低光伏發電系統的尺寸、重量和成本，也可使儲能系統實現低轉換損耗。根據Yole和Navitas的預測，2026年全球光伏發電GaN功率市場規模達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實現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、易于散熱等優勢。