“電力電子技術和數字技術成為驅動能源產業變革的核心技術”，華為在白皮書中強調。

 

 

白皮書指出，電力電子在電能發輸配用的各個環節發揮關鍵價值。風電、光伏等可再生能源的用途主要是發電，構建以電能為中心，以電網為紐帶，以電力電子設備為基礎的能源系統是能源產業變革的方向。電力電子設備的優點在于其接口不受限、響應速度快、變換效率高，在電力的生產、傳輸、消費環節應用廣泛。

 

a） 在電力生產方面，風電、光伏新能源這些不同于常規同步發電機的電源，難以直接并網輸送，只能采用電力電子變換技術換成頻率可調節的交流電，且需要滿足上網的質量要求，如光伏逆變器、風能變流器等通過電力電子開關調整電壓波形，支持風電、光伏發電并網和提高系統發電效率。

 

b） 在電力傳輸分配方面，長距離輸電形式使用智能化的大功率電力電子裝備，可以顯著提升線路輸送水平、改善潮流分布、增強電網供電可靠性，提升電網安全防御能力，從而提高大型電網互聯傳輸的安全可靠性，提升傳輸效率。

 

c）配電場景中，隨著大量分布式電源、微電網和柔性負荷接入配電網，“即插即用”的接入要求越來越高，線路無功功率增大，電網高電壓、諧波干擾等電能質量問題日益突出，傳統配電網電能質量和供電可靠性提升空間有限，難以滿足用戶高電能質量用電需求。多功能電力電子變壓器、直流斷路器、直流開關等電力電子裝備可以保障不同負荷類型的電能質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，如數據中心、通信基站、電動汽車充電站、計算機設備、LED照明等，高效率，高功率密度，高可靠性，低成本的轉換電源和開關設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量治理需求。

 

新型功率半導體應用需求大幅提升。未來的能源系統以可再生能源最大限度地開發利用、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，具體包括適應新能源電力的輸送和分配的網絡，與分布式電源、儲能等融合互動的高效終端系統，與信息系統結合的綜合服務體系等。這些都需要通過電力電子化設備進行運行、補償、控制。目前這些設備中所使用的基本都還是硅基器件，而硅基器件的參數性能已接近其材料的物理極限，無法擔負起未來大規模清潔能源生產傳輸和消納吸收的重任，節能效果也接近極限。

 

白皮書強調，以碳化硅為代表的第三代半導體功率芯片和器件，以其高壓、高頻、高溫、高速的優良特性，能夠大幅提升各類電力電子設備的能量密度，降低成本造價，增強可靠性和適用性，提高電能轉換效率，降低損耗。光伏、風電等新能源發電、直流特高壓輸電、新能源汽車、軌道交通、工業電源、民用家電等領域具有極大的電能高效轉換需求，而新型功率半導體在則適應了這一需求趨勢，未來十年是第三代功率半導體的創新加速期，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、工業電源等應用的推動，碳化硅價格下降，性能和可靠性進一步提高。碳化硅產業鏈爆發的拐點臨近，市場潛力將被充分挖掘。

 

據Yole預計，碳化硅器件應用空間將從2020年的6億美金快速增長到2030年的100億美金，呈現高速增長之勢。我們預計在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，在充電基礎設施、電動汽車領域滲透率也超過的80%，通信電源、服務器電源將全面推廣應用。

 

 

未來十年，傳統化石能源發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。消費側電氣化進程加速，電動汽車、氫能、儲能、熱泵、儲熱等技術快速發展，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”，聯接能源生產和能源消費，促進源、網、荷、儲、人等各能源參與方互聯互通，真正實現互聯網式的雙向交互。在眾多的能源場景變革中，以光伏為代表的新能源生產領域，以電動汽車為代表的綠色出行領域，以及以ICT能源基礎設施為代表的用能領域，蘊藏著巨大的技術創新、產業創新和商業模式創新機遇。

 

華為預測，在電力生產端，到2030年可在生能源占全球發電總量比例將超過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，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能源基礎設施中有超過80%將采用綠電供電。

 

與此同時，華為還預測2030年光伏發電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平衡部件(Balance of System，BOS)構成（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電效率提升，技術工藝提升，制造環節成本下降等綜合因素的影響，光伏組件占系統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，其相關技術創新也在不斷提升光伏發電的整體成本競爭力。

 

a） 光伏電站系統高電壓化。更高的輸入、輸出電壓等級，可以降低直流側線損及變壓器低壓側繞組的損耗，電站的系統效率可以有效提升。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年光伏電站系統電壓等級將突破1500V，向更高壓方向發展，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、拓撲架構技術的發展，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） 模塊化標準化設計。逆變器、PCS、儲能等關鍵設備采用標準接口，靈活擴容，快速部署。設備內部交、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計。可以實現免專家維護，極大降低運維成本、提升系統可用度。系統全模塊化和設備全模塊化將成為行業主流。

 

d） 全面數字化。數字技術與光伏技術融合，運維管理、生產管理和資產管理變得極簡、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同優化。通過智能跟蹤算法，讓組件、支架、逆變器協同運行，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”。全面提升發電效率和重構運維體驗。助力電站生產力和安全性提升。預計2030年光伏電站應用AI技術比例達到90%。

 

新材料和數字化重新定義電動汽車駕乘體驗和安全

 

寬禁帶半導體全面應用和數字化控制技術全面協同，推進電動汽車極致能效比。隨著電力電子技術相關功率器件、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、新材料的應用，相比較傳統的硅器件，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，導熱系數提升3倍，電動車系統級的效率如充電、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將被持續重構升級。在數字化技術加持下，從器件到系統，從動力域到整車運行，通過智能電熱協同、智能扭矩分配算法、智能電液制動分配實現整車全場景高效。

 

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

 

數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調校更細膩，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、創新智能特性上全面超越傳統燃油車。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，多電驅分布式驅動，取代燃油車時代的機械限滑差速器，實現更快彎道加速、更優山地越野，駕駛樂趣全面領先，創新智能特性，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軟件特性升級，常用常新。智能剩余續航預估，車主出行無憂。智能賽道模式，調整熱系統升功率，調整前后驅扭矩，讓駕駛更有樂趣。智能油門，車隨人動，駕駛隨心所欲。驅動制動融合，電機監控輪胎滑移率，實時調整驅動扭矩，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，續航里程增加和充電便捷度成為關鍵推動力量。從電動汽車技術層面看，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鍵。以電動乘用車為例，預計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”。

 

充電基礎設施單槍充電功率從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，接近傳統燃油車加油體驗。電動車動力系統也向“千伏”演進，趨向集約化，融合、協同一體化，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計實現充電、行駛放電、能量回收高效協同。充電基礎設施系統高壓化技術廣泛使用，如高壓碳化硅技術推動高效、高密，支撐高壓平臺演進，基于ChaoJi充電技術路線的標準定義，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《   華為數字能源2030報告.pdf》白皮書。文章內容系作者個人觀點，轉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，歡迎聯系我們。