2017年中国电能计量芯片与电力线载波通信芯片的发展前景与市场容量分析

　　（1）智能电网终端设备发展前景

　　随着经济的发展、社会的进步、科技和信息化水平的提高以及全球资源和环境问题的日益突出，电网发展面临新课题和新挑战，智能电网已成为世界电力工业积极应对未来挑战的共同选择。2009年，美国政府发布了投资额为34亿美元的智能电网建设计划，这34亿美元将用于100项有关智能电网的项目，其中包括安装智能电表、自动化变电站和数字变压器等，随着其智能电网计划的逐步实施，预计未来美国将要安装约1.5亿台智能电表。欧洲于2005年提出“智能电网”概念，预计将要安装近3亿台智能电表，其中80%将于2020年完成安装，全部智能电表将于2022年完成安装。在我国，国网公司于2009年5月首次公布了智能电网的发展计划，并于2010年1月发布了《关于加快推进坚强智能电网建设的意见》，提出了到2020年基本建成坚强智能电网的目标。随着智能电网建设的推进，对智能电表的需求将会大幅度增加。2016-2020年为智能电网投资的引领提升阶段，我国将全面建成统一的“坚强智能电网”。与发展规划相应，智能电网建设投资将达到1.7万亿元，而智能电表仍将是重要的投资领域，“十三五”期间我国智能电表采购投资规模将达到340亿元左右，平均每年投入约68亿元。同时，国网公司将继续推广智能电表的配套采集建设，“十三五”期间在用电采集运维及本地通信方式更新上的总投资约为331亿元。

　　近年来，我国电子式电能表和智能化电能表等主要产品已经达到或接近发达国家技术标准，生产和研发能力已经能够满足不同国际市场的需求，具有较强的国际竞争能力。2010年至2015年，中国智能电表企业出口的单相电子式电能表数量从2010年的约1,000万只增长到2015年1,736万只，三相电子式电能表数量从2010年的297万只增长到2015年451万只，国产智能化电表的出口增速明显。此外，随着国家电力系统建设由电源转向电网，国内电能表更换市场未来也将保持稳定。具体到电能表招标量，以国家电网公司为例，自2009年开展统一招标以来，国家电网公司招标各类费性城乡电网改造等因素的影响下，电能表成为我国仪器仪表产业中增长最为迅速的行业之一。目前我国已经形成了相当的生产规模和研发能力，成为全球电能表生产制造中心，自2011年以来国家电网公司已累计招标电能表4.82亿只，2016年全年集中招标6,572.52万只，2017年第一批统一招标2,092.04万只，相比2014、2015年招标量有所回调。与此相对，南方电网于2016年招标量约1,314.49万只，总体招标量要远大于2015年。除统一招标外，两网公司下属单位可自主招标，南方电网统一招标为比例招标可续标，来自两网公司的实际需求量大于统标量。

　　国内单相计量芯片市场竞争较为激烈，销售单价每年均有一定的降幅。2014年起单相计量芯片不含税单价已降至2元以下，鉴于单相计量芯片技术已经较为成熟，面市时间较久，经过数年的价格竞争行业利润率已经基本稳定，未来虽然存在继续下探的可能，但由于芯片设计的技术含量相比电能表的其他零配件及其组装工序更高，同时市场参与者较少，下探的幅度有限。

　　从单相计量芯片的产品结构上看，随着国内厂商技术的进一步成熟，以及智能电网对单一芯片综合功能上的要求进一步提高，单一计量芯片市场将逐步萎缩，各个电表厂商将更多采用SoC方案。系统集成SoC方案将获得更大的市空间。

　　A、普通单相计量芯片市场容量

　　B、单相电能表SoC芯片市场容量

　　当前单相电能表SoC芯片以出口为主，但随着两网公司在采购成本及综合能力上对电能表芯片的要求越来越高，到2020年，中国单相电能表SoC芯片市场规模将达到1,952万颗，2015年至2020年市场容量（按销量）的年均复合增长率将达到13.84%。普通单相计量芯片的市场将被一部分集成了MCU芯片及其他功能芯片的SoC芯片所替代。

　　②三相计量芯片市场容量

　　2011年至2016年间，三相计量芯片市场容量年复合增长率达到14.04%，随着工业用途的扩展和智能电网建设的深入，三相电能计量的市场仍将保持高速增长态势。

　　对于三相计量电能表而言，两网公司对其可靠度的要求更高，从而也就对三相计量芯片的技术水平提出了较高的要求。虽然从市场的选择标准出发仍然是价格导向的，但是对于三相计量芯片而言更加关注于产品的性能指标，两者均为筛选的标准。

　　相对于采购单相计量电能表时更注重成本控制，由于三相计量电能表多用于工业等大规模用电场合的电能计量，因而其对价格敏感度相对较低，更注重产品的整体性能。因此三相领域国内厂商的成本优势将不再明显，而是对国内企业的技术研发实力要求较高。故在未来三到五年之间，国内三相电能计量领域仍将维持相对缓和的竞争态势，在该领域的技术水平上存在一定优势的国内企业将会继续保有充足的市场空间。

　　③电能计量芯片市场规模整体预测

　　随着过去几年智能电表招标规模逐步扩大，国家电网、南方电网采购规模平缓增长。最近两年，国家电网首批智能电表的覆盖基本完成，在新标准即将实行的情况下，存量轮换放缓，招标量将出现暂时下降。未来几年，受到中国市场智能电网建设逐步深入、新标准电表的推广和替代、前期电能表轮换以及电能表出口规模增大的影响，电能计量芯片市场将保持稳步增长，预计到2020年，中国电能计量芯片销量将达到15,835万颗。

　　由于单价较高的三相电能计量芯片占比逐步提升、SoC芯片等新产品的引入以及新兴领域的开发，未来电能计量芯片的产品平均单价仍将趋于平稳，预计到2020年，中国电能计量芯片市场销售额将达到3.50亿元，年均复合增长2.63%。

　　④电能计量芯片市场结构预测

　　在智能电网大规模建设和国网公司智能电表招标采购的影响下，电子式电表持续快速增长，机电感应式电表的市场空间基本已被电子式产品所替代。目前，我国生产的电能表产品中90%以上的产品为电子式。同时，随着电力部门不断扩展，三相多功能电能表的应用领域从基本的用电计量计费、配电变压器扩展到变电站的经营管理、用电需求侧管理的计量、发电厂上网电量、跨省电网联络线交换电量的计费等领域，从大工业用户计费扩展至商业、非工业、普通工业户的计费，三相产品的需求急剧扩大，三相电能表市场有着巨大的发展空间。

　　（3）电力芯片MCU的市场容量及发展情况

　　MCU扮演着各种系统控制核心的角色，协调各系统和显示、键盘、传感器、电机等周边器件的操作。现在，它已广泛应用于消费类电子、汽车电子、信息、工控、通信、航天和军工等诸多领域，并渗透到我们日常生活的各个角落，广阔的应用领域及相关应用终端的繁荣将成为MCU产业稳步上升的支撑力。在电力终端设备领域，2009年起随着中国进入智能电表更换高峰期，智能电表在计量、费控、通信、功耗、电子线路布线上提出了较高的要求，并需要更高的计算能力（DMIPS）来满足电表高性能；更多的存储器使更复杂的数据处理成为可能；更多的I/O以支持周边器件，如SPI、I2C、智能卡、SUART以及RTC等都成为了新型MCU的必需功能。目前，国家电网正在计划全面推广DL/T698.45标准以及IR46标准，智能电表新标准的推出将拉动新一轮智能电表技术革新。国际法制计量组织（oiml）的IR46是有功电能表标准，要求电能表软件分离，就是法制计量相关与法制计量无关部分的软件分离。根据"双芯"电表设计原则，法制计量功能与非计量功能相互独立。非计量部分软件在线升级，不影响法制计量部分的准确性，稳定性。从市场规模上看，2010年至2015年，中国电力芯片MCU的销售量整体保持着稳步增长，与电能计量芯片的增长趋势一致。2016年及2017年，随着国内智能电表渗透率的逐步提高，规模趋于稳定。2017年起，随着下一代IR46标准的制定及逐步实施，电表方案将发生本质的变化。原先单MCU系统将分为符合法制计量部分和非法制计量部分的双MCU系统，市场需求量直接翻倍，而随着新标准智能电表的推广，电表MCU将迎来持续的爆发期。

　　从价格上看，由于新标准下的双芯MCU增加部分新功能，带来价格水平的提升。因此行业内的领先企业，通过技术优势，将保持较高的利润水平。

　　从发展趋势上看，随着穿戴式装置与物联网的兴起，装置设计都向更轻薄短小、价格低廉发展。MCU的应用领域不光更加广泛，其功能也备受市场考验。市场相关者通过不断研发，推出各式新一代MCU产品，来符合客户与市场的需求。MCU未来的趋势向着低功耗、低成本发展。功能简便且超低功耗的MCU以更简易的硬体架构与超低成本，应用在各种不同的领域，包括可穿戴式装置、家用电器、车用电子、遥控器、场域监控、工控、无线感应网路等各种物联网的应用。同时，32位MCU将成主流。由于8位和32位MCU的价差已经逐步缩小，未来8位MCU的应用领域将越来越少。加上8位与32位的开发平台不同，在未来智能家庭与相关应用的可扩充需求之下，也许全都以32位来设计可能更具成本竞争力。因此，系统设计者近年来开始尝试在单一平台下使用一套软体来开发产品，以减少软体开发成本，让其低阶至高阶端产品都使用相同平台，以增加产品规划上的弹性。

　　（4）载波通信芯片市场容量及发展情况

　　随着企业对管理自动化、信息化、减员增效要求的不断提升，电力企业的自动抄表、工业企业的制造物联网、办公及居住的楼宇智能化已成为市场热点和必然趋势。电力载波通信凭借其基于电力线传输的无法比拟的优越性，成为智能电网自动抄表系统、制造物联系统、智能大厦和智能小区底层通讯方式的首选。以在电力系统中的应用为例，根据国家电网规划，2020年前，用电信息采集系统将实现双向智能化。现有智能电表面临着：（1）从非载波式电能表到载波式电能表的升级；（2）从单向智能表到双向智能表的升级；（3）窄带载波通信向宽带载波通信的升级。因而，载波通信芯片在电能计量领域将有着长足的发展。2016年是“十三五”计划的元年，国网公司持续推进智能电表建设，逐步实现用电信息采集系统“全覆盖”。为支撑新一代营销业务宽带化、互动化、信息化的目标，国网公司进一步开展了宽带载波在用电信息采集系统中的批量化点应用，并基于用电信息采集系统批量建设了“多表合一”项目。在技术方面，基于OFDM的载波通信技术将逐步成为集中抄表的主流通讯技术，而窄带PLC将逐步淘汰并更换成传输效率更高的宽带PLC，用电信息采集及运维将自动化，基于大数据的采集智能运维技术应用、低能耗、广域无线通信技术在多表集抄应用，智能城市电、水、气、热表集抄系物联网技术研究等技术路线日渐清晰化，将引领今后几年行业发展大方向。预计未来几年，电力线载波通信芯片的市场需求量将保持较高增速，其驱动因素主要来源于：

　　①宽带载波通信的逐步推广

　　由于传统单载波方式通讯速度慢、信道容量小、抄读成功率低、工程维护量太大，已经越来越无法适应电力系统对数据采集实时性越来越高的要求。基于OFDM正交频分调制技术的多载波通讯方式，正成为当前低压载波通信技术发展的主流方向。而利用宽带载波OFDM技术，可以突破目前通信信道的传输瓶颈，良好通信能力能够实现海量用电信息采集数据及全时间的实时传输，通过台识别、相位识别等相关特性，可以轻松获取各种档案信息，配合多种信息源保证大数据分析成为可能。

　　随着国家智能电网建设的稳步推进，支撑智能化目标所需的高速双向通信网络建设逐步被大家所关注。在此背景下，宽带电力线载波技术以其技术特性和基于原有电力线的低成本、免安装维护特点，从众多的通信技术中脱颖而出，有力地支持企业用电管理、能效管理、智能家庭互联，基于宽带电力线载波技术、可以使发电、售电企业及时获取重要数据，实现按需求生产、按需求采购的目的，将有力支撑市场化电力交易，促进市场化运作的良性发展。2016年，宽带载波技术在国网公司用电信息采集中的运用迎来了突破。年内三次招标，单、三相电能表及采集器、集中器需求包中宽带载波通信单元的需求量分别占到招标总量的3%、6%和11%，合计招标470.90万只，占比6%；而2015年仅招标132.59万只，占比为1%，由此预示着宽带载波代替窄带载波成为必然趋势。

　　2017年3月国网第一次招标中，宽带载波模块/单元的需求量达到726.98万只，占招标总量的比重大幅提升至26%。2017年6月，钜泉光电参与编制的国际首个面向电力业务应用的宽带载波通信标准《低压电力线宽带载波通信互联互通技术规范》（国家电网公司企业标准Q/GDW11612-2016）正式发布并实施，之后的2017年7月国网计量中心组织了全国范围内的厂商及专家召开宣贯会，代表着电力用电信息采集正式走入宽带时代。

　　②“四表集抄”的应用

　　所谓“四表”，即水表、电表、气表和热力表，代表家庭居民用户日常生活所需要的四种能源；所谓“四表集抄”，就是实现对上述四种能源计量表进行集中抄表等信息采集，目的是减少各能源公司分散管理而造成的资源浪费以及提高用户服务水平。作为智慧城市的一个重要组成部分，其建设将有效提高电力公司、水务公司、燃气公司以及热力公司的能源运营管理水平和效率，降低运营管理成本，优化资源配置，同时使居民家庭用户在水、电、气、热等能源使用消费上享受到更加安全、公平和智慧化的服务。以国家电网为主导的“四表集抄”的项目自2015年启动试点以来，截止到2016年已经提前完成了150万户四表集抄的规模应用，预计在十三五期间完成3,500万户的接入，与此同时《电、水、气、热能源计量管理系统》系列标准逐步发布也为“四表集抄”提供了标准理论支持。

　　③物联网领域也是电力线载波的爆发点

　　与此同时，电力线载波通信芯片的应用领域也在不断拓宽，特别是工业控制和智能家居领域。LED路灯控制、矿井安全管理、电动汽车管理、家用计量仪表信息传输等领域的发展也将大大推动电力线载波通信芯片市场的快速增长。由于电力线载波行业融合了传感、计量、通行、大数据分析、数据运营等诸多技术方向，已经是物联网在能源和公共事业领域的重要方向，也是智慧城市、智慧家居等智能应用的重要组成部分，电力线载波芯片在新型智能传感设备、能源和公用事业物联网解决方案、数据处理平台、大数据分析等方面有广阔的市场空间。同时，智能家居也有着巨大的市场和前景，而电力线载波技术在智能家居领域应用非常广泛，涵盖了白色家电、黑色家电远程和本地的交互控制。智能家居管理在居家生活中，通过构建家庭户内的宽带电力线载波通信网络，能够实时了解用电情况，根据不同时段的分时电价，自动调节诸如热水器、空调等智能用电设备的工作状态。通过PAD、手机、互联网等方式对电表、水表、气表进行管理，通过采集智能安防系统数据，实现烟雾探测、燃气泄漏，也可实现防盗等家庭安全防护功能。随着智能家居的普及，电力线载波行业也将迎来爆发。到2020年，中国电力线载波通信芯片市场规模将达到18,038万颗，2016年至2020年市场销量年均复合增长率将达到18.29%。

2010－2020年中国电力线载波通信芯片市场规模与发展（按销售额）

资料来源：公开资料整理

　　随着国家加大对集成电路产业的支持以及“中国制造2025”、“互联网+”等新战略的陆续出台，物联网技术和产业将迎来一个快速发展时期。2016年3月发布的“十三五”规划纲要中也指出，“推进能源与信息等领域新技术深度融合，统筹能源与通信、交通等基础设施网络建设，建设“源－网－荷－储”协调发展、集成互补的能源互联网”。作为我国覆盖范围最大、节点数最多、最可靠的有线网络的电力网络，电力线载波技术将成为我国能源信息传播网络、物联网网络的重要组成部分，上述趋势和规划都为电力线载波芯片市场的发展提供了重要契机。在信息技术高速发展的今天，不仅国内市场具有良好的发展前景，国外市场也同样具有广阔的市场空间。到2040年，60%的电力投资会用于可再生能源技术，全球可再生能源发电量达到8300TWh，占总发电量增量的一半。世界范围内强劲的可再生能源投资将继续推动包括载波表在内的电气仪表和设备产业的发展，也为电力线载波芯片市场的发展提供了有力支撑。