(1)智能电表的特点
智能电表由测量单元、数据处理单元、通信单元等组成。智能电表具备多费率、预付费、电能质量分析、电网运行状态监测、电网负荷感知、通信与自动抄表等诸多功能,是电网运行的核心用电侧感知元件。从分类角度看,主要分为单相表和三相表两大类,其中单相表主要用于家庭用户,需求量最大,三相表则主要应用于工商业用户。
区别于传统电能表,智能电表在具备了最基本的用电量计量功能的基础上,同时还满足了双向计量、阶梯电价、分时电价、峰谷电价、防窃电、信息储存和处理等功能需求。此外,智能电表在计量准确度、功耗、应用领域等多方面优于传统电表。
智能电表位于低压台区用电侧电力流与信息流的关口位置,是智能电力数据采集的重要基础设备,对于电网实现信息化、自动化、互动化具有重要支撑作用,属于 AMI 系统的重要组成部分,承担着原始电能数据采集、计量和传输的任务,是实现信息集成、分析优化和信息展现的基础。智能电表的广泛应用能够提高电力企业的经营效率,促进节能减排,增强电力系统的稳定性。
(2)智能电表的发展历程
我国电能表的发展已经历三个阶段:
①机械时代:以感应式电能表为代表,“轻量化”是其发展方向;
②电子时代:以普通电子式电能表为代表,“多功能化”是其发展方向;
③智能时代:以 AMI 智能电表为代表,是 AMI 高级量测体系中最核心的部分,“高附加值”是其发展方向。
智能电表除具有“电力公司电能表”双向计量,未来将扩展至“电力公司-电能表-用户”多向互动,提供用电诊断、科学用电方案、差异化电价信息等增值服务,是数智化坚强电网的基础。
电能表的国际标准主要有 IEC 标准和 IR46 国际建议。国际电工委员会(IEC)和国际法制计量组织(OIML)分别覆盖 170 及 120 多个国家和地区,制定发布了电能表 IEC 标准和 IR46 电能表国际建议。
IR46 国际建议可以视为 IEC 标准的升级版,和 IEC 在计量误差、功率因数、谐波影响、环境适应性、计量防护等方面存在差异。IR46 标准要求计量功能与管理功能分离,在硬件层面,要求计量模块与其他功能模块直接有专门的电气隔离设计;在软件层面,一般情况下计量模块的软件不要求进行升级,并且计量模块的数据不允许修改,而其他功能模块的软件要求能够适应灵活多变的市场需求进行升级。
自 2009 年我国进入智能电表阶段以来,智能电表快速发展,产业不断升级,产品技术标准持续更新迭代。2009 年,国家电网依据 IEC 标准首次统一智能电能表标准,发布《2009 版智能电表系列企业标准》并进行统招,试行三年后新增通信模块互换性测试、通信接口带载能力等技术要求,发布《2013 版智能电表系列企业标准》,2009 版和2013 版也称作国家电网第一代智能电表。
2020 年,国家电网发布新一代智能电表技术规范《2020 版智能电表系列企业标准》,采用 IR46 标准与现行 IEC 标准/国标、国家计量检定规范相结合,对IR46 标准进行了部分适应,设计上逐步向 IR46 标准靠拢,表明基于 IR46 标准设计的智能电表的全面推行和替换将成为必然趋势。
2020 版智能电表作为向IR46 靠拢的过渡产品,也称作国家电网第二代智能电表或新一代智能电表,其较 2013 版智能电表的主要区别在于:通讯协议仅支持 DL/T698、不再支持DL/T645,并对寿命要求、软件升级及维护等方面进行升级。自 2020 年第二批招标起,国家电网开始对 2020 版智能电表进行招标应用。
南方电网与国家电网电表标准基本同步,发布了 2015 版智能电能表技术规范,并于 2021 年发布新规范,引入部分 IR46 要求的理念。随着我国经济的持续发展,用电需求继续上升,相配套的智能电表等用电信息终端设备的技术要求也将逐步升级,IR46 标准的本土化不断推进,同时,为了适应新型电力系统建设要求以及解决过往电表运行过程中暴露的问题,我国智能电表技术标准未来还将不断更新迭代。
(3)智能电表的发展方向
2020 年 8 月,国家电网发布了在设计上完全遵照 IR46 标准并采用模组化设计、下一代智能物联表所适用的《单、三相智能物联电能表通用技术规范》,并于同年开启了智能物联表的小规模试点。智能物联表的全面推行和替换成为必然趋势。
2020 年版智能物联表融合了通信模组、智能表计硬件终端、低功耗广域网络通信、云计算、系统方案集成等一系列技术,向双芯/多芯化、模块化设计发展。在产品结构设计上完全采用模组化设计,分计量模组、管理模组和扩展模组。扩展模块使得智能物联表兼容性和可扩展性得到大大提升,也为 AI 赋能智能电表扩展功能预留了充足空间,可用于家庭智慧用电、电动汽车及分布式能源服务、社区多能服务等。
基于 IR46 标准的智能物联表升级需求将成为智能电表市场扩容的重要驱动力。未来,随着符合 IR46 标准的新型智能电表技术规范的落地以及产品检验和批量招标工作的有序推进,单位价值更高的智能物联表的招标占比有望快速提升,我国智能电表的市场空间将进一步扩大。
(4)智能电表的市场需求及规模
①国内智能电表市场需求变动情况
我国智能电表市场主要需求来自国家电网、南方电网及其下属网省公司的集中招标采购。其中,国家电网经营区域覆盖 26 个省(自治区、直辖市),供电范围占国土面积的 88%,供电人口超过 11 亿;南方电网经营区域覆盖 5 个省区(广东、海南、广西、贵州、云南),并与香港、澳门地区以及东南亚国家的电网相连,供电范围占国土面积的 11%,供电人口约 2.73 亿。我国智能电表招投标包括国家电网和南方电网统一招标(统招)、国家电网和南方电网下属各网省公司自主招标(省招)四类。
国家电网主要采用总公司统一招标模式,南方电网从2019 年至今也主要采用总公司统一招标模式。自“坚强智能电网”计划启动以来,国家电网智能电表招标数量的变化基本可分为三个阶段:
第一阶段,2014 年以前,随着第一轮智能电表改造开始实施,智能电表的市场需求迅速上升,为行业快速发展时期,这一阶段主要以窄带电力线载波通信产品为主。
第二阶段,2015 年至 2017 年,随着智能电表改造的进行,国家电网智能电表的用户覆盖率全面提升,智能电表需求逐渐趋于饱和,智能电表招标量开始逐年下降,并于 2017 年达到低谷,进入行业调整期。
第三阶段,2018 年以后,随着“坚强智能电网”计划进入引领提升阶段,国家电网启动新一轮改造,开始对宽带电力线载波通信产品进行招标,同时存量智能电表的更新换代需求拉动了智能电表市场需求的又一轮回升。2020 年受宏观经济环境影响,电能表铺设进度放缓,招标数量有所下滑。自 2021 年以来,前述影响减弱后招标量回升。2024 年,国家电网智能电表和采集装置招标中标数量创历史新高,总量达到 9,198 万只,其中智能电表招标中标总量为 8,933 万只,采集装置(集中器、采集器、专变采集终端)招标中标数量为 265 万只。
自 2009 年国家电网对智能电表统一招标以来,累计投资金额达 2,157.48 亿元(不含用电信息采集设备和采集系统建设投资)。
南方电网方面,为按时完成智能电表和低压集抄全覆盖的“两覆盖”工作,南方电网在 2016 年至 2017 年持续推动智能电表的招标,2018 年基本完成了“两覆盖”的建设,招标总额有所下降。2019 年,同样受存量电表更换影响,需求回升,当年招标总额大幅提升。
2020 年,受宏观经济环境影响,电表铺设进度放缓,招标额下调,至 2021 年影响消除后恢复至 2018 年以前水平。近年来受招标政策及外部环境影响,南方电网对智能电表的需求波动幅度较大。随着新一代智能电表标准的启动,在招标政策未发生重大变化的情况下,未来南方电网的需求将稳步释放。
②国内智能电表市场新一轮存量替换需求依然旺盛
短期来看,国内智能电表需求主要来源于存量运行中的智能电表替换。电力终端设备准确率和时效性等技术要求持续提高,电能表技术标准的不断升级推动行业的持续发展,不同代际智能电表的集中更换驱动智能电表招标量的提升。
目前,国家电网智能电表的招标可划分为三个阶段:大规模铺设阶段(2009-2015 年)、招标下行阶段(2016-2017 年)和新一轮更换周期(2018 年至今)。在大规模铺设阶段顶峰的 2014 年和 2015 年,招标数量超过 9,000 万只/年,招标金额超过 150 亿元/年。2018 年至 2020 年第二批招标,主要是招标类型从2013 版智能电表(支持 DL/T645 通讯协议)更新替换成 2013 版智能电表(支持DL/T698 通讯协议)的阶段。2020 年第二批招标至今,主要是招标类型从 2013版智能电表(支持 DL/T698 通讯协议)更新替换成 2020 版智能电表的阶段。
两版智能电表替换周期叠加,所需替换时间将较长。本轮更换周期下,智能电表的招标量将获得来自上轮招标数量的有力支撑。2021-2024 年,国家电网智能电表招标中标总量分别为 6,674 万只、6,924 万只、7,128 万只、8,933 万只,招标数量稳步上升,其中,2024 年同比提高 25.32%。
根据华经情报网《2023 年中国智能电表招标量、进出口及竞争格局分析》,截止到 2022 年底我国智能电表保有量已超过 6.5 亿只。另外,截止到 2024 年底,国家电网 2020 版智能电表的累计招标数量约为 3.2 亿只。以此推算,国内市场仍存在较大的潜在更新换代需求。另外,在换表周期下,智能电表招标量的提升也会带动与其配套的计量配套设备需求的增长。
③新标准电表单价提升与智能物联表渗透加速将进一步提升市场空间
2020 年,国家电网分别发布新一代智能电表和智能物联表通用技术规范。整体而言,新标准下的智能电表单价显著高于以前版本智能电表。2018-2019 年,智能电表单表中标价格相对平稳,保持在 170-180 元左右。随着新标准推出,从2020 年第二批招标开始,智能电表的中标均价开始提升。新标准中,智能物联表的价格又显著高于新一代智能电表,其渗透率的提升将进一步扩大智能电表市场空间。
2020 年,国家电网开启智能物联表小规模试点,2020-2024 年分别招标1.95 万只、13.05 万只、137.51 万只、276 万只、30.97 万只,规模尚小,其中,2023 年的渗透率达到 3.9%。根据欧盟计量器具指令 MID 认证标准,智能电表按照精度划分为 A 级、B级、C 级,精确度依次升高。
一般而言,变电站、工矿企业等电力大用户会采用C 级电能表,一般商业、家庭民用会采用 A 级或 B 级电能表。根据国家电网数据,2021-2024 年,国家电网统一招标的智能电表 B 级以上(含)渗透率分别为13.5%、18.4%、19.1%、15.3%,平均单价分别为 552.95 元、572.71 元、521.63元、470.93 元,分别较同年度 A 级电表单表价值量高 166.1%、159.3%、153.6%、156.8%。此外,国家电网 2024 年电表招标类别中还首次新增高端智能电表 1.6万只,中标平均单价高达 0.5-1 万元/只。
伴随新型电力系统的建设及 IR46 建议的实施,未来两网公司有望加大对 B级以上高精度电表的招标需求,单位价值更高的智能物联表的招标占比也将快速提升,共同形成智能电表行业增量市场需求的重要来源。
④智慧能源互联网建设带来智能电表市场新增扩容需求
长期来看,随着智慧能源互联网建设持续推进,分布式光伏、风电等新能源需求不断扩大,接入终端设备数量不断增加,智能电表需求有望持续提振,市场容量有望持续增大。
A、智慧能源互联网建设带来智能电表市场持续扩容
国家电网持续打造“具有中国特色国际领先的能源互联网企业”,2024 年提出建设数智化坚强电网,加快发展新质生产力。智能电表是数智化坚强电网终端设备的重要组成部分和基础设备,承担着原始电能数据采集、计量和传输的任务,于电网实现信息化、自动化、互动化具有重要支撑作用,未来有望持续扩容。国家电网规划到 2025 年接入的终端设备将超过 10 亿只,2030 年将达到 20 亿只。
B、充电桩单独配置智能电表,市场潜力大
充电桩可配置单独的智能电表,和家用电表分开,安全系数高,独立电力账户,部分地区充电桩电表不走阶梯电价,同时可享受优惠电价。随着新能源汽车渗透率进一步提升,与其配套的充电设备将快速推进,国内充电桩数量将大幅增长,智能电表安装量也有望随之增长。
C、分布式光伏为智能电表带来新兴市场
分布式光伏可自发自用、余电上网,需要智能电表计量实时发电量、上网电量、下网电量。此外,分布式光伏对电网安全与消纳能力提出了新要求,电网也需安装智能电表采集光伏用户数据,准确掌握与评估电能质量及线损等指标,维持电网稳定。根据国家能源局数据,2024 年分布式光伏新增装机 118.18GW,同比增长 22.73%,装机占比达到 43%。未来随着分布式光伏进一步发展,智能电表数量也有望大幅增长。
D、住宅用户和工业园区新增需求稳定
一般而言,电网公司负责安装住宅小区的智能电表以及工业园区总表,公寓出租房、工业园区公司分表为网外市场。未来新增城镇住宅、新增农村住宅、新增工业用户的智能电表安装需求相对稳定,仍将提供部分增量市场。
⑤智能电表海外市场需求强劲
A、海外市场发展现状及市场规模
我国是智能电表最大需求国和制造国,智能电表已经达到或接近发达国家技术标准,生产研发能力可满足国际市场的不同需求。伴随着“一带一路”合作的深入,国外对我国智能电表的认可度逐步提升。中国电表厂商凭借技术、价格优势及交付及时优势,在亚洲、非洲、欧洲、拉丁美洲均实现突破,具有较强的竞争力。
根据海关总署数据,2024 年中国企业共向 187 个国家和地区出口了电能表相关产品。海外市场智能电表需求持续旺盛,出口金额从 2013 年的 28.2 亿元增长至 2024 年的 114.3 亿元,2024 年同比增长 11.6%,2013-2024 年出口金额 CAGR达 13.6%。
亚洲、非洲、欧洲为中国智能电表主要出口市场,从出口金额(人民币口径)和出口数量来看,常年位列前三,合计均超九成。2024 年,亚洲和非洲出口增速亮眼,非洲出口增速排名第一,达 30.4%;亚洲增速第二,达 27.2%。全球智能电网建设为智能电表和用电信息采集系统等产品的发展带来了巨大的市场空间。
根据 Research and Markets 和 Statista 数据,2022 年全球智能电表市场规模约为 118 亿美元,预计到 2027 年将达到 160 亿美元,CAGR 为 6.3%。根据欧盟委员会联合研究中心 Joint Research Centre 数据,全球已安装智能电表超 12 亿台,亚太、欧盟和北美居领先位置。由于智能电表基础设施水平不一,各洲未来智能电表需求呈现分化,整体维持高增。根据 Mordor Intelligence 数据,全球智能电表市场出货量预计将从 2024 年的 1.62 亿台增长到 2029 年的 2.36 亿台,CAGR 达 7.8%。
美国、欧洲、日本等发达国家和地区相继提出智能电网建设规划,是智能电网建设的主要市场;同时,在亚洲、非洲、中东等发展中国家市场,智能电网建设全方位推进,处于快速增长阶段。部分发展中国家窃电、断电情况比较严重,其对于具备防窃电技术的智能电表需求量较大。东欧、拉美、东南亚、中亚和西非等新兴经济体的智能电网建设落后于国内约 5-10 年,对电力基础设施建设的需求旺盛。随着智能电网在发达国家的逐步优化和发展中国家的进一步推进,预计海外智能电表的市场需求将呈现出较快增长的态势,未来 3-5 年内海外市场将保持稳定增长。
B、海外市场需求驱动因素
多重因素驱动全球智能电表高需求。首先是全球电力需求持续增长。根据美国能源信息署 EIA 数据,预计全球电力装机容量将从 2020 年的 7.1TW 增长至2050 年的 14.7TW。此外,根据 Grand View Research 数据,按照终端市场划分,目前住宅市场占全球智能电表收入的 88%以上。考虑到消费电子产品、办公设备和其他负载低功耗模式下也持续消耗电力,未来商业(酒店、购物中心和办公楼等)以及工业消费者越来越倾向于安装智能能源管理系统跟踪电力使用情况,智能电表商业及工业终端市场将出现强劲增长。政府对基础设施项目的投资不断增加,也将推动全球智能电表市场快速发展。
(5)智能电表行业发展趋势
①新标准智能电表助力新型电力系统建设
作为新型电力系统建设的重要感知设备,原有智能电表与采集系统难以满足用户侧多元化互动需求。新一代智能电表采用多芯模组化设计理念,包含计量、管理、时钟、存储等多个芯片,结构上可实现模组插拔升级、多元化配置,并搭载用电客户状态实时监测、用电安全隐患分析、信息交互、节能及有序管理等功能。构建新型电力系统建设中,智能电表的战略地位明显提升,未来将增加更多高等级应用需求,新型电力系统建设为智能电表产品带来广阔市场空间。
②智能电表的应用领域将更加广泛
随着新一代智能电表的推出,以及通信技术的发展,智能电表的应用领域将更加广泛。除了国家电网和南方电网大量采购以外,商业地产、市政建筑、学校、医院、工业、交通基础设施等各行业,都有一定的应用,而且当前的分布式电源、充电桩等热点领域,都需要相关的智能电表技术支持。因此,未来国内智能电表企业可以在智能工业用电、智能建筑用电、智能商业用电、智能居民用电等各种细分市场上向更专业、更经济的智能用电产品及系统解决方案的方向发展。
另外,非电网市场需求的电能表产品从产品型式来看,也十分丰富,包括电网标准产品类型(壁挂式电能表为主)、导轨式电能表、安装式电能表、多路电能表、蓝牙电能表、4G 电能表以及诸如带计量功能的空气开关等其他产品。
③智能电表从双向计量走向多向互动,助力万物互联
能源互联网建设过程中,分布式发电快速增长,双向计量与监测的需求旺盛,智能电表可同时计量发电量和用电量,服务于分布式可再生能源并网。物联智能电表多芯化、模块化,计量功能进一步精确,可计量更多、更细,包括水、燃气、照明、温湿度;非计量功能愈发智能化,电表硬件软件化,用户可按需扩展应用,互动更智能;服务对象更加面向全社会。
④智能电表出海优势明显,成长空间广阔
近年来,全球经济发展、能源价格上涨、能源安全威胁和全球气候变暖带来的压力都是促进智能电力相关设备需求增长的因素。各国智能电力建设推动全球智能用电产品市场需求的增长。在智能用电产品市场需求提升以及“一带一路”政策实施的背景下,我国智能电表产品的出口规模有望迎来较快增长。受益于发展中国家升级智能电表,加上发达国家数字化转型拉动智能电表升级换代,中国电力设备在技术、服务和供应链方面优势明显,出海景气度显著提升。