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變壓器是電力系統(tǒng)的重要組成部分，美國市場(chǎng)需求旺盛，供不應(yīng)求
思瀚產(chǎn)業(yè)研究院    2024-07-19

變壓器是電力系統(tǒng)的重要組成部分

變壓器的定義：變壓器是利用電磁感應(yīng)的原理來改變交流電壓的裝置，主要構(gòu)件包含兩組或以上的線圈（初級(jí)線圈、次級(jí)線圈）和鐵芯，用途是升降交流電的電壓、改變阻抗及分隔電路。

變壓器不僅能升高電壓把電能送到用電地區(qū)，還能把電壓降低為各級(jí)使用電壓，以滿足用電的需要。

變壓器是電力系統(tǒng)的重要組成部分，起到了電壓調(diào)整和變換的作用，從而實(shí)現(xiàn)電力傳輸和分配的高效性和安全性。電力系統(tǒng)由五大環(huán)節(jié)構(gòu)成，依次為發(fā)電、輸電、變電、配電及用電。其中，輸電、變電及配電，合稱輸配電系統(tǒng)，在整個(gè)電力系統(tǒng)中起到在發(fā)電廠與用電用戶之間的輸送、調(diào)節(jié)及分配電能的作用。

輸電是將大量電力從源發(fā)電廠向供電區(qū)輸送的主干渠道，同時(shí)也擔(dān)任著電網(wǎng)之間互送電力的交互渠道；變電將電能電壓進(jìn)行升壓或降壓以保證終端設(shè)備能正常輸入使用；而配電則是將傳輸至供電區(qū)之內(nèi)的電能分配給各個(gè)用戶的重要過程。變壓器包括運(yùn)行在主干電網(wǎng)的電力變壓器和運(yùn)行在終端的配電變壓器兩大部分，是電力行業(yè)中非常重要的組成部分。

變壓器按照使用場(chǎng)景可以分成電力變壓器和配電變壓器。電力變壓器，主要用于較高電壓的輸電網(wǎng)絡(luò)。其電壓額定值為 400kv、200kv、110kv、66kv、33kv，大多數(shù)電力變壓器的額定電流在 200MVA 以上。

它們安裝在需要大容量變壓器的發(fā)電站、輸電變電站。配電變壓器，主要用于低壓領(lǐng)域，負(fù)責(zé)從低中壓電源切換到用于家用電器和工業(yè)的終端用戶設(shè)備的電壓。其電壓額定值為 11kv、6.6kv、3.3kv、440v、230v，大部分配電變壓器的額定電流低于 200MVA。

變壓器按絕緣及冷卻方式可分為干式變壓器和油浸式變壓器。干式變壓器依靠空氣對(duì)流進(jìn)行自然冷卻或增加風(fēng)機(jī)進(jìn)行冷卻，絕緣介質(zhì)一般為環(huán)氧樹脂或Nomex 紙，一般用于綜合建筑內(nèi)（地下室、樓層中、樓頂?shù)龋┘叭藛T密集等要求防火、 防爆的場(chǎng)所。

油浸式變壓器依靠變壓器油作冷卻介質(zhì)和絕緣介質(zhì)，根據(jù)防火防爆 要求，油浸式變壓器一般安裝在獨(dú)立的變壓器室內(nèi)或室外。

美國變壓器市場(chǎng)：需求旺盛，供不應(yīng)求

需求端 1：存量基礎(chǔ)設(shè)施老舊，超出使用年限存在更新需

變壓器設(shè)計(jì)壽命 30-40 年，老舊設(shè)備會(huì)帶來更高的安全隱患和維修成本。變壓器在電網(wǎng)的設(shè)計(jì)壽命通常為 30-40 年，與變電站中的斷路器和其他開關(guān)設(shè)備的年限相近。老化的電力設(shè)備可能會(huì)帶來重大的安全和可靠性風(fēng)險(xiǎn)。比如，隨著變壓器中的絕緣材料的退化，電氣故障、短路甚至火災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)增加。此外，老舊設(shè)備的維護(hù)和維修成本通常也會(huì)更高。

以美國為代表的發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體的電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施使用年限 50%超 20 年，部分甚至運(yùn)行了 50 年以上，急需現(xiàn)代化改造。根據(jù) IEA 的數(shù)據(jù)，發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體由于電氣化普及更早，他們的電網(wǎng)往往較為陳舊，部分基礎(chǔ)設(shè)備甚至已經(jīng)運(yùn)行了 50 年以上，所以對(duì)于老化的基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行現(xiàn)代化改造的需求更加迫切。

發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體只有23%的電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施使用年限不到 10 年，超過 50%的電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施使用年限超過20 年。美國大部分電網(wǎng)建于 20 世紀(jì) 60 年代和 70 年代，目前，美國 70%以上的輸電系統(tǒng)已經(jīng)超過 25 年的歷史。

需求端 2：北美制造業(yè)回流、AI 算力發(fā)展等新場(chǎng)景帶來用電需求激增

北美制造業(yè)回流累計(jì)金額超 9000 億美金，支持電力設(shè)備多年的需求景氣。近年來，北美地區(qū)大力推行制造業(yè)回流。根據(jù)伊頓公司 2023Q3 的公告材料，2021年起至 2023Q3，美國和加拿大已公告的大型項(xiàng)目已經(jīng)超過 8590 億美金。截至2023Q4，累計(jì)的項(xiàng)目額已經(jīng)達(dá)到 9330 億美金，其中只有 18%的項(xiàng)目開始啟動(dòng)建設(shè)，大部分都需要多年的建設(shè)周期，有望支撐電力設(shè)備較長維度的需求景氣。

2022-2025 年數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)有望復(fù)合增速 25%，對(duì)用電需求激增。據(jù) IEA 數(shù)據(jù)，全球 8000 個(gè)數(shù)據(jù)中心中有 33%位于美國，16%在歐洲，近 10%在中國。美國的數(shù)據(jù)中心在 2022 年消耗了 200 太瓦時(shí)的電力，相當(dāng)于美國電力需求的 4%。隨著 AI 算力的高速發(fā)展，大量數(shù)據(jù)中心的建設(shè)帶來用電量的激增，對(duì)于電網(wǎng)和變壓器帶來了巨大挑戰(zhàn)。根據(jù) Eaton 公司的公告，公司在 24Q1 的業(yè)績說明會(huì)材料中，把對(duì)于數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)的增速預(yù)期從此前的 16%的年復(fù)合增速進(jìn)一步上修到了25%。

供給端：產(chǎn)能有限，交期拉長

美國電力變壓器的交期已經(jīng)拉長到 120 周，供不應(yīng)求。根據(jù) Wood Mackenzie數(shù)據(jù)，由于供不應(yīng)求，美國變壓器的交貨時(shí)間在不斷拉長，電力變壓器的交期從2021 年的約 50 周增加到 2023Q4 的約 120 周，變壓器已經(jīng)成為美國公用事業(yè)供應(yīng)鏈的瓶頸。在美國，只有大約 20%的變壓器需求可以由國內(nèi)供應(yīng)來滿足。同時(shí)供不應(yīng)求也引發(fā)了整個(gè)變壓器市場(chǎng)的價(jià)格上漲，自 2022 年 1 月以來，價(jià)格上漲了 40% 至 60%。

取向硅鋼占變壓器成本結(jié)構(gòu) 20%的價(jià)值量。變壓器類產(chǎn)品主要采購的原材料包括銅材、取向硅鋼、電子元器件、絕緣材料、鋼材、鋁材等，其中占比最大的是銅材和取向硅鋼。按重量來分，鋼約占了變壓器 50%的材料構(gòu)成，其中取向硅鋼（GOES）占了鋼材的 60%，剩下 40%是建筑用鋼。從價(jià)值量來看，取向硅鋼占了約 20%，其他的材料還包括銅、鋁、絕緣油、絕緣材料等，鋁主要用于低壓配電變壓器、絕緣油主要用于各類變壓器的絕緣。

美國本土取向鋼材供應(yīng)有限，也不具備成本優(yōu)勢(shì)。中國取向硅鋼產(chǎn)能占全球比例達(dá) 56%，日本、美國、韓國分別占到 11%、7%、7%左右。美國的取向硅鋼鋼廠相對(duì)單一，集中度極高，主要廠商為 AK Steel，供應(yīng)存在瓶頸；同時(shí)成本端，美國取向硅鋼的價(jià)格也高于其他地區(qū)。

美國曾對(duì) 69kv 及以上電壓等級(jí)的電力變壓器實(shí)行進(jìn)口限制，大容量的電力變壓器出口美國恐仍有一定隱患，優(yōu)先看好配電側(cè)變壓器出海。2020 年，美國特朗普政府通過 13920 號(hào)行政命令《大容量電力系統(tǒng)（BPS）安全行政命令》與《關(guān)鍵國防設(shè)施安全禁止令》，對(duì)中國 69kV 及以上電壓等級(jí)的電力變壓器實(shí)施了進(jìn)口限制：禁止為 69kV 電壓的關(guān)鍵國防設(shè)施（CDF）供電的公用事業(yè)公司收購、進(jìn)口、轉(zhuǎn)讓或安裝由中國實(shí)體提供的 BPS 電氣設(shè)備。2021 年，拜登政府撤銷了 13920 號(hào)行政命令。

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