1. 超級電容是功率型儲能器件，行業(yè)迎來向上加速拐點
前言：東吳電子團隊長期持續(xù)跟蹤江海股份，也持續(xù)關注類似元力股份、GMCC、 上海奧威等企業(yè)的功率型儲能業(yè)務——超級電容。對于江海超級電容業(yè)務，一個明顯的 感受是該業(yè)務持續(xù)高速增長（2021 年營收 2.4 億元，17-21 年營收 CAGR 為 62%），但 是這個行業(yè)天花板在哪，以及其背后快速增長的原因一直沒有很清楚的回答，主要難點 在于超級電容行業(yè)處于產業(yè)生命初期，需要超級電容的應用場景很多，但是具體哪個應 用場景具備百億以上的容量，或者超級電容行業(yè)需要突破哪些條件才能創(chuàng)造巨大的需求 市場，這是我們東吳電子團隊一直思考的問題。通過資料收集與整理、產業(yè)鏈上下游的 調研，我們認為超級電容在電網調頻、混合儲能和汽車領域前景廣闊，行業(yè)的加速需要 1）技術進步：提升超級電容能量密度；2）成本降低：規(guī)?；慨a&產業(yè)鏈國產化；3） 政策驅動：需求場景更加明確。2022 年是超級電容在電力調頻、混合儲能領域規(guī)模落地的元年！2022 年以來，超 級電容在國內首次應用于火儲一體化調峰調頻、首次應用于一次調頻、首次應用于岸儲 一體化項目。超級電容行業(yè)正在迎來加速拐點。
超級電容是功率型儲能器件，技術、成本、政策三重利好助力打開百億市場空間。超級電容相較傳統(tǒng)電容器具有更高的能量密度，相較電池具有更高的功率密度，是一種 新型功率型儲能器件，具備充電時間短、使用壽命長、溫度特性好、綠色環(huán)保等特性。超級電容已作為備用電源、功率電源、能量回收系統(tǒng)被廣泛應用于消費電子、工業(yè)、國防軍工等領域，能量密度較低、儲能成本較高是過去限制其應用范圍的兩大因素。目 前，混合型超容能量密度大幅提升，原材料國產化帶動超容成本持續(xù)降低，同時各部委 相繼出臺多項政策，支持包括功率型儲能在內的新型儲能產業(yè)發(fā)展，技術進步、成本降 低、政策驅動三重利好有望共同推動超級電容打開應用天花板。超級電容在立足智能表、 軌道交通等成熟市場的同時，在港口機械、采掘裝備、電網調頻、油改電、儲能、電動 大巴等領域打開市場，尤其儲能、電網調頻、乘用車用等市場潛力較大，百億市場空間 正在打開。超級電容主要由正負電極、電解液、隔膜構成。超級電容屬于電化學儲能器件，主 要由正負電極、電解液及防止發(fā)生短路的隔膜構成，電極材料具備高比表面積的特性， 隔膜一般為纖維結構的電子絕緣材料，電解液根據(jù)電極材料的性質進行選擇。以市場主 流的雙電層電容為例，充電時，電解液中的正、負離子在電場的作用下迅速向兩極運動， 通過在電極與電解液界面形成雙電層來儲存電荷。
按工作原理超級電容可分為三類，雙電層電容（EDLC）是目前市場主流的超級電 容類型，混合型超級電容（HUC）具備更高的能量密度，正在成為重要研究與發(fā)展方向。1） 雙電層電容：EDLC 的充放電過程通過離子的物理移動完成，不存在化學反應， 充電時，雙電層電容電解液中的正、負離子在電場的作用下迅速向兩極運動， 并分別在兩個電極的表面形成緊密的電荷層，即雙電層，造成電極間的電勢差， 從而實現(xiàn)能量的存儲；放電時，陰陽離子離開固體電極表面，返回電解液本體。2） 法拉第贗電容：在電極表面或體相中的二維或準二維空間上，電活性物質進行 欠電位沉積，發(fā)生高度可逆的化學吸附/脫附或氧化還原反應，因贗電容可在整 個電極內部產生，因此可獲得比雙電層電容更高的能量密度，但因電極材料貴 金屬價格較高、充放電循環(huán)穩(wěn)定性有限等因素而難以商用；3） 混合型超級電容：以雙電層材料作為正極，以贗電容或電池類材料作為負極，融合了超級電容與贗電容或電池的優(yōu)勢。鋰離子超級電容（LIC）是混合型超級 電容的典型代表，在充放電過程中，電容電極發(fā)生非法拉第反應，離子在電極 表面進行吸附/脫附，電池電極發(fā)生法拉第反應，鋰離子嵌入/脫出。
受益獨特的結構與工作原理，超級電容具備高功率密度、高可靠、環(huán)保等優(yōu)良特性。
高功率特性：區(qū)別于鋰電池充電時，鋰離子需要與電荷結合并嵌入到負極碳層 的微孔中，放電時需要從負極碳層脫嵌，超級電容充放電時的電荷移動發(fā)生在 電極表面，因此超級電容功率密度顯著更高、充放電速度顯著更快。對比來看， 功率密度方面，雙電層超容最高可達 40 kW/kg、鋰電池在 1 ~ 3kW/kg；充放電 時間方面，EDLC 可達秒級、HUC 在分鐘級別、鋰電池在小時級別。
高可靠特性：工作溫度方面，鋰電池工作溫度范圍為?20 ~ +60 °C，超級電容可 寬至?40 ~ +85 °C；工作壽命方面，由于充放電過程中的電荷移動完全可逆，充 放電次數(shù)可達 100 萬次，工作壽命可達 15 年。且超級電容短路、刺破均不會燃 燒，相較短路、刺破時易自燃甚至爆炸的鋰電池，超級電容安全性更高。
環(huán)保特性：超級電容不含重金屬和有害化學物質，其生產、使用、儲存以及拆解過程均不會對環(huán)境產生污染，是理想的環(huán)保能源，而鋰電池無法分解，易對 環(huán)境產生嚴重污染。
超級電容作為功率型儲能器件，憑借高功率、長循環(huán)壽命特性，與能量型鋰電池互 補、協(xié)同。鋰電池作為能量型儲能器件，已被廣泛應用于各類長時儲能場景，超級電容 則可以憑借高功率、長循環(huán)壽命特性，應用于短時大功率、多次循環(huán)放電的單獨儲能場 景，或與鋰電池組成混合能源系統(tǒng)，實現(xiàn)與能量型鋰電池的互補、協(xié)同。
1）單獨儲能場景下，超級電容在短時大功率、多次循環(huán)放電場景下更具經濟性
僅考慮一次投資成本，假設 EDLC、混合超容、鋰電池功率密度為 30、5、2kW/kg， 能量密度為 5、50、200Wh/kg，儲能系統(tǒng)成本為 10、1、0.15 萬元/度電，通過繪制不同 放電時間下的一次投資成本曲線，可見 EDLC 在 s 級市場、混合型超容在 min 級市場更 具成本優(yōu)勢，因此超級電容在短時大功率放電場景下具備經濟性。同時考慮不同電源的可循環(huán)充放電壽命，假設 EDLC、混合超容、鋰電池循環(huán)壽命 為 100、10、0.4 萬次，則計算得對應的生命周期成本分別為 0.1、0.1、0.375 元/度電/次， 可見超級電容生命周期成本低于鋰電池，在多次循環(huán)放電場景下具備經濟性。
2）混合能源系統(tǒng)中，超級電容負責短時高功率峰值，鋰電池負責長時低功率輸出
混合能源系統(tǒng)中，由鋰電池等主能源提供長期低功率能量輸出，超級電容負責高功 率峰值和快速響應，超級電容可從主能源處充電，或收集系統(tǒng)回饋的能量。在能源系統(tǒng) 中引入超級電容，可實現(xiàn)高功率瞬時響應，并降低主電源的功率輸出以延長其使用壽命， 從而降低能源系統(tǒng)的生命周期成本。
1.2. 技術進步、成本降低、政策驅動三重利好，超級電容迎向上加速拐點
技術、成本、政策三重利好，超級電容產業(yè)迎向上加速拐點。根據(jù)超級電容產業(yè)聯(lián) 盟數(shù)據(jù)，2021 年全球超級電容市場規(guī)模達 15.9 億美元，預計 2027 年將達 37 億美元， 21-27 年市場規(guī)模 CAGR 約 18%；2021 年中國超級電容市場規(guī)模達 25.3 億元，預計 2027 年將超 60 億元，21-27 年市場規(guī)模 CAGR 將超 20%。未來，技術進步、成本降低、政 策驅動三重利好有望共同推動超級電容打開應用天花板，超級電容正在向新能源公交、 電網調頻、儲能、汽車啟停等新興應用領域滲透，百億市場空間正在打開。
1）技術進步：混合型超級電容能量密度顯著提升，打開行業(yè)應用天花板
混合型超級電容在保持較高功率密度的基礎上，顯著提升能量密度，不斷拓展下游 應用邊界。因混合型超級電容的贗電容或電池電極通過發(fā)生法拉第反應進行充放電，因 此其能量密度顯著高于 EDLC，根據(jù)海內外超級電容廠商披露，目前混合型超級電容單 體能量密度可達 80~160Wh/kg，系統(tǒng)能量密度已經突破 40Wh/kg?；旌铣夒娙輵{借更 高的能量密度屬性和較低的成本，在分鐘級別的儲能、大巴車等領域成功打開應用天花板，不斷拓展行業(yè)邊界。
超級電容能量密度有望進一步提升。超級電容的能量密度主要取決于其比電容和電 壓窗口，因此進一步提升能量密度的方法包括提高電極比電容、開發(fā)高電化學電位區(qū)間 電解質、優(yōu)化超級電容結構、減少器件對電解液的消耗等。隨著技術的不斷進步，NASA 于 2019 年預測，2025 年超級電容系統(tǒng)能量密度有望提升至 50-100Wh/kg，2030 年有望 達到 100-200Wh/kg。
超級電容應用干法電極工藝，實現(xiàn)循環(huán)壽命延長、能量密度提升、成本降低。原有 濕法電極工藝下，需要將負極、正極粉末與有粘合劑材料的溶劑混合，再涂覆至集流體 上干燥形成電極；干法電極工藝下則無需使用溶劑，直接將少量粘合劑與電極粉末混合， 通過擠壓機形成電極材料薄膜，再將電極材料薄膜層壓到集流體上形成電極。干法電極工藝主要有三點優(yōu)勢，第一，粘結劑用量少，提升鋰離子電池良品率和使 用壽命，第二，不使用溶劑，減少充放電循環(huán)過程中的能量損失，提升能量密度，第三， 工藝簡化，制造成本可降低 10-20%。但目前干法電極技術仍存在電池倍率較低的問題， 即大電流放電性能較差，有待工藝優(yōu)化解決。產業(yè)端，特斯拉于 2019 年收購超級電容 企業(yè) Maxwell，旨在將 Maxwell 的干法電極技術應用于鋰電池生產中，國內烯晶碳能、 力容新能源等超級電容廠商也已具備干法電極技術。
2）成本降低：上游材料國產化，超容成本持續(xù)下降
超級電容電極材料國產替代進行中，成本持續(xù)下降成必然趨勢。超級電容上游材料 主要包括電極、電解液、隔膜、引線等，電極、電解液、隔膜占成本比例分別約 35%、30%、20%。其中電解液國產化配套相對成熟，本土廠商新宙邦占據(jù)我國超級電容電解 液 50%以上市場份額，而電極與隔膜則因技術壁壘較高而長期依賴進口，電極材料中用 量最大、最經濟的材料—超級電容炭 70-80%從日本可樂麗進口，隔膜主要從美國、日本 等國進口，日本 NKK 占據(jù)全球超級電容隔膜 60%以上市場份額。元力股份、北海星石、 凱恩股份等本土廠商正大力推動電極、隔膜材料國產化，在原材料國產替代趨勢下，超 容材料成本下降成為必然趨勢。
3）政策驅動：政策重視多元化新型儲能技術發(fā)展，助推試點示范項目大規(guī)模落地
政策推動新型儲能技術多元化發(fā)展。近幾年來，隨著風電和光伏發(fā)電加入并網，電 網消納成為了電力系統(tǒng)的痛點之一，在負荷側，居民用電占比提升使得電網負荷波動更 加劇烈，在這種情況下，電網調節(jié)能力必須提升以適應未來更為復雜的源荷波動，具有 快速調節(jié)速率、配置方式靈活的儲能能夠勝任此任務。儲能技術的應用場景可分為容量 型、能量型、功率型和備用型四類，目前暫無任何一種技術可以同時滿足所有儲能場景 的需求，因此需要多元化的儲能技術在各自使用場景中發(fā)揮獨特的性能優(yōu)勢?！笆晃濉钡健笆奈濉逼陂g，各部委相繼出臺多項政策以在技術創(chuàng)新、應用拓展、 產業(yè)培育等方面支持超級電容產業(yè)發(fā)展。其中，超級電容作為新型儲能核心技術，在國 家能源局 2022 年 1 月發(fā)布的《“十四五”新型儲能發(fā)展實施方案》中，被作為“十四五” 新型儲能核心技術裝備攻關重點方向列示，政策同時要求積極推動各新型儲能示范區(qū)項目建設。
2022 年以來，超級電容在電力調頻、混合儲能領域加速落地。伴隨超級電容能量密 度提升、價格降低，其在電網各環(huán)節(jié)調頻應用中的經濟性開始凸顯，22 年以來，超級電 容在電網調頻和混合儲能系統(tǒng)密集落地，包括岸儲一體化、一次調頻、火儲聯(lián)調、混合 儲能等領域。2022 年是超級電容在電網調頻、混合儲能領域規(guī)模落地的元年，行業(yè)正在 迎來加速拐點。
2. 需求端：超級電容在多應用領域具備廣闊空間，靜待市場爆發(fā)
2.1. 電力能源：新能源并網增加調頻需求，超級電容參與電網調頻全環(huán)節(jié)
新能源裝機規(guī)模、發(fā)電量占比快速提升。截至 2021 年，我國風電、光伏裝機規(guī)模 328GW、307GW，合計占全國電力總裝機規(guī)模比例為 27%；2021 年風電、光伏發(fā)電量 6556 億千瓦時、3270 億千瓦時，合計占全國總發(fā)電量比例 12%。根據(jù)國家能源局網站， 風電、光伏發(fā)電量占全社會用電量比重將持續(xù)提升，2025 年將達到 16.5%左右。
新型電力系統(tǒng)下，電網調頻需求顯著增加。發(fā)電側，傳統(tǒng)發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電機與電力 系統(tǒng)強耦合，能夠提供慣量、維持電網頻率，當電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，同步發(fā)電機的機 械慣量可以提供足夠的旋轉備用容量以彌補系統(tǒng)功率缺失，避免觸及系統(tǒng)低頻減載保護。而光伏、風電通過電力電子設備連接至電網，暫態(tài)響應速度較快，不具備根據(jù)機端頻率 和電壓信號進行自主調節(jié)的能力，即慣量支撐、一次調頻、主動調壓、阻尼能力缺失， 因此導致電網頻率面臨挑戰(zhàn)。用電側，分布式光伏逐步接入電網，新能源車充換電、計 算機、通信等新型產業(yè)用電量超預期，均導致用電側功率預測的難度提升，進而導致電 網頻率波動加劇。根據(jù)國家能源局統(tǒng)計，2019 年上半年，全國調頻服務補償費用達 27 億元，占全國電力輔助服務補償費用比例為 21%，僅次于調峰 38%和備用 36%。
一次調頻、二次調頻在頻率調整范圍、能力方面有所差異。一次調頻是各并網機組 的調節(jié)系統(tǒng)根據(jù)電網頻率變化，自發(fā)的進行機組調整以恢復電網頻率，但只能做到有差 控制，二次調頻是人為地根據(jù)電網頻率變化調整機組負荷，能夠做到無差調節(jié)，一次、 二次調頻動作時間一般在 30 秒以內、30 秒至 15 分鐘時段。1） 一次調頻：21 年以來政策開始發(fā)力一次調頻市場建設。2021 年 12 月山西省能 源監(jiān)管辦發(fā)布全國首個一次調頻市場交易實施細則，2022 年 5 月國家標準《并網電源一次調頻技術規(guī)定及試驗導則》正式實施，文件明確要求接入 35kV 及 以上電壓等級電力系統(tǒng)的火電、水電、核電、儲能電站、風電、光伏等并網電 源均應配置一次調頻功能，一次調頻機制開始逐漸明確。2） 二次調頻：目前市場化調頻的主要環(huán)節(jié)，價格機制已比較成熟。二次調頻是當 前市場化調頻的主要環(huán)節(jié)，價格機制比較成熟，電網輔助服務主體通過市場化 競標方式執(zhí)行電網調頻指令，綜合調頻能力決定項目盈利，衡量綜合調頻能力 的指標 K 值主要受響應速度（K1）、調節(jié)速率（K2）、調節(jié)精度（K3）影響。
現(xiàn)有火電、水電機組調頻存在多方面局限性，火電廠加裝儲能方案備受青睞。目前 我國各大區(qū)域電網中，主要以大型水電和火電機組作為電網調頻電源，通過調整調頻電 源出力來響應系統(tǒng)頻率變化，但水電、火電機組調頻存在一定局限性，例如，火電機組 響應時滯長、參與調頻損害機組壽命，水電機組的應用存在地理位置、季節(jié)變化的限制。火電+儲能系統(tǒng)聯(lián)合調頻方案能夠顯著縮短火電機組響應時間，提高火電機組調節(jié) 速率及調節(jié)精度，以廣東某電站加裝儲能前后的調頻數(shù)據(jù)為例，調頻綜合性能指標 K 值 在加裝儲能后由 0.73 提升至 2.96，調頻效果顯著改善。
超級電容適配電網短時高頻、高功率調頻需求，發(fā)電側、輸配電側、用電側應用逐 步落地。儲能調頻正以快速、精準的功率響應能力成為新型調頻輔助手段，但受限于鋰 電池標稱 5000 次左右的循環(huán)壽命，現(xiàn)有儲能調頻項目大多僅響應 AGC 二次調頻，而不 響應一次調頻，超級電容則憑借高功率、長壽命特性適配電網短時高頻、高功率調頻需 求。根據(jù) GMCC，其 EDLC、LIC 產品分別推薦應用于 15~30s 一次調頻系統(tǒng)、15 分鐘 級的二次調頻系統(tǒng)，能夠彌補超短時、短時的儲能短板。新型電力系統(tǒng)下，電網頻率穩(wěn)定性挑戰(zhàn)升級，發(fā)電側風光儲平滑入網、混合儲能系 統(tǒng)中響應調頻指令，輸配電側變電站調頻、配電終端后備電源，用電側后備電源、功率 電源（于 2.4 介紹），均需使用功率型儲能器件以提供短時、高功率峰值脈沖，超級電容 在發(fā)電側、輸配電側、用電側多環(huán)節(jié)的應用已開始落地。
1） 發(fā)電側：支持風光平滑入網，在電池+超容混合儲能系統(tǒng)中負責響應調頻指令
針對光伏、風電并網在慣量響應方面的缺失，可采用超級電容作為短時儲能裝置以 平抑風光并網帶來的功率波動。以引入超級電容的風電系統(tǒng)為例，將超級電容并聯(lián)于直 流母線，與雙向 DC/DC 變換器構成功率調節(jié)系統(tǒng)，當功率大于指定的輸出功率時，超 級電容充電，當功率小于指定功率時，功率差值由儲能裝置補充，超級電容放電。超級 電容能夠基于大功率特性為光伏、風電機組提供額外虛擬慣量，使其平滑輸出接入電網， 減少新能源發(fā)電的隨機性、間歇性、波動性給電網帶來的沖擊。
鋰離子電池、超級電容以互補形式組成混合儲能系統(tǒng)，支持調峰、調頻模式切換。鋰離子電池具有能量密度高、儲/釋能時間長等特點，可用于實現(xiàn)削峰填谷；超級電容具 有功率密度高、響應速度快、壽命長等特點，可參與電力系統(tǒng)一次調頻，同時延長電池 使用壽命。二者可以互補形式組成混合儲能系統(tǒng)，響應園區(qū)能量管理系統(tǒng)下發(fā)的削峰填 谷或調頻調度指令，最大限度發(fā)揮儲能作用。以三峽烏蘭察布“源網荷儲”技術研發(fā)試驗基地的混合儲能系統(tǒng)為例，整套系統(tǒng)由 3 個預制艙體組成，分別為 0.5MW/1MWh 鋰離子電池儲能系統(tǒng)艙、1MW/0.1MWh 超級 電容儲能系統(tǒng)艙、1.5MW 儲能變流器艙，各儲能系統(tǒng)通過直流匯流柜接入相應的儲能變 流器，再分別接入功率路由器±750V 直流母線。鋰離子電池負責削峰填谷及響應調頻 持續(xù)分量，超級電容負責響應調頻隨機分量與脈動分量，盡可能減少電池介入調頻響應 的次數(shù)，延長電池使用壽命。
2） 輸配電側：用于變電站調頻、配電終端后備電源，保證輸配電線路電能質量
超級電容應用于變電站，將一次調頻滯后時間縮短至毫秒級別。以南京江北新區(qū) 110kV 虎橋變電站投運的超級電容微儲能裝置為例，該裝置主要由超級電容模塊、電力 電子變流器和快速功率控制器三部分組成，快速功率控制器可在 10 毫秒內完成頻率檢 測，電力電子變流器可在 2 毫秒內實現(xiàn)有功功率的快速、精準支撐，因此若電網發(fā)生大 波動引起頻率跌落時，該微儲能裝置可以在 12 毫秒內進入一次調頻模式，對比傳統(tǒng)發(fā) 電機組10秒以上的一次調頻響應延遲，超級電容微儲能裝置使一次調頻過程明顯提速。市場規(guī)模方面，根據(jù)國網江蘇電力測算，江蘇省內變電站的可利用空間具有新增 200 萬 千瓦超級電容微儲能裝機規(guī)模的潛力。
超級電容用作配電終端后備電源，可提高電網自愈可靠性、降低維護成本。配電自 動化終端后備電源由蓄電池、鋰電池轉向超級電容，超級電容大功率、長壽命、免維護 的特性使配電自動化終端電網自愈可靠性提高、維護成本降低。當電力線路發(fā)生故障時， 超級電容可為配電自動化終端和開關柜提供不間斷電源，使配電終端在線路故障情況下 仍能維持一段時間的工作，為完成故障檢測、保護跳閘、重合閘自愈以及狀態(tài)上報主站 等一系列操作爭取時間，從而將故障區(qū)間隔離，并恢復非故障區(qū)間的供電，使故障停電 區(qū)域最小化。根據(jù)山西煤化所，目前廣州供電配電網 6242 條公用饋線已實現(xiàn)自愈全覆 蓋，配網線路故障處理時間由原本的 30 分鐘下降至 120 秒。市場規(guī)模方面，根據(jù)中科 院山西煤化所測算，配電終端用超級電容電源僅廣州地區(qū)的存量市場就達到約 1 億元， 每年以 16%的增速增長，南網地區(qū)市場規(guī)模預計為廣州地區(qū)的 5 倍以上。
2.2. 汽車領域：適用于啟停、安全冗余電源等場景，助力汽車性能、安全雙提升
汽車領域內，超級電容憑借高功率密度、高安全性、使用壽命長、寬溫域等特性， 可在 12V 電氣系統(tǒng)下被用作主電源、安全冗余電源，在 48V 電氣系統(tǒng)下被用作線控電 源，在 HEV 車型中被用作主電池電芯，助力汽車性能、安全雙提升。
1）12V 主電源：替代鉛蓄電池，實現(xiàn)汽車高功率啟動、制動能量回收、電壓穩(wěn)定
12V 電氣系統(tǒng)下，通常采用鉛蓄電池作為 12V 電源，用于汽油機、柴油機的啟動， 但鉛蓄電池存在生產及回收環(huán)節(jié)污染、充放電速度慢、暫態(tài)功率響應能力較差等問題， 環(huán)保政策方面，全球限鉛令以歐洲為重心，汽車 12V 鉛蓄電池被替代趨勢凸顯；使用性 能方面，使用鉛蓄電池可能在汽車起步、剎車、加減速、爬坡、顛簸等復雜工況下，產 生暫態(tài)功率不易被蓄電池吸收，母線電壓波動頻繁，因此影響車輛電能質量等問題。以 超級電容替代鉛蓄電池作為 12V 主電源，能夠高質量實現(xiàn)汽車高功率啟動、制動能量回收、電壓穩(wěn)定三大功能。
2）12V 安全冗余電源：受益于智能駕駛滲透對電氣設備安全要求提升
超級電容同時可用作激光雷達、域控制器、電控轉向、電控制動、智能座艙、電動 門鎖等關鍵電子電氣設備的安全冗余電源，減少因為電子器件失效造成的交通事故和降 低潛在召回風險。2011 年發(fā)布的 ISO 26262 即強調通過開發(fā)階段的測試及驗證，來保證 安全相關的電子產品的功能性失效不會造成危險，未來伴隨自動駕駛等級提升、汽車電 動化升級，超級電容有望實現(xiàn)在車用安全冗余電源領域的滲透。
3）48V 線控電源：線控底盤加速滲透，超級電容適配其大功率需求
逐步升級的自動駕駛需求要求汽車底盤執(zhí)行層能夠按照決策層指令進行精確執(zhí)行， 底盤線控化是以電信號傳遞取代傳統(tǒng)機械連接的操縱技術，是 L2+以上自動駕駛實現(xiàn)執(zhí) 行層響應速度、精度提升的關鍵技術。線控底盤包括線控轉向、線控制動、線控換擋、 線控油門和線控懸架五大核心系統(tǒng)，其中，線控油門技術已較成熟，線控制動、線控轉 向、線控懸架的滲透率開始快速提升。線控系統(tǒng)的執(zhí)行器主要是大功率的電動機、伺服電機，例如，單個轉向電動機的功 率范圍在 550~800W，電機盤式制動器的功率可達 1000W，因此需應用 48V 供電系統(tǒng)， 通過提高供電電壓來滿足大功率需求。超級電容可用作 48V 線控電源，憑借高功率密 度、長壽命、寬溫域、響應速度快的優(yōu)質性能，保證線控系統(tǒng)的安全、可靠運行。
4）HEV 電芯：超級電容適配 HEV 主電源高功率、長循環(huán)壽命需求
HEV 電池只接受汽車自身動力系統(tǒng)的發(fā)電或動能回收帶來的能量，無法從外部獲 得電能，因此 HEV 車型電池容量較小，通常在 0.8~2.1kWh，采用功率型電芯以滿足快 充快放要求，對電芯能量密度要求不高，但對電池循環(huán)壽命、充放電次數(shù)有較高要求。目前 HEV 主電源的兩大主流路線為三元鋰電池、鎳氫電池，現(xiàn)行技術路線存在能量超配、功率不足的問題，超級電容高功率密度、耐低溫、長壽命的優(yōu)良特性則與 HEV 應 用高度適配，有望成為 HEV 主電源的新選擇。新能源汽車處于市場滲透階段，購車成本較高、充電樁建設不完善都是一定程度上 阻礙純電動汽車滲透的因素，根據(jù)工信部預測，至 2030 年我國汽車保有量中燃油車將 依然占據(jù) 80%份額，而 HEV 作為替代傳統(tǒng)燃油車的車型，目前已憑借減排優(yōu)勢成功吸 引了眾多消費者與汽車廠商的消費與布局，根據(jù) GGII 數(shù)據(jù)，2022 年上半年國內 HEV 節(jié) 能乘用車銷量合計約 37.1 萬輛，同比增長 50%，對應配套的電池裝機量約 0.54GWh， 同比增長 64%，伴隨節(jié)能減排政策的持續(xù)推進，未來 HEV 市場有望延續(xù)增長，為超級 電容在 HEV 主電源領域的應用創(chuàng)造增量空間。
應用端，超級電容汽車啟停解決方案陸續(xù)上車。早在 2014 年 Maxwell 即披露，其 超級電容產品已配置到超過 100 萬輛乘用車上，如雪鐵龍 C4、標致 308 等，后續(xù)也有 凱迪拉克、奧迪、大眾、寶馬等多車型應用。國內市場方面，2019 年 4 月國內首個搭載 超級電容的乘用車量產車型紅旗 H5 正式上市，根據(jù)烯晶碳能，其車規(guī)級超級電容已在 紅旗 H5/H9、Volvo-XC40 等品牌車型實現(xiàn)批量化應用，截至 2021 年底已批量供貨累計 300 萬只單體，配套近 10 萬輛車，截至 2022 年 6 月烯晶碳能已經收到汽車用超級電容 定點項目超 20 億元。
2.3. 交通運輸：LIC 技術路線下，超級電容公交實現(xiàn)充電 5 分鐘、行駛 30 公里
交通運輸領域與汽車領域類似，超級電容主要可在軌道交通、公交車、卡車、船舶 等應用場景下實現(xiàn)儲能/備用電源、發(fā)動機啟動、能量回收三大功能，同時可用于實現(xiàn)特 定場景下，如船舶發(fā)電機控制梯度與升沉補償、軌道交通無接觸網運行等功能。
軌道交通車輛應用超級電容，實現(xiàn)制動能量回收、啟停瞬間高功率充放電。以超級 電容并聯(lián)蓄電池組成軌道交通車輛的制動能量回收利用系統(tǒng)，實現(xiàn)列車制動時回收電能， 非制動時釋放電能，制動能量的回收以列車原有電制動的再生制動回饋為基礎，對車載 逆變器回饋到牽引網的制動能量中引起觸網電壓升高部分進行回收，非制動狀態(tài)下，本 車為主要負載，同時可為同一供電區(qū)間內的其他相鄰列車進行功率補償。伴隨 LIC 能量密度提升，超級電容公交實現(xiàn)充電 5 分鐘、行駛 30 公里。鋰電池純 電公交車需要建立配套的封閉集中充電場所，結合公交車行駛路線固定、啟停次數(shù)多等 特點，以超級電容為主電源，公交車可在?？空緯r間通過智能柔性充電弓進行迅速充電， LIC 能量密度提升帶動超級電容公交儲電量提升，單次充電可行駛里程由 5 公里提升至 30 公里。據(jù)久事公交集團披露，2020 年底，上海 930 路、17 路、18 路、隧道 8 線、146 路新增 89 輛超級電容車，加上已經投運的 11 路、26 路，上海超級電容公交車超過百 輛，配套的 6 個超級電容快充站也已完成外線送電。與新能源公交應用類似，LIC 技術未來有望切入到高爾夫球車、旅游觀光車、機場 擺渡車、擺渡船等閉環(huán)線路運行的場景，增量市場廣闊。
2.4. 工業(yè)領域：作為備用電源、能量回收系統(tǒng)，廣泛應用于多領域
智能電表場景下，超級電容用作內部 RTC 電路后備電源，實現(xiàn)簡化充放電電路設 計、保障智能電表長期可靠運行。智能電表相較傳統(tǒng)的電子式電表具備電能計量、實時 監(jiān)控、自動控制、信息交互、數(shù)據(jù)處理等功能，是智能電網建設發(fā)展的重要組成部分， 2021 年疫情導致智能電表鋪設進度放緩的負面影響消除后，我國智能電表招標量開始 回升，2021 年招標量 6674 萬只，同比增長 28.2%。超級電容作為智能電表內部 RTC 電路后備電源的優(yōu)勢在于，其可滿足智能電表-40℃ ~+85℃的嚴苛工作溫度要求，超長工作壽命能夠保障智能電表長期可靠運行，超級電容 相對間接的充放電管理電路設計能夠簡化 RTC 后備電源設計。目前，國網智能單相表 已明確提出使用超級電容作為 RTC 保持后補后備電源，保持 RTC 電路準確運行 48 小 時以上，以實現(xiàn)內置電池可更換的目的。
風電變槳場景下，備用電源需在極端惡劣情況下提供緊急電力，應用超級電容相較 鉛酸電池更具成本優(yōu)勢。風電變槳備用電源需要在遭遇大風惡劣天氣或電網掉電等極端 情況下提供電力、使槳葉緊急順槳，其所需電能總量不大，但需在短時間內提供足夠的 電壓和電流，對備用電源的功率密度、惡劣環(huán)境耐受能力要求極高；且備用電源直接并聯(lián)在直流母線上、長期處于荷電待機狀態(tài)，對備用電源的長期荷電壽命要求較高。根據(jù) Skeleton，使用鉛酸電池作為風電變槳備用電源需每年維護、4 年更換一次，而使用超級 電容無需維護、15 年更換一次，超級電容作為風電變槳備用電源使用成本顯著更低。
港口起重機場景下，電動機工作功率高達 200kW，使用超級電容彌補發(fā)動機過載 狀態(tài)下的系統(tǒng)動力不足。港口起重機電動機的工作功率高達 200kW，通常采用柴油發(fā)動 機組作為動力源，在起重機集中作業(yè)情況下，發(fā)動機處于過載狀態(tài)將導致轉速下降、電 壓降低，短時需要足夠的瞬時功率，超級電容可以利用其高功率密度的特性，快速提供 大電流以彌補系統(tǒng)動力不足，避免電壓、頻率波動導致停機風險。同時，超級電容在起重機處于輕載上行或重載下行兩種狀態(tài)下，收集系統(tǒng)回饋的能 量，起重機處于負載狀態(tài)下時，再將收集的能量送至主電網，達到節(jié)能環(huán)保的目的。根 據(jù) Skeleton 案例分析，在起重機系統(tǒng)中添加超級電容后相較添加前，系統(tǒng)可實現(xiàn)節(jié)能 30%、減少二氧化碳排放 10%。超級電容同樣可在電梯、地鐵輕軌等系統(tǒng)中發(fā)揮制動能 量回收的作用，實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保、降低運行成本的目標。
不間斷電源場景下，超級電容可在幾秒內提供兆瓦級的 UPS 解決方案，防止生產 損失與系統(tǒng)故障。不間斷電源（UPS）用于給對電源穩(wěn)定性要求較高的設備提供不間斷 的電源，該應用可以避免電壓暫降、暫升、中斷等電能質量問題造成的產品損失、生產 時間損失、設備損壞等嚴重后果。在數(shù)據(jù)中心、智能制造、數(shù)據(jù)信息化管理、安全生產、 電力電子制造等領域，連接電網和負載的超級電容 UPS 解決方案可在幾秒內提供兆瓦 級的脈沖，同時具備零維護、長壽命、寬工作溫度范圍等優(yōu)勢。
3. 供給端：產業(yè)鏈各環(huán)節(jié)攜手成長，本土廠商迎增長機遇
中國超級電容市場規(guī)?？焖僭鲩L。2021 年全球超級電容市場規(guī)模分地區(qū)來看，亞太 地區(qū)份額占 39%位列第一，中國是亞太地區(qū)超級電容市場規(guī)模排名第一的國家，2021 年 市場規(guī)模達 25.3 億元，占全球 24%份額，且中國市場規(guī)模同比增速達 32%，遠高于全 球市場 15%的同比增速，伴隨中國本土超級電容產業(yè)鏈各環(huán)節(jié)廠商的共同努力，中國有 望引領全球超級電容產業(yè)的發(fā)展。
產業(yè)鏈各環(huán)節(jié)廠商齊發(fā)力，加速推進超級電容國產化進程。上游原材料環(huán)節(jié)，電解 液國產化配套已相對成熟，電極、隔膜等高技術壁壘領域的國產化正在加速推進，元力 股份、凱恩股份已實現(xiàn)對國內超級電容廠商配套供貨，超級電容核心技術自主可控趨勢 凸顯。中游超級電容制造環(huán)節(jié)，本土超級電容廠商新建、擴產項目穩(wěn)步推進。下游終端 應用環(huán)節(jié)，電力能源、汽車是超級電容最主要的兩大增量市場，本土新能源市場的快速 增長將帶動超級電容產業(yè)鏈向國內遷移，且有中國中車、新筑股份等終端廠商通過參控 股方式，為本土超級電容廠商創(chuàng)造合作研發(fā)、協(xié)同成長機遇。
超級電容國產化率持續(xù)提升，本土廠商迎來高增長拐點。2019 年，美國超級電容龍 頭 Maxwell 被特斯拉收購，其超級電容業(yè)務增速逐步放緩，國內市場份額逐漸被本土廠 商搶占。目前，多家超級電容本土廠商已初具規(guī)模，其中，寧波中車憑借中車集團在交 通領域及風力發(fā)電的渠道優(yōu)勢及技術研發(fā)支持，已成為國內領先的超級電容廠商；錦州 凱美專精中小型超級電容，產品以單體為主，在消費類超級電容和智能儀表領域形成競 爭優(yōu)勢；江海股份憑借在工業(yè)電容領域的深厚積累，實現(xiàn)超級電容產品應用場景全覆蓋；上海奧威與烯晶碳能則主要聚焦電車領域。受限于超級電容項目投入周期較長，本土廠 商收入體量目前仍較小，未來，伴隨電網調頻、混合儲能、車用等新興領域市場的快速 起量，本土廠商有望迎來高增長拐點。
4. 投資分析
4.1. 江海股份：工業(yè)電容龍頭，鋁電解電容穩(wěn)增、薄膜&超級電容迎業(yè)績拐點
江海股份布局鋁電解電容、薄膜電容、超級電容三大業(yè)務，2021 年公司營收、歸母 凈利為 35.5 億元、4.4 億元，同增 35%、17%，22H1 營收、歸母凈利為 21.7 億元，3.0 億元，同增 30%、46%。業(yè)務結構方面，2021 年鋁電解電容、薄膜電容、超級電容三大 產品營收占比 80.2%、6.3%、6.8%，超級電容實現(xiàn) 2.4 億元營收，同增 47%。
4.2. 元力股份：國內木質活性炭龍頭，超級電容炭助力業(yè)績增長
元力股份自成立以來即專注于活性炭的研發(fā)、生產與銷售，2021 年實現(xiàn)硅酸鈉、白 炭黑、硅膠產業(yè)鏈整合?；钚蕴慨a銷持續(xù)向好，2021 年產量、銷量達 11.3 萬噸、11.4 萬 噸，同增 12%、20%，帶動公司整體營收和歸母凈利分別為 16.1 億元和 1.5 億元，分別 同比增長 42%和 21%，22H1 公司營收和歸母凈利分別達 9.9 億元和 1.1 億元，分別同比 增長 37%和 73%。公司積極布局超級電容炭產業(yè)，正在引領超級電容炭國產替代。元力股份目前已建 成 300 噸/年超級電容炭產能，預計 2024 年擴產到 1000 噸/年。客戶端，公司已與多家 超級電容廠商建立良好合作關系，包括已與中國林科院產業(yè)化工研究所南京開發(fā)總公司、 中國科學院重慶綠色智能技術研究院、錦州凱美能源有限公司等多家企業(yè)達成合作， 2019 年成為寧波中車超級電容炭產品指定戰(zhàn)略合作供應商。超級電容炭市場目前主要 被日本可樂麗所占據(jù)，公司正在引領超級電容炭國產替代，未來前景十分廣闊。4.3. 風華高科：國內被動元件領軍企業(yè)，已突破能量型鋰離子超級電容產品
風華高科是國內被動元件領軍企業(yè)，主營產品包括 MLCC、片式電阻器、電感器、 超級電容、陶瓷濾波器等多種電子元器件，是目前國內被動元件行業(yè)規(guī)模最大、元器件 產品系列生產配套最齊全的企業(yè)。根據(jù)公司消息，其鋰離子超級電容產品已實現(xiàn)量產， 在相同規(guī)格尺寸下，容量比碳基超級電容大 10 倍，技術處于國內領先水平。公司超級 電容全資子公司已于 2021 年 6 月投產，超級電容研發(fā)生產基地技術改造項目在持續(xù)推 進過程中，未來公司有望受益超級電容下游需求起量。
來源：未來智庫
報告出品方/作者：東吳證券，馬天翼、唐權喜