时代电气研究报告：迈入新能源时代的轨交装备龙头

  外延收购高压大功率 IGBT 厂商丹尼克斯实现技术飞跃：2008 年 10 月，当时作为中国南车二级子公司的 时代电气收购了加拿大多伦多交易所创业板上市公司丹尼克斯 Dynex75%的股权，成功切入高压大功率 IGBT 器 件市场。2009 年收购的丹尼克斯营收实现全部并表，为当年公司功率半导体业务贡献营收 2.26 亿元人民币。2019 年 1 月，公司以每股 0.65 加元现金收购了 Dynex 所有发行在外的 25%的普通股，耗资约 1310 万加元，折合约 6590 万元人民币，2019 年 3 月 15 日完成股权交割之后 Dynex 成为公司的全资子公司。丹尼克斯 Dynex 是当时 全球领先的高压功率半导体独立供货商之一，位于英格兰林肯，Dynex 具有 50 多年的历史，主要设计和生产双 极功率半导体器件、IGBT、功率组件和专用硅蓝宝石集成电路，产品大范围的使用在输配电、传动、航空、工业自动 化和控制等领域。2007 年，在大功率半导体领域的出售的收益排名中，时代电气与 Dynex 均位列前十位，完成对 Dynex 股权收购后，通过进一步的整合和发展，公司形成了大功率高压晶闸管、IGCT 和大功率 IGBT 等完整的 高压功率半导体产品结构。

  从外延收购到内化吸收成长为国内 IGBT 芯片龙头厂商：公司成功收购丹尼克斯，实现 IGBT 领域的第一 次跨越，在完成国内外相关 IGBT 业务和资产整合之后，2009 年底公司在株洲建成国内首条 6 英寸高压 IGBT 模块封装线，首次实现高压大功率 IGBT 模块的国产化。2014 年 6 月 20 日由南车株洲所投资建设的国内首条 8 英寸 IGBT 专业芯片线建成并投产，这也是世界第二条 8 英寸 IGBT 专业芯片生产线 英寸 IGBT 芯片，配套生产 100 万只 IGBT 模块，真正的完成 IGBT 的国产化。2020 年 9 月 26 日国内首条 8 英 寸车规级 IGBT 芯片生产线下线投产，二期设计产能为 2 万片/月，专为车规和新能源等中低压 IGBT 芯片打造， 如果按照车规模块测算，满产后预计将生产 200 万只 IGBT 模块。

  在高压 IGBT 领域积累的高标准产品控制与制造工艺成为公司切入中低压的核心优势：我们大家都认为公司能够 成功实现从高压 IGBT 切换至中低压车规 IGBT 的核心优点是品控，作为大型央企，从要求最高的轨交和电网 做起，相较于国内其他从工控产品或家电产品起家的竞争对手而言，对于产品工艺管控都执行更高的要求，所以产品质量标准也更高，产品一致性也更好。依据公司在高压 3300V~6500V 高压领域 IGBT 产品参数与国际大厂 如英飞凌，三菱和 ABB 的比较，公司在 1700V 和 4500V 电压的 IGBT 产品对应的导通电压降（Vces）略优于 英飞凌的参数，导通电压降低越少，导通损耗越低。其次在开光损耗对比方面，时代电气的 1700V 和 6500V 电 压平台的产品损耗基本与英飞凌持平。

  1.2 IGBT 模块产品覆盖轨交、电网、电动车与新能源发电，国产替代空间广阔

  IGBT 模块从中低压到超高压全覆盖：公司的 IGBT 模块按照电压区间可大致分为高压领域和中低压领域，其 中 3300V 以上的高压模块用在城轨和电网，1200V 和 1700V 的 IGBT 模块主要用在高端工控、光伏和风电等领 域，750V 和 1200V 电压的功率模块大范围的使用在电动车的电驱逆变器。不同于国内其他功率半导体厂商是从低压 向高压领域扩展，公司采用的是相反的渗透路径，依托公司在轨交领域的竞争优势，率先实现了 IGBT 在轨交 领域的国产化替代，2008 年开始开拓电力市场，2017 年开始在电网用的高压 IGBT 斩获订单，2020 年公司获得 了广汽和东风的乘用车 IGBT 模块订单，成功将公司的 IGBT 产品线从高压领域逐步延伸至中低压领域。

  公司的功率半导体业务除了 IGBT 芯片与模块以外，还包括双极器件和正在研发布局的碳化硅器件，目前 公司双极器件包括整流管、晶闸管、IGCT 和功率组件，其中晶闸管占比较高，每年产值接近 4 个亿。晶闸管能 在高电压、大电流的条件下工作，晶闸管因为其在工作中具有可操作性、被广泛的应用于可控整流、交流调压、 无触点电子开关等电子电路中，是典型的小电流控制大电流的设备。晶闸管和 IGCT 作为电流控制型器件，可 以用于海上风电变流器的核心器件，另外在柔性直流输电换流阀的作为 IGBT 的保护器件。

  碳化硅器件是公司下一个技术攻关重点：目前碳化硅二极管已经小批量出货，碳化硅 MOS 模块产品已经 推出，我们预计碳化硅 MOSFETs 模块将来是公司的研发重点。公司的 SiC MOSFET 芯片已经发展了 4 个代次， 从第三代开始面向车规级应用，目前已经推出的 1200V/600A 的 SiC MOSFET 模块 S3 能够满足 120KW～200KW 功率等级电驱需求，在 190KW 高输出功率条件下，逆变总损耗可以比硅基 IGBT 降低 54%，逆变效率从 97.% 提升至98.77%。此外公司在2021年底也发布了国内首款基于自主碳化硅芯片的大功率电驱产品 C-Power 220s。

  外延并购+内生扩展新能源大赛道，公司 IGBT 营收稳步增长：根据港股时代电气披露的功率半导体业务营 收规模统计，2008 年公司完成收购丹尼克斯，并表营收为 3530 万元，2009 年丹尼克斯营收全部并表，贡献营 收 2.26 亿元，所以公司在 2009 年通过外延收购实现了第一次收入规模的跨越，达到 4 亿元以上的营收规模， 同比成长超过 100%。此后在长达十年的时间内，公司的营收一直在 4-6 亿区间上下波动，直至 2020 年公司 IGBT 业务收获了南方电网项目订单与乘用车领域广汽和东风的批量订单，营收跃升至 8 亿。随着新能源汽车业务进 入快速放量期，2021 年前三季度功率半导体营收达到 7.27 亿元，预计全年公司功率半导体业务营收有望进一步 突破 10 亿元营收，再创历史新高。

  国产替代空间广阔，切入汽车和工业领域打开新的增长空间：2019 年全球 IGBT 市场规模预计在 64 亿美 元，2020 年市场规模微幅增加 4%提升至 66.5 亿美元，2021 年市场开始快速复苏，预计 2021 年全球 IGBT 市场 规模将同比增长 20%，将达到 76.8 亿美元。从市场结构来看，IGBT 主要 IGBT 模组和 IPM 模块形式为主，两 者合计营收占比超过 76%，在 IGBT 单管和 IGBT 模块市场份额最高的是德国英飞凌，市占率超过 30%，在 IPM 模块市场日本三菱市占率排在第一位，高达 32.7%。国内厂商士兰微和华微电子在 IPM 模块中进入了全球前十， 分别位列第九位和第十位，在 IGBT 模块领域，斯达半导进入全球前十，排名第六位。从 2020 年 IGBT 模块 全球应用占比来看，工业控制占比 33.5%，是目前 IGBT 最大的应用领域，新能源汽车占比 14.2%。未来，汽 车电动化、智能化推动车规级 IGBT 成为增长最快的细分领域。

  2025 年国内 IGBT 市场规模将增加至 592 亿元，CAGR 达到 27%：根据集邦咨询的统计，2018 年中国 IGBT 市场规模预计为 153 亿人民币，相较 2017 年同比增长 19.91%，2020 年受益于新能源汽车和光伏、风电等新能 源发电领域需求的大幅增长，我国 IGBT 市场规模持续增长，我们预计 2025 年国内 IGBT 市场规模将增加至 592 亿元，2020 到 2025 年复合增速 CAGR 为 27%。从需求结构进行分析，2018 年国内 IGBT 需求占比最大的领域 是新能源汽车，占比为 31%，紧随其后的是消费电子和工业控制，市场规模占比分别为 27%和 20%。时代电气 此前所在的轨交和电网在 IGBT 芯片市场占比分别为 4%和 5%，合计市场占比仅为 10%，公司切入新能源汽车、 工控和新能源发电等新领域之后，市场增长空间也大幅拓宽。

  IGBT 需求集中汽车和工业领域，德美日等国具有市场垄断性优势：在 IGBT 下游的需求主要集中在汽车、 工业控制和家电等领域，不同于 MOSFET 多以分立器件形式应用为主，IGBT 则以更常见的形式如 IGBT 模块 和 IPM 模块广泛应用于汽车和家电终端产品，尤其是汽车工业在欧洲、日本和美国更为发达，所以 IGBT 芯片 市场主要被德国英飞凌，日本罗姆、三菱以及美系大厂安森美和 ST 意法半导体等厂商控制。

  公司覆盖全产业链环节，下游终端产品助力 IGBT 器件产品快速迭代：IGBT 产业链包括上游的硅片厂， 到中游环节的芯片设计、制造与模块封装，下游是系统或者逆变器厂商，国内覆盖整个产业链中游和下游的厂 商包括新能源汽车厂商比亚迪以及时代电气所属的中国中车。相较于国内其他的 IGBT 芯片与模块竞争，时代 电气自身也能够设计与制造电驱、光伏逆变器和风电变流器等下游系统级产品，对于公司的芯片和模块性能能 够提供及时的反馈，大大加快了公司产品的迭代速度。（报告来源：未来智库）

  英飞凌 IGBT 芯片设计与制造工艺与模块封装技术一直是行业的标杆，虽然行业内各家公司的技术代际划 分不同，但是都可以对标到英飞凌的不同代际，英飞凌四代是市场公认的一个技术分水岭，四代以后英飞凌定 义了面向车规、工业等不同领域的芯片和模块标准，而且这一代工艺一直是应用最广泛的。英飞凌四代之后的 第五代和第六代工艺都是针对第四代工艺的完善，而且推出的第六代工艺增加了高频版本，可以应用于光伏和 风电等新能源发电领域。真正出现技术革新的是 IGBT 第七代工艺，同时定义了面向车规、光伏和工控的版本。 时代电气车规级 IGBT 对应英飞凌的第五代升级版 EDT2，目前公司已经有对标英飞凌第六代和第七代精密微沟 槽的产品，但是仍处于小批量出货，大范围应用的还是对标英飞凌第四代采用 HPD drive 进行封装的模块。

  以面向新能源汽车推出的车规级 IGBT 模块为例，公司在市场上主要推出了物流、大巴车半桥模块，A00 级小功率模块和 A 级以上的 100kw 以上的大功率模块。公司在 2019 年开始推出 750V 和 1200V 的低压产品， 主打物流车进行小批量应用，但是由于低压模块在核心参数设计没有达到车规要求，所以最初的模块产品并未 受到市场认可。为了快速进入即将爆发的新能源汽车市场，公司在自有 IDM 产线进行了多次迭代，凭借高压模 块产品积累的工艺能力，在 2020 年对产品进行了升级，750v/800A 和 1200v/800A 的模块产品已经导入了国内 大部分主机厂客户，尤其是凭借出色的输出功率成为最先导入 A 级车的国产 IGBT 模块。另外公司此前面向大 巴车的 1200V 的模块和 A00 级电动车的小功率模块产品均得到了下游客户的认可。

  2.2 2022 年车规模块市场份额大幅提升至 14%，排名国产厂商第一位

  2021 年我国新能源市场大幅增长电动车汽车销量为 340 万辆， 预计 2022 年增加至 550 万辆 ，同比大幅 增长约 62%，对应的车规 IGBT 模块与电动车的比例如果按照 1.5：1 测算，国内 IGBT 模块市场规模在 2022 年 达到 825 万只。车规 IGBT 模块龙头厂商德国英飞凌，在国内的模块供应量为 60 万-70 万个，如果考虑到从德 国直接出口至国内的车规模块，预计全年出货量将达到 60-80 万个，在 2019 年和 2020 年曾一度占据国内近 50% 的市场份额。2021 年国内电动车市场爆发式，英飞凌的扩产进度比较缓慢，明显低于行业增速，预计份额将从 2020 年 50%的市占率高位降至 13%。

  时代电气在新能源汽车市场布局较早，2019 年推出车规 IGBT 模块产品，2020 年开始陆续斩获造车新势力 与广汽、东风等汽车主机厂客户订单，而且公司投产的二期 IGBT 车规产线 年底完成通线 年进入产能释放期，我们预计公司 2022 年车规 IGBT 模块出货量有望达到 112 万只，与英飞凌在 2022 年的出 货量几乎持平，成为国内车规 IGBT 模块份额最大的国产供应商，国内市占率将达到 14%，市场占有率大幅提 升 8%。

  2022 年是国产 IGBT 厂商份额大幅提升的一年，海外龙头厂商扩产进度低于预期，反观国产厂商对于国内 电动车政策理解更深刻，扩产也更积极，无论是与时代电气采用 IDM 生产模式的士兰微、比亚迪还是采用晶圆 代工模式的斯达半导体，在 2022 年的供应比例均大幅提升，国产厂商份额在 2022 年总计将达到 43%。

  车规级 IGBT 产线投产，IGBT 产能领先国内：国产功率半导体厂商在中高压产品如 IGBT 领域的国产化率 能够实现快速提升的关键在于提前布局的晶圆产线 年进入投产期，而国外厂商对于汽车电动化的政策预 判远不如国内厂商乐观，因此国外厂商的扩产进展落后于国内厂商。根据我们统计，2022 年全球新增 IGBT 产 能（等效为 8 寸晶圆）增长约 6 万片/月，国内新增 4 万片/月，国外预计新增产能为 2 万片/月，国内新增产能 占全球比列约为 2/3。分厂商来看，IGBT 产能增长较多的 IDM 厂商包括时代电气（新增 1 万片/月），士兰微（新 增产能约 1 万片/月），代工厂产能增量较大的主要是华虹、积塔和中芯绍兴等企业。时代电气在新增的 IGBT 产 能中，预计贡献约 25%的增量，在 2022 年投产的 2 期产线 寸车规 IGBT 产线，为公司在车规 IGBT 市场扩大市占率提供了产能保障。

  随着各国陆续出台燃油车禁售时间表，电动车对燃油车的替代趋势已经不可逆转，而功率半导体作为电动 车半导体价值量最大部分，未来成长空间巨大。根据 Strategy Analytics 的统计，纯电汽车的功率半导体价值增 量超过 400 美元，其中 75%的功率半导体用于电驱系统中的逆变器，例如 IGBT 模块，MOSFETs 模块以及 SiC MOSFETs 模块，而剩下的 25%的功率半导体则用于车载充电机（OBC），直流-直流升/降压（DC-DC），电池管 理系统、电动空调等设备。

  2019 年到-2020 年国内新能源汽车销售规模为 120-130 万台，增速相对平稳，2021 年国内新能源汽车销量 达到 340 万台，按照单车功率半导体价值为 3000 元计算，对应约 102 亿左右的车载功率半导体市场规模。随着 电动车渗透率的持续提升，预计到 2025 年国内新能源汽车销售量将达到 953 万辆左右，如果考虑采用 SiC MOSFETs 模组的厂商渗透率在 2025 年达到 12%，国内车载逆变器对应的功率半导体市场需求约为 209 亿左右， 整体车用功率半导体市场规模将将达 278 亿元，相较于 2021 年 102 亿的市场规模仍有近 2 倍的成长空间。（报告来源：未来智库）

  光伏发电是未来清洁能源最重要的一种形式，其中最核心的 部件是将太阳能电池板上产生的直流电转变为与电网电压同相同频交流电的光伏逆变器。以装机量占比超过一 半的组串式逆变器为例，光伏逆变器的功率单元从结构上可以分为升压单元（DC/DC）和逆变单元（DC/AC）。 升压单元用于实现电池板的最大功率跟踪(MPPT)，根据电池板的连接方式以及逆变器的功率等级，升压单元可 以一路或者多路不等。逆变单元用于将直流电压转换为工频的并网电压，最后通过隔离变压器接入电网。

  从升压模块的基本电路拓扑结构中可以看出内部集成了三路 MPPT，每一路都包含一个 IGBT 单管和低饱 和压降的旁路二极管。该模块式英飞凌为光伏应用定制的模块，其中 IGBT 采用的是英飞凌在 1200V 单管上广 泛使用的 H3 芯片，如果旁路二极管采用 SiC 二极管则可以带来系统效率和性能的大幅提升，根据仿真结果， 采用 SiC 二极管替换硅二极管升压电路的总损耗可以降低 30%。

  光伏逆变器中的逆变单元功能是将直流电转换成与电网兼容的交流电，一般两电平拓扑或者三电平拓扑都 能够适用于该单元实现功率转换，但是采用三电平拓扑效率更高。以英飞凌采用 Easy3B 封装的逆变模块为例，采 用三电平拓扑的逆变单元使用了 6 个 IGBT 芯片和 6 个 FRD 快恢复二极管。

  通过研究固德威在招股书披露的 2019 年公司采购成本细项，可以发现功率半导体器件在公司逆变器成本中 的占比为 11%，固德威主要产品为组串式逆变器，在各项成本中排在第三位。相比之下，以微型逆变器为主的 禾迈股份成本结构中，半导体器件与功率模块占比为 14%，预计功率半导体在逆变器的成本中平均占比约为 12%。

  根据固德威披露的 2019 年逆变器单位功率成本，单项并网逆变器、三项并网逆变器和储能逆变器成本分别 为 0.37 元/W，0.18 元/W 和 0.72 元/W，由于目前公司储能逆变器营收占比较少，仅看组串式逆变器的单位功率 成本预计为 0.25 元/W，集中式光伏逆变器单位功率成本更低，预计在 0.16-0.17 元左右，综合来来总体光伏逆变器的单位功率成本约为 0.2 元/W，每 GW 对应的逆变器价值量为 2 亿，每 GW 对应的功率半导体价值量为 2400 万元左右。

  根据 2025 年完成碳达峰的目标测算，中国光伏协会预计在 2025 年全球光伏新增装机量将达到 330GW，如 果我国占全球光伏装机量的比例约为 40%，那么在 2025 年国内新增光伏装机量将达到 129GW。由于光伏逆变 器的替换周期是 5-8 年，如果考虑替换需求带来的光伏装机量，预计 2025 年全球和我国光伏装机量需求将达到 460GW 和 177GW，如果按照光伏 IGBT 占逆变器成本比例为 12%进行测算，每 GW 对应的功率半导体价值量 为 2400 万元左右，2025 年全球光伏 IGBT 市场规模将达到 110 亿元，国内光伏装 IGBT 市场规模将达到 42 亿 元。

  风电变流器作为风电机组的部件之一，成本在整个风机中占比约为 4%，按照变流器技术的不同，可以分为 双馈变流器和全功率变流器两类。其中全功率变流器在风电行业，大部分是适配永磁发电机。它是在发电机定 子与电网之间连接了一个与发电机功率相同的变流器。双馈变流器适配的是双馈发电机，它是在发电机转子与 电网之间连接一个变流器。

  所以双馈变流器最突出的优势就在于，在相同风电机组功率下，双馈变流器的容量仅是全功率变流器容量 的 1/3，成本更低。也由于这种与电网的强耦合，使得双馈变流器对电网波动更敏感。而全功率变流器虽然成本 更高，由于其与电网全隔离的特性，使得发电机受到的冲击更小，寿命更长，稳定性更好。尤其是在低电压穿 越、无功支撑等电网适应能力上，突出的友好。

  1700V 的半桥模块是风电 IGBT 模块主流：风电变流器的核心部件之一就是 IGBT 模块，在降本提效的要 求下，风机单机功率增大已经成为不可逆转的趋势，单机功率增加可以有效降低风场的度电运营成本，大功率 意味着大电流，为了减少系统成本，国内 1140V 风机系统越来越成为主流。将风机电压从传统的 690V 提升至 1140V，同等功率的风机电流降低 35%，大幅提升电气传动系统和输变电系统的效率，降低度电成本，使得产 品具备更强的市场竞争力。对于 1140V 变流器如果采用两电平拓扑，需要 3300V 电压等级 IGBT 模块，但是 3300V 器件的开关和导通损耗无法满足系统的效率和开关频率的要求，同时价格也更贵，因此采用 1700V 的半桥模块 组成三电平拓扑目前是国内主流方案。

  风电变流器需求稳定增长，预计对应的 IGBT 模块市场预计在 2025 年达到 28 亿元。风电变流器成本中 IGBT 占比约为 20%，预计 2022 年风电 IGBT 市场规模约为 18 亿元，随着风电抢装潮在 2020 年结束，2021 年风电变流器市场略微下降，随着海上风电进入平价阶段，装机需求逐步上升，预计到 2025 年国内风电变流器市场空间 为 139 亿元，对应的 IGBT 市场需求约为 28 亿元。

  IGCT 全称为集成门极换流晶闸管，作为新型晶闸管，性能明显优于前一代晶闸管 GTO，在部分应用领域 比 IGBT 更具竞争力，能够实现高压大容量能量转换，具有耐高压、耐大电流、损耗低、容量密度大、开关速 度快、结构简单、安全性高、可靠性高等优点,可以广泛用于工业设备、新能源发电和轨道交通领域。

  海上风电场景中 IGCT 作为变流器主功率器件：除了 IGBT 的技术路线外，在海上风电场景中，在需要达 到 4500V 以上电压等级时，IGCT 作为电流控制型器件的耐压能力更强，所以国内最大的风电变流器厂家禾望 电气中压风电变流器则使用 IGCT 作为主功率器件，采用三电平电路拓扑结构。与 IGCT 相比，IGBT 工作电流 较小，增加输出容量，只能采用元件并联或变流器并联的方式。无论是采取元件串联或并联使用还是采用变流 器并联的方法，都会增加系统的复杂性，导致效率和可靠性的降低。但是 IGBT 的工作开关频率较高，适用于 低电压应用，而 IGCT 适用于高电压或中压。

  预计到 2030 年海上风电带来 IGCT 市场需求约为 10 亿元：在全球范围内，IGCT 生产商主要是瑞士 ABB， 德国英飞凌、日本三菱和美国 GE 等国外企业，在我国，株洲时代电气是全球第三家具有自主生产 IGCT 生产能 力的企业，也是我国唯一同时掌握晶闸管、IGCT、IGBT 及功率功率组件全套技术的企业。以海上风电场景为 例，2021 至 2030 年，预计新增装机容量 50GW，考虑风机变流器及柔性直流换流阀等电力装备，需 4.5kV 以上 器件 50 万只，即 5 万只/年，如果按照单价 2 万元/只考虑，预计风电市场用到的 IGCT 市场规模约为 10 亿元。

  在双碳政策的大背景下，光伏发电和风力发电等清洁能源在整个能源结构中的占比提升是必然趋势，所以 公司不仅在 IGBT 模块领域推出了车规模块，同时公司也进入工业领域，推出适用于光伏、风电以及高端工业 控制需要的 IGBT 模块，产品覆盖 1200V 和 1700V 两个主流电压平台，从 2019 年初量产的 450A/1700V 模块到2019 年底推出的 1400A/1200V 和 600A/1700V 等大电流模块。

  不同于国内其他厂商率先从 IGBT 单管切入市场，公司在工业领域推出的 IGBT 产品主要以模块产品为主， IGBT 模块无论在技术壁垒还是价值量都比单管产品更高。单管的封装形式简单，成本更低，但是没办法做到较 高的功率输出，需要采用多个单管并联的方式。而模块则是多个 IGBT 芯片并联，输出的电流更大，模块的最 高电压等级一般会比单管高 1-2 个等级。此外模块中的 IGBT 芯片按照特定的电路形式组合，如半桥或者全桥， 可以减少外部电路连接的复杂性。此前国内在工业领域的模块主要聚焦在低压模块领域，国内在家电 IPM 模块 和工业模块领域进行了多年，目前士兰微在家电 IPM 模块领域处于全球领先的位置，工业领域斯达半导是国内 IGBT 模块的领导者而公司在电网和轨交等高压领域的 IGBT 产品具有领先优势。但是在光伏、风电和高阶工控 IGBT 模块领域海外厂商占比较高，我们认为公司有望在国内光伏和风电市场快速发展的趋势中能够在 1200V-1700V 领域的 IGBT 模块实现快速的国产化。

  公司在轨交和电网等高压 IGBT 领域产品线V 电压等级的产品，其中 1700V 用于轻轨的牵 引变流器，3300V 和 4500V 电压平台的牵引变流器在多用于客运动车和货运机车领域，而电网高压输电用到的 变流模块电压则高达 6500V。

  公司在轨交和电网领域的 IGBT 占有行业领导地位，行业市占率均超过 50%，不过这两个领域 IGBT 的市 场规模相对稳定，预计轨交领域一年的 IGBT 市场规模约为 10 亿左右，电网规模预计也在 10 亿上下。目前公 司轨交领域 IGBT 主要在货运机车牵引变流器，客运动车领域的牵引变流器还是采用海外大厂如英飞凌的 IGBT 芯片。公司在 2019 年开始进入电网领域的 IGBT 模块供应，公司招股书披露 2020 年销售给国家电网的功率半 导体器件营收达到 2.9 亿元。

  预计未来柔性直流输电的快速发展带动公司 IGBT 模块业务腾飞。柔性直流输电技术是一种新型直流输电 技术，它将半控型电力电子器件升级为全控型电力电子器件，不仅具备输送容量大、功率损耗小、可以实现非 同步电网联络等常规直流输电技术的所有优点，还让直流输电的适应能力上了一个新台阶。柔性直流输电是一 种完全可控的直流输电。通俗地讲，柔性直流输电技术在电网中的应用，相当于接入了一个完全可控的水泵。 换流阀是该工程的核心装置，而 IGBT 器件作为装置核心的开关部件，相当于换流阀的“心脏”。中国在直流工 程中累计工程及容量世界第一，柔性直流输电应用在中国进入高速发展阶段。预计“十四五”期间直流输电工 程总投资规模接近 4000 亿元，预计十四五期间柔性直流带来的新增市场需求中换流阀约 450 亿，晶闸管、 IGBT 约 50 亿、107 亿。

  时代电气的 IGBT 模块是柔性直流输电领域唯一一家高压 IGBT 供应商。2016 年时代电气的 8 英寸 IGBT 模块就首次在额定电压和输送容量世界最大的厦门柔性直流输电工程中投用，成功打破了国外巨头对该市场的 垄断局面。在输配电行业，公司生产的 3300V 等系列 IGBT 批量应用于柔性直流输电、百兆级大容量电力系 统，为我国柔性输配电工程的建设提供核心技术保障；在输配电领域，公司生产的 IGBT 应用于乌东德工程、 张北工程、如东工程以及厦门柔直、渝鄂柔直、苏南 STATCOM、江苏 UPFC 等多个项目，为我国柔性直流输 电工程的建设提供核心基础器件支撑，晶闸管产品累积应用于国内外 23 个特高压直流输电工程和 7 个柔性直 流输电工程。

  4.1 汽车电驱业务：打通全产业链，2021 年累计出货量达到 10 万套 4.1.1 公司新能源乘用车电驱业务厚积薄发，将迎来放量 2002 年株洲所电动汽车项目部 8 人团队成立，开启了新能源汽车技术创新和产业化征程。2003 年，株洲所 被国家科技部评定为“国家高技术发展计划（863 计划）成果产业化基地”；株洲所研制成功湖南省首台纯电动 公交。2005 年，株洲所“电动汽车驱动电机及其控制系统”、“燃料电池轿车 DC/DC 变换器”通过湖南省科技 成果鉴定。2006 年，株洲所成功申报 3 个“十一五”国家“863”电动汽车重大专项课题。2008 年，第一批 140 台混合动力公交车交付株洲公交使用，首开国内电动汽车批量订单先河。

  2010 年，中车株洲所以央企联盟乘用车共性技术研究项目为切入点，开展乘用车电机驱动系统研究，承担 了 12 个项目中的 9 个项目，获取国有资本金支持 2.5 亿元。2014 年，公司正式成立汽车事业部，开展新能 源乘用车电驱系统和动力总成系统的产业化工作，生产新能源电动汽车的核心部件，为整车企业配套。2015 年， 公司成功开发出汽车级 IGBT 模块，并依托母公司——中车株洲所在电驱动和控制系统的基础与前沿技术、仿 真技术及软件技术，形成了从关键芯片到关键器件，再到系统集成、检验检测的完整技术链和产业链。

  目前汽车事业部已经形成了“关键器件”+“核心部件”+“系统集成”的一体化产业布局：公司电驱动力 总成中电控为自产，电机由母公司旗下襄阳中车电机提供，减速器由株洲齿轮提供，总成由无锡中车浩夫尔进 行。襄阳中车电机产品主要涵盖交流感应（异步）电动机、永磁无刷电动机、开关磁阻电动机等，主要应用于 乘用车、商用车、专用车、无轨电车等。株洲齿轮有限责任公司始建于 1958 年，现为潍柴集团控股子公司，是中国齿轮传动行业重点骨干企业，中国齿轮行业标准起草单位。

  携手德国浩夫尔进入汽车电驱领域，在建年产能达到 30 万套：公司汽车电驱集成业务的经营主体为无锡中 车浩夫尔动力总成有限公司，无锡中车浩夫尔动力总成项目于 2019 年建设，并且于 2020 年建成投入运营，进 行新能源汽车动力总成产品的研发和生产，达产后年产新能源汽车动力总成 30 万套。该合资公司由株洲中车时 代电气股份有限公司与德国 hofer 集团共同设立，其中德国 hofer 集团是一家专注于电气化、混合动力和传统内 燃机动力总成领域提供解决方案的系统供应商，在过去的 35 年里广泛服务于全球乘用车、商用车等厂商。

  2019 年，公司电驱系统智谷工厂在株洲轨道交通创新创业园正式建成投产，智谷工厂总面积 2 万平方米， 主要用于生产新能源乘用车电驱系统及相关部件，规划产能 30 万台。形成了 30—160 千瓦功率范围的全系列产 品，可以满足 A00—C 级车及 SUV 的需求，并与国内多家主流车企进行深度技术对接和共同开发合作另外，面 对旺盛的下游需求，公司进行电驱产能扩建，项目于 2021 年 9 月环评，施工期为 6 个月。主要建设内容包括新 增 1 条自动化电机控制器产线 条电子测试产线 条 IGBT 组件生产线 个立体仓库。项目建成运营后， 提升电机控制器产能 10 万台/年、电机控制器板卡综合产能 10 万台/年。

  2021 年公司电驱动力总成累计下线 日，公司 C-Car 平台 孵化的全新一代产品 C-Power 220s，在中车电驱第 10 万台产品下线暨第二届中车电驱自主创新技术高峰论坛上 正式发布，该产品是国内首款基于自主碳化硅（SiC）大功率电驱产品，系统效率最高可达 94%。可适应当前新 能源汽车高频快充、长续航、高安全的需求，并广泛适配于高端轿车、SUV 等车型。根据 NE 时代统计 2021 年公司乘用车电驱配套系统销量达到 5 万台，同比增长超过 500%。另外，根据公司披露 2021 年公司电驱动力 总成下线 年公司电驱系统销售量进入前十，配套一汽、长安等多款车型：目前公司配套电驱系统包括一汽红旗 首款纯电动车 E-HS3、奔腾首款纯电动车 E01，长安汽车奔奔 e-star、长安 CS15EV 等；江铃汽车和雷诺各占 50%股份的江铃新能源 E400、E300 等；浙江合众的哪吒 V、Y 和 N01 等；国机汽车智骏的 GC1、GC2 等车型。

  过精密机械零部件对外传输动力。其新能源车中发挥了燃油车中“发动机+ECU 电控单元+变速箱”的作用，对 新能源汽车整车使用性能的动力性、经济性、舒适性、安全性等核心指标具有较大影响。

  电驱动力总成目前主要分为三合一及多合一，三合一目前成为主流。三合一指电机集成减速器及电机控制 器，多合一指电机集成减速器、电机控制器、充电机、交直流转换器、高压分线盒等。三合一与多合一不仅可 以共享外壳耦合及冷却系统，还可以共享电路及功率开关器件，有效降低电驱动系统的体积和重量。在电驱系 统体积减小的情况下，高集成化电驱系统的应用范围大幅度提升，能部署到更多车型中，实现大规模的批量生产，从而降低零件的采购和制造成本。目前多合一系统由于热管理、电磁干扰故障率等因技术问题尚未得到良 好解决，规模化应用受限。2019-2021 年电驱三合一总成装机占比分别为 26%、37%、54%，电驱三合一装机占 比持续提升。

  纵观中车集团风电产业发展历程，中车株洲所风电产业的发展共经历三次大的转变：第一次是承接国家战 略，决定从轨道交通主业向新能源领域延伸，由此催生了风电整机和风电叶片产业；第二次是前瞻性布局产业 链，依托同心多元的产业技术优势，成功运用中车株洲所器件、算法、材料三大根技术，自主构建了“器件— 部件（叶片、变流器）—整机”的业务体系，形成较为完整的风电装备产业链；第三次是顺应行业发展趋势， 借国家“双碳”战略东风，以中车“一核三极多点”业务结构为依托，将风电产业打造成为最重要的新兴业务 增长极。

  2020 年，中车株洲电力机车研究所有限公司风电事业部完成了年产 1300 台以上的供应链产能建设，实现 了 56 个项目的顺利交付，打破多项历史纪录。全年交付整机 1255 台套，同比上年增长 731%，2021 年风电业 务收入突破 100 亿元大关，成为中车株洲所继轨道交通、新材料之后的第三个百亿产业。

  根据 Wood Mackenzie 统计，2020 年全球十六大风电整机厂中，远景能源和中车风电皆有来自时代电气的 风电变流器供给，其装机占比分别为 14%和 34%，对应功率分别为 1.5GW 和 1.4GW。若按照 11 万元/MW 的风 电变流器平均价格计算，则预估 2020 年时代电气来自风电变流器的收入达到 3.2 亿元。

  根据北极星风力发电网的统计，2020 年国内风电装机量合计达到 5443 万千瓦，同比大幅增长 103.2%，其 中公司变流器供应的主要客户远景能源和中车风电在 2020 年的装机量分别成长 77.7%和 283.5%，超过行业龙头 金风科技 53.2%的装机量提升比例。在市场占有率方面，跟公司所属同一集团的中车风电的市占率提升了约 3 个 百分点，在装机量排名前十的厂商增幅排名第二，仅次于电气风电 3.8 个百分点的份额提升。我们认为公司风 电变流器业务将随着下游重点客户如远景能源和中车风电的装机量份额快速提升而进入成长的快车道。

  4.2.3 全球风电装机量预计在 2025 年达到 104GW，风电变流器市场空间将达到 126 亿

  在全球风电装机量方面，全球风能理事会（GWEC）发布的分析报告显示，2021—2025 年预计全球新增风 电装机 470GW，同时参考彭博 NEF 对于未来五年的风电装机量预估，预计 2021-2025 年全球风电装机量分别为 88GW，90GW，92GW，96GW 和 104GW。国内根据能源结构和能源消费预测，到 2025 年风电发电量规模翻 倍的需求来看，风电的装机规模在 2025 年新增规模至少不低于当前已有的装机规模，也就是说，2021-2025 年 风电将继续新增 280-300GW，如果乐观估计累计装机量达到 300GW，预计国内在 2021-2025 年装机量分别为 40GW，50GW，60GW，70GW 和 80GW。由于海上风电绝大部分变流器采用全功率变流器，而陆上风电全功 率变流器正在逐步替代双馈型变流器，我们预计海上风电变流器价格会略高于陆上风电采用的变流器价格，国 内风电变流器在 2022 年市场规模将达到 85 亿元，2025 年国内市场规模增长至 126 亿元。

  公司在光伏逆变器领域积累深厚。公司从 2009 年开始研发生产光伏逆变器，2010 年 250kW、500kW 大功 率光伏逆变器通过 TUV 认证，截止 2021 年公司累计出货逆变器 8000 台套，容量达到 4GW，并于 2021 年开 始推出新型集中式 3.XMW 和组串式机型。

  公司光伏逆变器拓展市场的速度明显加快。根据 2021 年招标统计，子公司株洲变流国家工程研究中心入选 多个央企光伏逆变器框架集采项目，包括中核的 1.8-2.0GW 预装集中式逆变升压一体机、中国能建的 1.2-1.5GW 集中式逆变器、中节能 160 台逆变器、中核（南京）的 0.5GW 组串式逆变器。另外，2021 年 11 月，公司还获 得国华能源江西分公司 472MW 全容量光伏逆变器设备订单。

  4.3.3 组串式逆变器占比提升至 70%，预计 2025 年全球光伏逆变器市场规模将达到 600 亿

  根据 CPIA 预测，乐观情境下 2025 年全球光伏装机量为 330GW，如果考虑到光伏逆变器的替换需求，若 假设 2021 年逆变器功率成本平均为 0.20 元/W，考虑到未来几年逆变器功率成本在 2025 年降至 0.15 元/W，则 全球 2025 年对应的市场规模为 690 亿元人民币。2022 年国内光伏新增装机量约为 80GW，如果考虑到替换需求 超过 50GW，预计国内光伏逆变器市场规模将达到 229 亿元人民币，远期来看，2025 年国内光伏逆变器市场将 增长至 265 亿元。

  公司在轨道交通装备产品方面具有“器件+系统+整机”的产业结构，产品主要包括以轨道交通牵引变流系 统为主的轨道交通电气装备、轨道工程机械、通信信号系统等。公司在牵引变流系统技术体系方面具备自主知 识产权，打破了早期国际巨头的技术垄断，是我国轨道交通行业具有领导地位的牵引变流系统供应商。根据城 轨牵引变流系统市场招投标等公开信息统计，公司 2012 年至 2020 年连续九年在国内城轨牵引变流系统市场占 有率稳居第一，牵引变流系统产品大范围的应用于机车、动车、轨等领域，覆盖包括“和谐”系列交流传动机车、 “复兴号”动车组、城际动车组、地铁列车、磁悬浮列车在内的各类车型。

  公司轨交装备收入占比较超过 80%。2018-2020 年公司轨交装备业务收入分别为 138.2 亿元、144.3 亿元、 138.9 亿元。轨交装备业务占整体收入比例分别为 88%、89%、87%。

  根据城轨牵引变流系统市场招投标等公开信息统计，公司 2012 年至 2020 年连续九年在国内城轨牵引变 流系统市场占有率稳居第一，2018 年公司城轨牵引变流系统国内市场占有率超 50%，2019 年和 2020 年均超 60%。在城轨领域，根据地铁公司、地方城市轨道交通企业等单位采购轨道工程机械的公开信息及公司统计， 2018-2020 年公司在城轨用轨道工程机械领域的市场占有率分别为 29.88%、35.83%和 28.24%，保持在较高水 平。

  我国政策支持轨道交通行业发展。目前，我国铁路网建设进入加快发展的新阶段，以“八纵八横”高速铁 路为骨架的国家快速铁路网基本建成，中西部路网骨架加快形成，综合客运枢纽同步完善。根据《新时代交通 强国铁路先行规划纲要》，到 2035 年，我国 20 万人口以上城市实现铁路覆盖，其中 50 万人口以上城市高铁通 达；到 2050 年，全面建成更高水平的现代化铁路强国，形成辐射功能强大的现代铁路产业体系，建成具有全球 竞争力的世界一流铁路企业，成为世界铁路发展的重要推动者和全球铁路规则制定的重要参与者。

  我国高铁营运里程实现较快增长。2009-2020 年，中国高铁营业里程和普铁营业里程的复合增长率分别为 26.0%和 2.4%。截至 2020 年末，我国高铁营业里程 3.8 万公里，普铁营业里程 10.8 万公里。根据《新时代交通 强国铁路先行规划纲要》，到 2035 年，全国铁路网规模达到 20 万公里左右，其中高铁达到 7 万公里左右。

  我国铁路固定资产投资经历高增长后保持高位。我国铁路固定资产投入主要包括基础设施建设投资和轨道 交通车辆投资。自 2014 年起，中国已连续六年保持每年 8000 亿元以上铁路固定资产投资额。2019 年，中国铁 路固定资产投资总额完成 8029 亿元，投产新线 公里，其中高速铁路 5474 公里；2020 年，受新冠疫情影响，国铁集团对轨道交通车辆的招标时间略有延迟，轨道建设进度也存在一定程度的延期，全年铁路固定资产 投资总额完成 7819 亿元，投产新线 公里，其中高速铁路 2521 公里。

  大铁车辆新增需求或有限。中国中车近年来动车组、机车销量呈现下滑状态。一方面由于铁路网络建设增 速下行，对新增车辆需求有限；另一方面，主要由于近两年疫情导致铁路客运流量降低，也抑制了新增车辆的 投资需求。以 2021Q1-3 中国中车新签订单为依据（同比下滑 3%），我们认为 2022 年大铁车辆新增市场仍旧承 压。往后来看，随着疫情影响消除，2023 年车辆需求或迎阶段性增长。但长期来看，我们认为国内车辆新增市 场有限，更多需要依赖海外市场的拓展。

  大铁车辆保有量够高，维修市场有望放量。截至 2020 年末，我国铁路机车、客车、货车和动车组保有量分 别为 2.2 万辆、7.6 万辆、91.2 万辆和 3918 标准组。大量前期上线运营的列车逐渐进入维修期，带来车辆相关 配件的检修或替换需求激增，其售后维保亦将呈现较广的市场空间。公司作为轨道交通车辆核心部件供应商， 维修服务业务主要是对以牵引变流系统为主的轨道交通装备产品进行检修和维保。2018-2019 年，公司维修服务 收入增长明显。2020 年，受疫情因素影响，维修服务业务量有所下滑。我们认为伴随疫情逐渐恢复和存量市场 释放大量需求，特别是随着“复兴号”中国标准动车组的应用与自主配套能力的增强，国产零配件厂商更为受 益，公司维修服务业务未来有望持续增长。

  我国城市轨道交通行业处于高速发展时期。城市轨道交通作为我国新基建的重要投资方向，目前市场正处 于快速增长阶段。根据 RT 轨道交通统计，2021 年我国共有 34 座城市开通了 63 条城市轨道交通线路，新增运 营里程共计 1290.02 公里，新增运营车站 833 座。2009-2021 年我国城市轨道交通营业里程年均复合增速达 19.77%。 展望 2022 年，我国城市轨道交通新增运营里程增量将继续保持 1000 公里左右的高位。

  公司城轨车辆相关业务或迎来增长。根据 RT 轨道交通统计的城市轨交车辆牵引系统中标结果来看，2021 年时代电气共中标从城市轨交车辆牵引系统中标车辆 3283 辆，相对于 2020 年的 1854 辆有明显提升。据此，我 们推断公司 2022 年城市轨道交通业务或实现增长。

  从全球轨道交通市场看，截至 2020 年 7 月底，中国高铁里程位居世界第一，占世界高铁里程约 2/3。截至 2020 年 2 月 27 日，世界 各国高速铁路运营里程 5.25 万公里，在建里程 1.20 万公里，已规划里程 1.14 万公里，远期规划里程 2.86 万公 里。按地区划分，亚洲、中东和欧洲将成为未来高速铁路的主要增量市场，其中亚洲高速铁路远期规划里程达 0.93 万公里，中东和欧洲均为 0.62 万公里。我国已与包括美国、俄罗斯、巴西、泰国、缅甸在内约 30 个国家 洽谈高铁技术引进或签署合作开发方案，为我国轨道交通企业带来更大的市场机遇。

  我国推进“一带一路”国际战略框架，对加快轨道交通装备出口带来发展新契机。“一带一路”框架近期关 注“基建互通、进入互通、产业对接、资源引进”，远期致力于“商贸文化互通、区域经济一体化和共同繁荣”。

  目前，公司轨道交通装备产品已批量出口至 20 多个国家和地区，其中牵引变流系统成功中标美国、澳大利 亚当地项目，并依托当地子公司建立生产基地实现本地化运营和批量交付。但相较于国际轨交装备龙头企业而 言，公司出口收入比重仍有明显差距。我们认为，中国高铁承载着我国高端装备走出去的重任，公司作为我国 高速铁路核心装备供应商，目标出口市场空间较大，有望受益轨交装备出口机遇。

  1）轨交业务装备业务预计 2022-2024 年分别为 126.67 亿，133.00 亿和 139.65 亿，同比增长 10%，5%和 5%， 公司的轨交装备业务市占率超过 50%，2020-2021 年受到疫情影响，铁路总局对于动车组和机车组的招标量大幅 下滑拖累公司大铁业务出现下滑，但是城轨业务在 2020 年疫情之后开始复工复产，而且公司在 2021 年城轨业 务中标车辆同比增长 70%，叠加国内疫情控制后大铁机车和动车替换需求的释放将对公司 2022 年的轨交业务 产生正面影响，所以我们认为公司的轨交装备业务有望在 2022 年迎来触底反弹，逐步复苏。

  2）功率半导体业务预计 2022-2024 年分别为 27.55 亿，34.80 亿和 38.00 亿，2022 年同比大幅度的提高 67%，随 后两年成长率分别为 27%和 9%。2022 年受益于公司 2 期中低压 IGBT 产线投产，应用于电动车、光伏逆变器 和风电变流器等中低压IGBT模块快速放量带动功率半导体业务大幅成长，其中车规IGBT模块营收成长216%， 工业类 IGBT 模块营收成长 120%，其余应用于轨交和电网的 IGBT 和晶闸管业务相对平稳。

  3）汽车电驱业务预计 2022-2024 年分别为 13.65 亿，19.50 亿和 27.95 亿元，随着国内新能源电动车的渗透 率快速提升，公司的电驱业务迎来快速增长，2021 年成为国内排名前十的电驱厂商之一，随着公司自身 IGBT供应能力的提高，预计未来三年电驱业务有望分别成长 156%，43%和 43%。

  我们预计 2022-2024 年公司的综合毛利率预计分别为 36.4%，37.5%和 38.2%，其中轨道交通装备业务毛利 率在未来三年略微下降，而新兴产业装备随公司各项新业务的规模优势显著以及产能利用率的提升，拉动公 司整体公司毛利率在 2023 年和 2024 年分别提升 1%和 2%。