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2019年中國電力智能巡檢機器人行業發展現狀、市場競爭格局及市場發展前景分析[圖]

2019年10月25日 13:59:43字號:T|T

    伴隨經濟發展和人民生活水平的提高,社會用電量不斷提升,對電網運行穩定性提出更高挑戰,變電、輸電、配電等電力系統各環節的巡檢需求進一步提高。目前電力公司仍主要采用傳統的人工巡檢方式,即利用看、聽、聞等感知手段,對電力設備運行狀態進行查驗和記錄,此種方式存在著人力成本高、巡檢手段單一、巡檢數據主觀性強、受天氣影響大、數據管理分散等問題,逐漸無法滿足準確、實時、高頻率的電力設備巡檢需求。

    我國目前正從勞動密集型向現代化制造業方向發展,振興制造業、實現工業化是我國經濟發展的重要任務。從工業發展歷程看,生產手段必然要經歷機械化、自動化、智能化、信息化的變革。隨著國民經濟的快速發展以及生產技術的不斷進步和勞動力成本的不斷上升,使用機械、自動化技術代替人力成為巡檢管理的必然趨勢。

    傳統的人工巡檢方式存在很多不足。勞動強度大、工作效率低、檢測質量分散、手段單一;在雷雨等惡劣天氣條件下,人工巡檢存在較大安全風險,且無法及時進行巡檢;傳統的視頻監控系統,由于受到種種條件限制,存在很大的監控盲區,很難真正滿足視頻監控全方位覆蓋的要求。同時由于系統復雜、攝像頭數量多、安裝布線工作量大,因此故障率較高,維護困難。隨著智能變電站和無人值守變電站模式的推廣,對變電站巡檢提出了更高的要求,迫切需要一種更為先進、智能的巡檢模式。采用智能機器人技術進行變電站巡檢,既具有人工巡檢的靈活性和智能性,同時也克服和彌補了人工巡檢中存在的一些缺陷和不足,是智能和無人值守變電站巡檢技術的發展方向,且具有廣闊的應用前景。

    隨著智能電網(又稱電網2.0)概念的提出,世界多國爭相通過本國先進的傳感器和測量技術、設備技術、控制方法和決策支持系統開發電力系統的智能化設備,確保電網的智能化、信息化、經濟環保化的運行。利用智能巡檢機器人配合多種智能檢測裝置,對站內設備進行智能識別與聯動。同時使用多樣化巡檢模式配合自動充電系統,實現7×24小時的高頻率、無人化巡檢。充分發揮機器人精度高、反應靈活、全天候的優點,結合智能化檢測裝置以及智能分析軟件,完成了全天候數據快速采集、實時信息傳輸、智能分析預警到快速決策反饋的管控閉環,加強了電力設備管理能力,確保電網安全穩定運行,提升電網智能化管理水平。

    
人工巡檢與機器人巡檢對比分析

數據來源:公開資料整理

    一、電力智能巡檢機器人國內外現狀

    電力巡檢機器人的早期研究主要集中在日本、美國等國家,早在1980年,日本就開始將移動機器人應用于變電站中,采用磁導航方式,搭載紅外熱像儀,對154kV-275kV變電站的設備致熱缺陷進行檢測;八十年代末期,日本研制出了地下管道監控機器人,用于監測275kV地下管網內的溫度、濕度、水位、甲烷氣體、聲音、超聲、彩色視頻圖像等;九十年代,日本又研制出了渦輪葉片巡檢機器人,配電線路檢修機器人等應用于不同場景的巡檢機器人。

    2008年,巴西學者J.K.C.Pinto等人設計了一種配備WiFi和紅外熱像儀的高空滑行變電站巡檢機器人,對變電站電力設備的致熱點進行檢測;美國研發的變電站檢測機器人,能夠實現電力設備自動紅外檢測,并使用檢測天線定位局部放電位置。2013年,加拿大研制出了一種檢測及操作機器人,采用GPS定位方式,在735kV變電站實現視覺和紅外檢測,并能遠程執行開關分合操作。新西蘭研制的電力巡檢機器人,采用GPS定位,具備雙向語音交互以及激光避障功能。

    從2016年CARPI會議(國際電力機器人學術會議)上所發表論文及研究成果而言,近十年來,電力巡檢機器人行業主要由中國引導,其專利、產品數量以及應用規模遠遠超過了其他大洲的數量。經過數年的市場應用和推廣,目前國內的電力巡檢機器人行業按應用場景可分為室外巡檢機器人、室內巡檢機器人、電纜隧道巡檢機器人、巡檢無人機四大類。

    在中國,國家電網公司于2002年成立了電力機器人技術實驗室,主要開展電力機器人領域的技術研究。2004年,研制成功第一臺功能樣機,后續在國家“863項目”支持和國家電網公司多方項目支持下,研制出了系列化變電站巡檢。綜合運用非接觸檢測、機械可靠性設計、多傳感器融合的定位導航、視覺伺服云臺控制等技術,實現了機器人在變電站室外環境全天候、全區域自主運行,開發了變電站巡檢機器人系統軟件,實現了設備熱缺陷分析預警,開關、斷路器開合狀態識別,儀表自動讀數,設備外觀異常和變壓器聲音異常檢測及異常狀態報警等功能,在世界上首次實現了機器人在變電站的自主巡檢及應用推廣,提高了變電站巡檢的自動化和智能化水平。

    二、電力智能巡檢機器人國內外市場總體情況分析

    1、國內市場情況

    按2015年國家電網和南方電網的規劃,未來5年,原有樞紐及中心變電站智能化改造率將達100%,有約兩萬座110kV及以上的傳統變電站將要進行智能化改造,同時新建智能化變電站數量達到1.5萬座。2016年底應用于國網35kV及以上變電站的智能巡檢機器人數量共計893臺,這一數量遠未達到市場飽和的程度。2017至2020年間,僅考慮此3.5萬座智能變電站中有15%~20%需配置智能巡檢機器人,運行模式以一機三站為例,單套機器人系統價格約為100萬元,則未來三年中變電站機器人將有17.5億元-23.3億元的市場容量。中長期來看,我國的變電站巡檢機器人潛在市場規模接近123.3億元。具有較大的市場空間。

    室內機器人主要應用于開關站內。一般一個地級市配電站數量從500座至5,000座不等,直轄市、省會城市、經濟發達城市數量較多。根據各地區用電量不同及電網建設情況不同,按平均每個地級市1,000座配電站估計,全國297個地級以上城市(含4個直轄市)大約擁有配電站30萬座。另根據國家能源局公布的《配電網建設改造行動計劃(2015-2020年)》,我國將會加速發展智能電網的建設,預計對于電力智能巡檢機器人的需求超過5萬臺。中國的電力傳輸線路將從2014年的115萬千米增加到2020年的159萬千米,無人機巡檢具備較大的市場需求。至2025年,國內各類型民用無人機市場規模預計達750億元,其中電力行業約占6.7%,即約50億元的市場空間。

    目前一個變配電值班員的年人工成本約10萬元,若智能巡檢系統的投入使用,并與變配電綜合自動化系統、絕緣在線監測系、視頻監控系統的共同配合下,變配電所正向著智能化和無人化快速發展,遠期節約的人工成本也較為可觀。為保證變配電設備運行安全,值班員必須在雷電、大霧、大雨等特殊天氣及設備運行異常時進行巡視檢查,但給值班員的人身安全帶來了較大的隱患,投入使用變配電智能巡檢系統時,此項工作完全可由巡檢系統擔任,消除了值班員的人身安全隱患,其遠期的社會效益也不可忽視。

    2、國外市場情況

    此外,國內電力企業積極參與國際合作與“走出去”戰略。隨著智能電網建設的全面鋪開,各類人工智能設備的需求潛力不斷增長,智能巡檢機器人也由此迎來了發展提速期。除了在國內市場獲得快速發展外,隨著我國電力企業海外業務拓展和中東歐等國加快智能電網建設,隨著“一帶一路”“中國制造2025”等國家戰略深入實施,特別是特高壓和各級電網快速發展,電力機器人產業憑借高科技、智能化、先進性等獨特優勢,將迎來新的發展機遇和更為廣闊的發展空間。我國智能巡檢機器人有望在海外市場也獲取積極態勢。

    三、乘“泛在電力物聯網”之風,巡檢機器人產業迎來高成長

    2019年1月,國家電網提出“三型兩網”戰略,“三型”即樞紐型企業、平臺型企業、共享型企業,“兩網”指的是“堅強智能電網”和“泛在電力物聯網”。我們認為,泛在電力物聯網是智能電網的進一步延伸,變/配電站環節,無人巡檢、智能運維、人機交互和基礎數據服務有望成為投資重點。此外,各省級層面,江蘇省是最早試點對輸電線路、變/配電站及電纜隧道采用無人化運檢的省份之一,到2020年,力爭建成50個以上電網智能機器人運維作業示范區,省內電網企業智能巡檢機器人裝備總數突破5000臺(套),巡檢機器人市場空間廣闊。

    1、兩網加速融合,巡檢機器人行業有望持續受益

    堅強智能電網+泛在電力物聯網深度融合是電力行業未來發展方向。堅強智能電網是基礎,支撐電力系統能源流的安全穩定傳輸,泛在電力物聯網是“神經網絡”,實現電力系統“源-網-荷-儲”各環節信息流采集和歸集處理。兩者深度融合,實現能源流、數據流和與業務流的三流合一,助力國網成為世界一流能源互聯網企業。

    三型兩網架構圖

數據來源:公開資料整理

    政策推動智能電網加快建設。智能電網是指以特高壓電網為骨干網架,利用先進的通信、信息和控制技術,構建以信息化、自動化、數字化、互動化為特征的統一的堅強智能化電網。自2009年國家電網首次提出智能電網概念以來,我國智能電網建設開始迅速發展,2010年3月,“加強智能電網建設”被寫入當年的《政府工作報告》,上升為國家戰略。2019年,國標委下發《關于推廣國家技術標準創新基地(智能電網)建設經驗做法》,提出要結合智能電網(首臺、套)新技術產品掛網試點和先進技術標準研制情況,建立先進技術標準應用機制,推動關鍵核心技術標準加快實施,以先進標準引領帶動相關產業升級。未來智能電網標準化體系建設將更加完善。

    與智能電網行業相關的主要產業政策

數據來源:公開資料整理

    無人化運維成為智能電網發展趨勢,巡檢機器人行業將持續受益。傳統的電力運維模式已不能適應智能電網快速發展的需求,因此,將機器人技術與電力技術融合,通過智能機器人實現無人化運檢已經成為智能電網的發展趨勢。智能巡檢機器人應用于變/配電站(所)巡檢領域,能夠有效滿足電網改造中對電力系統提出的智能化、無人化要求,提高變/配電站運維的安全性與可靠性。國家電網和南方電網先后制定發展規劃,智能電網建設有望提速,巡檢機器人在電力行業的應用前景廣闊。

    巡檢機器人核心應用場景

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    國家電網公司、南方電網公司發展規劃

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    智能電網投資占比持續提高,2019-2020年投資有望達1281.5億元。根據《國家電網智能化規劃總報告(修訂稿)》,2009年至2020年國家電網計劃總投資3.45萬億元,其中智能化投資3,841億元,占電網總投資的11.13%。國家電網將“堅強智能電網”的建設計劃劃分為三個階段,其中2016年至2020年為引領提升階段,計劃總投資1.4萬億元,智能電網投資1750億,占比12.50%。值得注意的是,國網歷年實際投資額遠大于規劃投資額,2016-2018年國網電網投資分別為4964、4854、4889億元,2019年計劃投資5126億元,假設2020年投資額與2019年持平,則2016-2020年實際年平均投資額為4991.8億元,遠超規劃年平均投資額2800億元,據此可以合理預計,智能電網投資額也將遠超規劃額度,以12.50%的比例測算,2019-2020年智能電網投資將達到1281.5億元,市場空間廣闊。

    各階段投資情況

數據來源:公開資料整理

    “十三五”電網投資額遠高于規劃投資額

數據來源:公開資料整理

    “十三五”智能電網投資額

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    泛在電力物聯網成為國網投資新重地。2019年3月,國家電網召開泛在電力物聯網建設工作部署電視電話會議,全面安排泛在電力物聯網創設,并頒發《泛在電力物聯網建設大綱》。國家電網公司董事長寇偉在會上指出,目前國家電網公司最緊迫、最緊要的任務即是加快促進泛在電力物聯網創設。對于泛在電力物聯網的建設,國網做出兩階段戰略安排:2021年,初步建成泛在電力物聯網;2024年,全面建成泛在電力物聯網,實現業務協同、數據貫通和統一物聯管理。

    泛在電力物聯網是智能電網的進一步深化。智能電網經過10多年的建設已基本成型,未來需要做:①在中低壓配電網領域提升自動化、信息化和數字化水平;②開展類似工業互聯網的時延敏感網絡建設(比如5G等),實現高精細化的數據采集,從穩態數據的采集通信,延伸到暫態和瞬態數據的獲取;③提升大數據和人工智能分析能力,支撐電網更加堅強智能。泛在電力物聯網即是圍繞電力系統各環節,充分應用移動互聯、人工智能等現代信息技術、先進通信技術,實現電力系統各環節萬物互聯、人機交互,具有狀態全面感知、信息高效處理、應用便捷靈活特征的智慧服務系統,本質是智能電網建設的進一步深化。

    泛在物聯網技術架構

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    2、滲透率提升+變/配電站建設,巡檢機器人市場需求為145-163億元

    截至2017年底,室外機器人滲透率約為5%,室內機器人滲透率約為1%。室外機器人方面,根據中國電力企業聯合會統計,截至2017年底國內110kv及以上的變電站數量超過20000個,2017年底全國室外機器人保有量為1000臺,若根據變電站配置為一機一站(即一個變電站配置一臺機器人)測算,滲透率僅為5%。室內機器人方面,按平均每個地級市1000座配電站估計,全國297個地級以上城市(含4直轄市)大約擁有配電站30萬座,根據億嘉和2015-2017年銷售數量768臺,及三年平均市占率約80%計算,國內室內巡檢機器人保有量為約不足1000臺,若根據配電站配置為一機二站(即兩個配電站適配一臺機器人)測算,滲透率僅約為1%。

    變/配電站智能巡檢機器人滲透率較低

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    巡檢機器人市場空間測算:1)變電站智能巡檢機器人:根據國家電網和南方電網的規劃,原有樞紐及中心變電站智能化改造率將達100%。預計至2020年國內110kv及以上的變電站數量將超過30000個。2018年國網對室外機器人統一招標253臺,金額為2.7億元,按照國網與各省網2:1的比例計算,各省網招標金額約為1.3個億;即2018年室外機器人市場空間為4億元,對應智能化改造進度約為1%。若每年智能化改造進度在前一年基礎上提高3%,根據億嘉和室外機器人近三年銷售單價取平均值85萬計算,2019-2021年室外機器人市場需求約為35.7-53.6億元。

    變電站智能巡檢機器人市場空間

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    2)配電站智能巡檢機器人:根據國家能源局公布的《配電網建設改造行動計劃(2015-2020年)》規劃,到2020年國內配電自動化覆蓋率將達到90%。在此基礎上,我們假設其中20%,即54000座配電站采用智能化巡檢設備,且這些配電站配置機器人的進度在前一年基礎上提高5%,預計2023年能夠完成。按照億嘉和室內機器人近三年銷售單價取平均值60萬計算,2019-2021年配電站室內機器人市場需求約為82.5億元。

    配電站智能巡檢機器人市場空間

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    3)隧道智能巡檢機器人:隨著城市的高速發展,架空輸電線路難以滿足特定市容市貌的規劃要求,國家電網正逐步建設以電纜隧道為主的城市地下電力輸送通道網絡,但由于電纜隧道內部環境封閉且復雜,人工難以實現全天實時監控,隧道機器人可有效彌補人工的不足,目前處于起步階段。截至2018年底,江蘇省內220kV電纜工程路徑長度約為100km,按照2018年江蘇發電量占全國總發電量比重8.96%匡算,全國電力管廊里程約為1116km。每4公里管廊隧道機器人預算方案200萬元,配置2臺巡檢機器人和1臺滅火機器人,2018年隧道機器人市場容量為1.2億元,若按照每年25%的進度配置隧道巡檢機器人,以67萬/臺計算,未來三年,則隧道巡檢機器人市場需求約為4.2億元。

    隧道智能巡檢機器人市場空間

數據來源:公開資料整理

    4)帶電作業機器人:采用帶電作業機器人代替人工作業,可有效避免高電壓、強電場傷害,大幅提高作業工效。國網提出泛在電力物聯網戰略后,對帶電作業機器人采購意愿強烈。億嘉和于2019年三月份推出帶電作業機器人,填補了國內室外帶電作業無人化操作的空白。我們基于以下假設對帶電作業機器人市場容量進行測算:①全國目前有283個地級市,374個縣級市,1636個縣。假定每個地級市、縣級市、縣電網作業班組分別有10個、5個、1個,全國約有6336個作業班組;②一個帶電作業班組配一臺帶電作業機器人;③一臺帶電作業機器人按照300萬計算;④億嘉和于今年3月份推出帶電機器人,假設2019年市場滲透率為1%,此后每年在前一年基礎上滲透率提高3%。可測算,帶電機器人整體市場空間為190億,2019-2021年市場容量為22.8億。

    帶電作業機器人市場空間

數據來源:公開資料整理

    綜合上述,2019-2021年,以上三類智能巡檢機器人市場需求約為145-163億元,市場空間廣闊。

    四類智能巡檢機器人市場空間測算匯總

數據來源:公開資料整理

    四、行業競爭格局:下游客戶集中度高,局部呈壟斷態勢

    巡檢機器人屬于國家戰略新興行業。電力智能巡檢機器人屬于專業服務機器人范疇,是國家產業政策鼓勵發展的戰略新興行業。2013年,變電站智能巡檢機器人首次進入國家電網招標目錄,標志著變電站智能巡檢機器人產品在國家層面上形成了統一的技術標準和準入門檻。根據國家電網對于變電智能運檢技術的展望與推進,采用機器人替代人工完成巡檢作業已成為必然趨勢。

    國網平臺對室外機器人統一招標

數據來源:公開資料整理

    電網建設高度集中決定巡檢機器人行業客戶集中度較高。我國的電網建設基本是由國家電網和南方電網負責實施。電力巡檢機器人市場需求受各地方電力公司投資驅動,而各區域智能電網建設和原有電網智能化改造力度不同,發展水平迥異。因此,在一定時期內,電力巡檢機器人的市場需求存在一定的區域性。目前,國內智能巡檢機器人需求較大的省份主要是江蘇、浙江、上海、湖北、天津等經濟發達地區。

    巡檢機器人行業公司電網客戶營收占比

數據來源:公開資料整理

    巡檢機器人產業的客戶區域特征明顯。以地處浙江的申昊科技和地處江蘇的億嘉和為例,2018年申昊科技前五大客戶中來自浙江省的營收占總營收的比重為77.80%,其中第一大客戶是浙江省電力公司,占比為71.46%。2017年億嘉和來自江蘇省的營收占總營收比重為73.73%,第一大客戶是江蘇省電力公司,占比為51.28%。客戶區域特征明顯與電網系統內部區域發展不平衡有關,也和電網系統強渠道的采購特征有關,是兩方面共同作用的結果。

    億嘉和和申昊科技第一大客戶營收占比

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    電網系統的進入壁壘表現為兩方面:一是商務壁壘(即強渠道);一是技術壁壘(即技術領先性)。電力智能巡檢機器人產品涉及數學、力學、自動化控制、計算機、人工智能等多學科知識,技術較為復雜;此外,該類產品主要應用于維護電力設備設施的穩定運行,涉及國計民生和社會安全,需通過國家或行業第三方權威檢測機構的嚴格認證,并經一定時間的掛網試運行實驗合格后方可正式入網。上述特點使該行業在產品質量、技術研發、行業經驗、系統服務等方面對新進企業形成了一定的壁壘,行業內競爭對手相對較少。目前主要的廠商有山東魯能、朗馳欣創、浙江國自、申昊科技、浙江大立和億嘉和。

    巡檢機器人行業廠商介紹

數據來源:公開資料整理

    2018年及2019年上半年山東魯能中標室外機器人數量和金額最多,中標金額占比分別為25.64%和17.40%,占比靠前的廠商還有朗馳欣創、浙江國自、申昊科技和億嘉和。值得注意的是,前幾家廠商中標數量占比差距不大,原因在于國網規定每次招標,各家廠商中標不能超3包,從而有利于行業競爭格局的形成,防止單一廠商形成壟斷,促進巡檢機器人行業良性發展。

    2018年各廠家中標份額

數據來源:公開資料整理

    2019年上半年各廠家中標份額

數據來源:公開資料整理

    電力系統采購節奏決定巡檢機器人行業季節性特點較強。電力系統企業一般遵循較為嚴格的計劃采購制度,預算約束性較強,其設備采購立項申請一般集中在每年四季度,次年一季度對上一年立項項目進行審批,合同項目的執行與實施相對集中于下半年,年底加快執行進度。與此相應,巡檢機器人廠商營收主要集中在下半年,季節性特點較強。

    巡檢機器人企業營收主要集中在下半年

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    相關報告:智研咨詢發布的《2020-2026年中國電力智能巡檢機器人行業市場現狀調研及市場發展前景報告》 

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