AIDC電源系列一：探討HVDC及超級電容的增量創(chuàng)新

本公司具備證券投資咨詢業(yè)務(wù)資格，請務(wù)必閱讀最后一頁免責(zé)聲明證券研究報告1探討HVDC及超級電容的增量創(chuàng)新2025年01月22日相關(guān)研究代工稀缺性凸顯-2025/01/17/16產(chǎn)替代打破壟斷格局-2024/12/25功率密度為當(dāng)前AI產(chǎn)業(yè)的核心矛盾之一。從北美四大云廠商對資本開支最新的反饋來看，算力需求持續(xù)旺盛，而電力系統(tǒng)為算力Capex的重要一環(huán)，根據(jù)SemiAnalysis，2023-2028年溫控+電力系統(tǒng)市場空間增長約400%，為數(shù)據(jù)中心建設(shè)增量最大的環(huán)節(jié)。伴隨摩爾定律放緩，制程升級迭代延后，功耗墻成為擋在高算力需求前面的攔路虎，數(shù)據(jù)中心建設(shè)也必將不斷向液冷+電源傾斜。典型的AIDC電氣設(shè)備結(jié)構(gòu)可細(xì)分為三級供電及三級備電，三級供電主要包括1）UPS/HVDC；2)ACDC；3）DCDC。三級備電主要包括1）超級電容；2）UPS蓄電池；3）柴油發(fā)電機。從UPS到HVDC，數(shù)據(jù)中心供電效率變革。在傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心中，UPS配電方案占據(jù)主流地位，國內(nèi)主流HVDC方案為240V/336V輸出電壓。然而AIDC帶動數(shù)據(jù)中心能耗和穩(wěn)定性要求不斷提升，國內(nèi)外主流廠商紛紛推出下一代HVDC方案，電壓進一步提升。百度2024年推出的“瀚海”直流電源配備了750V輸出柜，臺達最新推出的10kV供電系統(tǒng)DPSST系列最高輸出電壓更是達到1000V，海外主流互聯(lián)網(wǎng)及AI芯片公司也紛紛推出下一代HVDC方案。相較于傳統(tǒng)的UPS配電，下一代HVDC系統(tǒng)具有效率更高、可靠性更好、成本更低、占地面積更小的優(yōu)勢。未來，AI芯片功耗提升和超大算力集群擴張，數(shù)據(jù)中心高功率密度、高效能趨勢日漸清晰，HVDC系統(tǒng)預(yù)計將向高集成度、高電壓輸出、碳化硅MOSFET應(yīng)用、清潔能源方向演進，HVDC有望逐步成為數(shù)據(jù)中心主要供電方案。從供應(yīng)商格局來看，臺達、維諦、中恒電氣、中達中通等廠商為目前HVDC主流供應(yīng)商，禾望電氣等廠商則有望憑借海外大廠的配套關(guān)系，在下一代HVDC市場中獲取重要份額。超級電容為GB300全新增量。超級電容具備充放電速度快、能量密度較高、使用壽命長及高可靠性等特點，在AI數(shù)據(jù)中心可以實現(xiàn)提供緊急供電、平滑電路波動等功能，當(dāng)前武藏與Flex合作，推動超容成為GB300標(biāo)配。江海股份為國內(nèi)少數(shù)深耕超級電容的企業(yè)，自2016年開始，江海股份利用8億募投資金對超容技術(shù)及生產(chǎn)工藝進行改造，當(dāng)前公司已于相關(guān)生產(chǎn)商探討技術(shù)方案，在方案上完全達到GB300的性能、功用要求，并具備產(chǎn)能大、擴產(chǎn)周期短、特別是成本低的優(yōu)勢；此外公司MLPC產(chǎn)品也已適配AI數(shù)據(jù)中心，有望將AI打造成公司第二成長曲線。投資建議：我們認(rèn)為2025年AI算力的核心矛盾在于“功率密度+傳輸速率”，前者背后是溫控液冷+電力系統(tǒng)等，建議關(guān)注江海股份、麥格米特、禾望電氣、申菱環(huán)境、濰柴重機、科泰電源等；后者背后是AEC、CPO、PCB等，建議關(guān)注博創(chuàng)科技、瑞可達、太辰光、天孚通信、滬電股份、生益科技、景旺電子等。風(fēng)險提示：AI算力需求不及預(yù)期，設(shè)計方案發(fā)生變化，產(chǎn)品導(dǎo)入不及預(yù)期重點公司盈利預(yù)測、估值與評級 002484.SZ江海股份25.070. 301018.SZ申菱環(huán)境43.00 300548.SZ博創(chuàng)科技51.510.28行業(yè)專題研究/電子本公司具備證券投資咨詢業(yè)務(wù)資格，請務(wù)必閱讀最后一頁免責(zé)聲明證券研究報告21功率密度是當(dāng)前AI產(chǎn)業(yè)的核心矛盾之一 31.1云廠商CAPEX不斷向上 31.2電力系統(tǒng)為算力Capex的重要一環(huán) 1.3解讀三級供電和三級備電 62從UPS向HVDC演進，高效電源未來式 82.1UPS系統(tǒng)：數(shù)據(jù)中心電力供應(yīng)的守護者 82.2供電系統(tǒng)兩大方向，UPS升級與HVDC崛起 82.3新一代HVDC系統(tǒng)革新，把握數(shù)據(jù)中心電源未來方向 102.4UPS市場穩(wěn)健增長，HVDC迎來發(fā)展新契機 123超級電容為GB300全新增量 3.1解讀超級電容產(chǎn)業(yè) 153.2超級電容護航AI服務(wù)器 174投資建議 245風(fēng)險提示 25插圖目錄 26表格目錄 26本公司具備證券投資咨詢業(yè)務(wù)資格，請務(wù)必閱讀最后一頁免責(zé)聲明證券研究報告31功率密度是當(dāng)前AI產(chǎn)業(yè)的核心矛盾之一云商算力需求仍維持高增，持續(xù)增長的資本開支成為北美云商算力的主要支撐。CY3Q24北美四大云商CY3Q24合計資本開支為598.14億美元，同比增長61.7%，環(huán)比增長13.2%；Bloomberg一致預(yù)期CY2024北美四大云商資本開支合計為2226億美元，同比增長51.0%。其中：1）微軟：CY3Q24資本開支149.23億美元，qoq+7.6%，yoy+50.5%，此前公司指引Q3資本開支環(huán)比增加，實際數(shù)據(jù)基本符合預(yù)期，公司指引下一季度資本開支環(huán)比增長，但伴隨需求增長，資本開支增速將放緩；2）Meta：CY3Q24資本開支92.10億美元，qoq+12.7%，yoy+40.8%，公司將全年資本開支預(yù)期范圍從上一季度的370-400億美元上修至380-400億美元，符合391億美元的Bloomberg一致預(yù)期，關(guān)于2025年，公司預(yù)計2025年資本支出將繼續(xù)大幅增長；3）谷歌：CY3Q24資本開支130.61億美元，qoq-0.9%，yoy+62.10%，此前公司指引Q3資本開支保持或高于120億美元，實際數(shù)據(jù)略超預(yù)期，據(jù)公司指引我們測算公司2024年資本開支預(yù)計500億美元以上，2025年保持適度增長，與此前指引一致；4）亞馬遜：CY3Q24資本開支226.20億美元，qoq+28.4%，yoy+81.3%，顯著超Bloomberg一致預(yù)期，公司對2024年資本開支計劃為750億美元，預(yù)計2025年將進一步提升。從北美四大云廠商對資本開支最新的反饋來看，算力需求依舊旺盛。另一方面，云商正在通過：1）AI帶來Opex方面的降本增效；2）延長云基礎(chǔ)設(shè)施的折舊年限等方式提升資本開支潛在空間，算力需求有望持續(xù)高增。行業(yè)專題研究/電子本公司具備證券投資咨詢業(yè)務(wù)資格，請務(wù)必閱讀最后一頁免責(zé)聲明證券研究報告4圖1：1Q20-4Q24北美云商資本開支（億美元）0圖2：2021-2024E北美云商資本開支（億美元）0國內(nèi)方面，字節(jié)等云廠商AI需求旺盛，有望帶動資本開支持續(xù)提升。據(jù)AI產(chǎn)品榜，字節(jié)豆包目前已經(jīng)成為除了OpenAIChatGPT外月活數(shù)量最高的AI大模型。截止2024年末，豆包大模型MAU達到5998萬人，后續(xù)有望持續(xù)提升，我們假設(shè)在保守、中性、樂觀三種情況下，2025-2026年豆包大模型MAU分別達到1億、1.5億、2億人次，云雀大模型參數(shù)量仍為1300億，則豆包大模型等效H20算力需求將分別達到72、108、181萬張，對應(yīng)AI服務(wù)器需求分別達到759、1139、1898億元。表1：豆包大模型推理需求測算 推理計算時間（s）2 峰值倍數(shù)44 算力需求結(jié)果（FLOPS）*3.20988E+195.34 豆包大模型創(chuàng)造AI服務(wù)器需求（億元）*455.46注：*標(biāo)注為測算值，其他為實際值字節(jié)AI算力中心不斷落地。據(jù)云頭條，2025年1月17日，《關(guān)于蕪湖江東本公司具備證券投資咨詢業(yè)務(wù)資格，請務(wù)必閱讀最后一頁免責(zé)聲明證券研究報告5名邑科技有限公司火山引擎長三角算力中心項目環(huán)境影響評價報告表受理批前公示》中披露了字節(jié)火山引擎算力中心的最新建設(shè)規(guī)劃，規(guī)劃設(shè)計服務(wù)器機柜數(shù)量21824臺，網(wǎng)絡(luò)機柜236臺。我們認(rèn)為，2025年AI產(chǎn)業(yè)的核心矛盾是：1）傳輸速率；2）功率密度。其中，就功率密度來看，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心以CPU云計算為主，芯片功耗較低，風(fēng)冷及低功率電源即可滿足大部分需求；而AI浪潮下，算力芯片單芯片功耗（TDP）快速提高，同時高密度計算要求采用機柜架構(gòu)，單機柜功率密度提高，對溫控和電源系統(tǒng)提出挑戰(zhàn)。具體來看：1）溫控：風(fēng)冷已難以滿足需求，功耗超過700W后液冷成為剛需2）電源：高功率電源成為剛需，HVDC、超容等全新方案，保證供電系統(tǒng)穩(wěn)定及安全性參考Semianalysis的報告。下圖中黃色部分為電源系統(tǒng)市場空間（由下至上依次為UPS、發(fā)電機、開關(guān)裝置及配電裝置藍(lán)色部分為溫控系統(tǒng)市場空間(由下至上依次為精密空調(diào)及CDU等一次側(cè)、冷卻塔及冷凝器等二次側(cè)、管道2023-2028年溫控+電力系統(tǒng)市場空間增長約400%，為數(shù)據(jù)中心建設(shè)增量最大的環(huán)節(jié)。圖3：AIDC電氣設(shè)備結(jié)構(gòu)資料來源：Semianalysis，民生證券研究院電力系統(tǒng)的高增，源自算力的升級迭代。伴隨算力的迭代升級，單位面積晶體管密度持續(xù)提高。在算力運算的高并發(fā)需求下，會不可避免的產(chǎn)生巨量功耗。為了降低功耗，晶圓廠及算力芯片持續(xù)推進制程的迭代升級。臺積電承諾N2本公司具備證券投資咨詢業(yè)務(wù)資格，請務(wù)必閱讀最后一頁免責(zé)聲明證券研究報告6工藝可以在相同運行電壓下，將功耗降低24%至35%，或者提高15%的性能，同時晶體管密度是3nm制程節(jié)點的1.15倍。然而，伴隨摩爾定律放緩，制程升級迭代延后，功耗墻成為擋在高算力需求前面的攔路虎。數(shù)據(jù)中心建設(shè)也必將不斷向液冷+電源傾斜。表2：英偉達加速卡一覽 顯存帶寬1936GB/s FP16(Flops)624T1600T1979T3.5P4.5P4.5P 注：表格中均為稀疏化算力下圖為典型的AIDC電氣設(shè)備結(jié)構(gòu)?？杉?xì)分為三級供電，以及三級備電。三級供電：1）UPS/HVDC：UPS即不間斷電源。市電輸入UPS后，UPS需要首先進行ACDC轉(zhuǎn)換，用于給蓄電池直流充電，然后進行DCDC，把電壓等級轉(zhuǎn)換到合適后續(xù)設(shè)備工作的電壓，再進行DCAC逆變到230V或400V交流電，用于后續(xù)的交流設(shè)備供電。而HVDC則是高壓直流輸電，過去主要長距離、大容量的電力傳輸。高壓直流可以大幅減少輸電損耗。并支持更高電壓+功率等級。所以目前已有部分AIDC機房開始采用HVDC方案作為第一級供電。如阿里巴巴張北云計算廟灘數(shù)據(jù)中心。2）ACDC：即機柜內(nèi)部的Powershelf，將交流電轉(zhuǎn)換為算力硬件所需的穩(wěn)定直流電，一般輸出電壓為48V。主要供應(yīng)商包括臺達、光寶、麥格米特。3）DCDC：即DCDC電源模塊，將48V電壓進一步下變壓至適用于算力芯片的工作電壓，如0.8V，1.3V。其中具體供電策略由Drmos與多相電源控制器芯片決定。主要供應(yīng)商包括：MPS、瑞薩、AOSL、晶豐明源。三級備電：1）超級電容：當(dāng)遇到市電短暫中斷的情況，超級電容可以在極短時間內(nèi)釋放存儲的電能，為服務(wù)器的關(guān)鍵組件（如內(nèi)存、緩存等）提供足夠的電力，確保數(shù)據(jù)本公司具備證券投資咨詢業(yè)務(wù)資格，請務(wù)必閱讀最后一頁免責(zé)聲明證券研究報告7不會因為突然斷電而丟失；同時，超級電容還可抑制電壓波動，通過吸收和釋放電能來穩(wěn)定電壓，消納電網(wǎng)浪涌。2）UPS蓄電池：在斷電情況下，UPS可以切換到電池供電模式，電池的直流電會立即通過簡單的逆變器電路為設(shè)備提供臨時電源。3）柴油發(fā)電機：與超級電容和UPS不同的是，柴油發(fā)電機只要有充足的柴油供應(yīng)，就可以持續(xù)供電數(shù)小時甚至數(shù)天。這為在市電恢復(fù)之前維持服務(wù)器的運行提供了可靠的保障，同時也為采取其他措施（如搶修電網(wǎng)、調(diào)配移動發(fā)電設(shè)備等）爭取了足夠的時間。在字節(jié)1月17日披露的火山引擎算力中心中，柴油發(fā)電機設(shè)備也作為重點項目進行了公示。圖4：AIDC電氣設(shè)備結(jié)構(gòu)本文作為民生電子AIDC電源系列研究的開篇，將重點解讀HVDC及超級電容的產(chǎn)業(yè)趨勢及競爭格局。本公司具備證券投資咨詢業(yè)務(wù)資格，請務(wù)必閱讀最后一頁免責(zé)聲明證券研究報告82從UPS向HVDC演進，高效電源未來式UPS系統(tǒng)是保證數(shù)據(jù)中心供電連續(xù)性和可靠性的關(guān)鍵。一個典型的數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)，包括中壓配電、變壓器、低壓配電、UPS、末端配電以及發(fā)電機等設(shè)備。其中UPS的主要作用是：1）提供后備時間：在市電電源中斷、發(fā)電機啟動之前，由自帶的蓄電池或者飛輪放電，為所承載的負(fù)載提供持續(xù)穩(wěn)定的電力供應(yīng)；2）電網(wǎng)凈化：對市電的電源污染問題進行處理，具備穩(wěn)壓、穩(wěn)頻、濾波、抗電磁和射頻干擾、防電壓浪涌等功能。圖5：大型數(shù)據(jù)中心供電架構(gòu)目前數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)以UPS系統(tǒng)為主。隨著數(shù)據(jù)中心規(guī)模的持續(xù)擴大，UPS也在不斷進行迭代升級，早期故障點多、效率低、擴展困難等問題得以改善。目前大多數(shù)UPS系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，對關(guān)鍵部件采用全冗余設(shè)計，業(yè)內(nèi)平均效率水平達到96%，華為的UPS5000-H更是可以達到99.1%，接近無損耗。一般來說，UPS擁有5種工作模式：1）市電逆變模式：在市電正常情況下，市電通過整流器由交流電變換為直流電，供給逆變器的同時為電池充電，逆變器將直流電變換為交流電，為服務(wù)器設(shè)備2）電池模式：在市電異?；驍嚯娗闆r下，由電池輸出，經(jīng)DC/DC升壓器后供給逆變器，再由逆變器輸出交流電為服務(wù)器設(shè)備供電。本公司具備證券投資咨詢業(yè)務(wù)資格，請務(wù)必閱讀最后一頁免責(zé)聲明證券研究報告93）旁路模式：UPS在發(fā)生異常時進行自動切換，市電由靜態(tài)旁路通道，經(jīng)濾波后直接為服務(wù)器設(shè)備供電，此時逆變器處于關(guān)機狀態(tài)，不具備電池后備能力。4）維護模式：在進行UPS維護時，市電由維護旁路通道直接為服務(wù)器設(shè)備供電，不對用電環(huán)境進行處理，此時整流器和逆變器處于關(guān)機狀態(tài)。5）ECO模式（UPS運行的經(jīng)濟模式在市電輸入處于預(yù)設(shè)電壓和頻率范圍內(nèi)時，UPS通過靜態(tài)旁路通道為服務(wù)器設(shè)備供電，由于不存在電流轉(zhuǎn)換導(dǎo)致效率損耗的情況，整體用電效率有所提高，此時整流器和逆變器始終處于熱備用狀態(tài)。若超出設(shè)定范圍，UPS將切換至市電逆變模式或電池模式為服務(wù)器設(shè)備供電。圖6：UPS全鏈路供電架構(gòu)資料來源：維諦技術(shù)官網(wǎng)，納瑞德官網(wǎng)，民生證券研究院目前已有數(shù)據(jù)中心采用HVDC（高壓直流輸電）系統(tǒng)。國內(nèi)方面，最早由中國電信推進使用HVDC，目前已成功擴展至多個領(lǐng)域，主要應(yīng)用有阿里巴巴的巴拿馬電源、騰訊的第三代數(shù)據(jù)中心T-MDC和第四代數(shù)據(jù)中心T-block等；國外方面，Intel、微軟、Meta等公司也已采用400V直流供電系統(tǒng)。相較于UPS，HVDC取消了逆變器環(huán)節(jié)，供電線路更加簡單。當(dāng)市電正常時，市電經(jīng)由整流器轉(zhuǎn)換為直流電后直接向服務(wù)器設(shè)備供電，同時為電池充電；當(dāng)市電發(fā)生故障時，由電池直接向服務(wù)器設(shè)備供電。圖7：HVDC全鏈路供電架構(gòu)HVDC系統(tǒng)在多個方面表現(xiàn)優(yōu)于UPS系統(tǒng)。隨著數(shù)據(jù)中心的發(fā)展，HVDC系統(tǒng)在效率、擴展性、可靠性等方面的優(yōu)勢逐漸凸顯：本公司具備證券投資咨詢業(yè)務(wù)資格，請務(wù)必閱讀最后一頁免責(zé)聲明證券研究報告101）高效節(jié)能：HVDC系統(tǒng)中取消了逆變環(huán)節(jié)，導(dǎo)致功率器件減少，能量損耗降低，使得用電效率得以提高，在低負(fù)載的情況下優(yōu)勢更加明顯。2）穩(wěn)定可靠：HVDC的電池可直接向設(shè)備進行供電，相比于UPS而言無需再經(jīng)過逆變器環(huán)節(jié)，減少了故障點，同時由于線路運行更加簡單，電池供電時只需進行降壓操作，無需再考慮頻率和相位同步問題，使得可靠性進一步提高。3）靈活擴展：HVDC的模塊化設(shè)計使得后期擴容便利性上升，用電方式更加靈活，而UPS即使采用模塊化設(shè)計也需要考慮并機問題，擴展和維護難度相對較4）節(jié)約空間：HVDC中功率器件減少，在提供相同功率的前提下相較于UPS可節(jié)省25%的占地面積，為服務(wù)器提供了更多寶貴空間。5）降低成本：從建設(shè)成本考慮，HVDC減少了逆變器和STS（靜態(tài)旁路轉(zhuǎn)換開關(guān)使得建設(shè)成本降低25%-50%；從使用成本考慮，得益于效率提升，以市電+336VHVDC方案為例，每年系統(tǒng)損耗相比于市電+交流UPS方案可減少2.31圖8：不同負(fù)載率下UPS與HVDC效率對比——UPS系統(tǒng)——HVDC系統(tǒng)生證券研究院圖9：不同電源系統(tǒng)方案每年電量損耗（萬度）50新一代數(shù)據(jù)中心電源將集成更多設(shè)備功能。阿里巴巴的巴拿馬電源徹底革新了傳統(tǒng)IDC的供電架構(gòu)，其創(chuàng)新之處在于直接從中壓交流電接入并輸送至列頭柜，摒棄傳統(tǒng)架構(gòu)中從引入中壓電到最終輸出直流電過程中所涉及的大量繁瑣中間環(huán)節(jié)與設(shè)備，簡化了供電傳輸方式，相較于傳統(tǒng)UPS而言，巴拿馬電源的設(shè)備數(shù)量和安裝工程量減少了40%，安裝空間減少了50%，總建置成本減少了40%-60%。百度于2024年數(shù)據(jù)中心標(biāo)準(zhǔn)大會上推出的“瀚?！敝绷麟娫匆餐瑯硬捎靡惑w化設(shè)本公司具備證券投資咨詢業(yè)務(wù)資格，請務(wù)必閱讀最后一頁免責(zé)聲明證券研究報告11計。未來，算力激增使得AI芯片數(shù)量增加，對數(shù)據(jù)中心空間利用的要求會越來越高，提升供電系統(tǒng)集成度將會成為趨勢。圖10：巴拿馬電源系統(tǒng)與傳統(tǒng)UPS架構(gòu)對比新一代數(shù)據(jù)中心電源將輸出更高電壓。目前普遍采用的HVDC系統(tǒng)的輸出電壓為240V/336V，但是隨著AI芯片性能不斷攀升、數(shù)量不斷增加，單臺服務(wù)器功耗激增，以英偉達GB200NVL72為例，機架功率便達到120kw，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)服務(wù)器，疊加超大算力集群建設(shè)，數(shù)據(jù)中心整體功耗水平急劇上升，傳統(tǒng)方案難以保證效率。在這種情況下，數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)的高電壓輸出成為趨勢。百度2024年推出的“瀚海”直流電源配備了750V輸出柜，支持單機柜100kw，效率提升2%-4%；臺達最新推出的10kV供電系統(tǒng)DPSST系列最高輸出電壓更是達到1000V，整機效率達到98%以上。圖11：百度“瀚?！币惑w化直流電源資料來源：2024數(shù)據(jù)中心標(biāo)準(zhǔn)大會，民清潔能源正逐漸成為數(shù)據(jù)中心供電新方向。目前國內(nèi)外已有多數(shù)廠商為數(shù)據(jù)中心尋求清潔能源：1）騰訊：2017年，騰訊第四代數(shù)據(jù)中心T-block問世，供電系統(tǒng)采用“光伏+HVDC”的方案，實際使用中，當(dāng)日照輻射在800W/m2左右本公司具備證券投資咨詢業(yè)務(wù)資格，請務(wù)必閱讀最后一頁免責(zé)聲明證券研究報告12時，光伏DC輸出便足以滿足負(fù)載全部電力需求，且由于不存在整流器AC/DC轉(zhuǎn)換，整體效率進一步提高，PUE小于1.10；2）微軟：2021年便首次使用氫能燃料電池向數(shù)據(jù)中心供電；3）亞馬遜：目前已使用風(fēng)電、光伏等新能源為數(shù)據(jù)中心供電，同時移除UPS，轉(zhuǎn)而采用集成于機架的小電池組來提升能量轉(zhuǎn)換效率；4）谷歌、Meta等：正探索核能、地?zé)崮艿惹鍧嵞茉吹膽?yīng)用條件。圖12：騰訊T-block“光伏+HVDC“供電系統(tǒng)資料來源：騰訊數(shù)據(jù)中心，民生證券研究院圖13：2022年美國企業(yè)可再生能力排名（MW）UPS市場逐漸趨向穩(wěn)健增長，HVDC或迎來發(fā)展機遇。據(jù)BusinessResearch，2024年全球UPS市場規(guī)模為295.5億美元，預(yù)計到2032年將達到390.9億美元，2024-2032年的CAGR為3.5%。據(jù)賽迪顧問，2023年我國UPS市場規(guī)模為97.7億元，預(yù)計2026年市場規(guī)模為127.3億元，2023-2026年的CAGR為9.2%，增速高于全球水平。總體來看，UPS市場整體增速趨緩，結(jié)合多個互聯(lián)網(wǎng)巨頭使用HVDC系統(tǒng)方案，HVDC有望迎來發(fā)展機會。2024年國家發(fā)布《數(shù)據(jù)中心綠色低碳發(fā)展專項行動計劃》，提到提升供電設(shè)備效率，推進直流供電技術(shù)用于數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)更新?lián)Q代，未來HVDC有望成為數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)主要發(fā)展本公司具備證券投資咨詢業(yè)務(wù)資格，請務(wù)必閱讀最后一頁免責(zé)聲明證券研究報告13圖14：2024-2032年全球UPS市場規(guī)模（十億美元）圖15：2021-2026年我國UPS市場規(guī)模及增速（億元）UPS廠商均有亮點，HVDC行業(yè)集中度較高。國內(nèi)UPS市場方面，據(jù)賽迪顧問，2023年華為、科華和維諦技術(shù)占據(jù)市場前三位置，合計市場份額超過40%，其余廠商各自布局細(xì)分領(lǐng)域，山特主攻中小功率機，科士達憑借高端中大功率UPS2022年中恒、中達和維諦位列市場前三名，合計市場份額高達90%，行業(yè)集中度圖16：2023年國內(nèi)UPS市場品牌排名（按銷售額）圖17：2022年國內(nèi)HVDC市場競爭格局資料來源：DCMap，民生證券研究院中恒電氣深耕直流方案，在行業(yè)中享有較高地位。作為數(shù)據(jù)中心HVDC技術(shù)方案的先行者，公司牽頭制定了《信息通信用240V/336V直流供電系統(tǒng)技術(shù)要求和試驗方法》國家標(biāo)準(zhǔn)，擁有超過10000MW的裝機容量，能夠支持單機柜600kW的負(fù)載，正持續(xù)探索高可靠性、集中式架構(gòu)下的750V直流解決方案與產(chǎn)品，以滿足未來數(shù)據(jù)中心更高效、更環(huán)保的需求。公司憑借優(yōu)秀技術(shù)水平為各大數(shù)據(jù)中心提供定制HVDC直流配電系統(tǒng)，服務(wù)于阿里巴巴、騰訊、字節(jié)跳動等知名企業(yè)，先后簽訂“百度云計算中心項目之高壓直流供應(yīng)工程項目”、“2021年騰訊高壓直流及綜合配電柜采購項目以及T-Trian電源集采項目”和“山東移動數(shù)據(jù)中心直流不間斷電源項目”等。禾望電氣擁有完整的大功率電力電子裝置及監(jiān)控系統(tǒng)的自主開發(fā)及研發(fā)實力本公司具備證券投資咨詢業(yè)務(wù)資格，請務(wù)必閱讀最后一頁免責(zé)聲明證券研究報告14與測試平臺。公司專注于新能源和電氣傳動領(lǐng)域，提供0.75-22400kW低壓變頻、8-136MVA中壓變頻傳動解決方案，可廣泛應(yīng)用于冶金、石油石化、礦山機械、港口起重、分布式能源發(fā)電、大型試驗測試平臺、海洋裝備、紡織、化工、水泥、市政及其它各種工業(yè)應(yīng)用場合。圖18：中恒電氣下游客戶資料來源：中恒通信微信公眾號，民生證券研究院圖19：禾望電氣傳動產(chǎn)品資料來源：禾望電氣官網(wǎng)，民生證券研究院科華數(shù)據(jù)在國內(nèi)UPS市場處于領(lǐng)先地位。公司電能業(yè)務(wù)以高端電源為核心，涵蓋核級、工業(yè)、通信等領(lǐng)域，旗下產(chǎn)品功率范圍覆蓋0.5kVA-1200kVA，明星產(chǎn)品S3鋰電一體化UPS是集UPS、鋰電模塊和配電于一體，具有安全可靠、靈活智能、運維極簡的特點。公司以技術(shù)創(chuàng)新提升產(chǎn)品競爭力，模塊化UPS方案先后應(yīng)用于杭州亞運會、中國科學(xué)院子午工程二期、科威特水電局等海內(nèi)外項目，下游客戶包括三大運營商、大型國有銀行、大型證券交易所、騰訊等。圖20：科華數(shù)據(jù)典型客戶資料來源：科華數(shù)據(jù)官網(wǎng)，民生證券研究院本公司具備證券投資咨詢業(yè)務(wù)資格，請務(wù)必閱讀最后一頁免責(zé)聲明證券研究報告153超級電容為GB300全新增量超級電容器作為一種新型儲能技術(shù)，具有快速充電、綠色環(huán)保、耐溫范圍廣、輸出功率高等優(yōu)異性能，被廣泛應(yīng)用于新能源、軌道交通、工業(yè)、電網(wǎng)和消費電子超級電容器主要由集流體、電極、電解質(zhì)以及隔膜等幾部分組成，電極的主要作用是存儲能量，隔膜的作用和電池中隔膜的作用相同，將兩電極隔離開，防止電極間短路，允許離子通過。超級電容器儲能的基本原理是通過電解質(zhì)和電解液之間界面上電荷分離形成的雙電層電容來貯存電能。超級電容和傳統(tǒng)電解電容、蓄電池在工作原理上有本質(zhì)區(qū)別。電容器儲存電能的基本原理是利用電場儲能，而超級電容器的儲能機制相對更復(fù)雜，主要依賴于電極/電解液界面上的雙電層效應(yīng)；蓄電池儲能是化學(xué)反應(yīng)的過程，超級電容的儲能過程是物理過程，三者在工作原理上有著本質(zhì)的區(qū)別。圖21：超級電容器工作原理圖資料來源：電子創(chuàng)新元件網(wǎng)，民生證券研究院與傳統(tǒng)電解電容相比，超級電容具備以下有優(yōu)點：1）高儲能密度。相同體積下超級電容可以存儲更多的電能。2）充放電速度快。超級電容器具有低內(nèi)阻和低串行電阻的特點，能夠以極高行業(yè)專題研究/電子本公司具備證券投資咨詢業(yè)務(wù)資格，請務(wù)必閱讀最后一頁免責(zé)聲明證券研究報告16的速度釋放儲存的電能。3）長壽命及高可靠性。超級電容器采用了無機固態(tài)電解介質(zhì)，具有更長的使用壽命和高溫耐受性，能夠在惡劣的環(huán)境下保持良好的性能。與蓄電池相比，超容的應(yīng)用場景有所不同。超級電容器既具有電容器快速充放電的特性，同時又具有電池的儲能特性；與蓄電池相比，超容功率密度、充放電速率、使用壽命、環(huán)境適應(yīng)性更加優(yōu)異，而蓄電池的能量密度更高。超級電容器更適合于短時間、高功率的能量儲存和釋放，而蓄電池更適合于長時間的能量儲存和利過去超級電容并未在數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域規(guī)?；瘧?yīng)用，其應(yīng)用場景主要集中于新能源、電網(wǎng)以及工業(yè)設(shè)備等領(lǐng)域。1）電動大巴。公交車具有行駛路線固定，啟停次數(shù)多等特點，適合超級電容短時間快速充放電的特點。目前搭載超級電容器的新能源公交車已在上海等地大規(guī)模投入運營。圖22：超級電容純電動城市客車2）風(fēng)力發(fā)電。風(fēng)力發(fā)電具有間歇性的特點，輸出功率隨著風(fēng)向和風(fēng)速變化，不夠穩(wěn)定，超級電容快速充放電的特性可以平滑功率波動，且具有可靠性高、免維護的特點。本公司具備證券投資咨詢業(yè)務(wù)資格，請務(wù)必閱讀最后一頁免責(zé)聲明證券研究報告17圖23：超級電容在風(fēng)電機組的應(yīng)用資料來源：搜狐網(wǎng)、民生證券研究院3）電表。超級電容被廣泛應(yīng)用于電子表電能表，作為后備能源，保障時鐘模塊的精度，并可以通過快速充放電實現(xiàn)電表調(diào)頻。目前國網(wǎng)智能單相表已明確提出使用超級電容作為RTC保持后備電源，保持RTC準(zhǔn)確運行48小時以上，以實現(xiàn)內(nèi)置電池可替換的目的。圖24：超級電容在智能電表的應(yīng)用及“LastGasp”新型智能電表采集系統(tǒng)資料來源：品慧電子網(wǎng)，新浪新聞，民生證券研究院據(jù)北美領(lǐng)先的AI基礎(chǔ)設(shè)施提供商偉創(chuàng)力（Flex）披露，其基于超容的儲能系統(tǒng)(CESS)將于1H25開始生產(chǎn)，并將于3Q25開始商業(yè)化供應(yīng)，超容或?qū)⒊蔀橛ミ_GB300系列標(biāo)配。超容在AI數(shù)據(jù)中心的主要作用包括：提供緊急供電、平滑電路波動等。行業(yè)專題研究/電子本公司具備證券投資咨詢業(yè)務(wù)資格，請務(wù)必閱讀最后一頁免責(zé)聲明證券研究報告18緊急供電：當(dāng)數(shù)據(jù)中心發(fā)生停電時，超級電容作為一級備電，會率先為服務(wù)器提供臨時電源。因其響應(yīng)速度極快，可在毫秒級時間內(nèi)完成充電和放電。最大程度防止服務(wù)器因供電延遲而導(dǎo)致的數(shù)據(jù)丟失的情況。而后則由不間斷電源（UPS）的蓄電池以及柴油發(fā)電機接續(xù)供電。平滑波動：隨著AI芯片功耗增大，在訓(xùn)練或推理的過程中功率波動會更加陡峭，對電路造成損害并影響芯片性能。超級電容器的高功率密度快速響應(yīng)特性可以較好應(yīng)對電源波動，能夠在電力負(fù)載突然變化時立即提供瞬時功率補償，實現(xiàn)削峰填谷，平抑負(fù)載浪涌，確保電壓的穩(wěn)定及電路和芯片的正常運行，不僅提供了高功率支持，而且優(yōu)化了空間和能效。圖25：超級電容在數(shù)據(jù)中心起到緊急供電及平滑電路波動的作用超級電容器主要有雙電層電容（EDLC）及鋰離子混合超容兩條技術(shù)路線，EDLC全球龍頭為Maxwell，在風(fēng)電等領(lǐng)域已有廣泛應(yīng)用；鋰離子混合超容則結(jié)合了鋰離子電池和EDLC的特性，預(yù)計將成為數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域的主要路線，日本超容生產(chǎn)商武藏精密為該解決方案的主要提供商，其產(chǎn)品命名為混合超級電容（HSC江海股份則稱相應(yīng)產(chǎn)品為鋰離子超容（LIC）。鋰離子超容具備兩種電荷存儲機制，以武藏HSC為例，該超容產(chǎn)品使用活性炭作為正極，類似EDLC，同時使用碳材料作為負(fù)極，類似于鋰離子電池，這些材料可以為鋰離子提供嵌入和脫嵌的空間，再通過獨特的鋰離子預(yù)摻雜設(shè)計，實現(xiàn)類似鋰離子電池的嵌入/脫嵌機制；同時其還具備雙電層電容機制，類似EDLC通過離子的物理吸附和脫附存儲電荷。與EDLC相比，鋰離子電容器具有高密度、長壽命、高可靠性的優(yōu)勢。由于其本公司具備證券投資咨詢業(yè)務(wù)資格，請務(wù)必閱讀最后一頁免責(zé)聲明證券研究報告19獨特的預(yù)摻雜，鋰離子電容器具有較高的輸出密度和能量密度。鋰離子電容器可以在比雙電層電容器更高的電池電壓下使用，在反復(fù)充放電循環(huán)后依然保持高耐久性，降低維護頻率。此外，與鋰電池相比，鋰離子超容的熱失控起火風(fēng)險更低、安全性更高。鋰離子混合超容具有高功率密度和快速充放電功能，其使用壽命長、耐用性高，減少了備用電池的儲存和頻繁更換的需求，大幅降低了管理成本，與傳統(tǒng)的鉛酸電池或鋰離子電池相比，鋰離子混合超容可以長時間保持可靠的電力供應(yīng)，從而提高數(shù)據(jù)中心的運營效率，預(yù)計將成為數(shù)據(jù)中心超容的主要解決方案。表3：鋰離子混合超容與各種蓄電裝置的特性比較中低高高高低低高低溫性能好好差小大小大長長低功率（高能量）圖26：混合超級電容器（HSC）與雙電層電容器（EDLC）和鋰離子電池（LIB）等類似儲能設(shè)備的比較本公司具備證券投資咨詢業(yè)務(wù)資格，請務(wù)必閱讀最后一頁免責(zé)聲明證券研究報告20下文以武藏為例，解讀GB300超級電容方案。武藏超級電容采用方形結(jié)構(gòu)，每個超容模組包含28顆超級電容，單模組可提供20kw功率，GB300單機柜根據(jù)電力系統(tǒng)設(shè)計需求采用若干個模組；在武藏的產(chǎn)品規(guī)劃中，英偉達下一代Rubin架構(gòu)的超容模組單模組功率將提高至40kw，較BlackwellUltra（GB300）翻倍。圖27：武藏AI電源解決方案線路圖當(dāng)前武藏與Flex合作，推動其鋰離子混合超容（HSC）成為GB300標(biāo)配。偉創(chuàng)力和武藏已宣布進行廣泛合作，提供偉創(chuàng)力設(shè)計和制造的基于電容器的儲能系統(tǒng)(CESS)，該系統(tǒng)采用武藏的HSC技術(shù)，與服務(wù)器機架電源系統(tǒng)集成。偉創(chuàng)力CESS解決方案旨在平衡峰值功率，以在數(shù)據(jù)中心進行AI訓(xùn)練和推理時保護電網(wǎng)免受強烈浪涌和線路干擾的影響。CESS的主要功能包括：1）功率突變時支持和平衡電力供應(yīng)系統(tǒng)；2）通過武藏的HSC交替提供和吸收能量，實現(xiàn)高效能量管理；3）與當(dāng)前電池儲能系統(tǒng)相比，使用壽命顯著延長；4）具備寬泛的工作溫度范圍和安全性，HSC可在零下30°-70°以上溫度范圍工作。偉創(chuàng)力計劃在2025年上半年開始生產(chǎn)CESS，預(yù)計在生產(chǎn)開始后的一個季度內(nèi)實現(xiàn)商業(yè)化。本公司具備證券投資咨詢業(yè)務(wù)資格，請務(wù)必閱讀最后一頁免責(zé)聲明證券研究報告21圖28：偉創(chuàng)力CESS解決方案甲骨文目前正在探索采用武藏的超容的解決方案，以幫助甲骨文在全球范圍內(nèi)部署GB200。甲骨文希望通過實施武藏的混合超級電容器解決方案，提高機架內(nèi)的吸收能力以解決人工智能工作負(fù)載產(chǎn)生的電力波動，從而最大限度地減少對數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施和電網(wǎng)的影響。圖29：Oracle采用武藏HSC方案武藏的擴產(chǎn)規(guī)劃顯示，AI對于超容的需求快速擴張。當(dāng)前武藏超容年產(chǎn)能僅20萬顆；武藏在2025年擴建北杜工廠，并于1Q25將產(chǎn)量從20萬顆電芯提高至150萬顆；2026年9月預(yù)計開始運營山梨縣新廠，產(chǎn)量進一步擴張至650萬行業(yè)專題研究/電子本公司具備證券投資咨詢業(yè)務(wù)資格，請務(wù)必閱讀最后一頁免責(zé)聲明證券研究報告22顆，并計劃在27年實施更大的擴產(chǎn)計劃。圖30：武藏擴產(chǎn)規(guī)劃江海股份深耕超級電容器，已成為國內(nèi)超容龍頭。作為國內(nèi)電容器行業(yè)龍頭企業(yè)，江海股份經(jīng)過多年積累，超容產(chǎn)品已形成多方面的競爭優(yōu)勢，廣泛應(yīng)用領(lǐng)域于智能三表、風(fēng)電變槳、智能電網(wǎng)改造、軌道交通、油改電項目、港口機械等領(lǐng)域。其中鋰離子超級電容器在發(fā)電側(cè)、用戶側(cè)調(diào)頻、石油勘探、油改電等諸多應(yīng)用領(lǐng)域開始應(yīng)用，在線運營效果良好；由于很多應(yīng)用都在首次采購中選擇了江海的鋰離子超容產(chǎn)品，公司在后續(xù)維護、更新及方案推進上更占據(jù)主動權(quán)，有利于公司超容產(chǎn)品加速滲透。產(chǎn)業(yè)布局角度，江海股份是全球在電力電子領(lǐng)域少數(shù)幾家同時在鋁電解、薄膜、超容三大類電容器進行研發(fā)、制造和銷售的企業(yè)之一，各產(chǎn)品形成協(xié)同效應(yīng)，共享客戶資源，其業(yè)務(wù)下游包括工業(yè)自動化、機器人、消費電子、軌道交通、5G通訊設(shè)備、數(shù)據(jù)中心、新能源和儲能、電動汽車、智能電網(wǎng)、軍工等多個領(lǐng)域，工業(yè)類電容器的技術(shù)性能和產(chǎn)銷量位列全球同行前列，成為中高端市場的主流產(chǎn)品。公司注重延伸鋁電解電容器產(chǎn)業(yè)鏈，發(fā)展電容器核心材料化成箔和腐蝕箔，性能、品質(zhì)、生產(chǎn)效率達到國際先進水平；橫向發(fā)展薄膜電容器和超級電容器，全面進入電力電子業(yè)務(wù)，三大產(chǎn)品協(xié)同發(fā)展。本公司具備證券投資咨詢業(yè)務(wù)資格，請務(wù)必閱讀最后一頁免責(zé)聲明證券研究報告23底層技術(shù)路線角度，江海鋰離子超級電容技術(shù)源自其2013所接受的日本公司ACT的全部知識產(chǎn)權(quán)轉(zhuǎn)讓，武藏則是源自其所收購的GMEnergy，二者均為鋰離子超級電容，技術(shù)路線相近。2016年開始，江海股份利用8億募投資金對原有超容技術(shù)及生產(chǎn)工藝進行改造，當(dāng)前公司已于相關(guān)生產(chǎn)商探討技術(shù)方案，在方案上完全達到GB300的性能、功用要求，并具備產(chǎn)能大、擴產(chǎn)周期短、特別是成本低的優(yōu)勢；此外公司MLPC等產(chǎn)品也已適配AI數(shù)據(jù)中心，有望將AI打造成公司第二成長曲線。圖31：江海股份鋰離子超容產(chǎn)品資料來源：江海股份官網(wǎng)，民生證券研究院行業(yè)專題研究/電子本公司具備證券投資咨詢業(yè)務(wù)資格，請務(wù)必閱讀最后一頁免責(zé)聲明證券研究報告244投資建議我們認(rèn)為2025年AI算力的核心矛盾在于“功率密度+傳輸速率”，前者背后是溫控液冷+電力系統(tǒng)等，建議關(guān)注江海股份、麥格米特、禾望電氣、申菱環(huán)境、濰柴重機、科泰電源等；后者背后是AEC、CPO、PCB等，建議關(guān)注博創(chuàng)科技、瑞可達、太辰光、天孚通信、滬電股份、生益科技、景旺電子等。重點公司盈利預(yù)測、估值與評級002851.SZ麥格米特002851.SZ麥格米特301018.SZ申菱環(huán)境 行業(yè)專題研究/電子本公司具備證券投資咨詢業(yè)務(wù)資格，請務(wù)必閱讀最后一頁免責(zé)聲明證券研究報告255風(fēng)險提示1）AI算力需求不及預(yù)期。數(shù)據(jù)中心電力系統(tǒng)與AI算力需求息息相關(guān)，若云廠商縮減AI資本開支，或AI算力需求不及預(yù)期，將導(dǎo)致行業(yè)出現(xiàn)波動。2）設(shè)計方案發(fā)生變化。當(dāng)前HVDC、超容等方案處于前期推進階段，存在設(shè)計方案發(fā)生變化的風(fēng)險，可能影響相關(guān)公司產(chǎn)品拓展。2）產(chǎn)品導(dǎo)入不及預(yù)期。新產(chǎn)品的認(rèn)證導(dǎo)入需要過程，若產(chǎn)品導(dǎo)入進展不及預(yù)期，可能影響相關(guān)公司業(yè)績。本公司具備證券投資咨詢業(yè)務(wù)資格，請務(wù)必閱讀最后一頁免責(zé)聲明證券研究報告26插圖目錄圖1：1Q20-4