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2019年中国电力智能巡检机器人行业发展现状、市场竞争格局及市场发展前景分析[图]

伴随经济发展和人民生活水平的提高,社会用电量不断提升,对电网运行稳定性提出更高挑战,变电、输电、配电等电力系统各环节的巡检需求进一步提高。目前电力公司仍主要采用传统的人工巡检方式,即利用看、听、闻等感知手段,对电力设备运行状态进行查验和记录,此种方式存在着人力成本高、巡检手段单一、巡检数据主观性强、受天气影响大、数据管理分散等问题,逐渐无法满足准确、实时、高频率的电力设备巡检需求。

我国目前正从劳动密集型向现代化制造业方向发展,振兴制造业、实现工业化是我国经济发展的重要任务。从工业发展历程看,生产手段必然要经历机械化、自动化、智能化、信息化的变革。随着国民经济的快速发展以及生产技术的不断进步和劳动力成本的不断上升,使用机械、自动化技术代替人力成为巡检管理的必然趋势。

传统的人工巡检方式存在很多不足。劳动强度大、工作效率低、检测质量分散、手段单一;在雷雨等恶劣天气条件下,人工巡检存在较大安全风险,且无法及时进行巡检;传统的视频监控系统,由于受到种种条件限制,存在很大的监控盲区,很难真正满足视频监控全方位覆盖的要求。同时由于系统复杂、摄像头数量多、安装布线工作量大,因此故障率较高,维护困难。随着智能变电站和无人值守变电站模式的推广,对变电站巡检提出了更高的要求,迫切需要一种更为先进、智能的巡检模式。采用智能环亚娱乐老虎机机器人技术进行变电站巡检,既具有人工巡检的灵活性和智能性,同时也克服和弥补了人工巡检中存在的一些缺陷和不足,是智能和无人值守变电站巡检技术的发展方向,且具有广阔的应用前景。

随着智能电网(又称电网2.0)概念的提出,世界多国争相通过本国先进的传感器和测量技术、设备技术、控制方法和决策支持系统开发电力系统的智能化设备,确保电网的智能化、信息化、经济环保化的运行。利用智能巡检机器人配合多种智能检测装置,对站内设备进行智能识别与联动。同时使用多样化巡检模式配合自动充电系统,实现7×24小时的高频率、无人化巡检。充分发挥机器人精度高、反应灵活、全天候的优点,结合智能化检测装置以及智能分析软件,完成了全天候数据快速采集、实时信息传输、智能分析预警到快速决策反馈的管控闭环,加强了电力设备管理能力,确保电网安全稳定运行,提升电网智能化管理水平。

人工巡检与机器人巡检对比分析

数据来源:公开资料整理

一、电力智能巡检机器人国内外现状

电力巡检机器人的早期研究主要集中在日本、美国等国家,早在1980年,日本就开始将移动机器人应用于变电站中,采用磁导航方式,搭载红外热像仪,对154kV-275kV变电站的设备致热缺陷进行检测;八十年代末期,日本研制出了地下管道监控机器人,用于监测275kV地下管网内的温度、湿度、水位、甲烷气体、声音、超声、彩色视频图像等;九十年代,日本又研制出了涡轮叶片巡检机器人,配电线路检修机器人等应用于不同场景的巡检机器人。

2008年,巴西学者J.K.C.Pinto等人设计了一种配备WiFi和红外热像仪的高空滑行变电站巡检机器人,对变电站电力设备的致热点进行检测;美国研发的变电站检测机器人,能够实现电力设备自动红外检测,并使用检测天线定位局部放电位置。2013年,加拿大研制出了一种检测及操作机器人,采用GPS定位方式,在735kV变电站实现视觉和红外检测,并能远程执行开关分合操作。新西兰研制的电力巡检机器人,采用GPS定位,具备双向语音交互以及激光避障功能。

从2016年CARPI会议(国际电力机器人学术会议)上所发表论文及研究成果而言,近十年来,电力巡检机器人行业主要由中国引导,其专利、产品数量以及应用规模远远超过了其他大洲的数量。经过数年的市场应用和推广,目前国内的电力巡检机器人行业按应用场景可分为室外巡检机器人、室内巡检机器人、电缆隧道巡检机器人、巡检无人机四大类。

在中国,国家电网公司于2002年成立了电力机器人技术实验室,主要开展电力机器人领域的技术研究。2004年,研制成功第一台功能样机,后续在国家“863项目”支持和国家电网公司多方项目支持下,研制出了系列化变电站巡检。综合运用非接触检测、机械可靠性设计、多传感器融合的定位导航、视觉伺服云台控制等技术,实现了机器人在变电站室外环境全天候、全区域自主运行,开发了变电站巡检机器人系统软件,实现了设备热缺陷分析预警,开关、断路器开合状态识别,仪表自动读数,设备外观异常和变压器声音异常检测及异常状态报警等功能,在世界上首次实现了机器人在变电站的自主巡检及应用推广,提高了变电站巡检的自动化和智能化水平。

二、电力智能巡检机器人国内外市场总体情况分析

1、国内市场情况

按2015年国家电网和南方电网的规划,未来5年,原有枢纽及中心变电站智能化改造率将达100%,有约两万座110kV及以上的传统变电站将要进行智能化改造,同时新建智能化变电站数量达到1.5万座。2016年底应用于国网35kV及以上变电站的智能巡检机器人数量共计893台,这一数量远未达到市场饱和的程度。2017至2020年间,仅考虑此3.5万座智能变电站中有15%~20%需配置智能巡检机器人,运行模式以一机三站为例,单套机器人系统价格约为100万元,则未来三年中变电站机器人将有17.5亿元-23.3亿元的市场容量。中长期来看,我国的变电站巡检机器人潜在市场规模接近123.3亿元。具有较大的市场空间。

室内机器人主要应用于开关站内。一般一个地级市配电站数量从500座至5,000座不等,直辖市、省会城市、经济发达城市数量较多。根据各地区用电量不同及电网建设情况不同,按平均每个地级市1,000座配电站估计,全国297个地级以上城市(含4个直辖市)大约拥有配电站30万座。另根据国家能源局公布的《配电网建设改造行动计划(2015-2020年)》,我国将会加速发展智能电网的建设,预计对于电力智能巡检机器人的需求超过5万台。中国的电力传输线路将从2014年的115万千米增加到2020年的159万千米,无人机巡检具备较大的市场需求。至2025年,国内各类型民用无人机市场规模预计达750亿元,其中电力行业约占6.7%,即约50亿元的市场空间。

目前一个变配电值班员的年人工成本约10万元,若智能巡检系统的投入使用,并与变配电综合自动化系统、绝缘在线监测系、视频监控系统的共同配合下,变配电所正向着智能化和无人化快速发展,远期节约的人工成本也较为可观。为保证变配电设备运行安全,值班员必须在雷电、大雾、大雨等特殊天气及设备运行异常时进行巡视检查,但给值班员的人身安全带来了较大的隐患,投入使用变配电智能巡检系统时,此项工作完全可由巡检系统担任,消除了值班员的人身安全隐患,其远期的社会效益也不可忽视。

2、国外市场情况

此外,国内电力企业积极参与国际合作与“走出去”战略。随着智能电网建设的全面铺开,各类人工智能设备的需求潜力不断增长,智能巡检机器人也由此迎来了发展提速期。除了在国内市场获得快速发展外,随着我国电力企业海外业务拓展和中东欧等国加快智能电网建设,随着“一带一路”“中国制造2025”等国家战略深入实施,特别是特高压和各级电网快速发展,电力机器人产业凭借高科技、智能化、先进性等独特优势,将迎来新的发展机遇和更为广阔的发展空间。我国智能巡检机器人有望在海外市场也获取积极态势。

三、乘“泛在电力物联网”之风,巡检机器人产业迎来高成长

2019年1月,国家电网提出“三型两网”战略,“三型”即枢纽型企业、平台型企业、共享型企业,“两网”指的是“坚强智能电网”和“泛在电力物联网”。我们认为,泛在电力物联网是智能电网的进一步延伸,变/配电站环节,无人巡检、智能运维、人机交互和基础数据服务有望成为投资重点。此外,各省级层面,江苏省是最早试点对输电线路、变/配电站及电缆隧道采用无人化运检的省份之一,到2020年,力争建成50个以上电网智能机器人运维作业示范区,省内电网企业智能巡检机器人装备总数突破5000台(套),巡检机器人市场空间广阔。

1、两网加速融合,巡检机器人行业有望持续受益

坚强智能电网+泛在电力物联网深度融合是电力行业未来发展方向。坚强智能电网是基础,支撑电力系统能源流的安全稳定传输,泛在电力物联网是“神经网络”,实现电力系统“源-网-荷-储”各环节信息流采集和归集处理。两者深度融合,实现能源流、数据流和与业务流的三流合一,助力国网成为世界一流能源互联网企业。

三型两网架构图

数据来源:公开资料整理

政策推动智能电网加快建设。智能电网是指以特高压电网为骨干网架,利用先进的通信、信息和控制技术,构建以信息化、自动化、数字化、互动化为特征的统一的坚强智能化电网。自2009年国家电网首次提出智能电网概念以来,我国智能电网建设开始迅速发展,2010年3月,“加强智能电网建设”被写入当年的《政府工作报告》,上升为国家战略。2019年,国标委下发《关于推广国家技术标准创新基地(智能电网)建设经验做法》,提出要结合智能电网(首台、套)新技术产品挂网试点和先进技术标准研制情况,建立先进技术标准应用机制,推动关键核心技术标准加快实施,以先进标准引领带动相关产业升级。未来智能电网标准化体系建设将更加完善。

与智能电网行业相关的主要产业政策

数据来源:公开资料整理

无人化运维成为智能电网发展趋势,巡检机器人行业将持续受益。传统的电力运维模式已不能适应智能电网快速发展的需求,因此,将机器人技术与电力技术融合,通过智能机器人实现无人化运检已经成为智能电网的发展趋势。智能巡检机器人应用于变/配电站(所)巡检领域,能够有效满足电网改造中对电力系统提出的智能化、无人化要求,提高变/配电站运维的安全性与可靠性。国家电网和南方电网先后制定发展规划,智能电网建设有望提速,巡检机器人在电力行业的应用前景广阔。

巡检机器人核心应用场景

数据来源:公开资料整理

国家电网公司、南方电网公司发展规划

数据来源:公开资料整理

智能电网投资占比持续提高,2019-2020年投资有望达1281.5亿元。根据《国家电网智能化规划总报告(修订稿)》,2009年至2020年国家电网计划总投资3.45万亿元,其中智能化投资3,841亿元,占电网总投资的11.13%。国家电网将“坚强智能电网”的建设计划划分为三个阶段,其中2016年至2020年为引领提升阶段,计划总投资1.4万亿元,智能电网投资1750亿,占比12.50%。值得注意的是,国网历年实际投资额远大于规划投资额,2016-2018年国网电网投资分别为4964、4854、4889亿元,2019年计划投资5126亿元,假设2020年投资额与2019年持平,则2016-2020年实际年平均投资额为4991.8亿元,远超规划年平均投资额2800亿元,据此可以合理预计,智能电网投资额也将远超规划额度,以12.50%的比例测算,2019-2020年智能电网投资将达到1281.5亿元,市场空间广阔。

各阶段投资情况

数据来源:公开资料整理

“十三五”电网投资额远高于规划投资额

数据来源:公开资料整理

“十三五”智能电网投资额

数据来源:公开资料整理

泛在电力物联网成为国网投资新重地。2019年3月,国家电网召开泛在电力物联网建设工作部署电视电话会议,全面安排泛在电力物联网创设,并颁发《泛在电力物联网建设大纲》。国家电网公司董事长寇伟在会上指出,目前国家电网公司最紧迫、最紧要的任务即是加快促进泛在电力物联网创设。对于泛在电力物联网的建设,国网做出两阶段战略安排:2021年,初步建成泛在电力物联网;2024年,全面建成泛在电力物联网,实现业务协同、数据贯通和统一物联管理。

泛在电力物联网是智能电网的进一步深化。智能电网经过10多年的建设已基本成型,未来需要做:①在中低压配电网领域提升自动化、信息化和数字化水平;②开展类似工业互联网的时延敏感网络建设(比如5G等),实现高精细化的数据采集,从稳态数据的采集通信,延伸到暂态和瞬态数据的获取;③提升大数据和人工智能分析能力,支撑电网更加坚强智能。泛在电力物联网即是围绕电力系统各环节,充分应用移动互联、人工智能等现代信息技术、先进通信技术,实现电力系统各环节万物互联、人机交互,具有状态全面感知、信息高效处理、应用便捷灵活特征的智慧服务系统,本质是智能电网建设的进一步深化。

泛在物联网技术架构

数据来源:公开资料整理

2、渗透率提升+变/配电站建设,巡检机器人市场需求为145-163亿元

截至2017年底,室外机器人渗透率约为5%,室内机器人渗透率约为1%。室外机器人方面,根据中国电力企业联合会统计,截至2017年底国内110kv及以上的变电站数量超过20000个,2017年底全国室外机器人保有量为1000台,若根据变电站配置为一机一站(即一个变电站配置一台机器人)测算,渗透率仅为5%。室内机器人方面,按平均每个地级市1000座配电站估计,全国297个地级以上城市(含4直辖市)大约拥有配电站30万座,根据亿嘉和2015-2017年销售数量768台,及三年平均市占率约80%计算,国内室内巡检机器人保有量为约不足1000台,若根据配电站配置为一机二站(即两个配电站适配一台机器人)测算,渗透率仅约为1%。

变/配电站智能巡检机器人渗透率较低

数据来源:公开资料整理

巡检机器人市场空间测算:1)变电站智能巡检机器人:根据国家电网和南方电网的规划,原有枢纽及中心变电站智能化改造率将达100%。预计至2020年国内110kv及以上的变电站数量将超过30000个。2018年国网对室外机器人统一招标253台,金额为2.7亿元,按照国网与各省网2:1的比例计算,各省网招标金额约为1.3个亿;即2018年室外机器人市场空间为4亿元,对应智能化改造进度约为1%。若每年智能化改造进度在前一年基础上提高3%,根据亿嘉和室外机器人近三年销售单价取平均值85万计算,2019-2021年室外机器人市场需求约为35.7-53.6亿元。

变电站智能巡检机器人市场空间

数据来源:公开资料整理

2)配电站智能巡检机器人:根据国家能源局公布的《配电网建设改造行动计划(2015-2020年)》规划,到2020年国内配电自动化覆盖率将达到90%。在此基础上,我们假设其中20%,即54000座配电站采用智能化巡检设备,且这些配电站配置机器人的进度在前一年基础上提高5%,预计2023年能够完成。按照亿嘉和室内机器人近三年销售单价取平均值60万计算,2019-2021年配电站室内机器人市场需求约为82.5亿元。

配电站智能巡检机器人市场空间

数据来源:公开资料整理

3)隧道智能巡检机器人:随着城市的高速发展,架空输电线路难以满足特定市容市貌的规划要求,国家电网正逐步建设以电缆隧道为主的城市地下电力输送通道网络,但由于电缆隧道内部环境封闭且复杂,人工难以实现全天实时监控,隧道机器人可有效弥补人工的不足,目前处于起步阶段。截至2018年底,江苏省内220kV电缆工程路径长度约为100km,按照2018年江苏发电量占全国总发电量比重8.96%匡算,全国电力管廊里程约为1116km。每4公里管廊隧道机器人预算方案200万元,配置2台巡检机器人和1台灭火机器人,2018年隧道机器人市场容量为1.2亿元,若按照每年25%的进度配置隧道巡检机器人,以67万/台计算,未来三年,则隧道巡检机器人市场需求约为4.2亿元。

隧道智能巡检机器人市场空间

数据来源:公开资料整理

4)带电作业机器人:采用带电作业机器人代替人工作业,可有效避免高电压、强电场伤害,大幅提高作业工效。国网提出泛在电力物联网战略后,对带电作业机器人采购意愿强烈。亿嘉和于2019年三月份推出带电作业机器人,填补了国内室外带电作业无人化操作的空白。我们基于以下假设对带电作业机器人市场容量进行测算:①全国目前有283个地级市,374个县级市,1636个县。假定每个地级市、县级市、县电网作业班组分别有10个、5个、1个,全国约有6336个作业班组;②一个带电作业班组配一台带电作业机器人;③一台带电作业机器人按照300万计算;④亿嘉和于今年3月份推出带电机器人,假设2019年市场渗透率为1%,此后每年在前一年基础上渗透率提高3%。可测算,带电机器人整体市场空间为190亿,2019-2021年市场容量为22.8亿。

带电作业机器人市场空间

数据来源:公开资料整理

综合上述,2019-2021年,以上三类智能巡检机器人市场需求约为145-163亿元,市场空间广阔。

四类智能巡检机器人市场空间测算汇总

数据来源:公开资料整理

四、行业竞争格局:下游客户集中度高,局部呈垄断态势

巡检机器人属于国家战略新兴行业。电力智能巡检机器人属于专业服务机器人范畴,是国家产业政策鼓励发展的战略新兴行业。2013年,变电站智能巡检机器人首次进入国家电网招标目录,标志着变电站智能巡检机器人产品在国家层面上形成了统一的技术标准和准入门槛。根据国家电网对于变电智能运检技术的展望与推进,采用机器人替代人工完成巡检作业已成为必然趋势。

国网平台对室外机器人统一招标

数据来源:公开资料整理

电网建设高度集中决定巡检机器人行业客户集中度较高。我国的电网建设基本是由国家电网和南方电网负责实施。电力巡检机器人市场需求受各地方电力公司投资驱动,而各区域智能电网建设和原有电网智能化改造力度不同,发展水平迥异。因此,在一定时期内,电力巡检机器人的市场需求存在一定的区域性。目前,国内智能巡检机器人需求较大的省份主要是江苏、浙江、上海、湖北、天津等经济发达地区。

巡检机器人行业公司电网客户营收占比

数据来源:公开资料整理

巡检机器人产业的客户区域特征明显。以地处浙江的申昊科技和地处江苏的亿嘉和为例,2018年申昊科技前五大客户中来自浙江省的营收占总营收的比重为77.80%,其中第一大客户是浙江省电力公司,占比为71.46%。2017年亿嘉和来自江苏省的营收占总营收比重为73.73%,第一大客户是江苏省电力公司,占比为51.28%。客户区域特征明显与电网系统内部区域发展不平衡有关,也和电网系统强渠道的采购特征有关,是两方面共同作用的结果。

亿嘉和和申昊科技第一大客户营收占比

数据来源:公开资料整理

电网系统的进入壁垒表现为两方面:一是商务壁垒(即强渠道);一是技术壁垒(即技术领先性)。电力智能巡检机器人产品涉及数学、力学、自动化控制、计算机、人工智能等多学科知识,技术较为复杂;此外,该类产品主要应用于维护电力设备设施的稳定运行,涉及国计民生和社会安全,需通过国家或行业第三方权威检测机构的严格认证,并经一定时间的挂网试运行实验合格后方可正式入网。上述特点使该行业在产品质量、技术研发、行业经验、系统服务等方面对新进企业形成了一定的壁垒,行业内竞争对手相对较少。目前主要的厂商有山东鲁能、朗驰欣创、浙江国自、申昊科技、浙江大立和亿嘉和。

巡检机器人行业厂商介绍

数据来源:公开资料整理

2018年及2019年上半年山东鲁能中标室外机器人数量和金额最多,中标金额占比分别为25.64%和17.40%,占比靠前的厂商还有朗驰欣创、浙江国自、申昊科技和亿嘉和。值得注意的是,前几家厂商中标数量占比差距不大,原因在于国网规定每次招标,各家厂商中标不能超3包,从而有利于行业竞争格局的形成,防止单一厂商形成垄断,促进巡检机器人行业良性发展。

2018年各厂家中标份额

数据来源:公开资料整理

2019年上半年各厂家中标份额

数据来源:公开资料整理

电力系统采购节奏决定巡检机器人行业季节性特点较强。电力系统企业一般遵循较为严格的计划采购制度,预算约束性较强,其设备采购立项申请一般集中在每年四季度,次年一季度对上一年立项项目进行审批,合同项目的执行与实施相对集中于下半年,年底加快执行进度。与此相应,巡检机器人厂商营收主要集中在下半年,季节性特点较强。

巡检机器人企业营收主要集中在下半年

数据来源:公开资料整理

相关报告:智研咨询发布的《2020-2026年中国电力智能巡检机器人行业市场现状调研及市场发展前景报告》



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