变压器原理、分类、产业链、成本、市场规模及需求分析

变压器是利用电磁感应原理来改变交流电压的装置。

变压器（Transformer）是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置，主要构件是初级线 圈、次级线圈和铁芯（磁芯）。主要功能有：电压变换、电流变换、阻抗变换、隔离、稳压（磁饱和变压器）等。以我国电力系统为例，发电 机输出的中压电能需经变电环节升至110kV～1000kV，方能实现大规模、低线损的远距离输电，电能输送至用电区域后需降至110kV～10kV分 配和接入各类工业企业、公建设施等用电负荷较大的终端用户，最后再降至低压380/220V分配和接入低压用户。

变压器可分为运行在主干电网的电力变压器和运行在终端的配电变压器两大类。1）电力变压器：用于较高电压的输电网升压降压应用(400kV、 200kV、110kV、66kV、33kV)，额定容量一般在200MVA以上。2）配电变压器：配电变压器用于低压配电网（11kV、6.6kV、3.3kV、440V、 230V），作为终端用户连接的手段，可将电网中的高压电转换为可在工业企业、共建设施、城乡居民中使用的低压电力，一般额定小于 200MVA。在网外，光伏、风电以及储能等新能源也通过配电变压器升压并入电网。在美国电力变压器与配电变压器区分的电压等级通常为 69kV或72kV。

按照冷却方式不同，变压器分为干式变压器和油浸式变压器。干式变压器依靠空气对流进行自然冷却或增加风机进行冷却，绝缘介质一般为环 氧树脂或Nomex纸，一般用于综合建筑内（地下室、楼层中、楼顶等）及人员密集等要求防火、防爆的场所。油浸式变压器依靠变压器油作冷 却介质和绝缘介质，根据防火防爆要求，油浸式变压器一般安装在独立的变压器室内或室外。

变压器行业产业链中，上游主要为原材料供应商，提供硅钢片、铜、铝等原材料；中游为变压器生产供应环节，为下游企业提供定制化变压器 的产品设计、生产制造、装配调试和售后服务等，主要应用于能源电力、石油化工、冶金、铁路交通和城市建设等领域，各细分行业呈现出不 同的市场需求特点。原材料中，铜材品类包括铜线、铜箔、铜杆、铜排等，是制作干式/油浸式变压器绕组的主要原材料。铜线即铜质电磁线， 用于制造线绕绕组；铜箔用于制造箔绕绕组；铜杆即铜线坯，用于进一步拉制加工成铜线。取向硅钢指通过一定的碾轧手段，使硅钢片中晶粒 沿一定方向有序排列的硅铁软磁合金，具有优良的导磁性，是变压器铁心制造的最主要原材料。

变压器成本中原材料占比约90%，铜材与取向硅钢片对成本影响较大。在变压器成本构成中，原材料占比高。根据江苏华辰招股说明书中所披 露的其公司2021年主要产品主营业务成本项目构成数据，无论是干式变压器还是油浸式变压器，直接材料在成本构成中均在九成左右。在原材 料中，铜材、取向硅钢、电子元器件、绝缘材料、钢材、铝材等占比较高。以油浸式变压器为例，根据华经产业研究院数据，铜材料成本在直 接材料中的占比约为30%，取向硅钢生产工艺、制造技术较为复杂，技术壁垒较高，其成本占比为约25%，变压器油成本占变压器原材料成本 的比重为15%。

2021年全球变压器市场规模373亿美元， 美国占比约 17%达 到 63 亿美元 。 根 据 Power Technology Research（下文简称 “PTR”），2021年全球变压器市场规模达 到373亿美元，其中电力变压器占236亿美 元，配电变压器占137亿美元。分区域看， 北美占全球变压器市场的21%，其中电力 变压器市场规模超过49亿美元，相当于全 球电力变压器市场的21%，配电变压器市 场收入为30亿美元，占全球配电变压器市 场的22%。北美变压器市场由美国主导， 美国占北美变压器市场总额的79%，即美 国变压器总市场规模为63亿元，在全球市 场占比17%，其中电力变压器市场收入 38.5亿美元，配电变压器市场收入24亿美 元，在全球占比分别为16%、18%。

美国变压器老化严重，致使电网安全稳定性下降。美国电力基础设施的大部分投资都是在1950年代到1980年代进行，因此当前美国多数变压器 都达到了平均寿命，平均使用年限达到了38年（来源：T&D World）。 • 根据PTR，美国70%的配电变压器机组使用年限超过25年，约15%的已经超过了40年的平均预期寿命；美国的高压电网包含超过3500个变电站，其 中超过33%的变压器已使用超过50年，约六分之一的变压器使用年限超过60年。 • 设备的老化增加了其故障率，加之极端天气的影响，导致电网供电的不稳定性增加。根据IEA对部分国家按不同原因分类的电网相关停电情况的统计， 2021年电网相关停电对美国经济的幅面影响达到540亿美元，美国因技术/设备原因停电所造成的经济影响占总GDP的比例高于中国、德国以及澳大利 亚。

存量替换是美国变压器市场增长的重要驱动力，每年近2/3的变压器用于替换需求。根据PTR，美国每年约2.1%的变压器机组退役，用新变压器 替换老旧变压器是行业重要的需求来源。美国每年销售的配电变压器超过100万台，但其中只有三分之一的容量增加；另外三分之二用于替换电 网中使用了几十年的变压器。存量替换是美国变压器市场增长的重要驱动力。

美国新能源发电量的大幅增长需要相应的输配电网络升级扩容，进而推动变压器需求。根据EIA，2022年美国总发电量达到40.9亿兆瓦时，风能、 太阳能、水力等可再生能源发电量于2021、2022年先后超过核电和煤电。这其中，美国风电和光伏发电量快速增长，公用事业规模光伏容量从 2021年的61GW增至2022的71GW，风电装机规模由2021年的133GW至2022年的141GW。EIA预测美国可再生能源发电的份额将从2021年的 21%增加到2050年的44%，增量主要来自光伏和风电。美国新能源的发展目标需要对电网进行扩展和升级，以使得即将上线的新电厂能够实现 电网互联，进而将推动电力和配电变压器市场的增长。值得注意的是，根据PTR，截至2022年底，美国有超过10200个项目正在寻求电网互联， 发电量约为1350GW，储能约为680GW。

美国交通运输部门的电气化有望推动美国变压器市场的增长。根据麦肯锡的报告，美国联邦政府的目标是至2030年美国销售的新乘用车和轻型 卡车中有一半应该是零排放汽车（ZEV），包括BEV、PHEV以及FCEV。 • 在全国达到联邦ZEV销售目标的情况下，麦肯锡预计美国的电动汽车车队将从2022年的不到300万辆增长到2030年的4800多万辆，约占美国道路上所 有车辆的15%，其中乘用车数量可能超过4400万辆。随着道路上电动汽车数量的增加，每年为电动汽车充电的电力需求将从现在的110亿千瓦时激增 到2030年的2300亿千瓦时。2030年的需求估计约占美国当前总电力需求的5%。为了满足美国电动车的充电需求，根据美国两党《基础设施法》提供 了75亿美元用于发展该国的电动汽车充电基础设施。 • 但与此同时，如果电网基础设施跟不上电动汽车即充电桩的发展，司机可能会遇到充电困难，例如排长队或只能在特定时间和地点充电；过度紧张的 电网也将更容易受到极端天气事件的影响，并且容易发生停电。电动汽车充电基础设施的急剧增长将在更高的电网容量需求和电网灵活性方面直接影 响电网，推动变压器需求。