2016年智能仪表行业专题研究报告

时间:17-05-18 11:48

 

一、物联网:互联网之后的下一个蓝海

  物联网是通过信息传感设备,把物体与互联网连接起来,进行信息交换和通讯,以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。物联网被称为继计算机、互联网之后,世界信息产业的第三次浪潮,而它对于信息端的云计算和实体端的相关传感互联,为实际应用的领域打开无限可能。

  物联网建立于互联网之上,是各种感知技术的广泛应用。

  物联网将传感器和智能处理相结合,利用云计算、模式识别等各种智能技术,以适应不同用户的不同需求,发现新的应用领域和应用模式,实现应用场景与用户的互联互动。

  图1:物联网应用场景非常广泛

  

  1、三大层面构建完整物联网体系

  物联网产业链通常包含感知层、网络层、应用层三个层面。其中感知层是信息采集的关键部分,感知层常见的关键技术有传感器、RFID(射频识别)、传感器网络等;网络层以纽带连接感知层和应用层,包括接入网和传输网;应用层则是通过云计算平台进行信息处理,从而实现对物理世界的实时控制、精确管理和科学决策,消费电子产品是物联网应用层的重要组成部分。

  图2:物联网产业链

  

  图3:物联网构成体系

  

  2、互联网行业巨头已瞄准市场

  早在2014年,谷歌就以32亿美元收购Nest公司进入物联网领域;同年苹果公司发布HomeKit智能家居平台,构建各种环境融合的物联网生态系统;2015年微软发布微软智能云AzureIoT套件,打造具有云服务功能的PaaS平台,支持物联网解决方案的记费、监控和分析;亚马逊发布AWSIoT平台,提供从设备端一直到云端的IoT租用服务方案,帮助客户在全球范围内存储、处理、分析联网设备生成的数据;2016年三星再度加码物联网,计划未来四年斥资12亿美元,用于在美国进行的物联网项目研发及投资。

  图4:微软发布的AzureIoT

  国内巨头也不甘示弱,2015年开始华为、联想、小米纷纷推出了物联网平台与智能硬件、操作系统计划,腾讯也发布了面向物联网领域的开放平台“QQ物联”,并计划在3年内投入100亿流量和20亿元资金助力1000家企业实现物联网转型。阿里巴巴今年首次对外推出了物联网整体战略,将集合旗下阿里云、阿里智能、YunOS等事业群联合打造面向物联网时代的服务平台。

  3、市场规模巨大,投资价值凸显

  根据美国研究机构Forrester预测,物联网所带来的产业价值将比互联网大30倍,物联网将成为下一个万亿美元级别的信息产业业务。据市场研究公司Gartner预测,2020年物联网设备市场规模将激增至260亿美元,物联网将使全球经济增长1.9万亿美元,全球将有240亿台物联网设备联网。根据爱立信移动市场报告,2015年全球物联网终端超过46亿,其中蜂窝物联网终端达到4亿以上,预计到2018年物联网终端数将超过互联网终端。

  根据麦肯锡数据,未来物联网设备层、连接层、平台层和应用层的价值占比分别为21:10:34:35,与当前相比,物联网的内容、应用层面价值将越来越大。以物联网发展较为迅速的韩国为例,2015年物联网市场规模达到4.81万亿韩元(约合39.7亿美元),其中物联网设备、网络与应用的收入分别占比45.8%,30.9%,23.3%。

 

  图5:全球物联网产业市场规模

  图6:全球物联网设备数量

  2015年我国物联网市场规模达到7500亿,同比增长21%;2015年我国M2M连接数突破7400万,占全球23%,高居第一位;RFID产业规模超过300亿元,传感器市场规模超过1000亿元。预计未来几年,我国物联网行业年均增速将达到30%左右,2018年物联网行业市场规模有望超过1.5万亿元,行业空间巨大。

  图7:我国物联网市场规模

  图8:我国传感器市场规模

  二、NB-IoT技术落地助推物联网快速发展

  1、源于强强联合,商用将快速实现

  NB-IoT由沃达丰、华为主导的NB-M2M,高通主导的NB-OFDM以及爱立信主导的NB-LTE融合,技术源自领先芯片、主设备和运营商。NB-IoT与LoRa、Sigfox同属于低功率广域网,主要解决物联网的末端一公里通信问题。

  2016年6月16日,NB-IoT技术协议获得了国际组织3GPP通过。标准化工作的完成,正式宣告了这项受无线产业广泛支持的标准核心协议全部完成,意味着NB-IoT将进入规模商用阶段,有望对物联网产业的发展产生重大影响。2016年9月完成性能标准制定和12月完成一致性测试后,国内有望在2017年实现芯片的量产以及商用。

 

  NB-IoT属于广域网通信技术,专为低带宽、低功耗、远距离、海量连接的物联网应用场景设计。据华为估计,低功耗广域网占到物联网总连接数的60%,POS机、智能家居等中速率场景占30%,而车联网、视频监控等高速率应用场景则占10%。

  通信标准缺失一直是制约物联网发展的重要因素,只有统一的通信标准才能做到真正的互联互通。当前,工作于授权频谱下的NB-IoT已在运营商级物联网低功耗广覆盖市场的标准推进和商用进程中脱颖而出。主流运营商、设备厂商和芯片厂商这些行业巨头已经开始基于NB-IoT技术在全球部署蜂窝网络,NB-IoT技术将快速完成布局。

  图9:NB-IoT所在的广域网通讯技术应用广泛

  2、NB-IoT技术拥有显著的竞争优势

  广覆盖:NB-IoT技术能实现比GSM高20dB以上的覆盖增益,覆盖面积扩大100倍,覆盖率相对LTE提升100倍,在地下车库、地下管道、山区等信号难以到达的地方也可实现,极大的提升了远程控制的功能。

  大连接:NB-IoT单扇区支持5万个连接,比现网多50-100倍(2G/3G/4G分别是14/128/1200);200kHz频率下,单个基站小区可支持5万个NB-IoT终端接入。目前全球约有500万个物理站点,假设全部部署NB-IoT,每站点三扇区可接入的物联网终端数将达4500亿个。而且沃达丰约85%的基站通过简单的软件升级便可支持NB-IoT。

  低功耗:NB-IoT只消耗大约180kHz的频段,终端如每天发送一次200Byte报文,一节普通电池待机时间可达10年。单次的速传时间缩短,并引入了eDRX省电技术,终端99%的时间都工作在节能待机模式,功耗只有15微瓦。

  低成本:低带宽、低速率、低功耗的结果就是低成本。目前单个模块做出来的成本不超过5美元,批量生产后有可能做到1美元左右。而蓝牙、Thread、ZigBee三种标准的芯片价格在2美元左右,仅支持其中一种标准的芯片价格还不到1美元。

  强大的产业链支持:主流运营商、设备厂商和芯片厂商均支持NB-IoT技术,而作为其竞争对手的LoRa/Sigfox基于非授权频谱,意味着任何公司或个人不用频谱授权即可使用,这将带来不可控制的干扰问题。

  表1:几种通讯技术对比

  

  3、应用前景广阔,智能仪表将从中受益

  NB-IoT已经成为当前最有前景的物联网技术路线,它可以直接部署于GSM、4G或LTE网络,未来可部署到5G网络,因此基于NB-IoT的网络将占据全球运营商级物联网的大部分份额。在此次技术完成标准化之后,符合NB-IoT技术的物联网产品将会快速研发量产,并提供相关的设备管理平台和云解决方案,引领巨大市场。

  就具体应用来看,考虑到NB-IoT技术主要应用在低功耗广覆盖的物联网通信领域,结合其对数据延时不敏感的特点,智能抄表、土壤环境监控、快递跟踪等对环境、耗能有着非常严格要求的领域非常合适NB-IoT。此外,以智能停车、智能路灯、智能垃圾箱等为代表的智慧城市建设也将成为NB-IoT的典型应用场景。

  将NB-IoT技术应用于智能仪表,可以很好地解决传统仪表布线、无线远传设备成本高且对应用环境要求高、耗电量大等问题,使得抄表稳定可靠。它可与现有网络基站复用,不占用现有网络和数据带宽,保证传统和物联网业务稳健运行。在智能抄表的应用中,NB-IoT技术可以保证数据精准达99%。

  图10:NB-IoT智能仪表网络部署

  智能仪表是物联网的感知层,负责采集数据并对数据进行初步加工。因此,通过对智能仪表数据分析和挖掘,进行设备优化和提升,利用大数据分析,最后产生价值,可以实现智能仪表设备能力的延伸。依靠NB-IoT技术,智能仪表的升级指日可待,有望迎来快速成长期。

  三、我国智能仪表市场:技术+政策为导向,未来可期

 

  根据国家统计数据,我国仪器仪表行业每年总收入近9000亿元,年均增速达到6%以上;相比之下,智能仪表行业中最具代表性的智能电表、水表、燃气表2016年的总体市场规模预计将超过300亿元,未来的平均增速预测将达到22%,在技术与政策的引领支持之下,智能仪表行业已经步入快车道,随之而来的将是巨大市场空间的释放。

  1、智能仪表是“互联网+智能”的产物

  智能仪表是计算机科学、电子学、数字信号处理、人工智能等新兴技术与传统的仪器仪表技术的结合,它可以通过全自动化的操作过程得到准确无误的测量,实现节约能耗,并对数据进行存储运算逻辑判断,帮助能源供应商优化能源配置。以用电和天然气为例,天然气计量每提升0.1%准确度,就能减少1.8亿立方米的天然气损失,带来巨大的经济效益;使用智能电表后,每一户的用电信息都会实时联网传送到供电公司进行分析,电脑系统能准确按需分配电力给每一户,避免浪费能源。

  物联网是智能仪表发展的重要技术支持,而且物联网本身注重拓展应用领域,这可以为仪器仪表行业拓展出许多新的市场,创造更大的价值,像节能减排、城市规划、环境监测等等领域都可以以智能仪表作为源头实现进一步的完善。

  (1)我国智能仪表主要有三种技术路径

  智能仪表在机械表的基础上,将机械信息转换为电子信号,从而完成智能表数据的远程传输或远程测抄,并辅以配套的计算机数据处理系统,对数据进行汇总整理与系统管理,实现与结算中心连网数据共享。目前我国智能仪表技术主要有光电直读、无线远传和IC卡三种技术路径。

  IC卡表:IC卡表按卡的类型不同可分为“存储卡”、“逻辑加密卡”和“CPU卡”;按卡的接触方式不同,又可分为“接触式”和“非接触式IC卡(射频卡)”。IC卡表优点是先交费再用能,保证交费率,但是耗电量大,电池、卡片、卡座、磁阀维修更换频繁等,因此不适用大城市,但是农村提前收费难,所以IC卡表不适合大量推广使用。

  图11:IC卡表系统

  光电直读表:仪表自带的光电直读组件读数后通过计量仪表总线上传至数据采集器,再通过有线/无线方式(GSM/CDMA/GPRS等)上传至数据集中器,进而通通信网络上传至管理机终端。不过光电直读表总线布设成本高,单个仪表额外需要70元左右,适用于新区建设而非老区改造。

  图12:光电直读表系统

 

  

 

  无线远传表:仪表自带数据采集器,直接通过无线网络上传至数据集中器。无线智能仪表具有自我调节和自愈特性,不依赖于单一节点,如果某个接入点或节点发生故障点,智能仪表系统可以绕过故障点,并将数据通过另外的路径实现准确传递,网络仍可继续运行,保证报表率达到100%。无线远传表同样成本高,而且信号稳定性容易受到影响。

  图13:无线远传表系统

  

 

  无线抄表方案由直读远传水表、无线采集器、集中器及抄表服务平台组成。控制平台对采集器采集的数据进行处理和分析后,储存在数据库中,方便用户查询。该方案结构简单,维护方便。

  图14:物联网无线抄表解决方案

  

  (2)传感器技术是关键,数据存储方案寻求突破

  传感器技术对智能仪表的质量至关重要,智能仪表传感器一般采用脉冲技术、直读技术等技术路线。其中光电直读传感器是一种无源传感器,既能直观显示相关能耗计量数据,又能输出信号或数据,相对于传统脉冲技术智能传感器,具有计量准确、使用寿命长、阀门控制功能、安装容易、调试简单、无需初始化、维护方便、短路防护功能等优势。由于历史原因,我国智能仪表传感器目前普遍采用的是脉冲技术,随着直读技术的普及,越来越多的智能仪表将会采用光电直读传感器。

  采集器是微处理器控制的智能设备,是集抄系统的主要设备之一,将采集的信号转换成数字数据信息记录保存。在系统中通过通信电缆、无线或电力载波等通讯方式与集中器连接,向集中器传送所记录的用户仪表数据及状态。采集器还可通过红外通讯接口,在现场与手抄器通信。采集器中非常重要的一部分便是数据存储单元,由于仪表多是电池供电,电池需要使用近10年,因此功耗预算非常敏感,所有环节都需要尽量降低功耗,所以数据存储单元也应保证在低功率条件下保存尽可能多的信息。

  传统的三表存储方案通常基于EEPROM或Flash实现,然而这两类器件的读写耐久性有明显的不足。如果按0.5秒记录一次数据计算,EEPROM仅5天就将使用殆尽,难以支持实时记录的要求。因此使用EEPROM时,很多厂商为了避免达到EEPROM的写入极限,频繁使用耗损均衡技术。

  物联网高级解决方案FRAM是一种超低功耗非易失性存储器,具有高速写入、高读写耐久性等特点,可实现存储器的小容量化,软件的复杂度降低和漏洞混入的避免。FRAM功耗极低,而且通过直接发布写入指令即完成数据写入的动作,只需极短的时间,相比EEPROM需要一直等到写入完成进步很多,可以避免数据丢失危险。而且FRAM基本可以直接替换EEPROM,二者的封装是完全兼容的。随着技术不断成熟,价格逐渐走低,FRAM当前已经在智能电表中较为普遍地使用。而在水表气表行业,FRAM正在迅速导入到业界的新方案设计中。

  图15:FRAM、EEPROM、Flash三种存储方案对比

  

  图16:FRAM拥有巨大的读写速度优势

  

 

  (3)无线抄表拓展领域广阔

  物联网智能仪表在数据传输方面不需要任何中间环节,从仪表直达电脑终端,所有的调试完全在计算机终端完成。物联网仪表集抄系统相比于传统的无线远传系统,避免了集中器的中转,可以实现直接控制与对阶梯定价的直接设置,由于物联网基于运营商的基站网络,其信号相比单纯的无线集抄信号更加稳定,兼容性更高,抗干扰性能更强。

  基于无线抄表系统,又衍生出了抄表软件等工具。APP抄表软件通过与采集器相连通信,可以实现扫描条码或二维码查看表档案,图像扫描识别表头抄表,数据采集集中抄表、补抄、异常数据分析等功能。此外,基于APP的互联网业务为后续开展广告、O2O等增值业务打下用户基础。

  智能仪表是“互联网+能源”重要的接口。远程抄表仅是智能仪表最基本功能,通过对居民用水/电/气数据进行挖掘,向居民用户提供实时查询等增值服务,并进行流量变现,最终带来增值收入是其真正价值所在。数据是智能仪表价值链的关键所在,当未来智能仪表市场相对饱和后,企业将主要通过提供配套数据管理和数据分析软件来获得盈利。根据PikeMDM的数据,2015年全球仪表数据收集及管理市场已经达到3亿美元。

  2、国家政策快速推动智能仪表领域发展

  2015年6月,国家标准委制定《中国制造2025》的四个重点工作,其中研制智能传感器、高端仪表标准被列为重点项目;同年9月,国家制造强国建设战略咨询委员会发布《<中国制造2025>重点领域技术路线图(2015版)》,提出重点发展集成电路及专用设备智能仪表,逐步扩大国家集成电路的投资基金规模,同时加强现有政策和资源的协同,以此促进我国智能仪表的研发。

 

  阶梯定价是智能仪表渗透率提升的巨大驱动力。目前水、电、燃气领域均已大范围实行阶梯定价制度,而传统仪表无法满足在计算阶梯价格关键时间点上同时抄收全部数据,因此其在阶梯价格政策下计量手段的落后推进了智能仪表的推广使用。

  四表集抄同样带动智能仪表推广。2015年国家发改委、能源局出台《关于促进智能电网发展的指导意见》,明确指出要支持水、电、气集抄,建设跨行业能源运行动态数据的集成平台,鼓励能源与信息基础设施的共享。国家电网公司也将实现电、水、气、热四表数据集中自动采集的“四表合一”建设列为十大重点工作之一,四表集抄可以获得用户能耗数据,准确把握用户群体的能源需求,从而在能源物联网市场抢得先机。预计2016年国家电网总用户的1%将率先实现四表集抄,覆盖用户将达到300-400万户。预计2016年12月《住宅远传表系统》标准将修订完成,标准的制定与推行将极大促进四表集抄平台的建设。

  智能仪表是建设智慧城市的重要一环,仪表智能化可以节约人工抄表成本、减少产销差、实现调峰错谷,也将有利于实现四表集抄。根据计量协会数据,目前国内智能电/水/气表渗透率分别为72%/20%/52%,测算对应的年市场规模分别为180/50/80亿元左右,估测增量智能化率分别为95%/30%/60%;我们预测未来智能电/水/气表增速分别为14%/28%/25%。由于渗透率还有明显不足,随着政策的推动以及技术的不断进步,智能仪表产业将会快速的增长,市场空间非常广阔。

  四、智能电表:发展较为成熟,仍有巨大成长空间

  我国智能电表行业发展较为成熟,国家电网的普及工作功不可没。根据招标数据计算,目前国网片区的智能电表覆盖率已经达到80%,全国范围覆盖率也已经达到70%以上,14、15年国网智能电表年招标量均为9000万台左右。接下来智能电表的投资预计将略有放缓,之后新标准的实行以及更新更换热潮将释放巨大空间,2018年预计将迎来新的拐点,未来智能电表市场增速在15%左右,我们预测2020年市场规模将超过270亿元,而且智能电表在智能电网中将发挥越来越重要的作用。

  1、智能电网的重要环节,“十三五”期间国网将实现全覆盖

  智能电表是智能电网的智能终端和数据入口,为了适应智能电网,智能电表具有双向多种费率计量、用户端实时控制、多种数据传输模式、智能交互等多种应用功能。智能电网建设为全球智能电表及用电信息采集、处理系统产品带来了广阔的市场需求。预计到2020年全球将安装近20亿台智能电表,智能电网将覆盖全世界80%的人口,智能电表渗透率达到60%。

  智能电表在智能电网数据资源整合中扮演着重要角色。在国家的“十二五”规划明确提出,物联网将会在智能电网、智能交通、智能物流等十大领域重点部署,其中智能电网总投资预计达2万亿元,位居首位。2015年8月,发改委7个物联网立项中首个验收工程“国家智能电网管理物联网应用示范工程”验收成功。之后国家能源局印发的《配电网建设改造行动计划(2015—2020年)》提出“推进用电信息采集全覆盖”、“2020年,智能电表覆盖率达到90%”以及“以智能电表为载体,建设智能计量系统,打造智能服务平台,全面支撑用户信息互动、分布式电源接入、电动汽车充放电、港口岸电、电采暖等业务,鼓励用户参与电网削峰填谷,实现与电网协调互动。”

  预计到2017年,国网将建成国际上最大的用电信息采集系统,实现全域39500万户的智能电表全覆盖。《国家电网公司关于全面推荐智能计量体系建设的意见》指出,2016年,国家电网将启动一批智能配电网示范项目,加强老旧计量装置升级改造,新装智能电能表6058万台,采集用户将达到37758万户,总采集覆盖率95.5%,年新增智能电表投资230亿元,实现用电信息采集基本全覆盖。

  以河南省为例,截止2015年,国网河南电力智能表覆盖率不足40%。2016年国网河南电力计划完成2460万台智能表推广和采集系统建设工作,是2015年安装量的近5倍,建成后智能电能表采集覆盖率可达96%。

  2、智能电表统一招标:竞争激烈,行业集中度低

  智能电表主要通过电网网省上报需求,国家电网和南方电网以统一招标的方式推广,每年中国国家电网会开展3-4次智能电表招标。智能电表招标供过于求,市场竞争激烈,利润空间很小。除了在技术壁垒较高的三相智能电表领域中标企业较为集中以外,单相电能表中标企业市场份额非常分散。同时,国家电网采取的均衡策略也制约了行业集中度提高。

  (1)国网覆盖区域广,智能电表推广早

  至今为止国网已累计招标智能电表4.77亿台,其中2014年和2015年,国家电网的智能电表招标数量都超过了9000万台。2016年首批招标的数量达3794万台,不过在7月份结束的2016年第二批招标中,智能电表招标数量直接滑落到近826万台,分包数量也有明显下滑,本批次有17个网省未上报智能电表需求,说明目前多数网省已经智能电表全覆盖已经接近尾声。

  此外,目前国网正在计划推广面向对象的698协议和IR46标准,在新标准即将实行的情况下,存量轮换不宜过快开展,因此目前招标量出现暂时下降也在市场预期之内,预计2018年市场将迎来转折点。

  图17:国家电网历年招标智能电表数量

  

 

  图18:国家电网历年招标智能电表金额

  

 

  自2009年开始招标至今,累计有103家企业有过智能电表中标记录。有13次以上中标的企业共有51家,整体市场占有率达到了90%以上。截至2015年,三星电气成为智能电表中标的最大赢家,不过中标数量只占6.11%的市场份额。可以看出智能电表的行业集中度非常低,竞争非常激烈。

  (2)南网今年开始招标智能电表,费控需求大

  南方电网片区只有五个省份,居民大约6500万户,因此智能电表需求量较国网少了很多。而且在2016年之前,南网招标的电表主要以电子式电能表为主,这与智能电表还是有一定差距,因此智能电表在南网区域并没有得到广泛的推广。不过在2016年南网第一次招标中,首次启动了智能电表,而且招标的电表全部为智能电表,此次共上报智能电表需求457.8万台,此外南方电网各网省偏向于采用含通信模块的产品,而且所有网省单位都采用了含CPU卡的产品,可见在南网片区本地费控方式有广泛的需求。

  南方电网中标竞争局面不像国网那样激烈,智能电表公司的中标差距更为明显。从2016年第一次智能电表招标来看,在国网招标中表现优异的企业在南网同样拥有巨大的优势。

  3、新增需求与替换需求测算

  由于智能电网的全面建设和农村电网改造升级等促进因素,智能电表市场发展势头迅猛,未来新增用户都将使用智能电表,“十三五”期间将基本实现智能电表全覆盖。

  截止到2015年,国网已完成招标智能电表4.3亿台,其中住宅用智能电表占比85%,国网经营区域累计安装数量已达到3.12亿台,按照我国居民用户“一户一表”的政策计算,当前我国居民用智能电表需求总量超过4.5亿台;考虑工业、商业等其他用途,当前智能电表的总空间达5.3亿台。

  参考目前房地产销售热度趋缓,智能电表渗透率已经较高,至2020年将新增加7000万户居民,预计未来几年内智能电表市场将以5%的增速增长。根据当前智能电表渗透率,考虑国网执行新的电表标准IR46带来的更新需求,以及南网刚刚开始普及智能电表的巨大需求量,预计“十三五”期间我国智能电表新增需求量大约有2.7亿台,按每台平均230元计算,智能电表的增量空间为621亿元。

  随着越来越多的智能电表安装,我国智能电表开始进入库存替换阶段,智能电表一般在运行8年后开始替换,由于2009年开始招标,从2017年起替换市场将成为智能电表市场增长的一大主要驱动力。根据招标记录,估算2016-2020年智能电表替换需求约1.9亿台,替换空间437亿元,基本全部来自于国网片区。

  图19:“十三五”期间我国智能电表需求预测

  

 

  因此,预计“十三五”期间,我国将新增智能电表需求4.6亿台,总体市场空间超过1030亿元。我们预测16、17年将较之前有所回落,2018年更新更换的热潮将带领智能电表迎来需求拐点,并重新超过14、15年的招标数量,在未来保持近15%的增速。

  4、智能电表已经走出国门,带动出口贸易

  据不完全统计,中国智能电表已出口到全球132个以上的国家和地区,出口量持续增长。2015年7月,国家电网公司成功中标巴西美丽山智能电网项目,项目工程投资超22亿美元,计划于2020年正式投入运行;国网公司还承建埃塞俄比亚、肯尼亚、巴基斯坦等国家电力工程和尼日利亚智能电表本土化生产等项目。

  图20:近几年我国电表出口量

  

  5、智能电表还可以更加智能

  随着政府承诺执行国际法定计量组织的IR46国际建议,对未来智能电能表的性能及质量提出了更高的要求,相关国家标准的转化工作已经启动。不过当前由于通讯等技术的原因,智能电表还没有达到真正的智能化,真正的智能电表还需要比较长的一段时间才能实现。

  分布式电源、特高压与微网、电动汽车充电桩、智能配电、四表集抄、建筑分项计量等热点领域,都需要相关的智能电表技术支持。以客户为导向的高级计量体系(AMI)将是未来智能电网建设的重中之重。这将要求智能电能表具备双向互动功能,支持客户服务,并进行分析和决策;同时,电能信息采集系统应当能支持更强大的通讯网络,并为智慧城市的电能应用提供大数据、云计算等数据支撑。更先进的智能电表还代表着未来售电市场最终用户智能化终端的发展方向——随着售电侧改革的不断推进,智能电表公司将有机会进入售电市场及能源互联网这一新领域。

  图21:以智能电表为中心的家庭能源管理中心

  总之,智能电表行业需要在贴近智能电网用户侧需求的基础上,需要对智慧城市中的各种细分市场都能提供更专业、更经济的智能用电产品及系统解决方案,并增加对国际上相对成熟的标准化成果的引用,增强产品的国际竞争力。而且由于我国智能电表市场已经趋向于饱和,电表企业更应将视野投向产业链其他领域,向外扩展业务。

  五、智能水表起步较慢,智能水务迎来发展

  根据计量协会数据,当前我国智能水表渗透率约20%,年产销量1500万台,对应市场规模仅为50亿元,远低于智能电表和智能燃气表,而且智能水表产品技术、管理水平、发展态势等明显滞后。随着政策的落实以及应用NB-IoT通讯技术的物联网水表量产,我们预测智能水表将以28%的增速快速发展,预计未来五年智能水表市场规模将超过400亿元,2020年规模将超过170亿,成长性很高。

  1、我国智能水表当前基础落后

  (1)智能水表受限于水质环境与技术标准,广泛推广使用条件尚不成熟

  受安装环境、测量介质等诸多因素影响,水表像智能电表一样实现精准计量难度较大。智能水表长期运行在潮湿、生锈环境中,电控模块极易发生故障。南、北水质,地表水、地下水等检测指标,水表口径、安装方式和安装环境都不尽相同,因此无法建立统一的技术路线和标准,智能水表在物理层还是在协议层都呈现高度的不统一,严重影响智能水表的覆盖率。

  智能水表的技术壁垒很高,在无线通信方面,相比于电表有入网证,每个电表的通信都会受到监测的完善体制,水表的入网无人负责,集中器也无处监测;此外,水表自身技术射频性能不稳定,外部环境的通信频段资源紧缺,没有统一通讯的互联网络,各个企业的水表只能自己和自身的系统相通,无法形成大面积的无线抄表系统,这也很大程度上影响了四表集抄的进行。即使通过引进国外先进技术快速实现水表的智能化,仍会由于我国自来水水质的问题导致电控模块极在潮湿、生锈环境中的运行而极易发生故障。

  因此,我国必须尽快建立起自己的智能水表技术标准体系,加强高性能超声水表、远传水表、物联网水表等产品的设计与研发,指导产业有序发展和技术进步,快速跟上先进智能仪表产业发展的步伐。

  (2)水务公司分散,水表公司研发困难

  智能水表的下游以自来水公司为主,我国自来水公司众多,呈现高度分散管理的状态。

  目前我国存在管理相对独立的自来水公司超过4000家,虽然拥有采购自主权,但大部分自来水厂资金并不充裕,大部分预算用于供水网络的维修,很难有足够的资金采购并布设智能水表系统,这也很大程度上遏制了水表公司研发智能产品的热情。

  目前全国水表生产企业多达600多家,规模大多有限,无论从预算里拨款还是融资用于新技术都很困难。即使国家积极引导推行阶梯水价带动了智能水表行业的发展,由于智能水表的高技术壁垒,大量水表企业浅尝辄止。

  (3)大型水表企业将最终脱颖而出,引领行业走势

  高度分散的管理体系对水表行业的影响就是地区采购壁垒高,水表企业的行业集中度低,不过随着社会对于智能水表的需求提升以及政策的支持,水表将快速向更智能的方向发展,小企业由于难以突破技术壁垒将逐渐在市场竞争中败下阵来,而大型水表企业有望凸显其规模优势,逐渐提升行业内的地位和市场份额,获得更多自来水公司的青睐。三川智慧、宁波水表和东海仪表是水表的领军企业,市场份额约占我国水表的三分之一。智能水表领域三川智慧、新天科技、宁波水表占主要地位。

  三川智慧与华为合作共同研发基于NB-IoT技术的物联网水表;新天科技智能水表及系统年收入超过2亿元;宁波水表的智能水表及自动抄读系统等产品出口50多个国家和地区。

  图22:我国水表行业市场份额

  2、智能水表功能强大,适用性强

  智能水表可实现集中抄读、远程抄读和实时抄读,数据客观、准确,既可实时读取、实时监控表具的运行状况,又可加载水质、水压等监测,方便水务公司进行数据分析和加强用水管理,还可以提供智能收费等管理和服务,融入智慧城市建设,解决了机械水表人工抄读效率低、抄录数据误差大、自来水公司长期垫资运营等状况。

  由于漏水、计量精度低以及管理上的漏洞,国内水务公司的产销差损失比较大,而如果在主要节点上安装智能水表,就可以很大程度上节约水资源,降低产销差。按照全国年均供水量6000亿吨,供水均价2元/吨,经过智能水表改造可降低5%左右的产销差率估算,每年可以释放市场空间600亿元。

  智能电网是实现水表智能化的基础,使用智能电网全面解决了智能水表的信号传输与能源供应问题。在信号传输方面,解决用户组网问题与终端水表的最后一公里问题,全面实现水表端与云平台处理端的有效融合;在水务管理方面,实现远程阀控、水质水压检测,并实现故障检测、异常报警等各类智慧水务管理职能。

  目前我国智能水表又主要以低端的IC卡水表为主,无线远传智能水表仅占整个智能水表市场的不到20%。随着智能水表渗透率逐步提高以及水务需求的提升,无线远传水表所占比重也将逐步提高。

  3、NB-IoT技术将引领智能水表革命性进步

  由于水表的放置环境通常在阴暗潮湿的隐蔽环境,而且无法外接电源,当前占据市场主导的M-Bus总线通信以及无线通讯技术在覆盖能力和功耗方面不能很好的满足水表自动上报数据的需求。而NB-IoT恰恰适用于低功耗广域网市场,有望实现物联网智能水表及终端的低功耗与低成本、覆盖范围广、不需自组网络、网络接入方便等严格要求。

  2015年底,华为和沃达丰、u-blox联合宣布,在西班牙完成基于商用网络的预标准NB-IoT解决方案测试:通过在水表中内嵌支持NB-IoT技术的u-blox模组,使水表接入到移动网络之中,从而实现远程抄表业务。2016年5月,深圳水务与华为、中国电信签订战略合作协议,将使用NB-IoT通信协议开展智慧水务试点工作。

  我国水表行业已经将NB-IoT无线网络接入技术列入我国水表行业“十三五”期间重要推广的应用技术,并计划在水表行业内组建“无线通信技术工作组”,制订相关标准和技术解决方案,进行大面积推广前的试点工作,推进NB-IoT技术在智慧供水业务中的应用。

  NB-IoT技术的应用将大大降低智能水表的成本。目前普通机械水表单价约50元,智能水表250-300元,物联网水表需要在智能表基础上加上30元模块费用,8年通信费用48元(每年6元),价格约300-350元左右,低于目前先进的无线远传表通讯模块。由于NB-IoT不以流量消费为主,在智能水表应用中数据上报周期长,消耗流量很少,因此流量费用也有所降低。预计使用通讯技术的新一代物联网水表单价可心降到200-250元,电池寿命10-15年,电池寿命2年更具优势。

  4、智慧水务对智能水表提出新要求

  自来水行业生产管理技术、理念和运营方式上普遍较为陈旧,缺乏详实的数据支撑,,导致了不合理的生产调度、过高的资源消耗与浪费,同时也给自来水的安全生产和调配埋下了隐患。当前我国每个城镇基本上都拥有给水排水系统,但绝大多数自动化和信息化程度较低,且大多处于亏损状态,如果再继续延用传统的水务管理模式,不但不利于行业长期发展,还将加大政府与公司的负担。

  智慧水务实时感知城市供排水系统的运行状态,将物联网、大数据、云计算及移动互联网等新技术融入水务的各个环节,形成“城市水务物联网”,动态管理水务系统的整个生产、管理和服务流程,实现智慧化决策、水务管理与服务协同化运作。除此之外,还可以进一步分析出不同群体的用水习惯,从而更加科学合理地指导给水管网建设和改造,具有全面感知、互联互通、智能决策、主动服务等特点。

  图23:智慧水务系统

  

 


  图24:大连市智慧水务建设框架

  智慧水务具备迅捷信息采集、高速信息传输、高度集中计算和智能事物处理的能力。当前我国水务在线监测多以状态监控为主,数据再分析和信息挖掘领域空间巨大。作为智慧城市的重要部分,智慧水务对用水数据的采集分析、监测控制以及相关管理的需求将推动智能水表的不断发展,硬件、软件和配套服务将不断完善。

  在政策推动下,PPP模式(公共私营合作制)逐渐成为水务企业的一条重要融资渠道。PPP模式通过技术创新、服务外包等方式进行社会资本和政府的风险分担、达到多方共赢,使得水务企业和国家政府有更多的机会交流合作,这一早已在英美起步的合作模式,在中国还在探索阶段。截至2016年5月底,全国共发布PPP项目8644个,总投资需求约为10.4万亿元。在目前已有的206个PPP示范项目行业分布中,水务项目占到24%。PPP模式的推广,将带来水务行业全面升级,智慧水务尽快落地。

  阶梯水价促进智能水表逐渐普及。国务院2015年上半年印发的《水污染防治行动计划》要求加快水价改革,县级及以上城市应于2015年底前全面实行居民阶梯水价制度,具备条件的建制镇也要积极推进。同时,2020年底前,全面实行非居民用水超定额、超计划累进加价制度。为了贯彻阶梯水价政策,对阶梯水价的科学机制做到准确计量,智能水表的支持必不可少。

  5、智能水表市场前景广阔,增长迅速

  2015年我国水表产量7000万台,其中智能水表1500万台,出口水表约1000万台,国内销售的6000万台最主要应用于新建楼盘与住宅改造。虽然目前国内房地产市场已经趋近平稳,但棚户区改造同样是巨大的市场。随着技术的不断提升以及智慧城市的演进,智能水表行业将稳步发展。

  2016年之前智能水表产量一直以近20%的速度增长,预计新一代的物联网以及NB-IoT智能水表将于2-3年内实现批量生产,这将大大满足市场需求。《我国水表行业“十三五”发展规划纲要》指出,“十三五”期间智能水表(含智能应用系统)销售收入占全部水表销售比例要达到40%,伴随着政策向好,智能水表的市场规模也将稳步提升,预计增速将达到28%,到2020年智能水表的渗透率将接近45%,年出货量4500万台。根据渗透率提升的预测以及销售收入的预计增幅比例,假定未来40%-50%的新增水表需求为智能水表,按我国当前约4.5亿家庭用户以及智能水表价格270元/台计算,预计未来五年我国将新增智能水表超过1.5亿台,对应规模将达到超过400亿元,相较于当前每年50亿元的市场规模将实现显著的提升。

  图25:我国智能水表产量及渗透率

  

 

  六、受益于天然气普及,智能燃气表将长足发展

  智能燃气表市场很大程度取决于燃气的渗透,近年来我国大力发展城镇居民天然气普及工作,给智能燃气表行业带来了很大希望。根据计量协会的相关数据,当前我国智能燃气表渗透率50%左右,年销量超过2000万台,市场规模80亿元。我们预测智能燃气表的市场将保持25%的增速水平,未来整体市场空间可以达到600亿元。

  1、天然气消费快速增长带动智能燃气表持续发展

  天然气市场的快速发展,主要得益于目前全球范围内对清洁能源的大力支持,催生市场需求,这也成为智能燃气表应用迎来蓬勃发展的机遇。根据美国公布的全球公司透明度调查的市场研究报告,智能天然气市场价值将从2014年的0.9亿美元增长到2023年的10.5亿美元。

  2014年国家发改委下发的《关于保障天然气稳定供应长效机制的若干意见》明确了我国将建立保障天然气稳定供应长效机制,提出到2020年天然气供应能力力争达到4200亿立方米,天然气在一次能源消费中的比重将提高到10%以上。目前我国居民用天然气人口达到3.5亿以上,城镇居民天然气渗透率超过40%,仍有巨大的上升空间。

  2014年出台的《国家发展改革委发文部署各地建立健全居民生活用气阶梯价格制度》要求2015年底前所有已通气城市均应建立起居民生活用气阶梯价格制度。根据发改委统计,截止2015年底,已有16个省区市的67个城市已建立居民阶梯计价制度,全国36个大中城市中有35个已开通管道燃气,其中29个已经实行或即将实行阶梯气价制度,实行率83%;15个副省级城市均已开通管道燃气,其中13个已经实行或即将实行阶梯气价制度,实行率87%。

  阶梯气价对天然气计量方式提出了更高的要求,一个20-30万户规模的地市级燃气公司,通过实施阶梯气价,至少可以带来600万元以上的利润提升。目前城镇的年均气化人口3000万人左右,随着政策逐步实施,全国城镇气化率2020年将达到70%以上,现有以用气量为基础计价的燃气表将逐渐被以金额为基础计价的智能燃气表所替代。

  图26:我国城市用气人口与城市供气总量

  

 

  目前智能燃气表市场规模已超过80亿元,增速25%。当前我国有超过1亿台在线运行的燃气表,其中智能燃气表超过5000万台,市场渗透率占燃气家庭50%左右,过去五年智能燃气表产量以25%左右的速度快速增长,目前每年生产2000万台,智能燃气表新增用户数量约占燃气表新增用户数量的60%。随着燃气的普及以及燃气公司燃气运营管理水平的提升,智能燃气表的基数与比重均将稳定上升。按照未来我国60%家庭使用天然气估算,预计未来智能燃气表的整体市场空间可以达到600亿元。

  图27:我国燃气表与智能燃气表市场

  

 

  2、远传表系统更适合智能燃气表

  燃气表相较于电表与水表,由于安全性的问题,安装稍显麻烦,而且需要测试1-2年时间。传统燃气表一般为机械式膜式燃气表,采用机械计数器字轮得到燃气计量数据,使用较为广泛,智能燃气表在膜式燃气表的基础上加装电子控制装置,使其更为自动化,20世纪90年代后期开始走进市场并实现规模化生产与应用。现阶段智能燃气表大多使用GPRS通信,抄表频率一周一次,一年资费6元,成本依然过高,未来NB-IoT技术将解决功耗、成本等问题。

  智能燃气表主要包括IC卡燃气表和远传燃气表两大类,IC卡表始终带电,对电池要求较高,在电表上应用比较可靠,而IC卡燃气表适用于宾馆、酒店、学校食堂、机关单位和商业网点等不好集中管理的零散用户使用,但是目前接触式的IC卡智能燃气表仍然是市场上的主流产品。无线远传燃气表一般以膜式燃气表为计量基表,加装流量信号采集模块、无线传输模块等,除具燃气体积计量功能外,还具有计量数据机电转换、无线射频数据传输、阀门遥控等功能,适用于居民小区等用户的燃气远程集中自动抄表系统,但是当前还处于规模应用的初期。

  未来的智能燃气表除实时跟踪用气动态、自动生成账单外,还将与智能电表相结合,通过历史数据比对以及同类型用户比对,利用大数据分析,根据电/气网负荷和实时电/气价对用户的用气行为提出建议,在电力和燃气之间作平衡选择;如果系统监测发现用户燃气设备长时间处于低效运转,还可建议用户预约检修,最终提供基于互联网和物联网的家庭用能整体解决方案。

  3、燃气企业与智能燃气表公司需协同发力

  燃气表主要通过燃气公司采购进入市场,不过受国内气价并轨、天然气配套设施缺乏等原因,燃气企业目前正面临困境,2015年我国燃气市场的五大燃企营业额、净利润分别有三家、四家同比下降,甚至一些地方性燃气企业出现了成本倒挂的问题,负担严重;而且燃气智能抄表的配套管理服务还不到位,带来的效益还没有得以体现,大规模的推广受阻。燃气市场也在逐步整合和集中,中、小型燃气公司被大型集团企业所并购。越来越多的燃企也开始寻求转型,与燃气表厂以及互联网方案服务商合作,并进行各种创新性融资方式以提升利润空间,解决当前智能燃气表的改造成本消耗燃气企业大量利润的问题。

  智能燃气表的发展面临着与智能水表一样的现状:首先,国家对于智能燃气表的生产和使用还没有制定出一套完善的实行和管理体系,行业产品标准不一、市场混乱;其次,由于普通机械燃气表属于低端产品,行业进入门槛低,市场竞争激烈,企业只能压低价格缩减利润。行业内领先企业开始布局技术含量高、符合市场需求的智能燃气表,研发出多功能的终端产品和管理系统软件,满足客户的差异化需求,不过当前智能燃气表行业的主要竞争者仍以行业发展初期进入的民营生产企业为主,规模普遍较小,整体基础相对薄弱,能提供集硬件设备、软件平台及完善的应用方案为一体的“城市燃气智能计量网络收费系统”等产品的生产厂商相对较少。

  我国当前约有100家燃气表厂商,其中50%生产智能燃气表。在智能燃气表行业,国内销售规模较大的企业主要包括新奥燃气设备、金卡股份、威星智能仪表、先锋电子、航天动力、思凯电子和新天科技等,这其中一部分企业生产历史较长,在行业里累计了一定的知名度和市场份额;另外一些企业则加大力度研发高科技产品,通过转型智能化快速切入市场;还有像重庆前卫克罗姆公司一样通过和国际行业巨头合作,利用品牌和技术优势立足市场。

  在智能化转型方面,燃气表厂相比于燃气企业走到了前面,而且已经开始涉及第三方运营、信息安全等全方面服务领域,与互联网的结合更加紧密,融资手段也更为多样,不过最终智能燃气表企业还是要做到与燃气企业对接,这样才能拓展产业链,提供更优质的产品与服务。

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