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2023年光纤传感系统行业市场发展态势及投资前景可行性评估预测


(1)光纤传感系统:光纤传感是一种新型传感技术,通过光的反射、折射和吸收效应,光学多普勒效应、声光、电光、磁光和弹光效应等,可使光波的振幅、相位、偏振态和波长等参量直接或间接地发生变化,因而,可将光纤作为敏感元件来探测各种物理量。光纤传感器是一种将被测对象的状态转变为可测的光信号的传感器。

光纤传感器由光源、入射光纤、出射光纤、光调制器、光探测器及解调器组成。其基本原理是将光源的光经入射光纤送入调制区,光在调制区内与外界被测参数相互作用,使光的光学性质(如强度、波长、频率、相位、偏振态等)发生变化而成为被调制的信号光,再经出射光纤送入光探测器、解调器而获得被测参数。

基于光纤传感技术的资产监控系统具备极高的灵敏度和精度、抗电磁干扰、高绝缘强度、耐腐蚀、能与数字通信系统兼容等优点,可以实现温度、应力、声波等物理量的量测,并安全有效地应用于各种恶劣环境中,可作为资产监控运维管理系统的核心传感器件。目前,光纤传感技术已广泛应用于电网基建、城市管廊、油气能源基建、海底缆线、交通基建、城市安防等领域,实现资产监控运维管理功能,下游应用领域十分宽广。

根据中金企信统计数据,2021年,我国光纤传感解决方案市场规模达到72.90亿元人民币,自2017年以来年复合增长率达27.1%,电网基建、城市管廊、油气能源基建、海底缆线等行业投资的高速发展是促进整体光纤传感市场的主要增长因素。预测到2026年,市场规模将达到208.70亿元,如下图所示:

2017-2026年中国光纤传感解决方案市场规模现状及预测

 

数据统计:中金企信国际咨询

(2)分布式光纤传感系统的优势:光纤传感器可按照技术特点分为分布式光纤传感器、准分布式传感器和点式传感器三种。

点式传感器的技术原理是通过识别某点的干涉效应的改变来探测信号;准分布式传感器则是在点式传感器的基础上重复,实现多点同时探测;在设计理念上,分布式传感器有其特殊性与上述两种技术完全不同,在分布式传感中,整根光纤都可以作为传感器件,不限于在任何点检测信号,实现对参数的整体感知和光路测量。分布式光纤传感技术通过测量光纤中的拉曼散射、布里渊散射、瑞利散射等光的物理散射信号,实现温度、应力、声波的测量功能的新型传感技术。由于传感光纤中只通行光信号,是一种安全、无源的非电检测技术。

与离散点式传感器、准分布式传感器相比,分布式光纤传感系统中的传感光纤既是传感单元,亦是传输单元,一台监测距离数十至数百公里的光纤传感设备可等效于数十至百万个温度、应力、声波探测单元,监测距离内全覆盖,在长距离大范围监测场合下较离散点式、准分布式传感器具备优势。分布式光纤传感器中的光纤能够集传感、传输功能于一体,能够完成在整条光纤长度上环境参量的空间、时间多维连续测量,具有结构简单、易于布设、性价比高、易实现长距离等独特优点,特别适用于工作环境恶劣、监测距离长的电网基建、城市管廊、油气能源基建、海底缆线、交通基建、城市安防等领域中,受益于下游应用领域的建设需求,推动了分布式光纤行业的快速发展。

分布式光纤传感器在技术层面与准分布式传感器和点式传感器及其他常见传统传感器的对比如下:

 

中金企信国际咨询公布的《全球及中国光纤传感系统行业市场专项调查研究及“十四五”发展规划指导可行性报告(2023版)

3、主要应用市场状况:目前,资产数字化监控运维管理系统广泛应用于电力电网、海底电缆、综合管廊、石油石化等领域,主要应用领域的细分市场具体情况如下:

(1)电力电网行业发展概况:

1)电网投资规模:伴随着国家电网大力建设坚强智能电网及电力物联网,我国电网投资规模整体呈增长态势。我国电网投资规模由2008年的2,895.01亿元增至2021年的4,951.00亿元,电网投资规模持续维持在高水平。我国电网年投资规模如下图:

2008-2021年中国电网基本建设投资完成额现状分析

 

数据统计:中金企信国际咨询

2)电力可靠性与电网智能化的发展:智能电网以实现电网的智能化、信息化、自动化为目标,通过先进的传感技术、硬件设备、软件及决策支持系统技术等,对电力电网内设备的运行情况进行监控,经信息系统收集、并进行数据分析和判断,实现“电力流、信息流、业务流”高度一体化融合的智能现代电网。

根据发改委于2022年4月发布的《电力可靠性管理办法》,电力企业应当加强线路带电作业、无人机巡检、设备状态检测等先进技术应用,优化输变电设备运维检修模式,电网的智能监控运维管理的重要性进一步提高。

与传统电网相比,智能电网在各个环节都有较为显著的技术创新突破,其建设为系统性工程,覆盖了电力电网的各个环节,根据《国家电网智能化规划总报告》,2009-2020年国家电网规划总投资达3.45万亿元,其中智能化投资3,841.00亿元,占总投资的11.13%,各阶段电网智能化投资占该阶段总投资规模的比例呈持续上升的趋势。

国家电网于2019年提出建设世界一流能源互联网企业,对建设电力物联网作出规划。根据相关文件的规划,国家电网将分两阶段推进电力物联网建设:2019年-2021年为战略突破期,将重点应用人工智能、物联网、云计算等新技术,建设输变电物联网和配电物联网,提升电网物联和深度感知能力,2021年初步建成电力物联网;通过三年提升,于2024年建成电力物联网。

电力物联网基于先进技术,实现电力系统在各环节人机交互和互联,形成具有状态全面感知、信息高效处理、应用便捷的电力系统。电力物联网主要包含了智能终端、边缘计算、云平台、智能分析等环节。根据国家电网《泛在电力物联网建设大纲》,截至2018年底,国家电网接入电网的终端设备超过5.4亿只,日采集数据量超过60TB。伴随着电力物联网建设的发展,电网智能化投资规模有望持续增长,为公司资产数字化监控运维管理系统监测、测温、载流量评估、环流、故障定位、局放等场景下的运用提供了更多机遇,将为行业带来崭新的发展空间。

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(2)海上风电行业发展概况:海底电缆主要应用于海上风电行业。海上风电起步于欧洲,自此也开启了一项新的清洁能源发展领域。经过三十余年的发展,全球海上风电取得了令人瞩目的成绩,逐渐成为了可再生能源发展的重要领域之一,吸引着越来越多的国家和企业加入其中。

根据全球风能协会的数据,2021年我国海上风电新增装机容量为1,690.00万千瓦,相比于2018年的165.50万千瓦实现大幅增长,我国海上风电装机量已达到全球第一。2018-2021年,我国海上风电新增装机容量变化趋势如下图所示:

2018-2021年中国新增海上风电装机容量现状分析

 

数据统计:中金企信国际咨询

2021年2月,国务院发布的《关于加快建立健全绿色低碳循环发展经济体系的指导意见》指出,要“提升可再生能源利用比例,大力推动风电、光伏发电发展,因地制宜发展水能、地热能、海洋能、氢能、生物质能、光热发电”;2021年3月,《第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》中提出,要“加快发展非化石能源,坚持集中式和分布式并举,大力提升风电、光伏发电规模”;2021年5月,国家能源局发布的《国家能源局关于2021年风电、光伏发电开发建设有关事项的通知》中提出要落实碳达峰、碳中和目标,风电、光伏发电量占比到2025年达到16.5%左右,以及2030年非化石能源占一次能源消费比重达到25%左右、风电太阳能发电总装机容量达到1,200GW以上等任务,坚持目标导向,完善发展机制,推动风电、光伏发电高质量跃升发展。

2021年10月,《中共中央国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》提出,预计2030年风电和太阳能总装机容量达到12亿千瓦以上。根据广东、山东、浙江、江苏、广西等地“十四五”期间海上风电发展规划,预计在“十四五”期间,全国海上风电规划总装机量将超100GW。海上风电有望在“十四五”期间持续景气,行业迎来重大发展机遇。这为公司所生产的海底电缆资产监控运维管理系统在海上风电传输中锚害监测、海缆故障定位、埋深监测、导体温度监测等环节的运用提供了更多需求,拓宽了公司主要产品的销售市场。

(3)综合管廊行业发展概况:我国正处在城镇化快速发展时期,地下基础设施建设滞后,地下综合管廊建设是21世纪新型城市基础设施建设现代化的标志之一,修建地下综合管廊有利于统筹各类市政管线规划、建设和管理,解决开挖路面、管线事故、架空线网等问题,有利于完善城市功能、改善城市形象、美化城市景观、促进城市集约化发展,有利于提高城市的资源承载能力和发展质量,有利于拉动社会资本投入、增加公共投资、提升经济发展动力。

我国地下综合管廊建设起步较晚,1994年浦东新区开发中张杨路修建全长11.13公里地下管廊,我国的综合管廊建设正式起步。根据住建部的数据,2020年全国城市地下综合管廊长度达到6,150.76公里,新建地下综合管廊长度2,690.68公里;2020年全国县城地下综合管廊长度达到1,041.05公里,新建地下综合管廊长度468.84公里。

2017年住房和城乡建设部、国家发展改革委发布《全国城市市政基础设施建设“十三五”规划》,提出有序推进综合管廊建设,至2020年,全国城市道路综合管廊综合配建率力争达到2%左右,建成一批具有国际先进水平的地下综合管廊并投入运营。2020年住房和城乡建设部发布了《关于加强城市地下市政基础设施建设的指导意见》,要求各地需统筹推进市政基础设施体系化建设,提升设施效率和服务水平;增强城市防洪排涝能力,建设海绵城市、韧性城市,补齐排水防涝设施短板,因地制宜推进雨污分流管网改造和建设,综合治理城市水环境;合理布局干线、支线和缆线管廊有机衔接的管廊系统,有序推进综合管廊系统建设。上述行业政策有效扩大了公司主要产品综合管廊监控运维管理系统的市场需求,为公司资产监控运维管理系统的业务拓展提供了新的机遇。

国家层面密集发布关于开展城市地下综合管廊建设的文件,随着城市现代化进程的推进,政府部门对于城市基础设施建设领域的发展更加重视,城市基础设施中综合管廊建设及管理的重要性也逐渐体现,也为公司综合管廊资产监控运维管理系统在管廊本体监测、隧道环境监测、管廊资产管理等领域的应用提供了更多空间。

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(4)其他应用行业概况:

1)石油石化行业:石油石化行业具有连续生产、生产可靠性要求高的特点,工艺技术复杂,对反应装置、仪器、设备状况要求严格,且化工原料及产品存在易燃易爆的特点,对安全管理的要求较高,设备出现突发故障,则可能导致设备非计划停机,并导致安全生产事故的发生。各个类型关键设备的稳定运行是石化企业安全生产的基石,石油石化企业需在关键性的设备上安装资产监控运维管理系统,以对其进行温度、应力、振动等的状态监测和故障诊断。

石油石化行业设备安全、可靠、稳定的运行直接关系到企业的人员生命安全和资产安全以及经济效益,2010年中国石化下发的《关于切实做好高温油泵和重要机泵安全运行的指导意见》中明确提出了“建议有条件的企业安装在线机泵群状态监测系统”。2015年4月,国家安监总局组织的对二甲苯生产企业安全专项检查中提出“对二甲苯生产装置高温泵增加温度和振动监测系统,实现在线监测”的政策性要求。随着石油石化行业不断向生产过程智能化方向发展,以及我国工业化信息化水平的不断提升,资产全生命周期管理智能化转型升级,构建更为先进和有效的资产监控运维管理系统成为石油石化行业的重要需求。

石油石化行业在国民经济的发展中具有重要作用,为社会发展提供必要的石油能源和化工产品。据中国石油和化学工业联合会的数据,2021年,我国石油和化工行业实现营业收入14.45万亿元。行业市场规模以及石化企业自身设备资产监控运维管理的需求不断增加,为公司的资产监控运维管理系统在石油石化行业的不断应用拓展提供了广阔的市场空间。

2)城市智能交通行业:2019年9月中共中央、国务院印发《交通强国建设纲要》,要求“推动大数据、互联网、人工智能、区块链、超级计算等新技术与交通行业深度融合。推进数据资源赋能交通发展,加速运输服务网、交通基础设施网、能源网与信息网络融合发展,构建泛在先进的交通信息基础设施。构建综合交通大数据中心体系,深化交通公共服务和电子政务发展。”

城市智慧交通系统的建设与应用可以分为基础设施建设、多源数据整合、具体业务应用阶段。智慧交通建设主要是以基础设施建设和多源数据资源的整合为主,数据收集为主要功能。

随着基础设施布局的完善,可获取的数据资源增加,智慧交通系统建设的重点开始转向实际业务应用和决策支持。用户的需求重点转为以业务管理平台建设为主,依托以大数据、云计算等技术为核心的软件服务平台的开发,为用户提供数据查询、分析计算、交通监测等服务,帮助用户解决交通管理、应急指挥、决策调整等方面的问题。

中金企信统计数据显示:2011-2020年,我国智能交通市场总规模由约420.00亿元增长至约1,658.00亿元,呈明显上升趋势,年化增长率接近20%,展现出稳定增长态势。预计到2026年我国智能交通行业市场规模将突破4,000.00亿元,年均复合增长率在16%左右。城市智慧交通行业的快速发展,为公司资产监控运维管理系统应用于交通信号控制、火灾监测、隧道温度监测、应力监控等领域提供了广阔的市场空间。

中金企信国际咨询公布的《2023-2029年智能交通市场竞争力分析及投资战略预测研发报告

4、产业发展前景分析:近年来,人工智能、云计算、大数据、物联网、移动互联等新兴技术迅速发展,并加快向资产监控运维管理行业领域渗透。行业技术发展与未来趋势主要体现在以下方面:

(1)产品应用领域不断拓展:在大型设备资产、基础设施、制造业的智能化趋势下,全生命周期的实时数据监测及运维管理需求快速提升,一种能提供高效且稳定的资产数字化监控的技术手段将会成为行业刚需,选择高效、经济的资产状态健康监测、检测与运维的传感策略将成为实现资产高效管理的重要因素。由于光纤传感系统具备极高的灵敏度和精度、抗电磁干扰、高绝缘强度、耐腐蚀、能与数字通信系统兼容,可以实现温度、应力、声波等物理量的量测,是大型设备资产、基础设施、制造业资产监控运维管理的良好选择,市场需求的发展为光纤传感器为核心的资产监控运维管理系统的市场应用带来广阔的发展前景,电网基建、城市管廊、油气能源基建、海底缆线、交通基建、城市安防等各领域应用的快速发展,应用领域不断拓展。

(2)系统功能由预防性向预测性发展:传统资产监控运维管理系统主要通过以资产状态监测实现事故的预防,以及事故发生后的诊断为主要功能。随着资产监控运维管理技术的发展,特别是分布式光纤传感技术在资产监控运维管理行业中的发展,可实现资产状态的实时监测的同时,获取资产状态的海量数据,并通过大数据和云计算、边缘计算技术的应用,可快速、精准地检索并挖掘分析设备运行状态、图像等有效信息,实现对信息资源的有效利用,提升行业整体信息化水平,同时可灵活配置数据分析及视频智能处理功能,实现数据存储、数据回放、灾后问题深入分析等功能,可实现从预防性监测,向基于数据模型和机器学习的大数据预测性运维管理的发展。

(3)系统的平台化、模块化发展:资产数字化监控运维管理系统具备物联网的架构,广泛接入分布式传感器、连接海量设备、传递海量异构数据,随着电力电网、海底电缆、综合管廊等领域物联网应用广度和深度的日益提升,联网接入设备大幅增加,云计算架构和大数据技术解决了存储资源、计算限制和网络通信成本等约束,同时贴近网络边缘侧、具备边缘计算功能的智能终端设备为系统提供了减少延迟、提高可扩展性的解决方案;基于联网设备的增加和云计算架构,系统的模块化、平台化发展可有效解决不同智能设备间数据接口不一致、无法形成统一管理模式的问题,且可实现资产监控运维功能的模块化扩展。公司资产数字化监控运维管理系统顺应了资产监控运维管理系统的模块化与平台化趋势,支持边缘计算网关、智能终端的模块化接入,平台具备开放性,可实现系统功能的扩展。

(4)云计算、边缘计算技术促进行业发展:随着电力电网、海底电缆、综合管廊等领域物联网应用广度和深度的日益提升,联网接入设备大幅增加,电力设施、海底电缆、综合管廊等资产运维产生了海量数据,数据处理的复杂程度快速增加,且由于接入终端的种类和数量增长,数据分析所需的算力亦持续增长,使得系统难以做出快速判断,而通过云计算、边缘计算技术的应用,可充分调用云端计算资源,实现复杂数据的快速分析,同时利用具备边缘计算功能的智能设备,在网络边缘侧实现数据计算,精准高效地分析资产运行状态信息,实现对信息资源的有效利用,解决信息存储、通信和计算资源的限制,提升系统的整体信息化水平。

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