新型电力系统建设加速，电化学储能赛道爆发-中泰证券

中 泰 证 券 研 究 所 专 业 ｜ 领 先 ｜ 深 度 ｜ 诚 信 ｜ 证 券 研 究 报 告 ｜ 2021. 8 . 30 新型电力系统建设加速，电化学储能赛道爆发 ——新型电力系统专题 分析师： 苏晨 S0740519050003 suchen@r.qlzq.com.cn 花秀宁 S0740519070001 huaxn@r.qlzq.com.cn 张哲源 S0740520120002 zhangzy@r.qlzq.com.cn 目 录 CONTENTS 新型电力系统助力双碳战略落地 电网转型升级开启投资新机遇 电化学储能爆发 万亿赛道启动 投资建议 1 2 3 4 风险提示 5 pOpQmNmQnNyQsRyRqOwOrN9PaO8OtRpPsQrQfQnNvMlOrRqR8OqRsMxNqNtPuOoPxP CONTENTS 目录 CCONTENT S 专业｜领先｜深度｜诚信 中 泰 证 券 研 究 所 1 新型电力系统助力双碳战略落地 4 全球风光度电成本下降迅速  2010-2020年，全球光伏/陆上风电/海上风电度电成本降幅分别为85%/56%/48%，降幅明显。其中光伏和陆上风电开始 全面进入平价状态，为新能源加速替代传统能源提供了坚实的基础。 资料来源：IRENA、中泰证券研究所 图表：不同能源形式成本对比（USD/KWh） 0.000 0.050 0.100 0.150 0.200 0.250 0.300 0.350 0.400 0.450 0.500 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 陆上风电 海上风电 光伏 水电 地热 生物质能 5 全球风光发电量/发电新增装机占比持续提升  疫情致2020年全球发电量首次下降，降幅为4%；但与之对应的，2012-2020年期间太阳能和风电发电量占比提升7.4PCT致 10.2%；  近五年太阳能和风电新增装机占比大幅提升17.2PCT致52.5%。 资料来源：BNEF、中泰证券研究所 图表：2012-2020全球发电量情况概览（GWh） 图表：2015-2020全球发电新增装机容量概览（GW） (8.00) (6.00) (4.00) (2.00) 0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 14.00 0 50 100 150 200 250 300 350 400 2015 2016 2017 2018 2019 2020 生物质能 煤炭 天然气 地热能 水电 核电 太阳能 风电 石油 其他 全球发电装机容量YoY(%) (5.00) (4.00) (3.00) (2.00) (1.00) 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 0 5000000 10000000 15000000 20000000 25000000 30000000 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 生物质能 煤炭 天然气 地热能 水电 核电 风电 石油 太阳能 其他 全球发电量YoY(%) 资料来源：BNEF、中泰证券研究所 6 中国风光发电量/发电新增装机占比持续提升  中国2011-2020年风电和太阳能发电量占比提升8.0PCT至9.5%，逐步成为主力能源；  中国2011-2020年风电和太阳能新增装机占比提升19.7PCT至24.3%。 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 80000 90000 水电 火电 核电 风电 太阳能 中国发电量YoY（%） 资料来源：中电联、《中国电力年鉴》、中泰证券研究所 图表：2000-2020中国发电情况概览（亿千瓦时） 0 5 10 15 20 25 0 50000 100000 150000 200000 250000 水电 火电 核电 风电 太阳能 中国发电装机容量YoY（%） 图表：2000-2020中国发电新增装机容量概览（万千瓦） 资料来源：中电联、《中国电力年鉴》、中泰证券研究所 7 全球可再生能源投资占比持续提升  全球电力市场投资中，可再生能源投资占比逐年增加，2020年约达45%；  2020年全球电网侧资本开支超2500亿美元，受益于欧洲国家以及中国对电网侧建设规划，预计2021年电网侧资本开支 将出现回升，而其中的结构转型带来的机会更加明显。 资料来源：IEA、中泰证券研究所 图表：全球电力投资结构（十亿美元） 图表：全球电网侧资本开支情况（十亿美元） 0 200 400 600 800 1000 2011-15 2016 2017 2018 2019 2020 2021E 可再生能源 化石能源 核能 电网 蓄电池 0 50 100 150 200 250 300 350 2016 2017 2018 2019 2020 2021E 配网 主网 资料来源：IEA、中泰证券研究所 8 2020年国内发电侧资本开支：风电+太阳能等占比达62%  国家持续加大对可再生资源的投资，风电、太阳能等可再生资源的投资规模占比逐渐增加，其中风电投资占比从2008 年的15%增至2020年的50%，太阳能等资源投资占比从2008年的1%升至2020年的12%；  发电侧资本开支连续两年高增，2019/2020年增速分别为49%/29%；电网侧历年资本开支呈上升趋势，2008-2020年复合 增速达4%。 资料来源：WIND、中泰证券研究所 图表：2008-2020国内发电侧资本开支占比 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 水电 火电 核电 风电 太阳能等其他 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 发电侧 电网侧 图表：2008-2020国内发电侧与电网侧资本开支情况（亿元） 资料来源：WIND、中泰证券研究所 9 20世纪以来全球二氧化碳排放量迅速增长  全球二氧化碳排放增长迅速，21世纪新兴工业化国家碳排占比提升。20世纪以来全球碳排放主要由欧洲和美国主导， 进入21世纪，以中国、印度等为首的新兴工业化国家碳排放量增长显著。整体来看，近十年（2009-2019）全球二氧化 碳排放量由314.6亿吨增长至364.4亿吨。 图表：20世纪以来全球各地区碳排放量变化（单位：十亿吨） 来源：OurWorldinData，中泰证券研究所 0 50 100 150 200 250 300 350 400 International transport Oceania Asia (excl. China & India) China India Africa South America North America (excl. USA) United States EU-27 Europe (excl. EU-27) 10 中国“碳中和”路径三个阶段  “碳中和”路径可大致分为三个阶段。阶段I（2020年-2030年）：主要目标为碳排放达峰。阶段Ⅱ（2030年-2045年）：主要目标为快 速降低碳排放。在阶段Ⅲ（2045年-2060年）：主要目标为深度脱碳，参与碳汇，完成“碳中和”目标。 • 降低能源消费强度，降低碳排放强度，控制煤炭消费，大规模发展清洁能源， 继续推进电动汽车对传统燃油汽车的替代，倡导节能和引导消费者行为。 2020年-2030年：碳排放达峰 1 • 达峰后的主要减排途径转为可再生能源为主，大面积完成电动汽车对 传统燃油汽车的替代，同时完成第一产业的减排改造，以CCUS等技术 为辅的过程。 2030年-2045年：快速降低碳排放 2 • 深度脱碳到完成“碳中和”目标，工业、发电端、交通和居民侧 的高效、清洁利用潜力基本开发完毕，此时应当考虑碳汇技术， 以碳捕集、利用与封存、生物质能碳捕集与封存等兼顾经济发展 与环境问题的负排放技术为主。 2045年-2060年：完成“碳中和” 3 图表：中国“碳中和”路径总览 来源：《2060年中国“碳中和”目标的路径、机遇与挑战》，中泰证券研究所 11 我国碳排放趋稳 发电&工业为主要来源  2011年之前国内工业化、城镇化加快发展，高耗能产业在经济增长中占有较大比重，碳排放较快增长；十二五期间国 家大力推广清洁能源、推进重大生态工程，碳减排成效明显，2013年以来增速基本降为零，近三年中国碳排放保持在 90-100亿吨水平。  根据Carbon Monitor数据，2019年中国发电、地面交通、工业、航空、住宅楼宇环节碳排放比例分别为44.6%/8.7%/ 38.9%/0.5%/7.2%，发电、工业为中国碳排放最主要来源。 -2% -1% 0% 1% 2% 3% 4% 5% 6% 7% 8% 9% 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 中国碳排放（MtCO2e） yoy 资料来源：wind，中泰证券研究所 图表：近三年中国CO2排放量小幅增长 44.6% 8.7% 38.9% 0.5% 7.2% power ground transport industry aviation residential 资料来源：Carbon Monitor，中泰证券研究所 图表：发电、工业为中国碳排放最主要来源（2019） 12 风光发电碳排放强度显著低于传统发电 资料来源：《IPCC 2006年国家温室气体清单指南》、中泰证券研究所  在不同能源中，电力碳排放系数小。碳排放系数是指每一种能源燃烧或使用过程中单位能源所产生的碳排放数量。对 比不同能源碳排放系数，电力碳排放系数较小；  在不同发电方式中，风光发电碳排放量小。 0 5 10 15 20 25 30 35 图表：各能源碳排放系数（吨碳/万亿焦耳） 0 200 400 600 800 1000 1200 煤电 天然气发电 光伏发电 核电 水电 风电 图表：不同发电方式碳排放量对比（gCO2/KWh） 资料来源：《中国核电和其他电力技术环境影响综合评价》、中泰证券研究所 13 减碳路径：需求侧电气化加速、供给侧可再生能源占比提升  需求侧加速电气化：中国电气化程度逐年提高，据国网研究院张运洲教授预测，2020/2050年电能占终端能源消费比分 别为27%/52%；  供给侧提高可再生能源发电占比：随着社会电气化水平提高，碳排放压力从终端用能行业逐渐转移到电力行业，因此 提高可再生能源发电占比可进一步降低碳排放。近年来，风电光伏发电占比逐年提高，2020年风光发电占比为9.5%。 据《2021中国新能源发电分析报告》预测，2030/2060年风光发电占比分别为22%/58%。 资料来源：中电联、中泰证券研究所 图表：终端能源消费（亿吨标准煤）与电气化比例 图表：中国各能源发电量（亿千瓦时）及风光发电量占比 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 0 5 10 15 20 25 30 35 40 2019 2020E 2025E 2030E 2035E 2040E 2045E 2050E 煤炭 石油 天然气 电能 热能及其他 电气化比例 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 0 20000 40000 60000 80000 100000 120000 140000 160000 180000 200000 水电 火电 核电 风电 太阳能 光伏风电发电占比 资料来源：中电联、中泰证券研究所 14 电改加速、构建以新能源为主体的新型电力系统  2021年3月15日，中央财经委员会第九次会议中首次提出，会议在部署未来能源领域重点工作中指出要构建清洁低碳安 全高效的能源体系，控制化石能源总量，着力提高利用效能，实施可再生能源替代行动，深化电力体制改革，构建以 新能源为主体的新型电力系统。 资料来源：《北京大学能源研究院气候变化与能源转型项目》、中泰证券研究所 图表：构建以新能源为主体的新型电力系统的内涵与展望 政策保障 价格机制 电力市场与碳市场 可再生能源消纳责任制 ● ● ● 构 建 以 新 能 源 为 主 体 的 新 型 电 力 系 统 火电 可再生能源 核电 ● ● ● 分布式+微电网 综合能源服务 电动汽车 节能 ● ● ● 电源侧 需求侧 源网互动 网荷互动 电网侧 跨区输电 智能调度 电网互济 储能 抽水蓄能 智能调度 需求响应 技术保障 高效储能与清洁制氢 数字技术与柔性直流 出力精准预测 ● ● ● 15 CONTENTS 目录 CCONTENT S 专业｜领先｜深度｜诚信 中 泰 证 券 研 究 所 2 电网转型升级开启投资新机遇 16 调度理念：源随荷动→源网荷储  电力系统本质上是一种巨大的非线性时变能量平衡系统，功率潮流瞬时涌动，电网可靠性和稳定性的根本是供需平衡， 以及电压、频率、功率因素等参数的平衡；  若新能源发电作为出力主体，出力侧波动性及不确定性将加大，无法按需控制、无法精准预测；叠加负荷侧的新能源 汽车大规模普及带来的用电冲击等因素，传统集中调度理念需要重塑，改为源网荷储各环节深度融合、灵活调控。 图表：第一代（上）/第二代（下）电力系统：电力生产+输电+负荷终端 来源：中国知网，中泰证券研究所 来源：中国知网，中泰证券研究所 图表：新型电力系统：以新能源为主体的新型电力系统 17 终端能源电气化进程加速  “双碳”战略目标下，终端能源电气化水平将显著提升，根据南方电网《数字电网推动构建以新能源为主体的新型电 力系统白皮书》，到2060年国内工业、建筑、交通三大领域电气化水平将分别从目前的30%/30%/5%提升至50%/75%/50%；  随着终端能源电气化水平持续提升，用电量仍有较大增长空间，叠加分布式能源及储能建设需求，配网亟需升级改造， 配网环节投资预计持续强化，主设备及监控系统迭代有望加速。 来源：bp世界能源展望2020，中泰证券研究所 来源：南方电网，中泰证券研究所 图表：全球能源电气化进程持续加速 图表：国内工业、建筑、交通三大领域电气化水平将大幅提升 18 分布式能源大规模接入 电网架构重塑  新型电力系统的特点：资源大范围配置、分布式发电成为主体、单向传输变为双向；  电网架构重塑：大电网主导→大电网+主动&灵活配电网+分布式微电网。 来源：《5G智能电网》，中泰证券研究所 图表：分布式能源构成总览 图表：智能微电网示意图 来源：施耐德，中泰证券研究所 19 电力系统可靠性需要提升  新能源发电本质上是电力电子设备，不具备传统火电及水电旋转电机的机械转动惯量，而是呈现低转动惯量、宽频域 震荡等动态特征，因此抗扰动性能变差，从而使得电力系统可靠性降低；  为改善系统可靠性及电能质量，需借助物联网、数字化、AI等新兴技术对电网各环节设备进行技术创新与变革，通过 强化电网细枝末节的可靠性，从而强化电力系统整体可靠性。8月发改委发布《电力可靠性管理办法（暂行）（征求意 见稿）》，相关投资有望加速。 来源：On the Inertia of Future More-Electronics Power Systems，中泰证券研究所 图表：同步发电机组下的电力传输 20 重点方向1：新一代调度、分布式能源保护监控方案  “双高”电网面临出力侧与负荷侧的双重波动性问题，需要融合天气变化、源网荷储、精准预测、快速响应等因素的 新一代调度系统支撑；  新能源发电大规模接入，对高灵活性、高响应速度的并网保护及监控系统产生巨大需求。 来源：国电南瑞公告，中泰证券研究所 来源：国电南瑞公告，中泰证券研究所 图表：新一代调度技术支持系统示意图 图表：新能源及储能并网保护控制与监控示意图 21 重点方向2：输电线路智能巡检  输电线路特点为点多、面广、距离长，传统人工巡检效率低、实时性差、误差大；  输电智能（可视化）巡检：物联终端+AI平台算法+通信协议，替代人工、效率高、实时监拍。 来源：华为官网，中泰证券研究所 图表：输电线路智能巡检解决方案 22 重点方向3：智能柱上开关  配电网节点多覆盖广，故障发生率较高，传统自动化开关故障诊断准确率较低、智能化水平低；  “一二次融合”智能柱上开关具有自适应校验和优化故障判据&保护定值功能，在反应速度、诊断准确率及智能化水平 等方面具有明显优势，可强化配电环节运行可靠性，如在短路故障定位方面准确率达99%以上。 来源：国家电网，中泰证券研究所 来源：宏力达招股书，中泰证券研究所 图表：宏力达智能柱上开关示意图 图表：国网《配电设备一二次融合技术方案》 23 重点方向4：模块化变电站  传统变电站：占比面积较大、建设周期长、投资规模较大；  模块化变电站：灵活性强、建设周期短、成本低、占地面积小等优势，与分布式能源及储能配套的灵活性、分布式特 点更加契合。根据中电新源官网，模块化变电站占地面积、建设周期、投资额分别是传统变电站的20%/50%/80%左右。 来源：E-House官网，中泰证券研究所 图表：传统变电站（左图）与模块化变电站（右图） 图表：模块化变电站可大幅缩减建设周期 来源：E-House官网，中泰证券研究所 24 电网侧升级方向及投资标的总结 电网双碳转型重点任务 投资方向 受益公司 电网数字化转型 数字化&信息化 国电南瑞、国网信通 新能源发电侧保护监控及功率预测 继保、监控系统、综合能源管理系统等 国电南瑞、四方股份、许继电气 配网升级强化 电能质量、GIS、一二次融合设备 思源电气、宏力达、中国西电 电力系统可靠性强化 细分节点的新技术新设备应用，如输电 可视化、智能柱上开关、变电设备在线 监测等 智洋创新、宏力达、杭州柯林 分布式新能源及储能大规模建设 高可靠性地下输电 模块化变电站 GIL 安靠智电 用户侧多元化需求、新电价策略 新一代智能电表 炬华科技、林洋能源、海兴电力、威胜信息 图表：新型电力系统重点投资方向及相关标的总结 来源：中泰证券研究所 25 新能源功率预测系统：辅助电网调控  政策：2011年国家能源局发布《风电厂功率预测预报管理暂行办法》，其中指出，我国发电企业必须建立起风电预测 预报体系和发电计划申报工作机制。截至目前，功率预测系统已成为发电企业标配；  新能源功率预测系统：主要由预测服务器、安装于服务器内的软件和测风或测光设备构成。系统为新能源电站计算短 期及超短期预测功率，向电网调度进行报送，使电网调度部门提前做好传统电力与新能源电力的调控计划。 资料来源：《国能日新招股说明书》、中泰证券研究所 图表：功率预测系统拓扑图 26 火电灵活性改造：提高电力系统灵活性  火电灵活性改造是指通过热电解耦或者技术改造等方式，将机组的最小技术出力由传统的50%降至40%-20%，目的是为 了提高火电机组的调峰深度、快速响应能力、快速启停能力。通过电力辅助服务的方式，提高电力系统的灵活性和稳 定性。根据国家能源局披露的2019年上半年电力辅助服务补偿费用来源来看，火电机组获得了87.71%的补偿费用。  2016年，国家发展改革委和国家能源局规划“十三五”期间，火电灵活性改造达2.2亿千瓦。但由于改造成本高、补偿 机制不明确，火电灵活性改造不及预期。截至2019年，火电灵活性改造仅完成0.58亿千瓦。预计“十四五”期间，火 电灵活性改造将成重点。 资料来源：《火电厂灵活性深度调峰改造技术及应用》、中泰证券研究所 图表：2020以前火电灵活性改造不及预期（亿千瓦） 图表：2019年上半年电力辅助服务补偿费用来源 0 0.5 1 1.5 2 2.5 2019年完成 2020年规划 发电机组分摊 其他 资料来源：《火电厂灵活性深度调峰改造技术及应用》、中泰证券研究所 27 发电侧升级方向及投资标的总结 电网双碳转型重点任务 投资方向 受益公司 新能源电站监控及协调控制 新能源并网保护及监控 国电南瑞、四方股份、国能日新（待上市）、容知日新（待上市） 火电调峰能力强化 火电灵活性改造 杭锅股份 图表：新型电力系统重点投资方向及相关标的总结 来源：中泰证券研究所 28 CONTENTS 目录 CCONTENT S 专业｜领先｜深度｜诚信 中 泰 证 券 研 究 所 3 电化学储能爆发 万亿赛道启动 29 电化学储能是新型电力系统重要组成部分 资料来源：派能科技招股说明书、中泰证券研究所 图表：储能在电力系统中的应用场景  电化学储能是新型电力系统的重要组成部分。电化学储能是通过介质或设备把电能存储起来，在需要时再释放出来的 过程。它是解决可再生能源间歇性和不稳定性、提高常规电力系统和区域能源系统效率、安全性和经济性的重要手段。 30 0 1 2 3 4 5 6 7 8 2017 2018 2019 2020 抽水储能 电化学储能 其他储能 全球电化学储能发展迅速  全球储能装机情况：截至2020年底，全球储能累计装机191.1GW，同比增长3.4%，其中抽水储能累计规模最大，达 172.5GW，同比增长0.9%；电化学储能其次，累计规模达14.2GW，同比增长49%；在电化学储能技术中，锂离子电池的 累计装机规模最大，为13.1GW，占比92%。电化学储能发展迅速，总装机容量占比从2016年的1%提升至2020年的7%。  2020年全球电化学储能新增量创历史新高：虽2019年因政策、经济、地缘政治等多方因素造成电化学储能新增量短期 回落，但随新能源渗透率持续增长，2020年电化学储能新增量创历史新高。 来源：CNESA，中泰证券研究所 图表：全球储能历史新增装机（GW） 图表：全球储能历史累计装机（GW） 0.00% 1.00% 2.00% 3.00% 4.00% 5.00% 6.00% 7.00% 8.00% 145 150 155 160 165 170 175 180 185 190 195 2016 2017 2018 2019 2020 抽水储能 电化学储能 其他储能 电化学储能占比