20200108-国金证券-电力、煤气及水等公用事业行业研究：调峰与储能并济，迎接高比例可再生电力时代

- 1 - 敬请参阅最后一页特别声明 市场数据 (人民币） 市场优化平均市盈率 18.90 国金电力、煤气及水等公用 事业指数 3563 沪深 300 指数 4160 上证指数 3105 深证成指 10829 中小板综指 10140 相关报告 1.《基建成经济增长新引擎，公用事业吸引 力提升 -【国金公用环保】行 .》， 2020.1.3 2.《皖苏市场化稳步推进，实际电价降幅有 限 -电力行业点评》， 2019.12.26 3.《 TMT 板块引领复苏，水火发电此消彼长 -11 月电力月报》， 2019.12.19 4.《供需宽松格局下不改基准价， 2020 年 电煤长协难达协议 -【国金 .》， 2019.12.12 5.《管网改革新纪元已至，天然气产业链面 临重塑 - 【 国 金 公 用 环 保 】 行 . 》， 2019.12.10 李蓉 联系人 lirong＠ gjzq.com.cn 娜敏 联系人 namin＠ gjzq.com.cn 孙春旭 分析师 SAC 执业编号： S1130518090002 sunchunxu＠ gjzq.com.cn 杜旷舟 联系人 dukz＠ gjzq.com.cn 调峰与储能并济， 迎接高比例可再生电力时代 行业逻辑  能源安全与环保限制趋紧，发展可再生能源为必然选择。 当前我国能源存量 和消费量之间的矛盾日渐加深，推动能源转型、保障能源安全刻不容缓。 在 当前水电与核电受资源与开发经济性制约的背景下，可再生能源成为推动非 化石能源跨越式发展的基石力量 ，高比例非水可再生（在总发电量中的比重 超过 25%）成为我国未来能源结构之选。  发展高比例可再生能源，首先需解决 电力 消纳问题。 电网建设与可再生能源 发展不匹配 造成的电力送出能力不足 ，全额上网不符合可再生能源发电技术 特性，省间 电力输送 壁垒严重造成跨区消纳机制不顺畅，以及可再生能源发 电税收优惠政策影响地方消纳积极性等原因，造成了当前我国可再生能源无 法 完全 消纳的现象。  实现高比例可再生的稳定接入，需提高电力系统的灵活性。 高比例可再 生能 源接入电力系统后，为保障电力系统运行平稳，必须进行两方面工 作：一是 增加系统中常规发电系统静态出力特性的灵活性，有足够的常规电源跟随负 荷变化；二是平衡可再生能源的出力波动，改善其对电网扰动的动态响应。  丹麦可再生能源占比超过 40%，发展道路为我国提供良好借鉴。 2017 年丹 麦国内可再生（风光）发电量占比高达 50.4%，位列全球首位，其高比例可 再生能源发展之路具有良好借鉴意义。一是制定明确的能源发展目标和规 划。二是建立有效的可再生能源消纳机制。三是建设精准供需预测的机制。 四是构建灵活稳定的超级电网系统 。  政策助力叠加技术日趋成熟，电化学储能迎来发展黄金期。 2017 年储能政 策密集出台，明确储能行业调峰角色， 设立行业标准 ； 规范技术发展 ， 设立 行业标准 ； 放开辅助服务市场，建立市场化补偿机 机制。 2018 年电化学储 能行业迎来发展元年，装机功率增速达到 145.5%，累计装机功率突破 1GW。  电化学储能有望持续较快增长， 2025 年装机功率有望达到 28.6GW。 能源 革命中可再生能源和分布式能源的大规模发展对储能需求 巨大 ；储能技术与 产业的前期积累 降持续降低单位成本增强电化学储能经济性； 国家电力体制 市场改革 持续推进， 红利持续增加，电力市场改革和可再生能源政策都将储 能纳入支持范围。 预计到 2025 年底电化学储能累计装机功率将达到 28.6GW，年均复合增速达 60%，市场空间达到千亿元级别。 投资建议  高比例可再生电力必然要求 储能技术的大规模运用，电化学储能行业将催生 出千亿级别的市场。预计锂电池行业将受益于储能设备需求大规模爆发，建 议关 注行业龙头 宁德时代，中天科技，阳光电源 等 。 风险提示  用电量增速 持续放缓风险； 可再生能源成本下降不达预期 风险；电力市场化 改革进度滞后风险；峰谷电价制度推行缓慢风险；储能技术安全事故发生风 险等 。 3148 3354 3561 3767 3973 4179 4386 19 01 08 19 04 08 19 07 08 19 10 08 国金行业 沪深 300 2020年 01月 08 日 资源与环境研究中心 电力、煤气及水等公用事业 行业研究 买入 （ 维持评级 ） ) 行业深度研究 证券研究报告 行业深度研究 - 2 - 敬请参阅最后一页特别声明 内容目录 发展高比例可再生能源 , 系能源安全与转型未来之翼 4 环境资源约束日紧，发展可再生能源成为共识 .4 受益多种政策推动，风光装机快 速增长 4 发展高比例可再生能源，首先需解决消纳问题 5 弃风弃光现象普遍，消纳问题依然严峻 5 配套设施、地方利益、技术特性等因素，系风光消纳问题主因 .6 提升电力系统的灵活性，为高比例可再生能源接入解决之道 .7 高比例可再生电源的并网，要求更高的电网系统灵活性 .7 电网系统稳定性和充裕性，需平衡可再生能源出力波动 .8 丹麦风电的逆势崛起，提供高比例可再生消纳经验 .9 丹麦成功实现高比例可再生 ， 2017 年风光发电占比超 50% .9 多项举措并行，促可再生能源发展 . 11 丹麦高比例可再生发展成功经验，为我国未来发展道路之良好借鉴 11 可再生能源装机潜力区域分析，系寻求解决方案重要基石 .12 本地消纳能力及用电结构，均会影响可再生能源消纳 .12 青海省水电调峰能力强 ，助力可再生电力消纳 .15 调峰形势严峻叠加外来电较多，限制广东省可再生能源比例提升 .16 多举措寻求解决途径，实现高比例可再生并网 17 提高电网互联互通水平，解决可再生输送问题 .17 改造发展传统调峰电源，提升基础调峰能力 .17 推动储能技术发展，加强需求侧 相应 .18 政策助力行业发展，电化学储能走向规模化 18 储能政策密集出台，助力行业快速发展 18 储能行业短期遇挫，长期发展前景光明 19 投资建议 22 风险提示 22 图表目录 图表 1： 2017年我国化石能源储量 /产量 /消费量全球占比 .4 图表 2： 2008-2017年我国一次能源产量与自给率 4 图表 3： 2010-2018年风光装机快速增长（万千瓦， %） .5 图表 4： 2010-2018年风光发电量占比逐渐提升（ %） .5 图表 5： 2018年分电源装机结构 5 图表 6： 2014-2018年全国弃光限电情况 6 图表 7： 2010-2018年全国弃风限电情况 6 图表 8：常规火电和风电的 并网分析模型 7 图表 9：某省某典型日风电出力和负荷曲线倒挂 .7 行业深度研究 - 3 - 敬请参阅最后一页特别声明 图表 10：调峰要求与可再生能源发电占比呈正相关 8 图表 11：酒泉风电基地事故脱网曲线 .9 图表 12：可再生能源并网规模对电力系统的影响程度 9 图表 13： 2017年部分国家可再生发电占比及所处阶段 .10 图表 14： 2006-2017 年丹麦可再生能源发电量及占比 11 图表 15： 2006-2017 年丹麦可再生占一次能源消费比重 . 11 图表 16： 2017年丹麦与中国可再生及一次能源特征对比 .12 图表 17： 2018年分地区可再生能源发电占比及所处阶段 .13 图表 18： 2018年可再生发电占比前五地区风光数据对比（ %，亿千瓦时） .14 图表 19： 2018年可再生发电占比前五地区发电结构（ %） .14 图表 20：北京、广东、浙江等地用电对外依赖度较高 14 图表 22：新能源消纳空间示意图 15 图表 23： 2018年青海省装机结构 15 图表 24： 2018年青海省发电结 构 15 图表 25：青海省主要水电站出力曲线 .16 图表 26： 2020年青海省太阳能装机仍有 238万千瓦空间（万千瓦） .16 图表 27： 2018年广东省发电装机结构 .17 图表 28：广东各类有偿调峰单位发电成本及调峰容量 17 图表 29： 2017-2019 年储能行业重点政策 19 图表 30：总储能装机 功率持续增长 20 图表 31： 2018年分类储能设备装机功率占比（ GW） 20 图表 32：电化学储能装机功率持续增长 .20 图表 33：磷酸铁锂是主流电化学储能技术路线 .20 图表 34：分应用场景装机功率占比 21 图表 35：电化学储能装机功率分省 排名 .21 图表 36： 2019年电化学储能市场遇冷分析 21 图表 37： 2019年电化学储能市场前景分析 21 图表 38：电化学储能未来装机功率增长预测（ GW） .22 行业深度研究 - 4 - 敬请参阅最后一页特别声明 发展高比例可再生能源 , 系能源安全与转型未来之翼 环境资源约束日紧，发展可再生能源成为共识  环境、资源约束日趋严格，发展可再生能源是普遍共识 。 随着国际社会对 保障能源安全、保护生态环境、应对气候变化等问题日益重视， 发展绿色、 低碳 能源已成为世界各国普遍共识。开发利用可再生能源 ，已经成为 我国 保护环境、打赢蓝天保卫战的重要举措。长期以来，为改善环境问题 、 优 化能源消费结构， 我国政府 大力推进 可再生能源的开发利用 。  发展可再生能源，是我国的重要承诺。 巴黎协定生效，约定将本世纪末全 球温度变化控制在 2 摄氏度以内，并为控制在 1.5 度以内而努力。中国对 外承诺 2030 年非化石能源占比达到 20%，并准备提交面向 2050 年的低排 放国家战略。此外，国际社会提出了 2050 或者本世纪下半叶实现“碳中 和”的要求，为本世纪末由非化石能源取代化石能源背书 。  资源自给率降低至 80%，发展 可再生能源为保障能源 安全 重要途径。 自然 资源部《 中国矿产资源报 告 2018》指出， 2017 年 我国 一次能源生产 、消 耗 总量 分别 为 35.9、 44.9 亿吨标准煤， 分别同比 增长 3.6%、 2.9%，能源 自给率为 80.0%。 《 BP 世界能源统计年鉴 2018》 表明 中国的石油、天然 气、煤炭的储量、产量分别占全世界的 1.5%/2.8%/13.4% 、 4.1%/4.2%/46.4%，消费量占比却高达 13%/6.6%/50.7%；比例严重失衡， 能源自给缺口较大。 加上 逆国际化思潮泛滥的背景下，美国亦在从能源进 口国向能源出口国转变。这一转变 赋予 了我国 能源安全新的内涵 ，也使得 发展高比例可再生能源成为我国未来能源发展的重中之重。 图表 1： 2017 年我国化石能源储量 /产量 /消费量全球占比 图表 2： 2008-2017 年我国一次能源产量与自给率 来源： 《 BP 世界能源统计年鉴 2018》 ，国金证券研究所 来源： 自然资源部《 中国矿产资源报 告 2018》 ，国金证券研究所 受益多种政策推动，风光装机快速增长  技术日趋成熟叠加 5G 时代来临，为能源转型提供重要支撑。 一方面， 新 能源 技术 日趋成熟背，生产 成本 逐渐 下降 。成本的下降将赋予新能源产品 更强的经济性，未来 能源投资重心 将逐渐向 可再生能源转移 。 另一方面， 新工业革命的爆发 、 5G 技术的快速发展，运用 人工智能技术 将 成为电网的 必然选择，也 将为 电力 能源 转型 提供 重要战略支撑。  高比例非水可再生能源结构，为我国未来能源结构 优质 选择。 我国能源革 命的行动纲领《能源生产和消费革命战略（ 2016-2030）》指出“到 2030 年，非化石能源发电量占全部发电量的 比重力争达到 50%。”在当前水电 与核电受资源与开发经济性制约的背景下，可再生能源成为推动非化石能 1 . 5 % 4 . 2 % 1 3 . 0 % 2 . 8 % 4 . 1 % 6 . 6 % 1 3 . 4 % 4 6 . 4 % 5 0 . 7 % 0 . 0 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 . 0 储量占比 产量占比 消费占比 石油 天然气 煤炭 行业深度研究 - 5 - 敬请参阅最后一页特别声明 源跨越式发展的基石力量 ， 高比例非水可再生（ 在总发电量中的比重超过 25%） 成为我国未来能源结构优质选项。  受益环保政策推动，风光装机快速增长 。 2006 年《可再生能源法》 开始 实 施，（ 除非明确指出，下文可再生能源都指代 非水 可再生能源 ）可再生能源 进入 快速发展时期 。 截至 2018 年底，全国可再生能源发电装机容量 、发 电量分别为 3.59 亿 千瓦 、 5435 亿千瓦时 ，占比 分别 由 2010 年的 3.2%/1.2%提高到 2018 年的 18.9%/7.8%。目前非水 可再生能源 已经成为 重要 装机电源之一，预计未来装机、发电量占比将继续提升 。 图表 3： 2010-2018 年风光装机 快速增长（万千瓦， %） 图表 4： 2010-2018 年 风光发电量占比逐渐提升（ %） 来源：中电联， wind，国金证券研究所 来源：中电联， wind，国金证券研究所 图表 5： 2018 年分电源装机结构 来源： 国家能源局 ， 国金证券研究所 发展高比例 可再生能 源，首先需解决消纳问题 弃风弃光现象普遍，消纳问题依然严峻 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 风电 太阳能发电 风光占比 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 风电 太阳能发电 风光占比（右轴） 火电 , 6 0 . 2 % 水电 , 1 8 . 5 % 风电 , 9 . 7 % 太阳能 , 9 . 2 % 核电 , 2 . 4 % 行业深度研究 - 6 - 敬请参阅最后一页特别声明  可再生能源 消纳困难，为产业 亟待解决的问题 。 近些年来， 新能源 装机 规 模不断壮大，电力消纳机制 发展 却相对滞后。 2010 年弃风限电等消纳问题 开始逐渐涌现，且 矛盾 日益加剧。在此期间，国家能源主管部门建立“可 再生能源发电全额保障性收购制度”、“可再生能源开发利用目标引导制度”、 “风电、光伏投资监测预警机制”等一系列配套政策，且在电网企业的技 术配合下，可再生能源消纳问题得到缓解。  2016 年消纳问题出现反弹 ，消纳问题依旧严峻。 2016 年 全年弃风 、弃风 电量 分别达到 497/73 亿千瓦时，创历史新高。 2017 以来弃电电量和弃电 率实现“双降”， 2018 年， 仍有 320 亿度 的可再生能源发电 量 被 弃置 。新 疆、甘肃等地区弃风弃光率仍偏高，问题依然严峻。 图表 6： 2014-2018 年全国弃光限电情况 图表 7： 2010-2018 年全国弃风限电情况 来源： 国家能源局 ，国金证券研究所 来源： 国家能源局 ，国金证券研究所 配套设施、地方利益、技术特性等因素，系风光消纳问题主因  产生消纳问题的因素 1—— 电网配套建设不足严重影响送出能力 总体规划层面缺失，为消纳困难主要因素。 可再生能源的消纳，要求电网 建设在总体规划层面预备足够的提前量，来保障新电源的接入以及电网安 全。可再生能源发展前期规模较小， 没有专门的电网规划以匹配其输电要 求。 一般五年规划的发布通常在五年的第二年，比如电力发展“十三五” 规划在 2016 年 12 月底正式发布。因此在 2017 年前电网规划与可再生能 源规划脱节。难以及时为可再生能源的并网和输送提供配套服务。上述时 间段刚好与可再生能源消纳问题的突出时段重合。 可再生能源项目规模较小，规划时缺乏输送设施及消纳规划。 在项目规划 层面，水电、火电、核电等传统 大电源建设前期即会考虑 输送电路与消纳 市场，实现发电、输电、消纳的同步规划。而可再生能源领域项目由于自 身项目较小且分散，前期规划时缺乏相应的输送工程与消纳机制。 新能源建设进度较快，配套电网、火电调峰电源建设流程滞后。 可再生能 源项目审批、建设进度较快，电网建设则需要协调送受两端利益、坚固送 受两端电网网架，配套建设一定火电调峰电源。这些因素造成电网建设审 批与建设流程长，进一步加剧电网建设与可再生能源发展间的矛盾，导致 本地消纳相对困难且可再生资源丰富的新疆、甘肃等地区资源浪费严重。 2018 年，新疆、甘肃两地弃风率仍高达 23%和 19%， 远超全国平均水平。  产生消纳问题的因素 2—— 全额上网不符合可再生能源发电技术特性 可再生能源 出力 波动性 较大，影响电网 运行稳定性 。 就一次能源的静态出 力特性而言，常规火电机组的出力取决于煤、油、天然气、生物质等燃料 的供给，是 人为可控、具稳定特性的能源 。风电、光伏等可再生能源发电 形式的出力取决于风能大小与太阳能日照时间， 风电日波动最大幅度可达 装机容量的 80%，且呈现一定的反调峰特性；光伏发电受昼夜变化、天气 行业深度研究 - 7 - 敬请参阅最后一页特别声明 变化、移动云层的影响 。因此，二者在 发电过程中 存在间歇性和波动性， 是人为不可控 的资源，而这种波动性会影响电网运行的稳定性 。 可再生能源 随机波动性大，具有弱致稳性及弱抗扰性。 电力系统的 特点是 发、供、用 必须 同时完成 ，且 电力负荷呈现明显的时变特点， 即电力负荷 存在峰谷差，因此 需要发电机组可控可调来配合用电负荷的变化，维持电 力系统平衡。 常规火电 机组 的可靠性 具有平抑电网运行中由于运行方式或 负荷变化引起的不平衡功率的能力及可以“穿越”电网扰动的能力，因而 具有较强的致稳性和抗扰性 。可再生能源由于随机波动性，无法 响应系统 中出现的功率不平衡， 且难以“穿越”电网扰动，因而具有弱致稳性和弱 抗扰性。 目前我国 区域电网峰谷差已超过 30%，并呈逐步扩大的趋势 ；与此同时， 风光的 波动性和随机性使风电出力的预测结果存在较大的不确定性 。用电 侧与供应侧两方面的不稳定性增加， 在缺乏足够的储能、抽水蓄能系统的 支持下，强行全额上网将影响整体电网系统的安全性以及可再生能源发电 本身的经济性。 图表 8： 常规火电和风电的并网分析模型 图表 9：某省某典型日风电出力和负荷 曲线倒挂 来源：国金证券研究所 来源： 新能源消纳关键因素分析及解决措施研究 [J] （舒印彪， 2017） ，国金证券 研究所  产生消纳问题的因素 3—— 地方利益矛盾影响可再生能源消纳 省间壁垒严重，跨区消纳不畅。 我国地域广阔，电网实施分省管理，地方 电力规划基本以省内消纳为主、省间跨区消纳为补充。通常，跨省跨区消 纳将对受电地区用电成本、企业经济效益等方面产生影响。在没有明确的、 强制性的可再生能源跨省跨区消纳政策机制下，难以调动各省对可再生能 源电力消纳的积极性。此外，当前电力供应总体相对宽松，大部分地区省 内电力就足以满足本省用电需要，进一步阻碍了跨区消纳的积极性 。 发电税收享有优惠，影响地方消纳积极性。 国家对可再生能源制定了相应 的税收优惠政策，如增值税即征即退 50%政策、企业所得税“三免三减半” 政策。在上述鼓励可再生项 目开发建设的税收优惠政策下，项目建成运行 的前几年对当地的税收贡献几乎为零，严重影响了地方对此类项目运行保 障的积极性，转而选择优先保障火电电量以增加地方税收。 提升电力 系统 的 灵活性 ，为高比例 可再生能源 接入解决之道 高比例可再生电源的并网，要求更高的电网系统灵活性  可再生 能源 的并网，要求电网系统更高的灵活性 。 能源安全与转型 ， 提出 了高比例可再生能源发电的清洁电力系统愿景。 高比例可再生能源 并网后， 可再生能源 的 波动性与不确定性 ，对电网 系统 的 灵活性 要求 显著增加。 行业深度研究 - 8 - 敬请参阅最后一页特别声明 加州独立系统运营商 California Independent System Operator（ CAISO） 在 2013 年预测了 2012-2020 年春季某日的 24 小时净负荷。加州居民与三 产用电占比高，春天天气凉爽不需要开空调，因此白天电力需求较低，正 常负荷在 20 吉瓦时，但到傍晚 6 点左右，电力需求急剧上升，形成电力负 荷高峰。  太阳能装机占比持续增加，调峰要求不断 提高 。 加州地区 春季阳光充足， 白天太阳能出力较高， 太阳能装机规模的不断扩大对电力系统其他电源迅 速调峰的要求不断提高。 2012-2016 年，随着 可再生能源 发电量的占比持 续增加，在 下午 3 点到傍晚 6 点 太阳能无法发电时，电力系统调峰需求由 2 吉瓦时增长至 12 吉瓦时， 满足傍晚用电需求 。 2020 年 下午 3 点到傍晚 6 点 的净负荷爬坡幅度更是将达到 14 吉瓦时 。这一 由于太阳能发电规模增加 而变化 的净负荷曲线被 形象地 称作“ 鸭子曲线 ”。 图表 10： 调峰要求与可再生能源发电占比呈正相关 *净负荷指电网中太阳能以外其他发电源 来源： California Independent System Operator， 国金证券研究所 电网系统稳定性和充裕性，需平衡可再生能源出力波动  实现高比例可再生，须保证电力系统供电充裕性与稳定性 在中国风光高集 中度开发、远距离输送的模式下，可再生能源的波动性和不确定性及弱致 稳性和弱抗扰性对系统都存在更深层次的影响，对供电充裕性和运行稳定 性提出极大挑战。 供电充裕性的实现，可通过调度三种可控电源。供电充 裕性是指 是以静态电力负荷实时平衡为目标，通过负荷静态特性的预测、 电源和电网的合理规划布局，使在所有可能的运行方式下， 系统都留有足 够的供调度用的备用电源。 要实现供电充裕性，可调度一下三种电源实现。 一是启停具有在线快速响应特性的电源作为调频电源（分钟级）；二是 启停 具有快速响应特性的电源（如水电、燃气发电等）作为负荷跟踪电源（小 时级）；三是启停具有慢速响应特性的电源（如火电、核电等）作为基荷电 源（日级）。  电力系统的运行稳定性是以负荷动态特性为基础，通过动态电力实时平衡 完成 。系统运行稳定性主要包括 两 方面： 一是 动态有功出力控制用于抑制 电力系统的相位 和 频率波动； 二是 动态无功出力控制用于抑制电力系统的 电压波动。 由于风光渗透 率较高时， 除发电站 本地电压水平受影响外，系 统频率稳定也会受到影响 。 可再生能源发电规模化利用 后， 抗干扰和可控 性不足 将 导致脱网事故。 以 酒泉风电基地 为例， 仅 2011 年酒泉风电基地发 生脱网事故 100 多次、累计脱网风电机组超过 4000 台。 综上所述， 高比例可再生 能源接入电力系统后， 为保障电力系统的运行平 稳，必须进行两方面的工作：一是增加系统中常规发电系统静态出力特性 行业深度研究 - 9 - 敬请参阅最后一页特别声明 的灵活性 ，有足够的 常规电源跟随负荷变化 ；二是 平衡 可再生 能源的出力 波动 ， 改善 其 对电网扰动的动态响应。 图表 11： 酒泉风电基地事故脱网曲线 来源： 高比例新能源电力系统的发展机遇、挑战及 对策（ 汪宁渤 等， 2018） ， 国金证券研究所 丹麦风电的逆势崛起，提供高比例可再生消纳经验 丹麦成功实现高比例可再生， 2017 年风光发电占比超 50%  按照可再生能源发电占比，对电力系统影响分为四个阶段。 鸭子的胖瘦即 鸭子曲线的陡度随着可再生能源发电量的增加曲线而变化，也对电力系统 运营稳定性等产生影响。国际能源署 2017 的研究从系统特性、对发电机 组和电网的影响以及对系统灵活性的挑战等几个方面，将非水可再生能源 发电量划分为四个阶段 ：  阶段一 指当可再生能源在电网系统总发电量中占比低于 3% 时，基本对电 力系统无影响 。 阶段二 指当占比低于 15% 时，可以通过风电及光 伏发电出 力精准预测等运行优化手段化解其对电力系统安全性影响 。 阶段三 指当占 比在 15%-25%时，电力系统电源端和负荷端呈现较大的不确定性，运行形 态更加复杂，无法通过运行调节实现稳定运行，需要配备更多的调峰调频 备用容量 。 阶段四 指可再生能源占比在 25%-50%时， 所有火电机组均不能 连续运行，都需要调峰促进可再生能源消纳，同时还要建设以特高压电网 为骨干网架、各级电网协调发展的坚强电网。 图表 12： 可再生能源并网规模对电力系统的影响程度 阶段一 阶段二 阶段三 阶段四 特点 可再生能源发电量 占比小于 3% 可再生能源发电量 占比在 3%-15% 可再生能源发电量 占比在 15%-25% 可再生能源发电量占 比 25%-50% 系统特性 可再生能源电力容 量对系统完全无影 响 对系统运行产生明 显影响 在供需平衡上产生 较大波动性 要求稳定性，在特定 时段电量需求完全由 可再生能源满足 行业深度研究 - 10 - 敬请参阅最后一页特别声明 对发电机组影响 无明显影响 上网电量的不确定 性和波动性无明显 上升，对现有火电 机组运行方式稍有 影响 上网电量的巨大波 动性，对运行方式 产生较大影响，火 电机组持续性低负 荷运行 所有火电机组均不能 连续运行，必须调整 出力促进可再生能源 电力消纳 对电网的影响 影响并网点附近区 域电网 对区域电网产生影 响，由于电源切换 造成输电拥挤成为 可能 由于不同区域不同 天气状态，电网潮 流的运行方式面临 极大变化 必须打造坚强电网， 提升电网抗干扰能力 对系统灵活性的挑 战 电网的并网条件 在需求侧和可再生 能源上网电量的平 衡 波动性资源的可获 得性、可预测性 提供电网抗干扰能力 来源： IEA report “Getting Wind and Sun onto the Grid”， 国金证券研究所  丹麦 实现能源成功转型，提供高比例可再生发展蓝本 。 根据国际能源署的 评价体系，世界上大部分的国家都处于阶段一和二。丹麦为全球可再生能 源发电占比最高的国家，占比超 50%率先跨入阶段四之上。 20 世纪 70 年 代以前，丹麦 90%以上的能源消费依赖进口，两次石油危机使丹麦受重创， 之后丹麦开始大力发展可再生能源。经过四十多年的发展，丹麦在可再生 能源领域取得显著成效。 2017 年，丹麦能源消费约 1730 万吨油当量，同 比下降 0.4%；但其中可再生能源消费量同比增长 14%，在能源消耗中所 占比重达 27.2%。以风电为例，丹麦已成为 世界上风电装机占比最高的国 家， 2017 年风力发电已能够满足全国总需求的 47.9%。丹麦应对高比例可 再生电源结构挑战 的 应对措施，为我国提供宝贵的经验借鉴。 图表 13： 2017 年部分国家可再生发电占比及所处阶段 注：爱尔兰可再生能源占比低于 25%却列入阶段四系 IEA 报告原文所述。 来源： IEA 报告 “Getting Wind and Sun onto the Grid”， 国金证券研究所  节能措施降低用电需求， 非水可再生能源逆势增长。 受节能措施的影响， 丹麦总发电量从 2006 年的 456 亿千瓦时滑落至 2017 年的 309 亿千瓦时， 年均下降 3.5%左右；可再生能源却逆势增长，发电量由 61 亿千瓦时增加 至 156 亿千瓦时，年均增速达 7.7%，在总发电量中的比重从 2006 年的 13.4%增长到 2017 年的 50.4%。 2017 年，丹麦的一次能源消费量从 2006 年的 2180 万吨油当量下降至 1732 万吨油当量，年均降幅约 2.1%；风能 消费量从 2006 年的 138 万吨油当量增长到 2017 年 334 万吨油当量，占 一次能源消费总量的比重从 6.3%增加到 2017 年的 19.1%。 行业深度研究 - 11 - 敬请参阅最后一页特别声明 图表 14： 2006-2017 年丹麦可再生能源发电量及占比 图表 15： 2006-2017 年丹麦可再生占一次能源消费比重 来源： 《 BP 世界能源统计年鉴 2018》 ， 国金证券研究所 来源： 《 BP 世界能源统计年鉴 2018》 ，国金证券研究所 多项举措 并行， 促可再生能源发展  制定明确的能源发展目标和规划。 20 世纪 70 年代石油危机爆发后，丹麦 根据本国实际，把保障能源稳定、安全和可持续发展作为国家战略，制定 了多个能源计划 ： 1976 年发布了第一部能源领域的整体规划 ， 明确提出要 大力发展风能，增加新能源领域的研发投入、鼓励能等 ； 1981 年提出到 2000 年风电 发电占比 10%； 1996 年提出 2030 年能源发展远景，届时 50% 的电力来自于风电 。  建立有效的可再生能源消纳机制。 丹麦早在 1979 年就要求风电强制上网。 1984 年，丹麦风机制造商、风电开发商和电力公司三方共同签署为期 10 年的“自愿协议”，约定电网企业不 仅要按销售价格的 85%收购风电，还 要为并网提供方便 ； 1992 年，丹麦政府将此类协议以法律的形式加以保障 。 1999 年，丹麦颁布的《电力供应法》规定，电力公司必须以固定价格购买 可再生能源 ； 实行绿色标识计划 ， 鼓励消费者购买绿色能源 ； 所有可再生 能源都有优先上网权，如不能及时入网，电网公司将给予经济补偿。  建设精准供需预测的机制 。 北欧电力交易中心每天都需要根据未来 24 小时 的电力供需预测情况， 预测的准确性会影响电力市场上实时交易的价格， 也会影响 当日 调节功率的成本。 为适应高比例风电装机发展， 丹麦国家电 网公司控制中心时刻保持对未来 24 小时内风机的发电量预测更新 。为提高 预测的准确性，丹麦电网每天还 从三个不同的气象预报公司接收四次天气 预报 ，在发现偏差后寻求偏差原因， 以求降低预测偏差。  构建灵活稳 定的超级 电网系统。 丹麦 对其电网进行了 缜密的规划，并建设 了坚固的 电网系统保障 丹麦可再生能源 通过电网消纳 。 同时， 丹麦电网通 过 14 条联络线与挪威、瑞典和德国 等国 实现互联 ， 可将风电自如地输送到 需要电力的地方。丹麦跨国交换输电容量 500 万千瓦，最大负荷约 630 万 千瓦，跨国交换输电容量占最大负荷的 80%。 通过对直流传输线 路的调节， 依靠欧洲大电力市场，借助挪威 水电 的良好调节性能，丹麦风电 实现了 高 比例消纳 。 丹麦 高比例可再生发展成功 经验， 为我国未来发展道路之良好借鉴  资源消纳 距离小，经济承受能力强 。 丹麦国土面积仅 4.3 万平方公里，仅 与我国海南省面积 3.5 万平方公里接近。国土面积小使得丹麦不存在我国 资源地与消费地距离远的问题，丹麦与挪威连接的海底电缆仅 240 公里， 丹麦计划建设到英国的海底电缆距离也仅为 720 公里，与我国高压动辄上 千公里的距离相比，建设 坚强电网 难度小。丹麦 及其 临国家经济实力强， 2017 年 丹麦 、挪威、德国、英国的人 均 GDP 分别为 5.6 万、 7.5 万、 4.5 0 10 20 30 40 50 60 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 风电 太阳能发电 可再生占发电量比重（ %,右轴） 0 10 20 30 40 50 60 0 1 2 3 4 风电 太阳能发电 可再生占一次能源消费比重（ %,右轴） 行业深度研究 - 12 - 敬请参阅最后一页特别声明 万和 4 万美元，相比我国人均 GDP 不足 1 万美元而言，丹麦风电需求具 备更好的 消纳 承受 能力 。  能源消耗级别 小，风能自然条件好 。 2017 年，丹麦的一次能源消费 1732 万吨与总发电量 308 亿千瓦时，均为中国的约 0.5%，仅与海南省的能源 消费相当。同时，丹麦和我国 2017 年可再生能源总发电量分别为 156 亿 千瓦时和 4238 亿千瓦时，丹麦仅为我国的 3.7%。丹麦不仅风力资源丰富， 更没有台风灾害，因而风电利用小时数可达 2500 小时以上，远高于我国 2000 小时的水平 图表 16： 2017 年丹麦与中国可 再生 及一次 能源 特征对比 一次能源消费 （百万吨油当 量） 发电量 （亿千瓦时） 2006-2017 年 年均发电增速 可再生 发电占比 风电 （亿千瓦 时） 光伏 （亿千瓦 时） 丹麦 17.32 308.66 -3.5% 50.43 148.00 8.00 中国 3132.18 64951.40 7.7% 0.07 3056.77 1181.50 来源： 《 BP 世界能源统计年鉴 2018》， 国金证券研究所  在 能源政策的 顶层 规划 层面 ， 设立 可再生能源发展 目标。 我国已通过《可 再生能源法》，制定了“ 总量目标制度 ”，除可再生能源规划外，对其他相 关规划支持可再生能源发展提出原则性要求， 法律出台后，我国相继明确 了 2015、 2020、 2030、 2050 年 非化石能源在一次能源消费中的占比目标， 引导非化石能源发展，并落实在国家能源战略、五年规划上 。  可再生能源收购 ， 应坚持全额并保证收购比例。 丹麦从一开始的“强制上 网”政策发展为“保上网价格”与“便利上网”，在我国体现为可再生能源 收购由“强制上网”发展为“ 全额保障性收购制度 ”。体现了我国考虑到 可 再生能源由于接纳波动性的问题，“强制上网”将限制可再生能源新增装机 空间。因此，我国相继出台并实施了 重点地区最低保障性收购利用小时数 、 清洁能源消纳方案等 相关 政策 ， 2017 年以来可再生能源限电问题持续缓解 。 然而，可再生能源 100%消纳在技术上难以实现，随着可再生能源发电规 模的不断扩大，将可能长期存在。在保价格（全额）这一层面，国家应重 视由于可再生能源补贴拖欠给企业造成的可再生能源再投资发展基金将对 我国可再生能源全产业链的严重损害，将影响产业发展活力，阻碍我国高 比例可再生能源目标的实现，应尽早出台措施解决补贴拖 欠问题。  加强精准供需预测的能力建设 。 电力市场化的逐步推进对我国供需预测提 出全新要求，一方面我国电力结构转型中，三产与居民用电比重不断增加， 气温影响对用电需求影响逐步增加，气候预报对用电需求影响逐步加大； 另一方面，我国可再生能源相对集中在预测难度较大的 中高纬度 “三北” 地区 ，且 欧洲天气预报 水平为世界最先进，我国仍处于第二梯队，因此， 加强天气预报水平也成为实现高比例可再生能源的重要环节。  加强电网互联互通和坚强智能电网的建设。 考虑到可再生能源波动性对消 纳的影响，可借鉴挪威水电为丹麦风电调峰的经验，建设可再生能源 跨区 消纳能力，加强地区网络间的互联互通能力，构建我国跨区调峰能力，降 低可再生能源的波动性对 电网 的 扰动 影响。同时，加强智能电网的建设， 提高电网的抗干扰性能力，必要时建设特高压交流环网，提升供电安全保 障能力。 可再生能源装机潜力区域分析，系寻求解决方案重要基石 本地消纳能力及用电结构，均会影响可再生能源消纳 行业深度研究 - 13 - 敬请参阅最后一页特别声明  为更好地借鉴丹麦经验，可按地区分析我国高比例可再生能源的可能性