电力设备与新能源行业：顺能源变革之势，铸新型电力系统-华泰证券.pdf

免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。 1 证券研究报告 电力设备与新能源 顺能源变革之势，铸新型电力系统 华泰研究 电力设备与新能源 增持 (维持) 研究员 申建国 SAC No. S0570522020002 SFC No. BSK177 shenjianguo@htsc.com +(86) 755 8249 2388 研究员 张志邦 SAC No. S0570522020003 SFC No. BSJ772 zhangzhibang@htsc.com +(86) 10 5679 3931 行业走势图 资料来源：Wind，华泰研究 2022年10月18日│中国内地 专题研究 构建新型电力系统，“十四五”期间电网整体投资力度加大 建设新型电力系统，需从发电、电网、负荷、储能多侧充分挖掘系统灵活性 调节资源，保障系统安全稳定运行及新能源高比例消纳。考虑到新能源大规 模发展对电网加大投资需求日益增长，叠加经济增长趋缓的逆周期调节需 求，电网投资力度有望加大。我们认为新型电力系统转型背景下，电网投资 的主要方向在于两个方面：一是以特高压直流为主的输电网建设，二是加强 配电网建设。 可再生能源占比持续提升，我国能源地域分布不均 在“双碳”目标的要求下，我国未来将大力发展可再生能源并网，风力发电 /太阳能发电累计装机量在 2012-2021 年的 CAGR 高达 20.65%/53.45%。 《“十四五”可再生能源发展规划》提出2025年可再生能源发电量增量在全 社会用电量增量中的占比超过 50%，风电和太阳能发电量实现翻倍。电力 系统需要电源和负荷实时平衡，而可再生能源波动性较高，当辅助调节资源 不足时，易发生弃风弃光现象。我国能源分布整体呈“北富南贫、西多东少” 的现象，而用电负荷多分布于中东部地区，需要长距离输电。 主干网构筑坚强智能电网，特高压有效解决能源供需错配问题 特高压能够有效解决我国能源与负荷分配不匹配的问题，是能源转型过程中 电网侧的主干力量。截至 2021 年底，国内累计 34 条特高压线路在运营， 2021 年输送电量中的六成由可再生能源出力，随着后续电源侧储能接入， 其出力占比有望再度提升。在促经济，稳增长的背景下，2022-2023年特高 压行业有望进入投资兑现期，有效拉动上下游产业链发展。特高压行业壁垒 高，主设备公司受益明显，我们预计在项目开工后的 9个月以内，由项目采 购形成的业绩在供应商处得以释放。新批准的输电项目有望在两年内体现在 主设备公司业绩中，三年内完成项目投产。 柔性调节能力是配电网核心，减少电网波动性为主 配电网是能源生产、转换、消费的关键环节，协助可再生能源消纳，联接多 方市场主体，正逐渐成为电力系统的核心。据《南方电网“十四五”电网发 展规划》，“十四五”期间南方电网将投资约 6700 亿元，其中 3200 亿元 投向配电网，占比 48%。随着可再生能源大规模并网和经济绿色发展，电 力系统源侧和荷侧变动加大，电力用户同时具备接收电能和反输送电能两种 能力，配电网扩容的必要性凸显。没有电网数字化转型就没有新型电力系统， 我们认为电网智能化升级将对二次设备产生显著拉动作用，信息化硬件投资 有望大幅提升。 电网投资本质为稳定性和投资强度权衡 调节电网投资是稳定经济的重要手段之一，电网投资是决定新能源接入和消 纳的基础。电网投资的本质是稳定性和投资强度之间的权衡，通过置办较多 待命冗余机组以满足高峰用电需求的电网是极其昂贵的。电网作为支撑新能 源建设的重要基础设施，连接发电侧和用电侧，涉及输配变用等各环节，项 目种类多样。现有设施替换需求旺盛，将支撑电网投资基础，新型电力系统 带动之下，投资需求更加多样化。 风险提示：政策落地及投资不及预期；市场竞争加剧风险；特高压建设进度 不及预期。 (29) (17) (4) 9 21 Oct-21 Feb-22 Jun-22 Sep-22 (%) 电力设备与新能源 沪深300 免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。 2 电力设备与新能源 正文目录 能源体系：可再生能源占比持续提升，能源地域分布不均 . 3 能源种类：化石能源向可再生能源转型，输出功率波动性提升 3 地域分布：源荷地域分布不均，长距离运输保障用电安全 . 5 供给侧：可再生能源分布不均，能源传输需求旺盛 . 5 需求方：东中部仍是用电中心，跨区输送需求旺盛 . 7 终端电气化水平提升，电网支撑能源转型 . 7 电气化水平持续提升，用电量增长需有电网支撑 7 源侧与荷侧波动性增加，电网调节压力凸显 . 9 电力体系支撑能源变革，构筑新型电力系统 . 10 主干网：构筑坚强智能电网，特高压协助跨区运输 13 特高压支撑电网运行，促进可再生能源消纳 . 13 能源消纳刚需叠加基建属性，特高压投资有支撑 15 行业壁垒高，主设备公司受益明显 17 配电网：柔性调节能力是核心，减少电网波动性 . 20 源侧和荷侧波动，对电网扩容和变电站要求提升 21 电网建设稳定性要求增加，信息化硬件投资提升 21 电网波动性加大，新型电力电子设备需求提升 23 虚拟电厂和综合能源构筑局域网络，提升电网调节能力 . 25 虚拟电厂：政策端不断完善，应用有望逐步落地 25 综合能源：应用层主要落地形式，提升微电网稳定性 . 26 电网投资：稳定与投资强度权衡，替换和新增需求旺盛 28 电网投资本质：稳定性和投资强度权衡 28 他山之石：参考欧洲电网，整体投资额提升明显 28 国内：现有设施替换需求旺盛，支撑电网投资基础 29 国内：新兴电力系统带动，新增投资层出不穷 29 风险提示 30 nMsNpQqNpOoOoNtRqQuNrN9P8Q6MoMnNpNmOeRmNoOiNpOvM8OoPqMuOqNtQwMrNxP 免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。 3 电力设备与新能源 能源体系：可再生能源占比持续提升，能源地域分布不均 能源种类：化石能源向可再生能源转型，输出功率波动性提升 1）风光大规模接入 可再生能源并网，未来多能互补。在“双碳”目标的要求下，我国大力发展可再生能源， 其中以风力发电、太阳能发电为主，风力发电/太阳能发电累计装机量在 2012-2021 年的 CAGR分别高达20.65%/53.45%。据国家能源局数据，2012年底，我国光伏与风电累计装 机量占比不足 6%，截至 2021 年底，我国水电/火电/核电/风电/光伏累计装机量占比为 16.45%/54.58%/2.24%/13.82%/12.90%，而 2021 年光伏/风电新增装机量占比为 30.22%/26.70%。未来可再生能源占比将逐步提升，传统的火电因其灵活性的特点可作为 未来电力系统的调节资源，我们认为未来的电力系统将是多能互补的系统。 图表1： 国内可再生能源累计装机量 图表2： 新增装机中光伏、风电占比提升 资料来源：国家能源局，华泰研究 资料来源：国家能源局，华泰研究 可再生能源发电占比有望大幅提升。《“十四五”可再生能源发展规划》提出，2025 年，可 再生能源年发电量达到 3.3万亿千瓦时左右；“十四五”期间，可再生能源发电量增量在全 社会用电量增量中的占比超过 50%，风电和太阳能发电量实现翻倍。据 IEA 预测，在实现 “双碳”目标的预设下，到 2060 年，中国的太阳能和风能发电量相对于 2020 年将增加 7 倍，占总发电量比例从 25%提升至 2030 年的 40%和 2060 年的 80%，其中，太阳能发电 的占比由 2020 年的 4%提升至 45%。可再生能源发电比例的提升是政策推进和度电成本 （LCOE）下降综合作用的结果，目前光伏发电和陆上风电已初步具备在 LCOE 上和燃煤 电厂竞争的能力。 图表3： 双碳目标下的发电量预测 注：CCUS = carbon capture, utilisation and storage 资料来源：IEA《An energy sector road map to carbon neutrality in China》，华泰研究 0% 50% 100% 150% 200% 250% 0 5,000 10,000 15,000 20,000 25,000 30,000 35,000 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 万千瓦 光伏累计装机量 风电累计装机量 光伏累计装机同比增速 风电累计装机同比增速 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 光伏新增装机 风电新增装机 火电新增装机 核电新增装机 水电新增装机 免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。 4 电力设备与新能源 2）分布式电源大规模接入 分布式电源接入加重电网运行负担。1）影响配网潮流，线路潮流大多从电流一端产生，直 接作用于用户侧，形状多为辐射状，若配网内部安装分布式电源，则会对线路潮流的方向 和方位产生影响；2）影响配网电压和电能质量，分布式电源并网后，配网成为“有源网络”， 稳态电压的分布会发生改变；3）影响配网继电保护，当分布式电源位于继电保护前端，电 源助增作用将导致保护范围扩大，可能出现误动或越级跳闸，同理，当分布式电源位于继 电保护后端，可能出现拒动；4）造成系统配变直流偏磁出现，分布式电源接入要求大量电 力电子设备如逆变器接入，逆变器可能因脉冲不均或参数失衡等相关特点，产生直流电流 分量，若流入配电变压器中，将导致系统配变直流偏磁问题；5）产生谐波影响变压器等设 备，除了逆变器必然会输出的谐波外，三相不平衡、直流偏磁等非理想情况也会产生谐波。 可再生能源大规模并网，电网源荷波动加剧。以可再生能源为主体的新型电力系统，将给 电网带来机遇与挑战。以屋顶光伏为例，受到诸多环境因素限制，发电量随时间变化大， 若受到天气影响，发电功率波动大且无法预测，若为家庭户用光伏，家庭净负载的较大波 动将给电网运行带来额外成本，对电网的可靠运行提出了更高的要求。 图表4： 云使屋顶光伏日内发电功率波动变大 图表5： 云使日内家庭净负载波动变大 注：横轴为时间，纵轴为屋顶光伏发电功率（有云）、发电功率（无云） 资料来源：EPRI《Distributed PV Monitoring and Feeder Analysis》，华泰研究 注：横轴为时间，纵轴为家庭总负载、家庭净负载（有云）、家庭净负载（无云） 资料来源：EPRI《Distributed PV Monitoring and Feeder Analysis》，华泰研究 太阳能发电日内波动大、不可调度、具有间歇性。不同于传统的火力发电，太阳能发电受 时间、天气和季节影响，在白天和晴天分布式光伏和地面电站向用户侧供电，在中午迎来 发电高峰，甚至出现弃光现象，傍晚光伏发电减弱，而用户侧迎来电力高峰。加州独立系 统运营商(CAISO)在评估加州的电力生产和需求时，首次发现了“鸭子曲线”，即常规电厂 因光伏发电的存在，中午的净负荷下降，随着时间的推移，该常规电厂的日内净负荷曲线 由“双峰曲线”变为“鸭子曲线”。但常规电厂是为平稳出力而设计，中午关闭部分电厂将 带来额外成本。风力发电类似于太阳能发电，灵活性均低于传统发电方式，随着可再生能 源并网量增加，如何应对可再生电源接入带来的波动成为电力系统亟需解决的问题。 免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。 5 电力设备与新能源 图表6： 鸭子曲线—加州某常规电厂日内净负荷情况 资料来源：加州独立系统运营商(CAISO)，华泰研究 地域分布：源荷地域分布不均，长距离运输保障用电安全 传统能源分布已呈现地域不平衡特征，已有西电东送需求。我国西部地区拥有丰富的水电、 燃煤资源，而当地经济发展相对欠缺，用电量相对较低，东部地区用电需求更大，将西部 富余电力运送至东部消纳有助于解决我国能源分布不均的问题。西电东送开始于 2000年国 家发展计划委员会向国务院报送的《关于加快“西电东送”以满足广东“十五”电力需求 有关情况的报告》，当时即是为电力缺口增大的广东省提供电力，保障广东经济发展。西电 东送是西部大开发的标志性工程之一，包括北部通道（黄河中上游水电、火电到京津冀地 区）、中部通道（三峡、金沙江水电到华东地区）、南部通道（云贵水电、火电到广东）三 大通道。据国家能源局，西电东送能力 2025年将超过3.6亿千瓦。 图表7： 西电东送路线图 图表8： 南方电网西电东送规模 资料来源：北极星电力新闻网，华泰研究 资料来源：南方电网，华泰研究 供给侧：可再生能源分布不均，能源传输需求旺盛 太阳能：我国太阳能资源丰富，总体呈“高原大于平原、西部干燥区大于东部湿润区”的 分布特点。其中，青藏高原最为丰富，四川盆地太阳能资源相对较低。与太阳能辐射资源 分布类似，我国大部分大型光伏地面电站分布在西部、北部，光伏发电量主要由西部、北 部地区贡献。2022 年上半年，山东/河北/青海累计光伏发电量位居全国前列，分别达到 233.3/212.9/127.4亿千瓦时，其中，青海光伏发电量占本省发电量比例高达29.1%。 -6% -4% -2% 0% 2% 4% 6% 8% 10% 12% 14% 0 500 1,000 1,500 2,000 2,500 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 亿千瓦时 送电量 同比-右轴 免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。 6 电力设备与新能源 图表9： 全国太阳辐射总量等级和区域分布表 名称 主要地区 年总量（MJ/m2) 年总量（kWh/m2） 年平均辐照度（W/m2） 占国土面积（%） 最丰富带 内蒙额济纳旗以西、甘肃酒泉以西、青海 100°E 以西大部分地区、 西藏94°E以西大部分地区、新疆东部边远地区，四川甘孜部分地区 ≥6300 ≥1750 约≥200 约22.8 很丰富带 新疆大部、内蒙额齐纳旗以东大部﹑黑龙江西部、吉林西部、辽宁 西部、河北大部、北京、天津、山东东部、山西大部、陕西北部、 宁夏、甘肃酒泉以东大部、青海东部边缘﹑西藏 94°E以东、四川中 西部、云南大部、海南 5040-6300 1400-1750 约160-200 约44.0 较丰富带 内蒙50°N 以北、黑龙江大部、吉林中东部、辽宁中东部、山东中西 部、山西南部、陕西中南部、甘肃东部边缘、四川中部、云南东部 边缘、贵州南部、湖南大部、湖北大部、广西、广东、福建、江西、 浙江、安徽、江苏、河南 3780-5040 1050-1400 约120-160 约29.8 一般丰富带 四川东部、重庆大部、贵州中北部、湖北 110°E以西、湖南西北部 ＜3780 ＜1050 约＜120 约3.3 资料来源：国家能源局《户用光伏建设运行百问百答（2022版）》，华泰研究 图表10： 中国太阳法相直接辐射分布图 图表11： 2022年H1累计光伏发电量（亿千瓦时）及占本地区总发电量比重 资料来源：国家能源局《户用光伏建设运行百问百答（2022版）》，华泰研究 资料来源：全国新能源消纳监测预警中心，华泰研究 风电：我国拥有丰富的风能资源，主要集中在东南沿海、北部、西部地区。内蒙古和甘肃 走廊为风能密度较大区，台湾海峡是我国近海风能资源最丰富的地区。拥有海上风能资源 的台湾海峡和渤海湾距离我国主要负荷中心较近，具有更优的消纳条件，而三北地区的陆 上风电远离主要负荷中心，消纳压力相对更大。2022 年上半年，内蒙古/河北/新疆累计风 电发电量位居全国前列，分别达到 516/310/299亿千瓦时。 图表12： 2021年全国70米高度层年平均风功率密度分布 图表13： 我国东部沿海近海 5-20米水深海域内、100米高度年平均风 功率密度分布 资料来源：《2021 年中国风能太阳能资源年景公报》，华泰研究 注：选取了部分沿海地区 资料来源：《中国风电发展路线图2050》，华泰研究 免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。 7 电力设备与新能源 图表14： 2022年上半年累计风电发电量（亿千瓦时）及占本地区总发电量比重 资料来源：全国新能源消纳监测预警中心，华泰研究 需求方：东中部仍是用电中心，跨区输送需求旺盛 我国电力供需地理分布不均衡，中东部将长期保持为负荷中心。我国能源分布整体呈“北 富南贫、西多东少”的现象，而用电负荷多分布于中东部地区，其中沿海地区为主要负荷 中心。2021 年，广东、浙江、山东、江苏等东部沿海经济大省虽然发电量位居全国前列， 但发电量与用电量之间差额高于 1000亿千瓦时，高于部分省份用电量；内蒙古、云南、山 西等位于西部地区的省份则为电力净输出省份。中东部地区人口稠密、工业布局多，2021 年中/东部地区 GDP 占全国的 21.59%/54.29%。据全球能源互联网发展合作组织预测，中 东部地区仍将长期为我国电力负荷中心。 图表15： 全国用电量预测及东部用电占比 图表16： 2021年各省发电量及用电量 资料来源：全球能源互联网发展合作组织，华泰研究 资料来源：国家统计局，中电联，华泰研究 终端电气化水平提升，电网支撑能源转型 电气化水平持续提升，用电量增长需有电网支撑 电气化发展是实现碳达峰、碳中和的有效途径。提升全社会的电气化水平将有力推动能源 清洁低碳、安全高效利用，减少我国对传统化石能源的刚性需求，在能源领域实现深度脱 碳和本质安全。中电联公布的电气化发展指标体系包括终端用能电气化、电力供应低碳化、 电力服务普适化和能源利用高效化，中电联认为我国电气化发展总体处于中期中级阶段， 电气化进程持续向前推进，经济发达省份电气化水平相对较高。 58% 59% 60% 61% 62% 63% 64% 65% 66% 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 2020 2025E 2030E 2050E 2060E 万亿千瓦时 中东部用电量 我国用电总量预测 (2,000) (1,500) (1,000) (500) 0 500 1,000 1,500 2,000 2,500 0 1,000 2,000 3,000 4,000 5,000 6,000 7,000 8,000 9,000 广 东 浙 江 山 东 江 苏 河 北 北 京 上 海 河 南 湖 南 重 庆 辽 宁 江 西 天 津 广 西 海 南 西 藏 黑 龙 江 福 建 青 海 吉 林 安 徽 甘 肃 贵 州 陕 西 湖 北 宁 夏 新 疆 四 川 山 西 云 南 内 蒙 古 亿千瓦时亿千瓦时 发电量 用电量 差额-右轴 免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。 8 电力设备与新能源 图表17： 中电联对未来电气化发展的两种情景设置 主要领域 基础转型情景 电气化加速情景 电力碳减排 按照国家碳达峰、破中和目标时间，2030年实现 电力行业碳排放同步达峰，碳达峰至碳中和阶段， 可再生能源产供储销体系全面成熟，实现电力净 零排放。 电力行业适度先于国家碳达峰目标实现时间，碳排放峰 值水平较基础转型情景有所降低，碳达峰至碳中和阶段， 新型储能技术取得重大突破，电力行业碳中和实现时间 较基础情景提前。 能源电力需求 完成国家能源消费总量和强度“双控”目标要求， 重要工业产品用能效率持续提升，能源需求保持 中低速增长，电能替代稳步推进，电力需求快速 增长。 高效用能用电技术推广应用力度进一步加大，能效水平 加快提升，能源需求增速较基础转型情景放缓，电能替 代潜力进一步释放，电力需求增速较基础转型情景加快。 重点 部门 电气 化 工业部门 钢铁行业电炉钢占比稳步提升，2060年达到35% 以上，电锅炉、电窑炉推广应用。 钢铁行业电炉钢占比快速提升，2060年达到55%以上， 有色、建材、化工行业电能替代高效电热转换技术、电 蓄热技术取得交破。 建筑部门 可再生能源建筑推广应用，清洁电采暖稳步推进 实施，厨炊洗浴电气化持续推进。 电蓄冷空调、电蓄热锅炉、地源热泵、空气源热泵大规 模应用，清洁电采暖推进速度进一步加快，厨炊洗浴电 气化全面普及。 交通部门 2035 年，纯电动汽车成为新销售车辆的主流，公 共领域用车全面电动化，2060年，电动汽车保有 量达到2.5 亿辆，氢燃料电池汽车全面普及。 充换电关键技术取得突破，车联网技术加快渗透，促进 电动汽车在民用、货运领域全面普及，保有量增速较基 础转型情景进一步加快，2060年，电动汽车保有量超过 3.5亿辆。 电力供应 电力系统源网荷储协调发展，新能源加快发展， 非化石发电装机和发电量占比持续提高。核电“十 五五”期间年均投产6-8台机组。 新能源产业实现跨越式发展，带动新能源发展装机较基 础转型情景进一步增加。新型储能建设成本快速下降， 并加速布局。核电加速发展。 资料来源：中电联《中国电气化年度发展报告2021》，华泰研究 用电量预计持续增长，电气化水平将提升。伴随人民生活水平及电气化水平持续提高，预 计我国用电总量将持续增长，2020年我国用电量总量为7.5万亿千瓦时，全球能源互联网 发展合作组织预计2025/2030/2050 /2060年我国用电总量将分别达到 9.2/10.7/16/17万亿 千瓦时。国家电网发布的“碳达峰、碳中和”行动方案提出，大力实施电能替代，促进终 端能源消费电气化；预计到2025、2030年，电能占终端能源消费比重将达到 30%、35% 以上。据壳牌分析数据，2050/2060年国内电气化率将达到 50% / 60%。 图表18： 中国电气化率提升 图表19： 未来我国用电总量预测 资料来源：《壳牌能源远景：中国能源体系2060碳中和》，IEA，华泰研究 资料来源：全球能源互联网发展合作组织，华泰研究 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 1990 2000 2010 2020 2030E 2040E 2050E 2060E 电力在最终消费总量中的占比 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 2020 2025E 2030E 2050E 2060E 万亿千瓦时 我国用电总量预测 免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。 9 电力设备与新能源 源侧与荷侧波动性增加，电网调节压力凸显 源侧：新能源并网规模增加，弃风弃光压力加大。由于我国风能、太阳能的分布情况，西 部、北部地区的可再生能源发电装机规模较大，而当地消纳能力不足，外送能力有限。电 力系统需要电源和负荷实时平衡，可再生能源波动性较高，需要火电/储能辅助调节，当辅 助调节资源不足时，易发生弃风弃光现象。据全国新能源消纳监测预警中心，2021年全国 11 省市风光利用率达到 100%，全国平均风电利用率 96.9%，同比提升 0.4 个百分点；光 伏发电利用率 98.2%，同比提升 1.0 个百分点。全年全国弃风电量 206.1 亿千瓦时，风能 发电5667亿千瓦时，弃光电量67.8亿千瓦时，太阳能发电1836.6亿千瓦时。随着“三地 一区”国家大型风电和光伏发电基地项目陆续并网投产，2022年下半年北方地区风光新增 装机比重较大，部分区域消纳压力将进一步加大。 图表20： 全国弃风弃光情况 资料来源：全国新能源消纳监测预警中心，华泰研究 可再生能源大规模并网，为电网运营提出更高要求。若电网未进行相应的升级改造，分布 式电源的快速渗透会对电网稳定性提出更高要求，大量未被电网系统监控的分布式光伏可 能在电网发生扰动时集体断开以保护自己，大规模的分布式电源断开可能会引发其他紧急 情况，例如干扰系统自动修复。2017年3月3日，澳大利亚Torrens岛的275千伏开关场 发生故障，使南澳大利亚州的 5 台发电机发电功率下降，引起电压突然下降。当地的电力 需求在该情况下会主动降低 400MW 需求，电力需求下降能在电网发生扰动时使电力供需 匹配，以免引发更多问题。出乎意料的是，约有150MW 的分布式光伏因此次电网扰动而集 体断开，导致故障初期电力需求仅下降了 250MW，延迟了系统的恢复，可再生能源大规模 并网为电网运营提出更高要求。 图表21： 2017年 3月3日南澳大利亚州的电网需求 资料来源：AEMO《Technical Integration of Distributed Energy Resources》，华泰研究 0 10 20 30 40 50 60 70 80 20Q1 20Q2 20Q3 20Q4 21Q1 21Q2 21Q3 21Q4 22Q1 亿千瓦时 弃风电量 弃光电量 免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。 10 电力设备与新能源 荷侧：新型电力设备在用户侧出现，负荷侧波动亦提升。户用分布式光伏将大规模并网， 据国家能源局数据，2022 年上半年全国光伏装机量 30.88GW，其中户用分布式 8.91GW， 同比增长 50.76%。大量新能源汽车将接入并网，据乘联会数据，2022 年上半年我国新能 源车总销量 224.6 万辆，同比增长 122.60%。越来越多的户用分布式光伏、新能源汽车、 储能等可大量产生、消耗、存储电力的新兴设备将接入用户侧，负荷侧波动性亦提升。 电力体系支撑能源变革，构筑新型电力系统 传统电网系统仅为电力的单向传输而设计，电网公司的主要风险来源于大型发电机和电网 故障，因此更注重输电网的建设，为输电网配备电力监控系统（SCADA），同时由于配电 网的树状结构、设备数量众多、直接连接用户等原因，配电网 SCADA的成本更高，建设 较少，而未来电力的双向交互将更加频繁，将以配电网为中心，如户用光伏倡导“自发自 用，余电上网”，因此配电网面临的挑战更大。 图表22： 过去与未来的电力系统 资料来源：IEA，华泰研究 2021年3月15日，中央财经委员会第九次会议提出要“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”，协助提升电力系统的调节能力，适 应能源变革需求。 免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。 11 电力设备与新能源 图表23： 构建新型电力系统实施路线 资料来源：《“双碳”目标下新型电力系统发展路径研究》（张金平等发布于《华电技术》2021 年第12期），华泰研究 新型电力系统将从电源侧、电网侧、负荷侧三个方面进行全面转型： 电源侧：可再生能源大规模并网，需配备灵活性资源。我国承诺的“双碳目标”要求 2030 年实现“碳达峰”，随后仅用 30 年实现“碳中和”，这一时间显著短于发达国家所用时间， 紧迫情形之下对可再生能源发展提出了更高的要求。可再生能源发电系统是高度不确定性 的系统，而要构建清洁低碳安全高效的能源体系，则需要在电源侧配备灵活性火电机组、 天然气机组和储能电站等灵活性的调节资源。 图表24： IEA的净零排放情景下提供电力系统灵活性的资源 资料来源：IEA《Net Zero by 2050: A Roadmap for the Global Energy Sector》，华泰研究 电网侧：远距离输送解决主干网需求，电网柔性调节能力是核心。电网连接发电侧和负荷 侧，在未来电力系统中扮演重要角色。传统电力系统是单向的，系统中各方均有明确分工 定位；未来数字化电力系统是多向的、数字化的，并且高度集成，对电网提出了更高的要 求。面临我国能源地理分布不均衡的问题，远距离输送电能成为解决途径。其中，特高压 输电以其大规模、远距离、高效率的特性在我国已进入快速发展阶段。随着分布式电源的 大规模装机，大量分布式电源接入配电网，传统的无源配电网向有源配电网转变，同时光 伏逆变器、PCS、柔性开关等电力电子设备接入电网，电力系统逐步电力电子化，带来电 网电压暂降、波动与闪变、电压越限等电能质量问题，解决上述问题，电网的柔性调节能 力是核心。 免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。 12 电力设备与新能源 图表25： 未来数字化电力系统 图表26： 不同充电模式给加州电网带来的系统成本降低 资料来源：IEA《Digitalisation and Energy》，华泰研究 注：系统成本反映了生产能源的批发运营成本，不包括发电能力成本、传输和分 配成本，以及构成生产和输送电力的其他成本 资料来源：LBNL,《Grid Impacts of Electric Vehicles and Managed Charging in California》，华泰研究 负荷侧：电气化率提高，用户侧主动响应。随着经济社会绿色发展，电力消费在最终能源 消耗中占比将提升。同时，为应对可再生能源发电的高度不确定性，负荷侧需要相应的灵 活性资源，如电动汽车、智能家电、家用储能、可中断负荷等。其中，电动汽车既代表着 电气化的提高，又能作为用户侧主动响应的例子。据 IEA，电动汽车因以下三点而成为潜在 的电网灵活性资源：1）操作灵活性，能充放电；2）内置通信和控制技术，几分钟甚至几 秒内对聚合器的信号做出响应；3）低容量利用率，停靠时间超过 96%，充电时间仅10%， 负载灵活。据劳伦斯伯克利国家实验室（LBNL），相比无管理的充电，采用分时电价或智 能充电将至少为电网系统减少 34%来自电动汽车充电引起的成本。 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 分时电价 智能充电 电动汽车数量少情形 电动汽车数量多情形 免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。 13 电力设备与新能源 主干网：构筑坚强智能电网，特高压协助跨区运输 特高压能够有效解决我国能源与负荷分配不匹配的问题，是坚强智能电网的重要组成部分。 特高压线路缓解了输送线路损耗、系统不稳定、电流易短路等问题，能将新能源电力从西 部安全、快速地输送至东中部等电能需求高的地区，平衡能源与负荷分布，成为 “西电东 送、北电南供、水火互济、风光互补”的能源运输“主动脉”，破解能源电力发展的深层次 矛盾，实现能源从就地平衡到大范围配置的根本性转变。 图表27： 特高压交/直流对比 直流输电 交流输电 电压等级 ±800 千伏及以上 1000 千伏及以上 适用场合 应用场景主要为长距离电力传输、海底电缆、 大电网联接与隔绝 应用场景主要为构成交流环网和短距离传输 网络建设 有落点，能依据电源分布、负荷位置、电力传 输及交换等实际需要建设骨干网 无落点，架构清晰简单，电力可直接输送至负荷 中心，网间无需同步运行 存在缺陷 输送功率变化将影响送、受端无功，可能会引 发连锁反应，甚至会导致电压失稳 直流系统闭锁时，会对两端交流系统产生较大功率冲击，造成 设备损坏 资料来源：《特高压交、直流电网输电技术及运行特性综述》张天. 龚雁峰. 智慧电力. 2018,46(02)，华泰研究 特高压支撑电网运行，促进可再生能源消纳 国网特高压输电占比显著提升。截至 2020 年底，国家电网已累计建成特高压线路 35868 公里，累计变电（换流）容量41267万千伏安/万千瓦。2020年国家电网特高压输电量4567.14 亿千瓦时，占国家电网售电量的 9.98%。近年来，国家电网特高压输电量占售电量的比例 明显提升。截至 2021年底，国内累计 34条特高压线路在运营。 图表28： 国家电网特高压累计及新增线路长度 图表29： 国家电网特高压输电量及占售电量比例 资料来源：国家电网，华泰研究 资料来源：国家电网，华泰研究 0 5,000 10,000 15,000 20,000 25,000 30,000 35,000 40,000 2008200920102011201220132014201520162017201820192020 公里 累计线路长度 新增线路长度 0% 2% 4% 6% 8% 10% 12% 0 500 1,000 1,500 2,000 2,500 3,000 3,500 4,000 4,500 5,000 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 亿千瓦时 国网特高压输电量 占售电量比例 免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。 14 电力设备与新能源 图表30： 我国在运营中的特高压项目 工程名称 投运时间 电压等级 所属工程 长度（公里） 容量（万 kW） 1 晋东南-南阳-荆门 2009年1 月 1000kV交流 三交四直 654 1800 2 云南-广东 2010年6 月 ±800kV直流 南网 1373 3 向家坝-上海 2010年7 月 ±800kV直流 三交四直 1907 4 锦屏-苏南 2012年 12月 ±800kV直流 三交四直 2059 5 淮南-浙北-上海 2013年9 月 1000kV交流 三交四直 1298 1200 6 哈密南-郑州 2014年1 月 ±80OkV直流 三交四直 2192 800 7 溪洛渡左岸-浙江金华 2014年7 月 ±800kV直流 三交四直 1653 800 8 浙北-福州 2014年 12月 1000kV交流 三交四直 1206 1800 9 糯扎渡-广东 2015年5 月 ± 800kV直流 南网 1413 500 10 锡盟-山东 2016年7 月 1000kV交流 1460 1500 11 宁东-浙江 2016年9 月 ±800kV直流 两交一直 1720 800 12 淮南-南京-上海 2016年 11月 1000kV交流 两交一直 1560 1200 13 蒙西-天津南 2016年 11月 1000kV交流 五交八直 1216 500 14 酒泉-湖南 2017年6 月 ±800kV直流 五交八直 2383 1600 15 晋北-南京 2017年7 月 ±800kV直流 五交八直 1118.5 800 16 榆横-淮坊 2017年8 月 1000kV交流 五交八直 2098 750 17 锡盟-胜利 2017年8 月 1000kV交流 两交一直 双回路2*240 600 18 锡盟-泰州 2017年6 月 ±800kV直流 五交八直 1620 1000 19 扎鲁特-青州 2017年 12月 ±800kV直流 1234 1000 20 滇西北-广东 2018年5 月 ±800kV直流 南网 1959 500 21 上海庙-临沂 2019年1 月 ±800kV直流 五交八直 1238 2000 22 北京西-石家庄 2019年6 月 100kV交流 双回路2*228 23 淮东-皖南 2019年9 月 ±1100kV直流 五交八直 3324 1200 24 苏通GIL综合管廊 2019年9 月 1000kV交流 5.469 6980 25 山东-河北环网 2020年1 月 1000kV交流 五交两直 1280 1500 26 张北-雄安 2020年8 月 1000kV交流 2018 年重启 双回路2*319.9 600 27 雄安-石家庄 2019年6 月 1000kV交流 双回路2*222.6 28 蒙西-晋中 2020年9 月 100kV交流 双回路2*304 800 29 驻马店-南阳(配套) 2020年 12月 100kV交流 2018 年重启 双回路2*190.3 1000 30 乌东德-广东、广西 (昆柳龙直流工程) 2020年 12月 ±800kV三端 混合直流 南网 1465 800 31 青海-河南 2020年 10月 ±800kV直流 2018 重启 1582 800 32 雅中-江西 2021年6 月 ±800kV直流 2018 重启 1700 800 33 陕北-湖北 2021年8 月 ±800kV直流 2018 重启 1136.1 800 34 南昌-长沙 20