2023年，中國(guó)可再生能源發(fā)電裝機(jī)容量14.5億千瓦（其中風(fēng)電和光伏裝機(jī)10億千瓦），占據(jù)總裝機(jī)容量的半壁江山，歷史性反超火電。
這個(gè)數(shù)字，距離2021年國(guó)務(wù)院提出的“2030年風(fēng)電和光伏裝機(jī)總?cè)萘窟_(dá)12億千瓦”的目標(biāo)，僅有咫尺之遙。按照目前的布局速度，AFRY預(yù)計(jì)2025年底有望提前達(dá)成。
上游裝機(jī)熱度不減，下游消納問(wèn)題顯現(xiàn)。IEA研究表明，當(dāng)可再生能源占比達(dá)到15%時(shí)，消納瓶頸將會(huì)體現(xiàn)。能源局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，2023風(fēng)光發(fā)電量占比全社會(huì)用電量已經(jīng)突破15%，觸發(fā)了臨界值。
電力行業(yè)中，電源側(cè)生產(chǎn)的電能如果無(wú)法及時(shí)儲(chǔ)存，就必須實(shí)時(shí)使用，當(dāng)一個(gè)地區(qū)用電量小于電廠(chǎng)的發(fā)電量，則需要將富余電能儲(chǔ)存、轉(zhuǎn)化或調(diào)度到其他有需求的地方，這個(gè)過(guò)程就是消納。如果消納存在堵點(diǎn)，就會(huì)面臨“用不完又送不出”的局面，只能停止發(fā)電，也就是所謂的“棄電”。
2015年，三北地區(qū)就因?yàn)橄{能力落后，出現(xiàn)嚴(yán)重的“棄風(fēng)”現(xiàn)象。隨后特高壓建設(shè)迎來(lái)高峰，八條跨省特高壓線(xiàn)路緩解了電力傳輸?shù)耐袋c(diǎn)。但是，伴隨新能源裝機(jī)的不斷攀升，消納又迎來(lái)了新的挑戰(zhàn)。2023年，蒙西、青海和甘肅棄風(fēng)率依然分別高達(dá)6.8%、5.8%和5%，青海、西藏棄光率依然高達(dá)8.6%和22%。
新能源裝機(jī)的高峰過(guò)后，新型電力系統(tǒng)的主要矛盾已經(jīng)從電源側(cè)悄然轉(zhuǎn)移至電網(wǎng)側(cè)。如何給新能源拉一張“新電網(wǎng)”，是全球面臨的共同問(wèn)題。新能源消納的難點(diǎn)是什么？如何化解“東部缺電，西部窩電”的現(xiàn)狀？全球電網(wǎng)布局的上行周期里，哪些環(huán)節(jié)較具出海優(yōu)勢(shì)？
電力絲綢之路
在中國(guó)，廣袤的西北地區(qū)日照時(shí)間長(zhǎng)，土地成本低，在風(fēng)光裝機(jī)建設(shè)中有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，統(tǒng)計(jì)顯示2023年可再生能源發(fā)電裝機(jī)占全國(guó)裝機(jī)比例超50%，是本輪新能源建設(shè)浪潮的先鋒。同時(shí)，西北地區(qū)也是典型的小內(nèi)需大送端，電源側(cè)裝機(jī)容量遠(yuǎn)高于用電側(cè)需求。
以青海為例，2023年全省電源裝機(jī)容量超5400萬(wàn)千瓦，其中可再生能源裝機(jī)占比90%以上，光伏占比超四成。與此同時(shí)，全社會(huì)最大電力負(fù)荷僅為1300萬(wàn)千瓦，大量富余的綠電亟待儲(chǔ)存或運(yùn)輸，如果綠電無(wú)法即時(shí)上網(wǎng)消納，當(dāng)?shù)仫L(fēng)光利用率將受到大幅限制。
東西部之間的資源稟賦與能源消費(fèi)需求存在巨大差異，在可再生能源快速發(fā)展過(guò)程中，能源生產(chǎn)和負(fù)荷中心不匹配的矛盾愈發(fā)凸顯。
“西電東送”為代表的西部大開(kāi)發(fā)標(biāo)志性工程，成為西部消納綠電的重要渠道。但過(guò)去兩年，能源電源側(cè)和電網(wǎng)側(cè)的建設(shè)進(jìn)度并不同步。
碳中和背景下風(fēng)光裝機(jī)高速增長(zhǎng)，電源側(cè)投資的高速增長(zhǎng)有目共睹，2022年、2023年電源側(cè)投資完成額分別同比增長(zhǎng)30.3%和30.1%，預(yù)計(jì)風(fēng)光裝機(jī)投資超過(guò)60%。但電網(wǎng)側(cè)，2022年、2023年電網(wǎng)投資完成額分別僅增長(zhǎng)1.2%和5.4%，增速遠(yuǎn)低于電源側(cè)投資。
數(shù)據(jù)來(lái)源：國(guó)家能源局，朱雀基金整理
兩者間的差異，主要源自建設(shè)周期的錯(cuò)配。
電源側(cè)的投資主要由市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)，新能源項(xiàng)目前期準(zhǔn)備耗時(shí)一年，建設(shè)周期半年，整個(gè)項(xiàng)目周期約2年。電網(wǎng)側(cè)的投資則主要由計(jì)劃驅(qū)動(dòng)，電網(wǎng)建設(shè)項(xiàng)目首先要納入國(guó)家能源局電力規(guī)劃，其次從國(guó)網(wǎng)總部發(fā)展規(guī)劃到納入地方公司的年度規(guī)劃，才能開(kāi)始進(jìn)行預(yù)算、設(shè)計(jì)、建設(shè)等流程，項(xiàng)目周期平均三到五年，導(dǎo)致電網(wǎng)側(cè)相關(guān)的建設(shè)進(jìn)度往往會(huì)滯后于電源側(cè)。
為了跟上電源側(cè)的發(fā)展，電網(wǎng)建設(shè)規(guī)劃正在加速。相比十三五，十四五期間的特高壓直流規(guī)劃建成數(shù)量達(dá)到12條，同比增加50%。據(jù)長(zhǎng)江證券測(cè)算，若以單條直流投資200-300億元估算，十四五特高壓直流投資金額相比十三五增加約1000億元。
中國(guó)特高壓各階段投資規(guī)模（億元）
數(shù)據(jù)來(lái)源：民生證券研究院
在十五五規(guī)劃期間，風(fēng)光大基地、西南水電基地等重大項(xiàng)目將陸續(xù)落地，承載“西電東輸”重任的“綠電高速”亟待建成。同時(shí)，隨著光伏組件價(jià)格下降，下游電站預(yù)期內(nèi)部收益率提升，市場(chǎng)對(duì)于放開(kāi)95%消納紅線(xiàn)的關(guān)注度逐漸升溫。倘若放開(kāi)，大概率將進(jìn)一步提升風(fēng)光能源的裝機(jī)空間上限，提高電網(wǎng)消納新能源的緊迫性。相比光伏裝機(jī)面臨消納、海外政策等因素?cái)_動(dòng)，電網(wǎng)未來(lái)的建設(shè)需求或有著更高的確定性。
近期召開(kāi)的政治局會(huì)議上，總書(shū)記指出，進(jìn)一步建設(shè)好新能源基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)，推進(jìn)電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施智能化改造和智能微電網(wǎng)建設(shè)，提高電網(wǎng)對(duì)清潔能源的接納、配置和調(diào)控能力。
能源局最新發(fā)布的《關(guān)于新形勢(shì)下配電網(wǎng)高質(zhì)量發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》提出，到2025年，配電網(wǎng)具備500GW分布式新能源，1200萬(wàn)臺(tái)左右充電樁接入能力。截至2023年底，分布式光伏裝機(jī)254GW（23年新增96.3GW），充電設(shè)施累計(jì)859.6萬(wàn)臺(tái)。也就是說(shuō)，除去分散式風(fēng)電的接入規(guī)模，未來(lái)2年分布式光伏的接入空間約為200GW，這個(gè)數(shù)值是超越市場(chǎng)預(yù)期的?？紤]到當(dāng)前分布式能源的接入壓力已經(jīng)很大，為了提升分布式新能源的接入能力，預(yù)計(jì)后續(xù)配電網(wǎng)的投資額大概率有望增加。
新能源消納迎大考
與傳統(tǒng)煤電不同，風(fēng)光能源為代表的可再生能源具有高波動(dòng)性、間歇性，對(duì)電力系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力提出更高的要求。
以光伏為例，下圖為加州電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商發(fā)布的電網(wǎng)每日凈負(fù)荷分時(shí)情況，左軸為需求側(cè)的凈負(fù)荷（電網(wǎng)中減去風(fēng)能和光伏發(fā)電量后的剩余用電需求），中午凈負(fù)荷處于最底部，晚上光伏出力下滑時(shí)凈負(fù)荷急劇上升，形成固定的波峰波谷。此外，隨著新能源接入比例不斷提升，2015-2023年凈負(fù)荷曲線(xiàn)的波動(dòng)越來(lái)越大，電力負(fù)荷的“雙峰”特征更加凸顯。
凈負(fù)荷的“鴨子曲線(xiàn)”波動(dòng)幅度逐年增加
數(shù)據(jù)來(lái)源：EIA，CAISO，民生證券研究院
為了配合出力不穩(wěn)定的可再生能源，以煤電為代表的傳統(tǒng)支撐性能源承擔(dān)了調(diào)節(jié)的任務(wù)，在新能源出力的高峰期少出力或不出力，反之在低谷期多出力，從而實(shí)現(xiàn)削峰填谷，調(diào)峰調(diào)頻。
可再生能源入網(wǎng)比例的提升快速消耗著電力系統(tǒng)中現(xiàn)有的調(diào)節(jié)資源。河南省公布的數(shù)據(jù)顯示，省內(nèi)越來(lái)越多地級(jí)市的分布式光伏達(dá)到承載能力的上限，上網(wǎng)受限導(dǎo)致安裝的光伏無(wú)法通過(guò)發(fā)電產(chǎn)生收益，約束了未來(lái)的裝機(jī)進(jìn)度。
數(shù)據(jù)來(lái)源：河南省分布式光伏承載力與可開(kāi)放容量發(fā)布平臺(tái)
電力系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力和調(diào)節(jié)成本，很大程度上決定了可再生能源的消納上限。
從調(diào)節(jié)路徑看，電源側(cè)的水電對(duì)自然環(huán)境要求高，核電更重視生產(chǎn)安全，氣電則受制資源有限，從存量規(guī)模大小、改造便捷、安全性與經(jīng)濟(jì)性等多個(gè)角度出發(fā)，目前煤電仍是電源側(cè)進(jìn)行靈活性改造的優(yōu)先選擇之一。
數(shù)據(jù)來(lái)源：袁家海等《電力系統(tǒng)靈活性提升：技術(shù)路徑、經(jīng)濟(jì)性與政策建議》，信達(dá)證券研發(fā)中心
國(guó)內(nèi)三北地區(qū)可再生能源資源豐富，風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電裝機(jī)分別占全國(guó)的72%、61%，靈活調(diào)節(jié)電源不足3%。雖然靈活調(diào)節(jié)電源占比和調(diào)節(jié)能力仍有提升空間，但煤電進(jìn)行靈活性改造的積極性大概率取決于調(diào)峰補(bǔ)償收入是否可以彌補(bǔ)靈活改造成本。只有商業(yè)模式的經(jīng)濟(jì)性得到驗(yàn)證，煤電企業(yè)才有足夠動(dòng)力去主動(dòng)推動(dòng)靈活性改造。
靈活性改造的主要成本由固定改造費(fèi)用、調(diào)峰增加的運(yùn)營(yíng)費(fèi)用以及發(fā)電量減少的機(jī)會(huì)成本三部分組成，三者疊加使得煤電進(jìn)行靈活性改造的成本較高。
一方面，靈活性改造導(dǎo)致電廠(chǎng)的經(jīng)營(yíng)壓力增大，自主改造動(dòng)力不足，改造成本高企導(dǎo)致“十三五”期間煤電靈活性改造進(jìn)度不及預(yù)期。
另一方面，雖然多數(shù)省份對(duì)不同調(diào)峰深度實(shí)施階梯式的補(bǔ)償，但0.6~1元/度的調(diào)峰價(jià)格仍然并不少見(jiàn)，綠電的上網(wǎng)價(jià)格在0.2元/度，過(guò)高的消納成本在一定程度上侵蝕新能源發(fā)電項(xiàng)目的長(zhǎng)期收益，也抑制了上游可再生能源裝機(jī)和并網(wǎng)的積極性。
數(shù)據(jù)來(lái)源：袁家海等《電力系統(tǒng)靈活性提升：技術(shù)路徑、經(jīng)濟(jì)性與政策建議》，信達(dá)證券研發(fā)中心
隨著電力交易市場(chǎng)機(jī)制逐漸完善，主要由調(diào)峰、調(diào)頻、備用組成的輔助服務(wù)市場(chǎng)由計(jì)劃轉(zhuǎn)向市場(chǎng)，統(tǒng)計(jì)顯示2023年上半年國(guó)內(nèi)輔助服務(wù)費(fèi)用達(dá)到278億元，相比2018年同期增長(zhǎng)近3倍，其中煤電企業(yè)獲得的補(bǔ)償占比91.4%。同時(shí)，越來(lái)越多的傳統(tǒng)發(fā)電企業(yè)涉足可再生能源產(chǎn)業(yè)，未來(lái)煤電靈活性改造的動(dòng)力有望進(jìn)一步增強(qiáng)。
煤電調(diào)節(jié)之外，儲(chǔ)能是新能源消納的另一重要手段，既能保持發(fā)電頻率的穩(wěn)定，也能配合煤電進(jìn)行調(diào)峰調(diào)頻。在強(qiáng)制配儲(chǔ)的政策引導(dǎo)下，新能源裝機(jī)配儲(chǔ)比例已從原先的10-20%逐步上升至15-30%。但目前強(qiáng)制配儲(chǔ)由于利用率偏低，經(jīng)濟(jì)性不足，在促進(jìn)儲(chǔ)能裝機(jī)的同時(shí)也成為限制產(chǎn)業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展的一大因素。
獨(dú)立儲(chǔ)能逐步成為儲(chǔ)能電站建設(shè)的主要方式，并在山東、寧夏、湖南等地具備經(jīng)濟(jì)性。容量租賃率比較高的獨(dú)立儲(chǔ)能項(xiàng)目，已初步具備經(jīng)濟(jì)性但行業(yè)仍需要進(jìn)一步明確獨(dú)立儲(chǔ)能電站的盈利模式，提供更多的盈利途徑和確定性。
新型電力系統(tǒng)的建立還需要“軟硬兼施”。國(guó)家電網(wǎng)在十四五期間計(jì)劃投資2.23萬(wàn)億元用于建設(shè)電網(wǎng)，其中信息化投資為重要部分。南方電網(wǎng)規(guī)劃十四五期間投資約6700億元，以加快數(shù)字電網(wǎng)建設(shè)和現(xiàn)代化電網(wǎng)進(jìn)程。
電力信息化的重要載體是虛擬電廠(chǎng)。虛擬電廠(chǎng)運(yùn)行的原理是，通過(guò)信息技術(shù)將電網(wǎng)中零散的可調(diào)節(jié)的電力負(fù)荷智能、有序地整合起來(lái)，減少并網(wǎng)沖擊，優(yōu)化發(fā)電成本，降低損失。技術(shù)提供方通過(guò)輔助發(fā)電單位接入電網(wǎng)，完成電力交易，獲取相應(yīng)的服務(wù)費(fèi)，或是從溢價(jià)部分提取分成收益。
根據(jù)國(guó)家電網(wǎng)測(cè)算，傳統(tǒng)火電廠(chǎng)實(shí)現(xiàn)電力削峰填谷在滿(mǎn)足5%峰值負(fù)荷時(shí)需投資4000億元。而借助虛擬電廠(chǎng)，實(shí)現(xiàn)相同目的的投資預(yù)計(jì)在400-570億元，具備較高的性?xún)r(jià)比。
數(shù)據(jù)來(lái)源：36氪研究院，長(zhǎng)城證券產(chǎn)業(yè)金融研究院
全球電網(wǎng)布局新周期
與國(guó)內(nèi)相比，海外發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體的電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施相對(duì)完善，但部分存量線(xiàn)路面臨著老化，逐步進(jìn)入改造周期。同時(shí)，隨著近年可再生能源裝機(jī)大幅增長(zhǎng)，電源投資和電網(wǎng)投資的比率從 2015年的 1.6:1提升至 2023年的 2.5:1，電網(wǎng)投資已經(jīng)嚴(yán)重滯后于電源投資，需要更新大量配套設(shè)施來(lái)實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的平衡性和靈活性。
BNEF預(yù)計(jì)2022-2030年間全球電網(wǎng)投資年化增速將達(dá)到12%，期間投資總額將達(dá)到21.4萬(wàn)億美元，其中20%用于更換老舊資產(chǎn)、40%用于系統(tǒng)改造、40%用于新增并網(wǎng)。
以美國(guó)為例，美國(guó)存量輸電線(xiàn)路大多建于19世紀(jì)60、70年代。美國(guó)商務(wù)部2021年報(bào)告顯示，美國(guó)電網(wǎng)中變壓器的平均壽命已經(jīng)達(dá)到38年，有70%變壓器使用年限超過(guò)25年，變壓器普遍設(shè)計(jì)使用年限在30-40年左右，且在負(fù)載量大、極端天氣頻繁區(qū)域工作中的實(shí)際使用年限更短，相關(guān)電力設(shè)備亟待更新。
其次，電網(wǎng)成為可再生能源規(guī)模擴(kuò)大的主要瓶頸之一。截至2021年底，美國(guó)有近900GW的風(fēng)光裝機(jī)容量等待并網(wǎng)，與此同時(shí)每年的風(fēng)光裝機(jī)仍在大幅增長(zhǎng)，可再生能源項(xiàng)目從提出并網(wǎng)申請(qǐng)到實(shí)際運(yùn)營(yíng)的平均等待時(shí)間，已經(jīng)從2005年不到20個(gè)月延長(zhǎng)到22年底的近60個(gè)月。
美國(guó)光伏項(xiàng)目從申請(qǐng)到并網(wǎng)運(yùn)營(yíng)的排隊(duì)周期大幅延長(zhǎng)
數(shù)據(jù)來(lái)源：BerkeleyLAB，中金公司研究部
不僅是美國(guó)，可再生能源并網(wǎng)已經(jīng)成為全球難題。根據(jù)IEA統(tǒng)計(jì)，全球至少有3000GW的可再生能源發(fā)電項(xiàng)目正在排隊(duì)等待并網(wǎng)，相當(dāng)于2022年新增光伏、風(fēng)電容量的5倍。假設(shè)電網(wǎng)投資延遲的情況下，到2050年全球風(fēng)光發(fā)電占比將從預(yù)測(cè)的59%下滑至44%。
可再生能源并網(wǎng)、老舊設(shè)備改造，快速拉動(dòng)電網(wǎng)的投資需求，但供給端短期彈性有限，導(dǎo)致海外本土供應(yīng)缺口階段性不斷擴(kuò)大。以變壓器為例，歐美供應(yīng)商的交期不斷延長(zhǎng)。根據(jù)BNEF數(shù)據(jù)，美國(guó)變壓器交付周期已經(jīng)從2014年的15個(gè)月拉長(zhǎng)至2023年三季度的4年。
從供給側(cè)看，海外供應(yīng)商短期內(nèi)較難釋放大量產(chǎn)能。以變壓器為例，擴(kuò)產(chǎn)周期一般需要2~3年時(shí)間，同時(shí)供應(yīng)鏈配套不完善，生產(chǎn)成本、產(chǎn)品質(zhì)量相對(duì)缺少競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，也導(dǎo)致海外本土供應(yīng)商的擴(kuò)產(chǎn)決策相對(duì)謹(jǐn)慎。
美國(guó)電力變壓器本土供應(yīng)面臨嚴(yán)重缺口
資料來(lái)源：BNEF，中金公司研究部（指100MVA及以上的大型電力變壓器）
據(jù)中金研究部測(cè)算，中國(guó)電力設(shè)備在海外市場(chǎng)份額不到10%，海外階段性擴(kuò)大的供應(yīng)缺口、相對(duì)分散的競(jìng)爭(zhēng)格局為中國(guó)電力設(shè)備企業(yè)出海提供了廣闊的發(fā)展機(jī)遇。
國(guó)內(nèi)快速成長(zhǎng)的新能源產(chǎn)業(yè)鏈上下游已經(jīng)涌現(xiàn)出一批產(chǎn)品力強(qiáng)、性?xún)r(jià)比高、競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)明顯的電力設(shè)備公司。綜合考慮海外需求增速、建設(shè)周期、供應(yīng)格局等因素，以變壓器、智能電表為代表的細(xì)分行業(yè)有望成為電力設(shè)備出口的第一梯隊(duì)，復(fù)制逆變器出海的成功案例。
數(shù)據(jù)來(lái)源：國(guó)家能源局、國(guó)家電網(wǎng)、財(cái)新網(wǎng)、EIA、AFRY、BNEF、Wind、中金公司研究部、信達(dá)證券研發(fā)中心、民生證券研究院、長(zhǎng)城證券產(chǎn)業(yè)金融研究院
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