绝缘栅

电力设备行业专题报告新型电力系统建设带来

发布时间:2022/8/15 15:06:42   
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(报告出品方/作者:浙商证券,游家训、张伟鑫)

一、新型电力系统的典型“两化”特征

1.1供给侧的清洁能源化、需求侧的电气化趋势会加速

年3月中央财经委员会九次会议提出“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”。

能源生产清洁化主要表现为非化石能源的大规模开发利用和化石能源的清洁利用。中国能源结构长期以煤炭为主,实现清洁低碳转型任务尤为艰巨,电力行业通过改进燃煤机组、发展非化石能源、提高清洁能源发电量等,多措施并举降低供电煤耗。随着我国风光发电新增设备容量与发电量的大幅增加,年我国单位发电量二氧化碳排放量较年下降27.3%。年我国非化石能源消费量占比已达15.3%,提前一年完成“十三五”制定的15%目标,能源清洁化卓有成效,未来30年能源清洁化率将加速提升,最终进入非化石能源时代。

能源消费电气化主要表现为终端能源消费中的电能比重大幅提高。电作为清洁高效的终端能源载体,电能消费占终端消费比重每提高1个百分点,能源强度可下降3.7%。因此,加快终端能源消费领域的电气化进程,是助力“碳达峰”、“碳中和”的重要途径,要实现双碳目标,年我国电能消费比重必须达到70%以上。当前,我国终端用能电气化态势逐步清晰,截至年7月我国全社会用电量累计同比增长16.6%,年我国电能占终端能源消费比重持续提升至27.0%。但是,我国在工业、建筑供暖、交通等能源消费领域还存在能耗高、排放量大的问题,电气化水平仍有很大提升空间。

1.2电网的运营管理面临机遇和挑战

“两化”将给电网带来巨大的长期挑战。以“电气化、清洁能源化”为主要特点的新型电力系统加速发展。供给端来看,到近几年,我国光伏、风电、核电、水电、生物质等新能源发电装机占比超过40%,发电量占比超过33%;在目前的清洁能源装机强度上加一定的增长,保持到年就能实现70%的装机占比和接近60%的发电量占比。而在需求端,目前电力在终端能源消费中占比26%左右,-年有希望提升近10个百分点,非化石能源占一次能源的比重大概在15%左右,-年有望提升到32%以上。

关于供给端的清洁能源化和需求端的电气化“两化”特点是过去20年全球电力甚至能源系统的主要特点,未来几十年可能会进一步强化,大部分产业参与者也都比较认同。而电网如何顺应新型电力系统,分歧就比较大,特变是“两化”趋势,对现有电网的物理结构、管理模式都提出了巨大的、长期的挑战。

在此趋势下,风电、光伏等随机性、波动性电源替代火电等确定性可控电源,给电网调节调度、灵活运行带来挑战。而新能源为主、高比例电力电子设备的大面积应用将带来电力系统的运行特性、安全控制和生产模式的根本性改变。

挑战1:新能源消纳——灵活配置储能,推动解决新能源消纳问题。风光等可再生能源的发电原理、控制方式、运行特征区别于传统电源,储能解决新能源消纳及提升电网稳定的刚需。目前储能方式以抽水蓄能为主,电化学等其他储能方式仍亟需推进市场化进度,电网运营侧需要解决好储能集中或分散配置,形式组合,运行控制等问题。

挑战2:系统稳定性——调整电网控制方案,维持系统安全稳定。新型电力系统发电、用电具备高自由度特征,此前电网控制中采取的“源随荷动”策略在电源本身具备随机性的特征下不再适用,“源网互动”新模式下,电网一次、二次系统控制保护应做针对性调整,并要求在电源出力及负荷预测、源荷储协调运行、主动需求响应、虚拟电厂控制等技术领域进一步突破。

挑战3:智能网联化——进一步提升电网智能化。电网规模持续扩张及自动化程度的大幅提升对电网的响应处理能力提出更高的要求,能源电力配置方式将由“部分感知、单向控制、计划为主”,转变为“高度感知、双向互动、智能高效”。新型电力系统将实现与现代数字技术的深度融合,既要求底层监测、通信设备的同步更新,也要求电网后台控制调度软件的智能化改造。

挑战4:基础技术攻关——突破底层材料、设备制造、工程应用等技术难关。新型电力系统的构建涉及多学科多领域的深度合作,现阶段亟需攻克或优化的核心技术包括新型绝缘材料、SiC等宽禁带电力电子器件、电化学储能、氢储能、高效低成本发电、综合能源系统等。

挑战5:电力市场机制——完善电力市场及引导机制。新型电力系统的构建依托高效且市场化的电力治理方案,需要形成科学合理的电价机制和经济政策。例如,我国持续以补贴形式引导风光装机,现已进入平价阶段,当前在储能配置引导、应用终端“以电代煤”“以电代油”“以电代气”等领域如何完善现有电价机制,配套适宜的经济政策仍然是需要持续探讨解决的方向。

当前时点,我国能源电力系统正面临新一轮深刻变革,存在从软硬件技术到市场体制的全面挑战。而与此同时“变革”也孕育了更多新的空间和机遇,能够把握电网演进趋势,在产品技术上占据先机且持续迭代的企业单位将有望在新型电力系统的建设进程中回归久违的成长赛道。

二、电力系统需要加强投资

2.1用电量与电费增加,电力系统投资有望增长

电力投资总体稳中有升。中国电力的投资模式下,电价、用电量、管制模式是决定投资能力的三大主要变量。成本加成的模式,赋予了将投资成本转嫁给消费者的能力,管制模式在未来很长时期内不会有大的变化,主要周期就是电费周期。

近几年电网投资强度走弱。由于电力系统长期保持超前建设,导致电力系统资产冗余较大,特别在-年经济下行周期过程中,电力系统资产利用率偏低的现象尤为明显。因此,国家电网公司在年之后调低电网投资规模,年电网投资降低到了亿元。

社会用电总量增长叠加电价逐步回归商品属性,电力系统投资强度有望增强。全社会用电量的增速一般是GDP增速的两倍,随着国内GDP的持续增长,未来国内用电量有望稳步提升。同时,近期各级政府部门出台的文件释放出电价逐步回归商品化的信号。8月31日,广东发改委发文将峰平谷比价从现行的1.65:1:0.5调整为1.7:1:0.38。尖峰电价在上述峰谷分时电价的峰段电价基础上上浮25%。上海市经信委近日也发布进一步完善“基准价+上下浮动”电力市场价格形成机制。全社会用量的增长叠加电价商品化的趋势逐步确立,有望使得电网的收入和盈利能力得到增强,电网有更强的支撑加大资本开支强度,来配合新型电力系统建设。

2.2输、配、用电侧电力设施可能面临缺口

电气化水平提高,会有越来也多的用电的地方,需要加大投入满足终端用电需求:

思想1:依据住宅用电负荷标准,单户用电负荷在6-10kW,对应计量表电流值不超过60A。而理论上随着家电电器越来也多(洗碗机、洗衣机、烘干机、电烤箱、地暖等),入户标准需要响应做提升。

思想2:电动车普及后,充电桩设施影响很大,假设万台电动车存量,20%在晚上8-10点平均充电,可能带来5亿千瓦的短时用电负荷。而年底我国全国发电装机容量22亿千瓦,以此为基准测算充电功率结构占比超过1/5。虽然拉长时间维度看,电动车的用电需求总量占比有限,但对充电设施要求高,尤其峰时功率占比可能较大。

“供给端清洁能源化、需求端电气化”趋势对电网提出了更大的挑战。在现有的技术体系下,构建新型电力系统仍然需要持续加大投资以支撑新能源接入与消纳,如发展柔性直流接入风电,建设特高压送出通道等,配置抽水蓄能、电化学储能等多样化储能设施等。此外,新型电力系统中,电力电子器件渗透率大幅提升造成谐波影响,也要求进一步加大电能质量治理。

三、特高压仍然有发展需求和一定的空间

3.1特高压将配合解决送出消纳、电网优化配置问题

新能源比例提升需要特高压解决大规模、长距离能源外送。电源侧的新能源替代造成了电力系统电源与负荷时间、空间维度的一定程度错配,时间上供需不平衡主要由各类储能解决,空间分布上的调度,则需要依托大规模、远距离输电走廊来配合实现。我国风电、光伏、水电等新能源电源分布远离负荷中心,此前部分项目曾由于输出通道配套滞后,就地消纳能力有限而造成弃电。考虑未来北部、西北部大规模风电、西部和北部超大规模光伏电站等在未来将仍保持快速的发展节奏,新能源电力的外送问题仍是需要

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