中國儲能網(wǎng)訊：2023年，中國可再生能源發(fā)電裝機容量14.5億千瓦（其中風電和光伏裝機10億千瓦），占據(jù)總裝機容量的半壁江山，歷史性反超火電。
這個數(shù)字，距離2021年國務(wù)院提出的“2030年風電和光伏裝機總?cè)萘窟_12億千瓦”的目標，僅有咫尺之遙。按照目前的布局速度，AFRY預(yù)計2025年底有望提前達成。
上游裝機熱度不減，下游消納問題顯現(xiàn)。IEA研究表明，當可再生能源占比達到15%時，消納瓶頸將會體現(xiàn)。能源局數(shù)據(jù)顯示，2023風光發(fā)電量占比全社會用電量已經(jīng)突破15%，觸發(fā)了臨界值。
電力行業(yè)中，電源側(cè)生產(chǎn)的電能如果無法及時儲存，就必須實時使用，當一個地區(qū)用電量小于電廠的發(fā)電量，則需要將富余電能儲存、轉(zhuǎn)化或調(diào)度到其他有需求的地方，這個過程就是消納。如果消納存在堵點，就會面臨“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)就因為消納能力落后，出現(xiàn)嚴重的“棄風”現(xiàn)象。隨后特高壓建設(shè)迎來高峰，八條跨省特高壓線路緩解了電力傳輸?shù)耐袋c。但是，伴隨新能源裝機的不斷攀升，消納又迎來了新的挑戰(zhàn)。2023年，蒙西、青海和甘肅棄風率依然分別高達6.8%、5.8%和5%，青海、西藏棄光率依然高達8.6%和22%。
新能源裝機的高峰過后，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題。新能源消納的難點是什么？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？
1.電力絲綢之路
在中國，廣袤的西北地區(qū)日照時間長，土地成本低，在風光裝機建設(shè)中有得天獨厚的優(yōu)勢，統(tǒng)計顯示2023年可再生能源發(fā)電裝機占全國裝機比例超50%，是本輪新能源建設(shè)浪潮的先鋒。同時，西北地區(qū)也是典型的小內(nèi)需大送端，電源側(cè)裝機容量遠高于用電側(cè)需求。
以青海為例，2023年全省電源裝機容量超5400萬千瓦，其中可再生能源裝機占比90%以上，光伏占比超四成。與此同時，全社會最大電力負荷僅為1300萬千瓦，大量富余的綠電亟待儲存或運輸，如果綠電無法即時上網(wǎng)消納，當?shù)仫L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需求存在巨大差異，在可再生能源快速發(fā)展過程中，能源生產(chǎn)和負荷中心不匹配的矛盾愈發(fā)凸顯。
“西電東送”為代表的西部大開發(fā)標志性工程，成為西部消納綠電的重要渠道。但過去兩年，能源電源側(cè)和電網(wǎng)側(cè)的建設(shè)進度并不同步。
碳中和背景下風光裝機高速增長，電源側(cè)投資的高速增長有目共睹，2022年、2023年電源側(cè)投資完成額分別同比增長30.3%和30.1%，預(yù)計風光裝機投資超過60%。但電網(wǎng)側(cè)，2022年、2023年電網(wǎng)投資完成額分別僅增長1.2%和5.4%，增速遠低于電源側(cè)投資。
數(shù)據(jù)來源：國家能源局，朱雀基金整理
兩者間的差異，主要源自建設(shè)周期的錯配。
電源側(cè)的投資主要由市場驅(qū)動，新能源項目前期準備耗時一年，建設(shè)周期半年，整個項目周期約2年。電網(wǎng)側(cè)的投資則主要由計劃驅(qū)動，電網(wǎng)建設(shè)項目首先要納入國家能源局電力規(guī)劃，其次從國網(wǎng)總部發(fā)展規(guī)劃到納入地方公司的年度規(guī)劃，才能開始進行預(yù)算、設(shè)計、建設(shè)等流程，項目周期平均三到五年，導(dǎo)致電網(wǎng)側(cè)相關(guān)的建設(shè)進度往往會滯后于電源側(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)量達到12條，同比增加50%。據(jù)長江證券測算，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。
中國特高壓各階段投資規(guī)模（億元）
數(shù)據(jù)來源：民生證券研究院
在十五五規(guī)劃期間，風光大基地、西南水電基地等重大項目將陸續(xù)落地，承載“西電東輸”重任的“綠電高速”亟待建成。同時，隨著光伏組件價格下降，下游電站預(yù)期內(nèi)部收益率提升，市場對于放開95%消納紅線的關(guān)注度逐漸升溫。倘若放開，大概率將進一步提升風光能源的裝機空間上限，提高電網(wǎng)消納新能源的緊迫性。相比光伏裝機面臨消納、海外政策等因素擾動，電網(wǎng)未來的建設(shè)需求或有著更高的確定性。
近期召開的政治局會議上，總書記指出，進一步建設(shè)好新能源基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)，推進電網(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)于新形勢下配電網(wǎng)高質(zhì)量發(fā)展的指導(dǎo)意見》提出，到2025年，配電網(wǎng)具備500GW分布式新能源，1200萬臺左右充電樁接入能力。截至2023年底，分布式光伏裝機254GW（23年新增96.3GW），充電設(shè)施累計859.6萬臺。也就是說，除去分散式風電的接入規(guī)模，未來2年分布式光伏的接入空間約為200GW，這個數(shù)值是超越市場預(yù)期的。考慮到當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)計后續(xù)配電網(wǎng)的投資額大概率有望增加。
2.新能源消納迎大考
與傳統(tǒng)煤電不同，風光能源為代表的可再生能源具有高波動性、間歇性，對電力系統(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)運營商發(fā)布的電網(wǎng)每日凈負荷分時情況，左軸為需求側(cè)的凈負荷（電網(wǎng)中減去風能和光伏發(fā)電量后的剩余用電需求），中午凈負荷處于最底部，晚上光伏出力下滑時凈負荷急劇上升，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年凈負荷曲線的波動越來越大，電力負荷的“雙峰”特征更加凸顯。
凈負荷的“鴨子曲線”波動幅度逐年增加
數(shù)據(jù)來源：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)越來越多地級市的分布式光伏達到承載能力的上限，上網(wǎng)受限導(dǎo)致安裝的光伏無法通過發(fā)電產(chǎn)生收益，約束了未來的裝機進度。
數(shù)據(jù)來源：河南省分布式光伏承載力與可開放容量發(fā)布平臺
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)濟性等多個角度出發(fā)，目前煤電仍是電源側(cè)進行靈活性改造的優(yōu)先選擇之一。
數(shù)據(jù)來源：袁家海等《電力系統(tǒng)靈活性提升：技術(shù)路徑、經(jīng)濟性與政策建議》，信達證券研發(fā)中心
國內(nèi)三北地區(qū)可再生能源資源豐富，風電、太陽能發(fā)電裝機分別占全國的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，但煤電進行靈活性改造的積極性大概率取決于調(diào)峰補償收入是否可以彌補靈活改造成本。只有商業(yè)模式的經(jīng)濟性得到驗證，煤電企業(yè)才有足夠動力去主動推動靈活性改造。
靈活性改造的主要成本由固定改造費用、調(diào)峰增加的運營費用以及發(fā)電量減少的機會成本三部分組成，三者疊加使得煤電進行靈活性改造的成本較高。
一方面，靈活性改造導(dǎo)致電廠的經(jīng)營壓力增大，自主改造動力不足，改造成本高企導(dǎo)致“十三五”期間煤電靈活性改造進度不及預(yù)期。
另一方面，雖然多數(shù)省份對不同調(diào)峰深度實施階梯式的補償，但0.6~1元/度的調(diào)峰價格仍然并不少見，綠電的上網(wǎng)價格在0.2元/度，過高的消納成本在一定程度上侵蝕新能源發(fā)電項目的長期收益，也抑制了上游可再生能源裝機和并網(wǎng)的積極性。
數(shù)據(jù)來源：袁家海等《電力系統(tǒng)靈活性提升：技術(shù)路徑、經(jīng)濟性與政策建議》，信達證券研發(fā)中心
隨著電力交易市場機制逐漸完善，主要由調(diào)峰、調(diào)頻、備用組成的輔助服務(wù)市場由計劃轉(zhuǎn)向市場，統(tǒng)計顯示2023年上半年國內(nèi)輔助服務(wù)費用達到278億元，相比2018年同期增長近3倍，其中煤電企業(yè)獲得的補償占比91.4%。同時，越來越多的傳統(tǒng)發(fā)電企業(yè)涉足可再生能源產(chǎn)業(yè)，未來煤電靈活性改造的動力有望進一步增強。
煤電調(diào)節(jié)之外，儲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，也能配合煤電進行調(diào)峰調(diào)頻。在強制配儲的政策引導(dǎo)下，新能源裝機配儲比例已從原先的10-20%逐步上升至15-30%。但目前強制配儲由于利用率偏低，經(jīng)濟性不足，在促進儲能裝機的同時也成為限制產(chǎn)業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展的一大因素。
獨立儲能逐步成為儲能電站建設(shè)的主要方式，并在山東、寧夏、湖南等地具備經(jīng)濟性。容量租賃率比較高的獨立儲能項目，已初步具備經(jīng)濟性但行業(yè)仍需要進一步明確獨立儲能電站的盈利模式，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”。國家電網(wǎng)在十四五期間計劃投資2.23萬億元用于建設(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)進程。
電力信息化的重要載體是虛擬電廠。虛擬電廠運行的原理是，通過信息技術(shù)將電網(wǎng)中零散的可調(diào)節(jié)的電力負荷智能、有序地整合起來，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，或是從溢價部分提取分成收益。
根據(jù)國家電網(wǎng)測算，傳統(tǒng)火電廠實現(xiàn)電力削峰填谷在滿足5%峰值負荷時需投資4000億元。而借助虛擬電廠，實現(xiàn)相同目的的投資預(yù)計在400-570億元，具備較高的性價比。
數(shù)據(jù)來源：36氪研究院，長城證券產(chǎn)業(yè)金融研究院
3.全球電網(wǎng)布局新周期
與國內(nèi)相比，海外發(fā)達經(jīng)濟體的電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施相對完善，但部分存量線路面臨著老化，逐步進入改造周期。同時，隨著近年可再生能源裝機大幅增長，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)嚴重滯后于電源投資，需要更新大量配套設(shè)施來實現(xiàn)電力系統(tǒng)的平衡性和靈活性。
BNEF預(yù)計2022-2030年間全球電網(wǎng)投資年化增速將達到12%，期間投資總額將達到21.4萬億美元，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)。
以美國為例，美國存量輸電線路大多建于19世紀60、70年代。美國商務(wù)部2021年報告顯示，美國電網(wǎng)中變壓器的平均壽命已經(jīng)達到38年，有70%變壓器使用年限超過25年，變壓器普遍設(shè)計使用年限在30-40年左右，且在負載量大、極端天氣頻繁區(qū)域工作中的實際使用年限更短，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)模擴大的主要瓶頸之一。截至2021年底，美國有近900GW的風光裝機容量等待并網(wǎng)，與此同時每年的風光裝機仍在大幅增長，可再生能源項目從提出并網(wǎng)申請到實際運營的平均等待時間，已經(jīng)從2005年不到20個月延長到22年底的近60個月。
美國光伏項目從申請到并網(wǎng)運營的排隊周期大幅延長
數(shù)據(jù)來源：BerkeleyLAB，中金公司研究部
不僅是美國，可再生能源并網(wǎng)已經(jīng)成為全球難題。根據(jù)IEA統(tǒng)計，全球至少有3000GW的可再生能源發(fā)電項目正在排隊等待并網(wǎng)，相當于2022年新增光伏、風電容量的5倍。假設(shè)電網(wǎng)投資延遲的情況下，到2050年全球風光發(fā)電占比將從預(yù)測的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)缺口階段性不斷擴大。以變壓器為例，歐美供應(yīng)商的交期不斷延長。根據(jù)BNEF數(shù)據(jù)，美國變壓器交付周期已經(jīng)從2014年的15個月拉長至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，擴產(chǎn)周期一般需要2~3年時間，同時供應(yīng)鏈配套不完善，生產(chǎn)成本、產(chǎn)品質(zhì)量相對缺少競爭優(yōu)勢，也導(dǎo)致海外本土供應(yīng)商的擴產(chǎn)決策相對謹慎。
美國電力變壓器本土供應(yīng)面臨嚴重缺口
資料來源：BNEF，中金公司研究部（指100MVA及以上的大型電力變壓器）
據(jù)中金研究部測算，中國電力設(shè)備在海外市場份額不到10%，海外階段性擴大的供應(yīng)缺口、相對分散的競爭格局為中國電力設(shè)備企業(yè)出海提供了廣闊的發(fā)展機遇。
國內(nèi)快速成長的新能源產(chǎn)業(yè)鏈上下游已經(jīng)涌現(xiàn)出一批產(chǎn)品力強、性價比高、競爭優(yōu)勢明顯的電力設(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分行業(yè)有望成為電力設(shè)備出口的第一梯隊，復(fù)制逆變器出海的成功案例。
數(shù)據(jù)來源：國家能源局、國家電網(wǎng)、財新網(wǎng)、EIA、AFRY、BNEF、Wind、中金公司研究部、信達證券研發(fā)中心、民生證券研究院、長城證券產(chǎn)業(yè)金融研究院
