计算机应用行业深度研究报告：电力信息化专题研究之二，他山之石从海外智能电网建设看“双碳”带来的投资机会

“双碳”带来的风电和光伏占比提升将给电网改造带来很大挑战。中国未来风电和光伏发电占比必然提高，但光伏的出力主要在中午，风电的出力随机不稳定性，风光对天气的依赖和对灾害的脆弱性，都将在占比大幅提升后冲击电网的安全平稳运营；风光占比提升后，等量储能调节设施成为刚需。 为风光引入储能后对储能设备的激励成为核心矛盾，用电方和电网不愿承担储能的额外成本，而发电方和储能运营方怎么交易，电网怎么控制也是难题。 他山之石-海外引入浮动电价+智能电网解决新能源消纳。欧/澳/美等地区新能源发展较早，部分时间段风光占比已经达到100%，其对消纳解决的答案是浮动实时电价+智慧电网调配。在风光占比高的时间段，由于风光0发电边际成本的特性，用竞价的方式压低电价，而风光出力较低时间段电价上升，储能在不同时间段赚取价差，通过市场手段解决了储能激励和风光不稳定性的矛盾。 智慧电网改造则是引入浮动电价的前提：智慧电网需要灵活预测并监测发电端和用电端的负荷，并主导浮动电价的供-需和报价，并对突发和异常现象及时响应，这意味着电网需要：1）提高终端感知和执行的智能化程度，对终端收集更多的信息并让终端自动执行一定的动作；2）电网的输，配，变都要具备更高的智能化和灵活性；3）电网需要建立给电价交易所需的信息系统。 海外智慧电网建设过程中一批公司受益并崛起：我们研究了美国的智慧电网建设过程，首先起量的是智能电表AMI，随后智慧配网行业开始起量，最后受益的是终端家庭能源管理，整个美国智慧电网改造超2000亿￥。 相应的，海外智能电表Itron在07~13年受益于智能电表替换周期收入持续高增，股价走出了超额收益；西门子和GE等收益于智能电网改造长期业绩稳定增长，而家庭电源管理和家庭电价交易软件供应商Enphase等在18年后开始业绩高增，同时股价上涨超30倍，节奏上也和智能电网改造节奏相匹配。 中国智能电网改造潜在机遇更大：国网从2021开始招标符合IR46标准的AMI电表来支撑新能源消纳替代过去5年采购超过4.4亿只的AMR电表，考虑AMI电表价值量相对于AMR提升60%~80%，预计智能电表市场空间超千亿；智慧变/配/输预计有较高成长空间，但因涉及众多细分领域，没有单一爆款单品较难估算出潜在空间；家庭能耗管理是中国长期看有较大机会的市场，未来若有上亿户家庭采购家庭能耗管理的软硬件，则市场空间超千亿；中国电力消费约三万亿/年，仅10%接入实时动态电价交易就将成为全球最大的电力交易市场，长期看弹性较大。 智慧电网投资短期看智能电表替换，长期看电网智能化，家庭能耗管理和电力交易相关标的：短期来看智慧电网第一步改造是终端感知智能化提升，IR46标准电表的普及，考虑国网等企业招标的分散性，威胜信息等行业龙头有望受益。国网的二次设备改造和智能化升级料将给国电南瑞带来弹性；长期来看，用户售电侧智能化改造和动态电价交易料将给朗新科技等有一定数量用户入口，同时和国网有交易结算接口的企业带来新的变化；未来的动态电价交易可能由国网体系内公司建设并运营其信息结算平台，远光软件积极参与项目的试点研究。 从时点和确定性上看，海外动态电价消纳新能源体系虽然有消纳率较高等优点，但也在极端天气冲击下展现出了脆弱性并对民生有很大影响，因此预计中国电价改革和智能电网建设会采取更稳妥的步骤推进更保险的方案，因此家庭端和电价相关的标的受益时点可能更靠后，不确定性也更高。 风险提示：电价改革是涉及国计民生的重大改革，推进速度可能不及预期；电力信息化普及进度不及预期。 投资主题 报告亮点 本篇报告重点研究了海外为应对新能源消纳做的智慧电网改造和电价交易改革，并以此为依据推算了中国相关领域投资的力度和节奏：新能源风电和光伏与传统水火核电迥异的出力特性，随机性，对天气依赖高和抗自然灾害能力较差等特性均将冲击电网的安全平稳运营，而风光占比提升后对应的储能建设和经济激励都成为难题。 本篇报告重点考察了海外系能源消纳的解决之道，并以美国市场为例研究不同领域的建设总量，建设节点和相关受益标的，并以海外为样本估算了中国市场对应领域的建设规模，节奏时点，以他山之石为鉴推测了中国未来智慧电网建设和改革路径以及影响。 投资逻辑 欧/澳/美等地区新能源发展较早，部分时间段风光占比已经达到100%，其解决方案是引入浮动电价+智能电网解决新能源消纳：在风光占比高的时间段，由于风光0发电边际成本的特性，用竞价的方式压低电价，而风光出力较低时间段电价上升，储能在不同时间段赚取价差，通过市场手段解决了储能激励和风光不稳定性且与需求不匹配的矛盾。 以美国为例，其智能电网大致经历了三个阶段：首先起量的是智能电表AMI，随后智慧配网行业开始起量，最后受益的是终端家庭能源管理，整个美国智慧电网改造超2000亿￥。 相应的，海外智能电表Itron在07~13年受益于智能电表替换周期收入持续高增，股价走出了超额收益；西门子和GE等收益于智能电网改造长期业绩稳定增长，而家庭电源管理和家庭电价交易软件供应商Enphase等在18年后开始业绩高增，同时股价上涨超30倍，节奏上也和智能电网改造节奏相匹配。 中国智能电网改造潜在机遇更大：国网从2021开始招标符合IR46标准的AMI电表来支撑新能源消纳替代过去5年采购超过4亿只的AMR电表，考虑AMI电表价值量相对于AMR提升60%~80%，预计智能电表市场空间超千亿；智慧变/配/输预计有较高成长空间，但因涉及众多细分领域，没有单一爆款单品较难估算出潜在空间；家庭能耗管理是中国长期看有较大机会的市场，未来若有上亿户家庭采购家庭能耗管理的软硬件，则市场空间超千亿；中国电力消费约三万亿/年，仅10%接入实时动态电价交易就将成为全球最大的电力交易市场，长期看弹性较大。 相关标的：短期来看智慧电网第一步改造是终端感知智能化提升，IR46标准电表的普及，考虑国网等企业招标的分散性，威胜信息等行业龙头有望受益。 国网的二次设备改造和智能化升级料将给国电南瑞带来弹性；长期来看，用户售电侧智能化改造和动态电价交易料将给朗新科技等有一定数量用户入口，同时和国网有交易结算接口的企业带来新的变化；未来的动态电价交易可能由国网体系内公司建设并运营其信息结算平台，远光软件积极参与项目的试点研究。 风险提示：电价改革是涉及国计民生的重大改革，推进速度可能不及预期；电力信息化普及进度不及预期。 一、智能电网-新能源消纳需求下新的建设方向 随着中国“双碳”的政策和发展路径变得逐渐清晰，清洁能源和新能源的占比的提升，以及火电占比的压降是一个确定性的趋势。在清洁能源中，水电，核电等具有出力稳定的特性，和传统的火电相比对电网的影响不大。但光伏和风电的发电能力受太阳光和风有较大的影响，呈现出较高的时间性和波动性，与传统火电和水电截然不同，将给电网稳定性带来较大冲击。 图表1中国未来电力结构占比预测 为了应对光伏和风电给电网的冲击，在新能源应用领域走的相对领先的欧美电网提出了“智能电网”这一概念，用信息化+储能让电网更好的适应新能源占比提升引发的问题，并引入了价格杠杆，用浮动电价去合理平衡各方的利益，提升电网对新能源的消纳能力。 在欧美发展智能电网应对新能源消纳的过程中，他们有成功，但也有不足之处，也崛起了一批智能电网领域的领先公司，本篇报告将着重回顾海外智能电网建设，价格杠杆运作以及相对应的产业链变迁，并结合中国国情梳理投资机会。 （一）智慧电网：应对光伏和风电新特性带来的冲击 电能的最大特点之一是其不易被大规模储存，因此传统电网运营管理上总是让发电端的输出功率和负载端的用电负荷尽可能匹配。用电端大致有两类负荷：1）白天工作时间工商业用电；2）夜晚居民照明和生活用电；虽然广大的工商用户和居民的行为有一定的随机性，但加总在一起就将保持一个大体稳定的总数，并随着气候，日历等因素有规律的波动，而发电厂就可以按照规律安排电能生产，保持整个电网的稳定运作。 而光伏和风电这两种新能源的最大特点是出力的不稳定性和时间特性，导致其在生产端产生了和需求的时间错配，并有可能因为波动而威胁电网的安全。 光伏的出力明显从早开始从零增加，到中午达到最高，随后随着太阳落下减少，有着明显的时间规律，并不能像火电水电通过调节机组去匹配负荷变化。 光伏和风电均受天气影响较大，且不可控。光伏电厂在阴雨天出力将大幅度下降，风电场在遇到无风天将完全没有出力，这些均是火电/水电/核电所没有的挑战。 光伏和风电的另一个风险是大范围的相关性造成风险加大：火电厂和水电厂往往有数十个机组，单一机组故障不太可能影响电网安全，但风电和光伏一旦遇到大范围的天气事件则可能造成较大损失。如2021年初美国德克萨斯冰灾中光伏板被冰雪覆盖，风力机组则被冻住，同时损失两大支柱成为德克萨斯州电网崩溃的主因之一。 图表2光伏出力的时间和气象波动特性 图表3风电出力的波动特性 西方国家在积极推进新能源在电网中占比提升的同时，也提出了应对新能源占比提升带来挑战的答案：智能电网和电价浮动。智能电网通过先进的传感和测量技术、控制方法以及决策支持系统技术的应用，实现电网有效应对新能源消纳的挑战。 根据InternationalEnergy Agency发布的《SmartGridRoadmap》对智能电网的演进定义： 早期的电网结构是由系统管理员统一调配发电厂、变电站、输电网，进而将电能输送至工业用户、商业用户以及住宅消费者，数据传输整体而言是单向的，调度控制的灵活性与及时性都相对较差。 智能化改造以前的传统电网结构则是在早期电网结构的基础上引入传输控制中心与分布式控制中心，发电厂与控制中心之间存在一定的数据交互性，部分环节的数据传输实现了双向流动，一定程度上提升了电网调度的灵活性与及时性。 而智能电网则是在传统电网结构的基础上，实现了电能“发输配用”全环节的数据双向交互，电能控制、调度、储存等环节都得到了极大拓展，能够灵活根据用电端的电能消纳情况及时调度全环节的电能“发输配储”情况，真正达到电网智能化、自动化、弹性化。 此外，在电网不同环节上，广域监控设备、信息通讯集成化技术(ICT)、分布式可再生能源集成化技术、传输增强应用、分布式电网管理、先进计量基础设施(AMI)、充电桩管理设施、消费者系统(CS)将成为建设智能电网的重点产品。 图表4智能电网发展原理图及各环节重点智能化产品 （二）价格杠杆激励储能对解决新能源消纳的必要性 价格的本质是供需的博弈。传统电网具有社会公共事业属性，运营价格往往由政府管制，采用成本加成法，而发电的量也是按需定供。对于传统的水电，核电，火电等发电方法，由于供给调节较为简单，因此按需定供的实现并不需要太多成本。但是光伏和风电的引入则大幅度增加了供给端的不可控性。因此，当光伏和风电占比提升到一定比例之后，大规模的，与风/光装机容量相匹配的储能设施成为了刚需。 图表5主流储能方式技术原理、优缺点及主要应用场景介绍 但储能和其他调峰填谷手段的引入，则带来了额外的成本，这一成本由谁支付，支付多少，则成了新能源消纳和电网改革的核心。 对于电网和传统发电方而言，毫无疑问这一调峰成本不应该由其自身承担。 而对于新能源发电方和用电方而言，承担成本有逻辑上的合理性，但是由于新能源本身的波动特性，导致储能需要的量，以及成本怎么分摊无法精确预测。 因此西方普遍引入了价格机制，放开了电价的管制并引入了某种竞价机制，再让储能方从电价的波动中获得合理的回报。 图表6美国，欧洲，澳洲电力市场概况及储能参与市场模式 （三）欧美先行者的经验，教训和启示 西方率先采用了智慧电网+电价开放交易的模式，探索了用科技+市场解决风光消纳的问题，取得了很大成就；但同时也表现出了新模式在极端天气挑战下的脆弱性，有一些非常惨痛的教训。这些都给中国未来智能电网和新能源消纳提供了宝贵的“教材”。 在解决新能源消纳方面，德国，澳洲等国电网已经取得了较大的进展：2020年德国风力发电厂（尤其是陆上发电厂）合计占到27.4％的发电总额；光伏发电占9