新型电力系统深度研究一：新能源大基地加速特高压建设

新能源大基地建设加速推进，电力空间平衡的需求和挑战增大。“十四五”期间，九大清洁能源基地与风电光伏大基地规划装机6.65亿千瓦和2亿千瓦，预计跨区跨省电力流将由2019年的2.2亿千瓦增大到2025年的3.6亿千瓦，其中跨区电力流2.4亿千瓦。截至2021年底，九大清洁能源基地已建成3.04亿千瓦，以沙漠、戈壁、荒漠地区为重点的大型风电光伏基地项目将在2022年陆续并网投产，西部和北部部分地区消纳压力加剧。 特高压解决电力资源与负荷区域不平衡及新能源消纳难题特高压输电可以将 “三北”及西南地区的风电、光伏发电、水电等输送至东中部电力需求旺盛地区，有效解决能源负荷分布失衡与新能源消纳问题。截至2021年底，中国在运在建共39个特高压工程，特高压线路总长度超5万公里，变电站/换流站容量超6亿千伏安/千瓦，“十三五”特高压投资占电网总投资的13.8%。已投运特高压工程年均输送新能源电量近2300亿千瓦时，占通道总输送电量比例超50%。 “十四五”、“十五五”特高压建设提速。我们测算，“十四五”期间，东北、蒙西山西、西北、西南等直流外送通道需增加输送能力8452万千瓦，各区域分别需新增特高压直流工程1、5、5和1个，共计12个，投资约2600亿元。“十四五”同期完善交流同步电网仍需建设特高压交流工程16个，投资约1900亿元。“十五五”特高压直流输电工程投资约3800亿元，配套特高压交流工程投资约2100亿元。 交直流混联电网成新形态，柔性直流或因技术迭代取得较大增长空间。特高压交流输电线路主要用于构建区域主网架，成为坚强智能电网的核心骨干网；特高压直流输电线路主要用于新能源远距离、大规模输送以及区域间非同步连接。IGCT可满足未来柔性直流输电更大容量、更高可靠性、更优经济性的发展需求，在特高压直流快速增长阶段有望实现技术替代。 投资建议：我国将建设以大型风光电基地为基础、以其周边清洁高效先进节能的煤电为支撑、以稳定安全可靠的特高压输变电线路为载体的新能源供给消纳体系，特高压起到平衡能源与负荷分布、促进新能源消纳的作用，是坚强智能电网重要骨架，在“十四五”期间，仍将继续保障新能源远距离、大规模输送。特高压同时承担着托经济、稳增长的重要任务，政府亦将持续加大特高压建设投资，特高压设备龙头在2022~2023年业绩增长确定性高。 重点推荐：国电南瑞、特变电工、许继电气、思源电气。 建议关注：中国西电、平高电气、保变电气。 风险分析：特高压建设不及预期；政策变化风险；盈利能力下降的风险。 投资聚焦 “十四五”规划和2035年远景目标纲要指出，推进能源革命，建设清洁低碳、安全高效的能源体系，将建设金沙江上下游、雅砻江流域、黄河上游和几字湾、河西走廊、新疆、冀北、松辽等清洁能源基地。近期国家发改委、能源局在《以沙漠、戈壁、荒漠地区为重点的大型风电光伏基地规划布局方案》的通知中表明，计划以库布齐、乌兰布和、腾格里、巴丹吉林沙漠为重点，以其他沙漠和戈壁地区为补充，综合考虑采煤沉陷区，规划建设大型风电光伏基地。新能源大基地成为新能源建设的主要内容，但由于资源与负荷分布不平衡问题，大基地建成后将进一步加大新能源的输送和消纳难题。 特高压输电技术具有远距离、大容量输送电能的优势，成为连接资源中心与负荷中心的重要纽带，同时是构建坚强智能电网的骨干支撑。截至2021年底，中国已建成“15交18直”共33个特高压输电工程，已投运特高压工程年均输送新能源电量近2300亿千瓦时，成为新能源占比逐渐提高的新型电力系统建设的有力支撑。随着新能源大基地规划开展，跨区域新能源电力输送需求快速增加，特高压建设在未来的一段时间里将受到各界广泛关注。 我们的创新之处 （1）基于九大清洁能源基地与风电、光伏新能源大基地规划，结合区域分散、规模集中的特点，统计了全国各区域新能源规划装机容量与新能源消纳情况； （2）从区域能源不平衡及跨区电力流动角度，将新能源基地规划与特高压工程建设进行归纳，预测了“十四五”、“十五五”跨区电力输送需求； （3）区分特高压直流、交流功能定位，分区域按输送通道需求预测了特高压直流工程投资水平，从系统安全稳定角度，预测了特高压交流工程投资水平。 投资观点 我国特高压输电技术成熟，商业应用领先世界，特高压起到平衡能源与负荷分布、促进新能源消纳的作用。我国将建设以大型风光电基地为基础、以其周边清洁高效先进节能的煤电为支撑、以稳定安全可靠的特高压输变电线路为载体的新能源供给消纳体系，特高压是能源跨区域跨省输送的有力保障，是坚强智能电网的重要骨架，在“十四五”期间，仍将继续承担新能源远距离、大规模输送的重任。 特高压承担着托经济、稳增长的重要任务，政府亦将持续加大特高压建设投资，特高压设备龙头在2022~2023年业绩增长确定性高。 重点推荐：特高压换流阀/二次设备龙头国电南瑞；特高压变压器和换流变压器龙头特变电工；电气设备和自动化综合服务商许继电气；直流及一二次设备专业公司思源电气。 建议关注：特高压一次设备综合供应商中国西电；特高压GIS组合电气龙头平高电气；输变电设备专业制造企业保变电气等。 1、新能源是现代能源体系的重要组成部分 1.1、“两个替代”是碳中和路径基础 1.1.1、碳中和背景下的电力发展趋势 “清洁替代”、“电能替代”是一次能源消费结构变化的主要趋势。为实现“双碳”目标：（1）产业结构调整是关键，要进一步降低单位GDP能耗和碳排放； （2）能源结构转型是主要途径，2021年，我国能源燃烧约占 CO2 排放量的85%，为了降低社会整体排放，需要在能源生产侧采用清洁能源替代化石能源，在能源消费侧进行电能替代。 图1：2060年碳中和情景下一次能源消费结构变化 图2：碳中和背景下一次能源消费总量变化趋势 2060碳中和情景下，中国一次能源消费总量将于2030年起进入约10年的平台期（消费量约为60亿吨标煤）。2040年后，经济发展与能源消费基本脱钩，一次能源消费总量以年均1%的下降率逐渐下降，2060年降低至50亿吨标煤左右，碳约束不断加强，能源利用效率和电气化水平持续提升。 图3：碳中和背景下电能占终端用能的比例变化趋势 图4：零碳情景下2020—2060年电力碳排放图 碳中和目标达成时，电力占终端用能的比重将达到90%以上。电力行业是实现碳达峰、碳中和目标的主战场，据周孝信院士预测，到2025年电力需求将达9.14万亿千瓦时左右，到2030年电力需求将达10.59万亿千瓦时左右，而后用电量不断增长至2060年的15.00万亿千瓦时。 图5：2030、2060年我国各类电源装机结构 “十四五”末风电、光伏总装机占比达37.7%，容量是2020年的2.17倍。基于《我国电力碳达峰、碳中和路径研究》给出的电源结构变化趋势，我们预计2025年、2030年的风电、光伏总装机容量将达到11.5亿千瓦和17.1亿千瓦，超过碳达峰、碳中和方案制定的2030年末12亿千瓦规划目标。 表1：碳中和背景下能源结构及电源结构变化 1.1.2、新能源占比提高加剧电力平衡和消纳问题 新能源出力波动大使电力供应紧张和弃风弃光问题同时存在。新能源出力受天气因素影响，具有波动性和不确定性，因此某一时刻系统中所有新能源机组出力与系统总用电负荷之比，也存在较大波动。据中国电力科学研究院郭剑波院士预测，2030年新能源出力占系统总负荷之比为5%～51%，2060年新能源出力占系统总负荷之比为16%～142%。新能源低出力时段，电力系统需要高可靠出力电源实现电力平衡；新能源高出力时段则给系统消纳、安全带来巨大挑战。 图6：新能源出力占系统总负荷比例预测 图7：最大负荷与系统总用电量 2025年跨区跨省电力流将由2019年的2.2亿千瓦增大到3.6亿千瓦。全球能源互联网合作组织预测，2025年跨区电力流2.4亿千瓦，包括西北外送8200万千瓦，西南（含云南）外送9400万千瓦，华北蒙西、山西外送3500万千瓦，东北外送1500万千瓦等。跨省电力流1.2亿千瓦，包括蒙西、山西外送5800万千瓦，西南四川送重庆600万千瓦等。2035年，跨区跨省电力流将继续增大，西北、华北、东北、西南四个区域外送规模将达3.78亿千瓦。 图8：2025年跨区跨省电力流示意图 图9：2035年跨区跨省电力流示意图 电力空间平衡的需求和挑战大，需要解决输电走廊、电网安全稳定支撑强度等问题。2021年跨区域送电量占全社会用电量之比为7.6%，近五年提高2个百分点。 据中国电力科学研究院测算，我国东中部地区分布式光伏可发容量约为15～20亿千瓦，年发电量仅为1.9～2.5万亿千瓦时，远不足以支撑当地负荷用电需求； 2060年西北地区约有1.6亿千瓦新能源电力外送需求，而2021年西北跨区外送直流规模约为6300万千瓦，2060年时需扩充为2021年的2.5～4倍。 图10：全社会用电量增长情况 图11：跨区域送电量占全社会用电量比例 1.2、新能源大基地建设成为新能源重点工作 1.2.1、“十四五”清洁能源大基地规划 “十四五”清洁能源基地规划总量达7.44亿千瓦。“十四五”规划和2035年远景纲要中提出，未来我国将持续开发包括水电、风电、光伏等电源在内的多个清洁能源基地，形成九大集风光(水火)储于一体的大型清洁能源基地以及五大海上风电基地。 图12：“十四五”清洁能源基地示意 九大清洁能源基地“十四五”规划总装机容量6.65亿千瓦。九大清洁能源基地主要包括金沙江下游、雅砻江流域、金沙江上游、黄河上游和几字湾、河西走廊、新疆、冀北、松辽等地，截至2021年底，九大基地已建新能源总装机3.04亿千瓦，占总规划目标的45.76%。 表2：“十四五”九大清洁能源基地规划 *备注：“十四五”规划装机容量根据各省、自治区规划数据整理，其中黑龙江、宁夏、新疆为2021年底装机容量与“十四五”期间增量之和，其余直接采用规划报告中期末规划数据。 图13：“十四五”九大清洁能源基地风电、光伏规划 五大海上风电基地“十四五”规划总装机容量达7900万千瓦（截至2021年底，海上风电累计装机规模达到2638万千瓦）。五大海上风电基地包括广东、福建、浙江、江苏、山东等地，到2025年底，广东1800万千瓦，福建500万千瓦，浙江500万千瓦，江苏2600万千瓦，山东2500万千瓦，占海上风电规划总装机容量的22.78%、6.33%、6.33%、32.91%和31.65%。 表3：“十四五”五大海上风电基地规划 图14：“十四五”五大海上风电基地规划装机容量 1.2.2、沙漠戈壁等大型风电光伏基地规模增长 到2030年,规划建设风光基地总装机约4.55亿千瓦。根据国家发展改革委、国家能源局发布关于印发《以沙漠、戈壁、荒漠地区为重点的大型风电光伏基地规划布局方案》的通知，库布齐、乌兰布和、腾格里、巴丹吉林沙漠基地规划装机2.84亿千瓦，采煤沉陷区规划装机0.37亿千瓦，其他沙漠和戈壁地区规划装机1.34亿千瓦。 其中，“十四五”时期规划建设风光基地总装机约2亿千瓦，包括外送1.5亿千瓦、本地自用0.5亿千瓦；“十五五”时期规划建设风光基地总装机约2.55亿千瓦，包括外送1.65亿千瓦、本地自用0.9亿千瓦。风电光伏大基地规划项目整体以外送为主，占项目总规划容量的69.23%。 表4：“十四五”新能源大基地规划布局 *备注：其他（东北区域）数据根据“十四五”规划总量与已知规划容量差额测算 图15：各区域2021年底风电、光伏装机 图16：“十四五”新能源大基地建成后各区域装机预测 “十四五”末“三北”地区新能源大基地规划装机较2021年底增长52%。截至2021年底，西北、华北、东部地区累计风电装机2.09亿千瓦，占全国风电总装机的63.5%；光伏装机1.75亿千瓦，占全国光伏总装机的57.3%；新能源总装机3.84亿千瓦，占全国新能源总装机的60.5%。 与清洁能源基地规划不同，风电、光伏大基