储能专题研究系列之抽水蓄能：建设提速迎高景气，精尖研发掀国产替代浪潮

证券研究报告|2022年8月15日 储能专题研究系列之抽水蓄能 建设提速迎高景气精尖研发掀国产替代浪潮 行业研究·深度报告 电力设备与新能源·其他电源设备投资评级：超配 证券分析师：王蔚祺 wangweiqi2@guosen.com.cnS0980520080003 联系人：陈抒扬 chenshuyang@guosen.com.cn 投资摘要： 两部制电价打开盈利空间，下游投资景气度高 2021年4月30日发布的《关于进一步完善抽水蓄能价格形成机制的意见》（633号文）明确抽水蓄能电站执行两部制电价，以激励性监管的方式核定容量电价并纳入输配电价，以竞争性方式形成电量电价。该文件明确了抽水蓄能电站非变动成本的疏导机制，保证了抽水蓄能电站建设的基础收益率，提高了业主建设积极性；鼓励了抽水蓄能电站参与辅助服务市场或辅助服务补偿机制。 支持政策多管齐下，抽水蓄能项目建设提速 2022年4月，国家发展改革委、国家能源局联合印发通知，部署加快“十四五”时期抽水蓄能项目开发建设，按照能核尽核、能开尽开的原则，加快推进2022年抽水蓄能项目核准工作，确保2022年底前核准一批项目，并做好与“十四五”后续年度核准工作的衔接，促进抽水蓄能又好又快大规模高质量发展，从而加快构建新型电力系统、促进可再生能源大规模高比例发展，以及促进扩大有效投资。核准流程有望标准化、简约化，项目设计、建设、设备交付将得到同步提速。 关键零部件国产化率提高，高质量研发引领技术迭代 目前我国机组制造自主化水平明显提高，国内厂家在600米水头段及以下大容量、高转速抽水蓄能机组自主研制上已达到了国际先进水平。未来我国抽水蓄能机组的研发将着力于超高水头大容量蓄能机组、大容量变速机组设计制造自主化，同时励磁、调速器、变频装置等辅机设备国产化水平需要进一步提高，具有强劲研发实力的设备企业将迎来快速发展。 估值与投资建议：我们看好抽水蓄能长期发展的高景气度，建议关注各细分领域龙头或低估值优质标的 EPC方面，我们建议关注具有国家级电力设计院水规院加持助力的抽水蓄能总包业务龙头中国电建，及拥有丰富抽水蓄能建设经验的中国能建； 发电设备方面，我们建议关注国产抽水蓄能机组主要供应商东方电气、机组辅助设备国产化领军企业国电南瑞，及拥有静止变频启动装置（SFC）特种干式变压器产品优势的金盘科技。 01 抽水蓄能原理及发展现状 随着可再生能源的发展，以光伏和风电为代表的间歇性电源占发电量的比例逐步提高，截至2021年我国风电、光伏发电量占总发电量比例达到12%，并且未来 随着风电光伏的大规模装机，占比将快速提升。 图1：2011-2021年我国风电光伏发电量（亿kWh）及占比（%） 其他能源发电量风力发电量光伏发电量风电光伏发电量占比（%） 83,768 76,264 69,947 73,269 12% 64,529 53,721 56,045 57,399 60,228 10% 47,306 49,865 9% 8% 7% 5% 4% 3% 3% 2% 2% 90,000 80,000 70,000 60,000 50,000 40,000 30,000 20,000 10,000 14% 12% 10% 8% 6% 4% 2% -0% 20112012201320142015201620172018201920202021 资料来源：国家能源局、中电联，国信证券经济研究所整理 •高比例清洁能源系统需要足够的调节能力同时应对来自消费侧和供应侧的 图5：不同新能源渗透率下净负荷短时间尺度波动情况 随机变化。一般把用电负荷减去风、光出力后的值定义为净负荷，净负荷的波动特性决定了能源系统对调节能力的需求。净负荷的波动性与用电负荷、新能源出力特性密切相关，随着新能源渗透率提高而增大。 •以华北某省夏季典型日为例进行分析，当新能源渗透率为零时，用电负荷 为28.54GW，即为净负荷，呈现早、晚两个高峰，夜间低谷的波动特性；新能源渗透率达到20%时，净负荷平均值下降，白天光伏发电使净负荷的日内高峰明显减小；当新能源渗透率增加到50%时，风、光出力对净负荷的影响程度进一步加大，在中午光伏最大出力时刻净负荷降至零以下，呈现“鸭形曲线”特点；当新能源渗透率增加到80%时，净负荷在日内大部分时间小于零，波动性更加明显。 •总体上看，随着新能源渗透率的提高，净负荷的最大值和平均值不断下降， 标准差和最大变化速率不断提高，能源系统对储能的需求越来越强烈。 资料来源：全球能源互联网发展合作组织，国信证券经济研究所整理 表1：不同新能源渗透率下净负荷短时间尺度波动情况 新能源渗透率（%）0 2050 80 净负荷最大值（GW）28.54 25.5917.3 14 平均值（GW）23.41 19.685.29 -7.85 标准差（GW）4.33 3.095.72 12.24 最大变化速率（GW/h）3.89 4.646.77 16.69 资料来源：全球能源互联网发展合作组织，国信证券经济研究所整理 •电源侧：跟踪计划出力及平滑发电输出，为系统提供调峰、调频及备用容量等辅助服务，解决弃风、弃光； •电网侧：延缓输变电设备的升级与增容，提高电网运行的稳定水平； •用户侧：分时电价管理、容量费用管理、提高供电质量和可靠性、提高分布式能源就地消纳、提供辅助服务等方面。 储能广泛应用于电力系统电源侧、电网侧、用户侧的不同场景。不同应用场景对储能的持续放电时长有不同需求，对应电力系统常用的时序分析方法，可分为超短时、短时和长期时间尺度。 •电源侧：平滑新能源出力波动、调频等场景属于超短时和短时尺度应用，季节性调峰等场景属于长期尺度应用； •电网侧：提供系统备用、延缓输变电设备阻塞等均属于短时尺度应用； •用户侧：提高电能质量、调频属于超短时和短时尺度应用，参与需求侧响应在短时和长期尺度均有应用。 图2：电源侧、电网侧、用户侧储能情况 超短时尺度 （秒~分钟） 短时尺度 （小时~天） 长期尺度 （多日及以上） 提高发电基地送出 平滑风光出力 跟踪发电计划 调峰 黑启动服务 调频提供备用容量 调频 电源侧 无功支撑 缓解设备阻塞 事故备用 提高系统暂态稳定性 电网侧 参与辅助服务 备用电源 需求侧响应 提高电能质量 用户侧 资料来源：全球能源互联网发展合作组织，国信证券经济研究所整理 根据技术类型的不同，以电能释放的储能方式主要分为机械储能、电磁储能和电化学储能。抽水蓄能技术成熟，寿命较长，适合电网侧中长时间储能，具有削峰填谷、调频、调相、储能、事故备用、黑启动等功能。 表2：不同储能技术类型主要特点 储能技术适用储能时长响应时间放电时长综合效率/%寿命：年技术成熟度应用场景 物理储能 抽水蓄能长时s-min级1-24h75-8540-60成熟调峰、调频、备用 空气储能长时min级1-24h70-8920-40成熟调峰、备用 飞轮储能短时ms-min级ms-15min93-9515+商业化早期调频、平滑波动 电磁储能 电化学储能 化学储能 超导储能短时＜100msms-8s95-9820+开发阶段调频、平滑波动 超级电容短时ms级ms-60min90-9520+开发阶段调频、平滑波动 铅蓄电池短时ms-min级min-h75-905商业化调峰、调频、通讯基站备用电源钠硫电池短时ms级s-h级80-9010-15商业化调峰、调频、能量管理、备用液流电池短时/长时ms级s-h级60-855-10商业化早期调峰、调频、能量管理、备用 锂离子电池短时/长时ms-min级min-h级98-955-15商业化调峰、调频、能量管理、备用氢能短时/长时ms-min级min-h级60-9010-20开发阶段调峰、调频、能量管理、备用电转甲烷短时/长时ms-min级min-h级--开发阶段调峰、调频、能量管理、备用 资料来源：中国电机工程学会、中科院电工所、中国电动汽车百人会，国信证券经济研究所整理 据CNESA的不完全统计，2021年我国储能累计装机46.1GW，新增10.5GW，同比增长231%。抽水蓄能是我国迄今为止部署最多的储能方式，占比86.3%，以 36.39GW的装机容量位列世界第一。 为满足电网调节能力的需要，抽水蓄能电站容量配置一般为电网总装机容量的7%-10%。目前全国抽蓄电站装机容量占全国电力总装机比重不到2%，离发展目标仍有较大差距。 图3：2021年我国电力储能项目累计装机类型占比（%） 抽水蓄能,86.3% 熔融盐储热,1.2%超级电容,0.03% 锂电池,11.2% 铅蓄电池,0.7% 液流电池,0.1% 飞轮储能,0.01% 压缩空气,0.4% 电化学储能,12.5% 资料来源：CNESA，国信证券经济研究所整理 图4：我国抽水蓄能装机容量（GW）及占总装机比例（%） 装机容量占比（%） 36.39 28.69 29.9930.2931.49 26.69 23.05 20.3321.5322.11 18.38 40.00 35.00 30.00 25.00 20.00 15.00 10.00 5.00 - 20112012201320142015201620172018201920202021 资料来源：国家能源局、中电联，国信证券经济研究所整理 2.0% 1.8% 1.6% 1.4% 1.2% 1.0% 0.8% 0.6% 0.4% 0.2% 0.0% 图5：我国抽水蓄能产业链示意图 水泵水轮机 调度允许 上游：设备 商业用电 水泵 工业用电 中游：电站建设与运营 下游：电网系统 事故备用 调速系统 居民用电 调相 监控系统 电站管理 发电电动机 电站设计 调峰 压缩空气系统 工程建设 调频 主变压器 安装调试 电站运维 储能 相关企业： •东方电气 •哈尔滨电气 •国电南瑞 •金盘科技 ······ 相关企业： •中国电建 •葛洲坝（中能建） •三峡集团 ······ 相关企业： •国网新源 •文山电力（南网） •江苏国信 •湖北能源 ······ 相关企业： •国家电网 •南方电网 •内蒙古电力公司 ······ 资料来源：各公司公告，国信证券经济研究所整理 抽水蓄能电站由上水库、下水库、输水系统、厂房和开关站组成。 上/下水库：蓄存水量的工程设施，电网负荷低谷时段可将下水库抽上来的水储存在上水库内，负荷高峰时段由上水库下放至下水库发电。 输水系统：连接上下水库，由上库进/出水口及事故检修闸门井、隧洞或竖井、压力管道和调压室、岔管、分岔后的水平支管、尾水隧洞及检修闸门井和下水库进/出水口组成。在水泵工况（蓄电）把下水库的水输送到上水库，在水轮机工况（发电）将上水库放出的水通过厂房输送到下水库。 厂房：地下厂房包括主、副厂房、主变洞、母线洞等洞室。厂房是放置蓄能机组和电气设备等重要机电设备的场所，也是电厂生产的中心。 由于受两次能量转换的影响，抽水蓄能电站运行效率一般为75%。 75% 图6：抽水蓄能电站示意图 资料来源：国网新源，国信证券经济研究所整理 图7：储能系统削峰填谷示意图 资料来源：国网信通，国信证券经济研究所整理 抽水蓄能电站可分为纯抽水蓄能电站和混合式抽水蓄能电站两类。 混合式抽水蓄能电站上水库有一定的天然水流量，下水库按抽水蓄能需要的容积在河道下游修建。在混合式抽水蓄能电站内，既安装有普通水轮发电机组，利用江河径流调节发电；又安装有抽水蓄能机组，可从下水库抽水蓄能发电，进行蓄能发电，承担调峰、调频、调相任务。 纯抽水蓄能电站上水库没有水源或天然水流量很小，水在上、下水库循环使用，抽水和发电的水量基本相等，流量和历时按电力系统调峰填谷的需要来确定。 纯抽水蓄能电站仅用于调峰、调频，不能作为独立电源存在，必须与电力系统中承担基本负荷的电厂协调运行。 图8：混合式抽蓄电站（左）与纯抽蓄电站（右）示意图 表3：两类抽水蓄能电站差异对比 纯抽蓄混合式 无或少量