电力行业：电力系统智能化发展及关注重点

证券分析师：臧宁宁执业证书编号：S0990523050001联系邮箱：zangnn@ydzq.sgcc.com.cn联系电话：0755-830070512023年7月17日 主要内容 （一）碳达峰碳中和核心在于新型电力系统建设 碳达峰碳中和主要通过发展新能源、节能、电气化、碳捕集及利用来实现。具体体现在：1）风光发电；2）水电、核电等；3）储能（新能源消纳）；4）特高压（新能源消纳）；5）智能化（新能源消纳、节能）；6）综合能源（提高能效）；7）电动汽车（交通领域电能替代）；8）绿氢（工业领域绿氢替代）；9）火电+CCUS。 我国碳达峰碳中和的核心在于构建以新能源为主体的新型电力系统，我国化石能源陆续达峰，但用电量持续增长，增量将主要来自风光：煤炭处于峰值平台期；电煤2025年达峰后开始下降；石油2030年前达峰后逐渐下降；天然气2035年前后达峰；全社会用电量，2030年前年均增速3.6%，2030年11万亿千瓦时左右。2030年-2050年年均增速2.0%左右，2050年16万亿千瓦时。2050-2060年年均增速0.6%，2060年17万亿千瓦时，用电需求推动电力系统建设长周期可持续发展（参照全球能源互联网组织《中国2060年前碳中和研究报告》）。 数据来源：参照全球能源互联网组织《中国2060年前碳中和研究报告》整理 （二）新型电力系统的特征 2021年3月中央财经委员会第九次会议首次提出构建新型电力系统，党的二十大报告强调加快规划建设新型能源体系。 2023年6月能源局组织发布《新型电力系统发展蓝皮书》，提出新型电力系统具备安全高效（基本前提）、清洁低碳（核心目标）、柔性灵活（重要支撑）、智慧融合（基础保障）四大重要特征，共同构建了新型电力系统的“四位一体”框架体系。 2023年7月中央全面深化改革委员会第二次会议，加快建设清洁低碳、安全充裕、经济高效、供需协同、灵活智能的新型电力系统。 数据来源：能源局《新型电力系统发展蓝皮书》 （三）智能化是新型电力系统基础保障 双高特性及供需两侧双向波动 高比例可再生能源：同质化大容量常规发电机组转化为单机容量小、数量众多、布点分散、特性差异化的新能源机组，控制方式由集中连续控制转化为快速切换的离散控制。 高比例电力电子设备：电力电子设备的日益普及改变了电力系统内部电气特征，电力电子变流器是大多数电力电子设备的关键组件，使电力系统更加依赖高质量控制与保护等二次设备以及智能化电网调度体系。 大量新型负荷接入：分布式电源、电动汽车、储能装置以及日常用到的变频空调、电采暖等新型负荷大量接入电网，电力系统可控对象从以源为主扩展到源网荷储各环节，控制规模呈指数级增长。 （三）智能化是新型电力系统基础保障 “十四五”期间，国家电网计划投入电网投资2.4万亿元，大力推进新能源供给消纳体系建设。一方面，持续完善特高压和各级电网网架，服务好沙漠、戈壁、荒漠大型风电光伏基地建设，支撑和促进大型电源基地集约化开发、远距离外送；另一方面，加快建设现代智慧配电网，促进微电网和分布式能源发展，满足各类电力设施便捷接入、即插即用（国家电网辛保安董事长在2022年第15期《求是》杂志署名文章《为美好生活充电为美丽中国赋能》）。加大配电网建设投入，“十四五”配电网建设投资超过1.2万亿元。（国家电网公司发布《构建以新能源为主体的新型电力系统行动方案（2021-2030）》） “十四五”期间，南方电网电网建设将规划投资约6700亿元，以加快数字电网建设和现代化电网进程，推动以新能源为主体的新型电力系统构建，其中：配电网建设规划投资达到3200亿元，35千伏及以上线路实现无人机智能巡检全覆盖。 （四）国家电网新型电力系统数字技术支撑体系 2022年7月国家电网发布新型电力系统数字技术支撑体系技术路线，主要包括：统筹基础设施、统筹感知管理、统筹数据汇集、统筹支撑平台和统筹应用构建，新型电力系统数字技术支撑体系围绕主网、配网两个层级，聚焦电、非电、碳三类核心数据的采传存用,实现提升电网可观、可测、可调、可控的能力，构建形成数字智能电网，来高质量地推进新型电力系统建设。 数据来源：国家电网新型电力系统数字技术支撑体系白皮书（2022版） （五）电力系统智能化主要领域 2023年6月能源局发布《关于加快推进能源数字化智能化发展的若干意见》，新型电力系统数字化智能化涉及电源侧、电网侧、用电侧以及新模式新业态等领域众多应用场景。 电力系统智能化主要逻辑 多轮驱动 新能源高速发展与消纳：2022年我国新能源新增发电量占全口径新增发电量的70%，成为我国新增发电量的主体，后期将逐步由增量替代转化为存量替代。 电力体制改革深入推进：目前我国主要经历三次电力体制改革，包括2021年的电价改革，后期跨省跨区市场化交易、现货市场交易、辅助服务市场交易、电碳协同将持续深入。 迎峰度夏电力安全保供：全球气候异常，迎峰度夏期间，空调等推动用电负荷不断创新高，电力安全保供压力持续增大。 （一）新能源并网及功率预测 并网及运行需求：2021年能源局新版两个细则出台后，各地区出台自身并网实施细则，对光伏功率预测准确度进行严格考核并挂钩上网电量，功率预测为并网硬性要求。2022年电力可靠性管理办法（暂行）要求新能源发电企业应当加强发电功率预测管理； 现货交易的需求：随着两批14个现货试点推进，新能源参与市场化交易的比重将持续提升，项目的发电优先排序、出力曲线都将成为收益测算的重要指标，只有出力曲线尽可能贴合需求曲线，项目才能达到最优收益； 精益管理的需求：风电光伏均进入平价低价上网阶段，项目投运后，降低运维成本、提高利用小时成为电站项目收益水平的关键，通过功率预测合理安排优化机组发电安排，能够有效提升机组利用小时。 功率预测一般会综合考虑季节、时间、天气变化、温度等历史数据，并借助相关数据学习及预测模型，具有长期大量运行数据及数据学习经验成为相关公司关键考量。 （一）新能源并网及功率预测 根据沙利文《中国新能源软件及数据服务行业研究报告》，2019年我国风力发电功率预测市场中，国能日新、金凤慧能、远景能源、东润环能、南瑞继保的市场份额占比较大，分别为18.8%/14.9%/13.3%/11.7%/6.3%；光伏发电功率预测市场中，国能日新、南瑞继保、东润环能、中科伏瑞的市场份额占比较大，分别为22.1%/17.7%/16.2%/6.9%。报告中同时提到，2019-2024年我国新能源发电功率预测市场年均复合增长率将达16.2%，2024年预计市场规模将增至13.4亿元，功率预测市场保持较快增长。 （二）输变电状态监控及智能运维 2022年4月国家发改委下发《电力可靠性管理办法（暂行）》，电力企业应当加强线路带电作业、无人机巡检、设备状态监测等先进技术应用，优化输变电设备运维检修模式。 输变电设备状态检测：山区输配电线路巡检困难；提高巡检频率，降低全覆盖巡查时间；异常状态智能诊断（雷击、放电、覆冰等）；高精度定位及故障原因辨识等。 巡检、作业机器人：技术的快速发展，推动电力机器人从传统巡检突破到带电作业，拓宽应用场景。从功能定义上，机器人从单一的巡视功能，向巡视和操作功能集成方向发展。复合化、网络化、平台化将是未来巡检机器人重要发展方向。 数据来源：亿嘉和2022年半年报，英大证券研究所整理 （二）输变电状态监控及智能运维 从20世纪80年代开始，随着计算机、网络、电力电子及通信技术的快速发展，变电站的保护控制方式也不断迭代更新，逐步从传统变电站、综合自动化变电站、IEC61850变电站、数字化变电站，发展到智能变电站；以无人值守为目标，运用智能化装备，实现全方位、无死角的变电站巡检，提高巡检全面性及效率。 智能变电站的特点就是一次设备智能化、设备检修状态化、二次设备网络化，一、二次设备以高速网络通信平台为基础，通过对数字化信息进行标准化处理，实现站内外信息共享和互操作，对变电站进行测量监视、保护控制、信息管理。 数据来源：智能变电站应用研究，云南电力技术，2022年 2021年三部门发布《变压器能效提升计划》，到2023年，高效节能变压器在网运行比例提高10%，当年新增高效节能变压器占比达到75%以上。自2021年6月起，新增变压器须符合国家能效标准要求，鼓励使用高效节能变压器。到2023年，逐步淘汰不符合国家能效标准要求的变压器。根据前瞻研究院测算，2020-2025年中国智能变电站在线监测系统市场空间在540亿元。 （三）智能配电-一二次融合设备 一二次设备分开会存在一二次设备型号不匹配导致安装困难等问题。随电网对供电稳定性、可靠性要求不断提升，一二次融合（即在设计时将一次设备、二次设备的功能集成在一起）成为行业趋势。 国家电网于2016年提出《配电设备一二次融合技术方案》，并分为“一二次成套阶段”和“一二次融合阶段”两个阶段推进。随着智能化设备需求不断增长，使得作为其关键支撑的一二次设备融合发展成为大势所趋。 （四）虚拟电厂等负荷侧管理 虚拟电厂是能源与信息技术深度融合的重要方向，基于先进的量测、通信和控制技术，将不同空间的可调负荷、储能、微电网、电动汽车、分布式电源等一种或多种可控资源聚合起来，实现对负荷侧可控资源的可观可测可控，可有效提升系统灵活性水平和电网调度机构对负荷侧资源的管理水平。虚拟电厂属于需求侧响应的模式创新，根据《“十四五”现代能源体系规划》，力争到2025年，电力需求侧响应能力达到最大负荷的3%～5%，其中华东、华中、南方等地区达到最大负荷的5%左右。根据中电联预测，2025年全国最大负荷16.3亿千瓦，以3%～5%计算，电力需求侧响应能力在5000万千瓦左右。 （四）虚拟电厂等负荷侧管理 行业相关政策的不断出台和电力体制改革的推进为虚拟电厂的落地提供了可能性，如电力两个细则、全国统一电力市场建设、电力现货市场和辅助服务市场、分时电价机制等，各地加快推进虚拟电厂试点示范，推进虚拟电厂业务模式逐步具有商业可操作性。 虚拟电厂的核心是客户资源、控制与机制。虚拟电厂调度的基础是分布式光伏、智能微网、电动汽车充电平台、综合能源服务、用户侧需求侧响应等创新业务模式，其核心在于：一是与负荷端充分对接，具有客户资源优势，如电动汽车、分布式光伏等；二是深植电力领域，具有调度、控制、监测、优化、信息化等软硬件优势；三是能够与调度、电力交易、结算等能源相关平台的广泛对接。 （五）以智能电表为代表的智能计量与采集 2009年以来，国网开始铺设智能电表；2014、2015年左右年度新增达到高点，其中2014年电能表招标数量9395万只，中标金额186亿元；2018年左右周期基本结束。 上一代智能电表寿命一般为8-10年，2019年以来上一轮周期大规模铺设的智能电表逐步进入集中更换阶段，驱动招标量回升，但受疫情扰动等因素影响2020年招标量出现短暂调整。随着双碳大背景下电网开启新型电力系统建设，2020年版智能电表8月发布，智能电表招标量价回升。 2021年智能电表招标量6726万只，中标金额201亿元，同比增长29.1%和49.7%。2022年国网共发布智能电表招标3个批次，合计7014万只，完成招标2个批次，合计金额154亿元。 数据来源：国网电商平台，英大证券整理 数据来源：国网电商平台，英大证券整理 （五）以智能电表为代表的智能计量与采集 现行智能电表主要为一体化设计，为了防止外界对电能表程序的篡改而导致的电能计量不准问题的发生，电能表内的软件不允许在线升级，当出现软件或硬件故障时，保障电力计量工作顺利进行的唯一可行措施即更换整个表；IR46突破了一体化设计思路，要求电能表电子设备与组件分离，计量功能与其他功能相互独立，非计量部分软件在线升级不影响计量部分的准确性和稳定性。根据国网2021年发布的智能物联电能表通用技术规范，IR46主要包含计量模组、管理模组和拓展模组，相比上一代电表，除了实行“双芯”（计量