新型电力系统系列报告（一）：源网荷储一体化发展，促进新能源时代供需精准匹配

源网荷储一体化发展，促进新能源时代供需精准匹配 新型电力系统系列报告（一） 电力设备及新能源 投资评级：推荐（维持） 投资要点 新能源发展迅猛，为电力系统带来挑战。我国新能源发电量和装机占比持续 提升，我国正在向“构建以新能源为主体的新型电力系统”的目标迈进，但新 2024年04月02日 证券研究报告|产业专题报告 分析师：胡鸿宇 分析师登记编码：S0890521090003电话：021-20321074 邮箱：huhongyu@cnhbstock.com 研究助理：蒲楠昕 邮箱：punanxin@cnhbstock.com 销售服务电话： 021-20515355 行业走势图（2024年4月2日） 资料来源：wind，华宝证券研究创新部 1、《储能行业系列深度报告（二）：高压级联，产业化有望从1到10，关注左侧布局机会》2023-03-17 2、《储能行业深度报告：政策+需求双轮驱动，大储装机23年有望迎 来量利齐升》2023-01-05 相关研究报告 能源的高比例接入也会带来一些挑战。“十四五”以来，我国电源投资以新能源为主，但可控、可调、出力稳定的传统电源，如火电、水电、核电投资仍呈平稳或下降趋势。传统电源，尤其是具备良好调节性能的灵活性电源投资，已经长期处于投资不足状态。 新型电力系统需要灵活性资源支撑，从而适应新能源快速发展。系统调节能力由电源调节性能决定，不同电源具有不同的调峰能力。新能源消纳问题与系统调节能力密切相关，在一定规模的电力系统中，系统调节能力主要由电源调节性能决定，与电源结构相关。通常如果电力系统中灵活性电源较多（气电、抽蓄、电化学储能），则最低极限出力较低，系统可以容纳较多的新能源发电空间。如果系统电源不够灵活（如煤电调峰深度不够），则难以为新能源让出足够多的消纳空间。 电力系统中灵活性资源广泛地存在于电源侧、电网侧、用户侧、储能，形式多种多样且互为补充。多元组合提升能够吸收各灵活性资源的优势，扬长避短，实现灵活性提升效果和系统投资运行成本的平衡。随着集中式和分布式新能源大规模并网，源、荷两端呈现高度不确定性，电力系统的供电安全与稳定运行机制趋于复杂，高比例新能源电力系统整体特征发生巨大改变。后续为支撑新能源装机量和发电量占比逐渐提高，灵活性资源是投资的重点。新建火电、火电灵活性改造、特高压设备、虚拟电厂、电化学储能、抽水蓄能、压缩空气等技术方向均为发展重点。 风险提示：新能源装机增速下降导致对灵活性电源需求下降；全社会用电量增速下降；容量电价补偿标准低于预期；电力市场机制推进不及预期；此外文中提及的上市公司旨在说明行业发展情况，不构成推荐覆盖。 内容目录 1.新能源发展迅猛，为电力系统带来挑战3 1.1.双碳背景下清洁能源占比不断提升，电力供需波动性加强3 1.2.我国电源投资增速远高于电网投资，源网协调发展迫在眉睫6 2.新型电力系统需要灵活性资源支撑，从而适应新能源快速发展7 2.1.电力系统由发电、输电、变电、配电和用电五个环节构成7 2.2.电网消纳新能源的能力由电源调节性能决定，亟需灵活性资源调峰9 2.2.1.电网消纳新能源的能力由系统平衡调节能力决定9 2.2.2.电力系统各环节均可提供灵活性，形式多样互为补充10 3.灵活性资源投资图谱12 4.风险提示14 图表目录 图1：2016年-2023年我国发电量情况（单位：亿千瓦时）3 图2：2023年发电量结构占比3 图3：2016-2023年发电量年同比增速3 图4：2023年累计发电装机容量（万千瓦）4 图5：2023年累计发电装机容量结构占比4 图6：2016-2023年累计发电装机容量年同比增速4 图7：典型风电发力曲线与用电负荷曲线对比5 图8：典型光伏发力曲线与用电负荷曲线对比5 图9：“双高”电力系统低惯量特征明显，电网协调难度大5 图10：电力系统安全稳定运行面临风险示意图5 图11：“十四五”以来电源投资增速大幅提升（单位：亿元）6 图12：电源投资的提升主要由新能源贡献，稳定可控的传统电源投资仍严重不足（单位：亿元）6 图13：新型电力系统四大基本特征7 图14：电力系统构成8 图15：某省某典型日风电出力和负荷曲线9 图16：新能源消纳空间示意图9 图17：新型电力系统建设“三步走”发展路径12 表1：电网设备情况8 表2：不同电源具有不同的调峰深度10 表3：电力系统各环节均可提供灵活性10 表4：灵活性资源投资图谱12 1.新能源发展迅猛，为电力系统带来挑战 1.1.双碳背景下清洁能源占比不断提升，电力供需波动性加强 从发电量结构来看，我国新能源发电量占比持续提升。2023年我国发电量达到89091亿千瓦时，同比增长6.2%，在电动化和智能化趋势下保持较高增速。其中，煤炭作为主力能源发电量为62318亿千瓦时，同比增长6.5%，约为我国全社会发电量的69.9%；水力发电量排第二，产生的电力为11409亿千瓦时，受夏季干旱影响下滑5.1%，占比12.8%；核电较为稳定，发电量4333亿千瓦时，占比4.9%；新能源增速迅猛，在我国发电占比中迅速提升，光伏发电量2940亿千瓦时，占比3.3%，同比增长28.4%，风电发电量8091亿千瓦时，占比9.1%，同比增长17.8%。整体来看，火电仍是我国的主力能源，但新能源发电量增速迅猛，在我国发电量的占比持续提升。 图1：2016年-2023年我国发电量情况（单位：亿千瓦时） 资料来源：Wind，华宝证券研究创新部 图2：2023年发电量结构占比图3：2016-2023年发电量年同比增速 资料来源：Wind，华宝证券研究创新部资料来源：Wind，华宝证券研究创新部 从发电装机容量结构来看，新能源装机容量保持较高增速。2023年我国发电装机容量达到29.19亿千瓦，同比增长6.2%，在电动化和智能化趋势下保持较高增速。其中，火电累计发电装机容量为13.90亿千瓦，占比47.6%，仍然是最主要的发电形式，但呈现逐年下滑的态 势；水电累计发电装机容量为4.22亿千瓦，占比14.4%；核电累计装机容量为5.69亿千瓦，占比1.9%；新能源继续保持较高增速，在我国发电装机容量占比中迅速提升，光伏累计发电装机容量6.09亿千瓦，占比20.9%，同比增长55.2%，风电累计发电装机容量4.41亿千瓦，占比15.1%，同比增长20.7%。 图4：2023年累计发电装机容量（万千瓦） 资料来源：Wind，华宝证券研究创新部 图5：2023年累计发电装机容量结构占比图6：2016-2023年累计发电装机容量年同比增速 资料来源：Wind，华宝证券研究创新部资料来源：Wind，华宝证券研究创新部 从发电量及装机容量数据来看，我国正在向“构建以新能源为主体的新型电力系统”的目标迈进，但新能源的高比例接入也会带来一些挑战。 1）影响电网运行的稳定性，给电力电量平衡带来挑战。电力系统是需要时刻保持平衡稳定的，大量新能源并网发电造成新能源装机容量比例在电网中不断增大，但光伏、风电等新能源具有波动性、间歇性和随机性等特性，不能稳定出力，容易导致短时间的电力不平衡，另外新能源发电与用电季节性不匹配，存在季节性电量平衡难题。此外新能源发电的波动性造成大规模的接入电网后电压出现波动或者善变现象，还会影响系统的潮流分布。未来，新能源大规模高比例发展要求系统调节能力快速提升，但调节性资源建设面临诸多约束，区域性新能源高效消纳风险增大，制约新能源高效利用。 图7：典型风电发力曲线与用电负荷曲线对比图8：典型光伏发力曲线与用电负荷曲线对比 资料来源：国家电网，索比光伏网，华宝证券研究创新部资料来源：国家电网，索比光伏网，华宝证券研究创新部 2）高比例可再生能源和高比例电力电子设备的接入影响电网电能质量，影响系统安全的稳定性。相比于同步发电机主导的传统电力系统，“双高”电力系统低惯量、低阻尼、弱电压支撑等特征明显，且我国电网呈现交直流送受端强耦合、电压层级复杂的电网形态，送受端电网之间、高低压层级电网之间协调难度大，故障后易引发连锁反应。中东部地区多条直流集中馈入，本地电源支撑能力弱，电压频率稳定问题严峻，同时形成多个密集通道，电网安全风险突出。随着高比例新能源、新型储能、柔性直流输电等电力技术快速发展和推广应用，系统主体多元化、电网形态复杂化、运行方式多样化的特点愈发明显，对电力系统安全、高效、优化运行提出了更大挑战。 图9：“双高”电力系统低惯量特征明显，电网协调难度大图10：电力系统安全稳定运行面临风险示意图 资料来源：《新型电力系统发展蓝皮书》（何洋等，国家能源局），华宝证券研究创新部 资料来源：《新型电力系统发展蓝皮书》（何洋等，国家能源局），华宝证券研究创新部 3）影响电网的经济调度，带来电力成本挑战。新能源并网发电成本低于化石能源的燃烧成本，可以降低常规机组的运行成本。但是为了应对新能源出力不稳定的现象，系统需要预留一定的容量当作备用，即旋转备用容量，虽然可以增加新能源的接纳能力，但会增加经济负担。为了保障电力系统实时平衡的辅助服务及相关设施建设将增加电源使用成本，还需要调节性、支撑性、保障性和灵活性资源以及新能源输电通道方面的建设投入。 2.2.我国电源投资增速远高于电网投资，源网协调发展迫在眉睫 “十四五”以来电源投资增速大幅提升，到2023年电源投资已接近电网投资的一倍。“十 二五”期间，我国逐年电网投资、电源投资额总体差距不大。2009年我国电源投资完成额3803 亿，同期电网投资额3898亿。“十三五”期间电源投资增速有所放缓，直至2020年，电源投资重新抬头，2020年电源投资5292亿，时隔多年超过5000亿，并超过电网投资；2023年电源投资9675亿，电网投资5275亿，电源投资已接近电网投资的一倍。 图11：“十四五”以来电源投资增速大幅提升（单位：亿元） 资料来源：中电联，华宝证券研究创新部 电源投资以新能源为主，稳定可控的传统电源投资仍严重不足。2020年至今电源投资的不断放量主要由“双碳”提出后，新能源迅猛发展导致，新能源投资额一直保持较高增速。但可控、可调、出力稳定的传统电源，如火电、水电、核电投资仍呈平稳或下降趋势。传统电源，尤其是具备良好调节性能的灵活性电源投资，已经长期处于投资不足状态。 图12：电源投资的提升主要由新能源贡献，稳定可控的传统电源投资仍严重不足（单位：亿元） 资料来源：中电联，华宝证券研究创新部 在此背景下，我国提出了构建新型电力系统，为新时代能源电力发展提供了根本遵循。新型电力系统是以确保能源电力安全为基本前提，以满足经济社会高质量发展的电力需求为首要目标，以高比例新能源供给消纳体系建设为主线任务，以源网荷储多向协同、灵活互动为坚强支撑，以坚强、智能、柔性电网为枢纽平台，以技术创新和体制机制创新为基础保障的新时代电力系统，是新型能源体系的重要组成和实现“双碳”目标的关键载体。新型电力系统具备安全高效、清洁低碳、柔性灵活、智慧融合四大重要特征，其中安全高效是基本前提，清洁低碳是核心目标，柔性灵活是重要支撑，智慧融合是基础保障，共同构建了新型电力系统的“四位一体”框架体系。 图13：新型电力系统四大基本特征 资料来源：《新型电力系统发展蓝皮书》（何洋等，国家能源局），华宝证券研究创新部 3.新型电力系统需要灵活性资源支撑，从而适应新能源快速发展 3.1.电力系统由发电、输电、变电、配电和用电五个环节构成 电能从产生到消费的生命周期：发、输、变、配、用5个环节，电力系统也是在此基础上构成。发电是指将其他形式的能转变为电能的环节，比如常见的火力、水力发电就是将热能、动能/势能转变为电能，这一环节是电能诞生的环节；输电是将诞生的电能向各个不同的地方传输的环节，这一环节需要克服地理因素、自然因素，还要尽可能避免电能损耗；经历了长途跋涉之后，电能尚未能够被我们方便的使用，因为为了尽量避免电能损耗，采用了高压输电的方式，我国常用的输电电压有110kV、220kV、500kV、80