电力设备行业深度报告：构网型储能：新型电力系统刚需，渗透率有望快速提升

新型电力系统刚需，构网型储能渗透率有望快速提升 “双碳”目标驱动下，国内电力系统脱碳目标明确，以风电和光伏为代表清洁能源装机占比持续提升推动国内新型电力系统改造建设刚需。新型电力系统面临的“高比例可再生能源接入”与“高比例电力电子设备接入”问题导致电网不稳定性加剧，具备稳定电压源属性的构网型储能能够提供为电网提供稳定电压与频率支撑，在全国及各地政策支持和电力系统改造刚需下渗透率有望加速提升，同时需要超配且性能要求更高的构网型储能PCS有望带动储能PCS环节实现量价齐升。推荐禾望电气、科华数据、阳光电源，受益标的国电南瑞、盛弘股份。 新型电力系统改造推动构网型储能建设刚需 新能源电力装机及发电量占比提升趋势下国内电力系统“双高”特性显著，在我国西部新能源电力装机中心与东部用电负荷中心逆向分布情况下该问题尤为突出，电网不稳定性加剧、新能源消纳压力加大。构网型储能以电池作为能量载体，以储能变流器作为传递媒介、辅以构网控制核心，来虚拟大型的同步发电机，为电网提供惯性同时解决电网调峰调频能力不足缺陷，进一步提升电力系统友好性同时增加新能源电力消纳率，是新型电力系统建设刚需。 政策持续加码，构网型储能迎来从“1-10”发展 截至2024年6月，全国及包括新疆、内蒙古、西藏等在内的多个省市自治区发布多个政策鼓励或强制区域构网型储能建设。据我们不完全统计，自2023年以来，截至2024年6月，国内已经完成2.28GW/7.58GWh构网型储能项目招标，自2023年下半年来行业招标进度显著加速，其中多以西北、西南等弱电网、消纳压力较大的区域为主。伴随全国层面指导性政策定调与地方强制装机量指导，国内构网型储能有望实现从“1-10”的发展。 构网型储能PCS量价齐升，头部企业前瞻布局强化领先优势 当下构网型储能在超额电流的短时过载能力需要超配2-2.5倍功率PCS的手段实现，同时具备更多功能能够应对复杂电网形态的构网型储能PCS产品相对传统的跟网型储能PCS产品具备较高溢价，就科华数能2024年6月与4月中标业主龙源电力的构网型储能PCS一体机相比，构网型储能PCS一体机溢价超45%。 在假设2024-2025年国内构网型储能装机占比分为10%与15%的情况下，国内构网型储能PCS出货将分别达8.8GW、19.9GW，储能PCS一体机市场空间分别有望达106.4、167.2亿元，2023-2025年复合装机增速达82%，超行业装机复合增速。目前国内包括禾望电气、科华数能、阳光电源等在内头部储能PCS企业均具备相应产品储备和项目交付经验，有望凭借产品技术优势稳固其市场份额及该业务盈利水平。 风险提示：构网型储能推广不及预期；储能PCS环节行业竞争加剧。 1、“构网型技术+储能”是新型电力系统刚需 1.1、新能源快速发展导致区域电网面临多重掣肘 以风电、光伏为代表的新能源装机量与发电量占比持续提升。“双碳”目标下，国内电源侧低碳化趋势显著，以风电、光伏为代表的清洁电源装机占比持续提升，根据中能传媒研究院数据，截至2023年我国风电与光伏分别实现累计装机441GW与609GW，占国内电源装机总量的比重分别为15%与21%，合计占比36%，相比2014年的9%提升27pct。此外，风电与光伏占国内总发电量的比重也由2014年的3.6%提升至2023年的18.1%。在能源结构转型大背景下，国内电力装机结构与发电结构清洁化趋势显著。 图1：截至2023年国内光伏与风电累计装机占比36% 图2：2023年国内光伏与风电发电量占比18.1% 国内风电、光伏资源禀赋与当前装机集中于西北、华北等区域。根据中国气象局数据，我国优质风能资源集中于内蒙古中东部、黑龙江东部、河北北部、山西北部、新疆北部和东部、青藏高原、云贵高原的山脊地区等地。截至2023年，国内累计风电装机前五分别为内蒙古、新疆、河北、甘肃和山东地区，均位于华北与西北地区。太阳能方面，我国新疆、内蒙古、西北地区中西部、华北北部、西藏、西南地区西部等地太阳能资源最丰富，截至2023年，国内集中式光伏累计装机前五分别为河北、新疆、青海、甘肃和内蒙古，同样均位于华北与西北地区。 图3：国内风能资源集中于华北、西北区域 图4：截至2023年国内风电累计装机第一为内蒙古 图5：国内太阳能资源集中于华北、西北区域 图6：2023年国内集中式光伏累计装机第一为河北 西北区域用电内需偏弱使得该区域风光利用率整体弱于全国平均水平，带来消纳问题。目前国内西北地区富庶的风光资源主要通过直流跨区输送的方式来满足中东部负荷中心的需求，西北地区内部用电需求相比其新能源装机增长不完全匹配，因此当前有限的外送能力和外送的不及时都在一定程度上导致了西北区域风光等新能源电力的消纳困难。 表1：2024年以来国内部分西北区域风电利用率有所下滑 表2：2024年以来国内部分西北区域光伏利用率有所下滑 风光资源与用电负荷的逆向分布导致国内电网愈发薄弱。呈现“条状”分布的电网形态和线路长的特性导致电力在集中式并网时缺乏网间调节能力，伴随新能源接入量的持续提升，局部电网相对较弱。部分网架薄弱、缺乏同步电源支撑的大型新能源基地，在系统支撑能力不足的情况下，其进行安全可靠外送的难度将进一步加大。 图7：国内风光资源区域与用电负荷区域呈东西分布 1.2、“双高”问题凸显，电网安全稳定运行遇难 新型电力系统高比例可再生能源和高比例电力电子设备的“双高”特性日益凸显。新型电力系统相比传统电力系统主要发生了两大变化：（1）供电主力电源发生较大变化。由传统燃煤机组转变为新能源为主体的发电结构，可再生能源接入占比持续提升。相比稳定输出的火电电源，新能源电源的随机性、波动性和间歇性使得系统调节难度加大。（2）从发电机主导向变流器主导演变。新能源的并网、传输和消纳在源网荷端引入了更多电力电子装备，高比例电力电子设备的接入导致电力系统呈现显著的电力电子化趋势。 “双高”特性的电力系统低惯量、低阻尼和弱电压支撑等特征明显。电力系统惯量降低、频率和电压调节能力变差容易导致电力电子设备脱网，加剧电力系统安全稳定运行的影响。并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，不同电网之间协调难度较大，发生故障后易引发连锁反应。 图8：新型电力系统呈现“双高”、“两化”特点 图9：新型电力由变流器主导，呈现“低惯量、弱阻尼” 图10：频率指标影响设备和系统安全稳定性 1.3、构网型储能是新能源发电渗透率提升下的刚需 电网在一定区域内需要有稳定的电压源来构建稳定的频率。当电网因短路带来电压跌落时，需要同步发电机转子磁链不能突变，维持机组在一定时间尺度内电势幅值不随电网电压跌落，提供充足的无功电流，减缓机组附近电压的跌落。 在新型电力系统当中提供电压源的手段包括：（1）增加电机类调节设备提供支撑，增加抽水蓄能等机组，能够有效提供无功支撑和短时有功支撑，维持电网电压和频率稳定；（2）增加以构网技术为核心具有电压源特性的电力电子变流器，使得电力电子装置向电网提供类似同步机的电压、频率支撑能力。 图11：构网型技术是新型电力系统的刚需 目前主流的跟网型变流器从外部特征表现为电流源特性。目前并网应用当中最常见的逆变器类型为跟网型逆变器，其控制策略是通过锁相环得到电网的相位来控制注入电网电流的幅值和相角，输出与电网电压和频率同步。 尽管该技术相对成熟、成本更低，但是跟网型变流器依赖于电网提供稳定的电压和频率，必须并网运行，自身无法提供电压和频率支持。因此跟网型变流器更多适用于具有稳定电压源的电力系统当中。 图12：跟网型技术具备电流源特性 图13：跟网型技术不具备电压源特性 构网型变流器外部特征表现为电压源。它采用与同步发电机类似的功率同步策略，通过调节输出电压相角和幅值来调节输出的有功和无功功率。构网型变流器可并网运行，也可以离网运行，储能由于具有相对稳定的能量作支撑且可瞬间自然释放，是实现构网型技术的天然载体。构网型变流器辅以储能元件或预留备用容量时，还能为系统提供虚拟惯性和阻尼。 图14：构网型技术具备电压源特性 图15：构网型储能模仿发电机提供惯量支撑 构网型储能在新型电力系统当中能够确保电网的稳定性和安全性。构网型储能以电池作为能量载体，以储能变流器作为传递媒介、辅以构网控制核心，来虚拟大型的同步发电机，为电网提供惯性，帮助解决电网调峰调频能力不足、电压稳定裕度低、暂态过电压、宽频振荡等问题，确保电网的稳定性和安全性。相比采用跟网型技术的储能系统其最大差别在于适用于变化快速的电网，是当前“双高”特性显著的新型电力系统当中的刚需。 表3：构网型储能对比跟网型储能能够独立运行、提升电网整体稳定性 2、构网型储能有望实现从“1-10”发展 2.1、全国及区域支持政策陆续出台，项目陆续落地 2023年以来国内多个省份及国家层面均出台相应政策支持构网侧储能发展。国家层面，2024年6月7日，国家能源局发布的《关于做好新能源消纳工作保障新能源高质量发展的通知》中明确提出在西北网架结构薄弱的区域，应用构网型新能源，可为电力系统提供转动惯量，提升新能源的瞬间功率支撑能力，提升系统的短路比，从而允许电网接入更多新能源，构网型储能是当下促进新能源消纳的重要举措。 此外，包括西藏、新疆、内蒙古、福建等在内的省市自治区均出台相应的政策支持其构网型储能发展并制定相应装机目标。 以西藏为例，该区域电网长期孤网运行，虽然近期与西北电网、西南电网的联系持续加强，但是当前大部分区域仍然属于弱电网。因此西藏区域陆续出台相应政策支持自治区内构网型储能发展，其中西藏发改委于2024年4月发布的《西藏自治区2024年今冬明春电力保供方案》中明确提出建成140万千瓦光伏+112万千瓦时构网型储能项目、全容量投产70万千瓦时独立构网型储能项目等7个重点任务。 以新疆、内蒙古代表的西北区域电网呈现“条状分割”的形态，且线路较长，导致在相应区域新能源在集中并网时缺乏网间调节能力，局部电网越来越弱。新疆发改委于2023年7月10日发布的《关于组织上报2023年独立新型储建设方案的通知》中明确提出积极探索建设构网型储能，喀什、和田、克州、塔城、阿勒泰、巴州等地构网型储能比例原则上不低于年度新型储能规模的20%。内蒙古自治区能源局于2024年5月18日出台《2024—2025年新型储能发展专项行动方案》要求大力发展构网型储能。在高比例新能源外送基地、电网局部支撑较弱地区、分布式新能源富集地区，大力推动构网型储能项目建设，充分发挥其惯量响应、频率电压支撑等作用，有力提升新能源大规模高比例接入消纳情景下的电网安全稳定性和供电可靠性。 表4：国家层面和多地方层面均针对构网型储能的应用推出相关政策 2023年至2024年6月，国内构网型储能项目累计实现招标总量2.3GW/7.6GWh。 其中2023年全年招标总量1.3GW/4.6GWh，2024年前6个月累计实现招标1GW/3.1GWh。国内新疆、西藏、宁夏等西南、西北地区在政策指引落地后均有相应大项目落地，伴随国内西北、西南等区域新能源电力消纳压力加大，构网型储能项目量有望持续增加。 表5：2023年至2024年6月国内构网型储能项目累计招标2.28GW/7.58GWh 2.2、构网型储能带动储能PCS环节量价齐升 超额电流短时过载能力带来构网型储能PCS2-2.5倍超配需求。中关村储能产业技术联盟团体编制的《构网型储能变流器技术规范》和新疆发改委《关于组织上报2023年独立新型储能建设方案的通知》中分别针对构网型储能PCS和储能系统提出了一系列性能指标要求。 其中《构网型储能变流器技术规范》明确要求构网型储能变流器交流侧电流在200%额定电流下，持续运行时间宜不少于2s，而新疆发改委要求的300%额定电流10秒短时过载能力。而当前行业主要采取超配2-2.5倍PCS的方式来满足该性能指标要求，因此相比跟网型储能项目，构网型储能项目装机占比提升有望带来倍数级PCS