电网行业专题报告:电网建设风口已至特高压勇立潮头

发表时间: 2024-03-24 作者: 控制及仪表电缆

产品说明

  1)平高电气:主营高压开关业务、配电网开关业务、国内外电力工程 总承包业务和开关产品运维检修业务。公司在特高压核心设备 GIS 领 域的市占率领先行业,有望受益于特高压尤其是交流工程的超预期投资。 根据历史统计,公司交流 GIS 百万伏设备的市占率超 40%,排名第一, 并且超高压项目的市场占有率也达到 50%左右。

  2)许继电气:公司聚焦特高压、智能电网、新能源、电动汽车充换电、 轨道交通及工业智能化五大核心业务,产品大范围的应用于电力系统各环节. 公司收入结构多元,盈利能力稳定性强,预计 2024-2025 年公司高毛利 率的直流业务有望迎来兑现高峰,公司业绩有望迅速增加。公司具备 PCS 等储能核心产品研发生产能力,在手订单充沛,产能逐步释放。

  3)国电南瑞:主要是做电网调度自动化、变电站自动化、火电厂及工 业控制自动化系统的软硬件开发和系统集成服务。公司是电网二次设备 龙头,在新一代调控系统和电力现货交易市场占有率极高,并且在充电桩、 智能电表领域处于领头羊,储能业务有望快速放量。

  输变电及配电组成了电网系统。电力系统可划分为发电、输电、变电、 配电以及用电环节。其中输变电以及配电环节组成了电网系统。输电网 主要是将远离负荷中心的发电厂的大量电能经过变压器升高电压,通过 输电线,送到邻近负荷中心的枢纽变电站。同时,输电网还有联络相邻 电力系统和联系相邻变电站,或向某些容量特大的用户直接供电的作用。 输变电环节是电力系统的骨架,其结构关乎了整个电力系统的经济性以 及安全性。按照输送电流的性质,输电分为交流输电和直流输电;按照 电压等级规划区分,输变电线kV)以及特高压(交流 1000kV、直流±800kV 以上)。配 电是在电力网中起电能分配作用的网络。通常是指电力系统中二次降压 变压器低压侧直接或降压后用户供电的网络。配网是电力系统中直接与 用户相连并向用户分配电能的环节。根据电压等级规划区分,配网可分为低 压(220/380V)、中压(6-10kV)以及高压(35-110kV)。随着新型电力 系统下智能楼宇、智慧园区、微电网等新型用能组织接入配电网,配电 网也需要具备更强大的综合承载能力及智能调控能力。

  电力设备主要可分为一次设备、二次设备。电力设备,又称电气设备,是电力系统中的重要组成,覆盖了电力系统中的全部环节。电力设备可 分为一次设备和二次设备。一次设备是生产和转换电能的设备,如将 机械能转换成电能的发电机,变换电压、传输电能的变压器,接通和断 开电路的开关设备如高低压断路器等。二次设备是指对一次设备的工作 进行监测、控制、调节、保护以及为运行、维护人员提供运行工况或生 产指挥信号所需的低压电气设备,如熔断器、控制开关、电能表、继电 器、控制电缆等。二次设备更偏向软件层面,起到了对一次硬件设备的 保护的及其重要的作用。在输变电环节,一次设备包括了变压器、电容器、电 抗器等,二次设备包括了继电保护、监控系统等。而在配电环节,一次 设备包括了配电变压器、环网柜等,二次设备包括了配电主子站、配电 终端等。

  电网投资是电网设备行业的核心驱动因素。我国的电网投资基本由国家 电网以及南方电网两家公司完成,两家公司年均投资额均达 6,000 至 7,000 亿元。根据中电联数据统计,“十二五”及“十三五”期间,我国 的电网投资规模分别为 2 万亿元及 2.6 万亿元。在“十四五”期间,我 国的电网投资规模有望达到 3 万亿元,其中国家电网公司计划投资 2.24 万亿元,南方电网公司计划投资 6,700 亿元。受益于电网投资额的增加, 电力设备行业将得到快速的发展。

  基础设施的超前投资与电力需求的持续增加促使电网投资提高。电网建 设是新基建的重要组成部分,电网投资的逆周期属性突出。在经济上行 压力较大的宏观背景下,电网建设常被作为经济稳步的增长的发力点,投资有 望持续边际向好。2008 年全球金融危机的背景下,国家提出“四万亿” 的经济刺激计划,电网投资在 2009 年的同比增速达到了 35%。2015、 2016 年电网投资完成额的同比增速分别达到了 12%、18%。而在新冠疫 情对经济造成冲击的背景下,电网投资增速在 2021 年扭负为正。随着 人均用电、能源需求和电气化比例的增加,电力的需求量开始上涨也十分迅速。 而目前用电量的增速明显高于电网投资的增速。迅速增加的电力需求将 推动电网投资的持续修复。在电网投资增加的大背景下,电力设备行业 增长的确定性更强。

  特高压技术更高效、环保。根据电压等级规划区分,输电线kV)以及特高压(交流 1000kV、 直流±800kV 以上)。相对高压以及超高压输电技术,特高压输电具有 输电容量大、输电距离远、能耗低、环保等特点。长距离输电能力强: 特高压输电线路能够传输大量电力,且输电距离远,因此能在全国范 围内进行大规模电力传输。输电损耗小:特高压输电线路采用的高压直流技术能够降低输电损耗,同时特高压输电线路使用的高度耐电压材料, 减少了电线电阻和电感,逐步降低了能量损耗。环保:特高压输电技 术可实现远距离输电,降低了能源损耗和二氧化碳排放量,减轻了环境 负担。经济性高:特高压输电线路可以大大降低输电损耗,以此来降低了 用电成本。以 1000kV 的特高压交流输电线路为例,与传统的超要压 500kV 的交流输电相比,1000kV 交流输电线 倍,输送相同容量时的损耗只有 1/3~ 1/4、走廊宽度只 有 1/2~1/3。特高压输电可分为特高压直流输电(常规直流、柔性直流)、 特高压交流输电。特高压交流输电应用于大功率、较近距离输电场合。 并且特高压交流输电具有组网功能,能够准确的通过电源分布、负荷布点。特 高压直流输电具有输电电压高、输送容量大、线路走廊窄等特点, 适合 大功率、远距离的两端输电工程;可点对点、大功率、远距离直接将电 力送往负荷中心。柔性直流是直流输电的一种新的方式,可以独立控制 无功功率与有功功率,在孤岛供电、城市配电网的增容改造等方面具有 技术优势,但成本比较高,换流损耗大。在新型能源体系下,特高压交、 直流输电的优势将更突出,成为主网的中坚力量。

  用电量与发电量缺口增加促进主网架投资。据国家能源局统计,2021、 2022 年我国全社会用电量分别为 83,128 亿千瓦时与 86,372 亿千瓦时,同比增长 10.7%、3.6%;而 2021、2022 年我国的发电量分别为 81,122 亿千瓦与 83,886 亿千瓦,同比分别增长 4.3%、3.4%,发电量与用电量 的增速匹配度较差。近五年全国发电量、用电量 CAGR 分别为 4.9%、 6.5%。由于新增装机容量对发电量贡献有限,用电量与发电量之间的缺 口在 2022 年达到了 2,500 亿千瓦时。根据中电联预测,2023 年全国部 分区域用电高峰时段电力供需偏紧的情况仍也许会出现。更大的用电量与 发电量的缺口意味着发电端需要输出更多的电量,同时也增加了发电端 外送电力的压力。针对主网架的投资有望进一步扩大。

  自然资源分布不均导致电力传输需求。随着我们国家的能源结构逐渐由传统 能源向可再次生产的能源倾斜,风电、光伏等新能源发电方式装机量快速上升。 依照国家能源局统计,2022 年我国的光伏以及风电的装机量分别达到了 392.04GW 及 365.44GW;同比增长 27.88%以及 11.25%。而风光等自然 资源大多集中在“三北”地区,而用电负荷则集中在我国的中东部地区。 发电与用电资源的地域不匹配导致了在新型能源结构下,发电侧有较大 的电力传输压力。2021 年 10 月,国家发改委和能源局印发《关于印发 第一批以沙漠、戈壁、荒漠地区为重点的大型风电光伏基地建设项目清 单的通知》涉及 19 省份,合计 50 个项目,装机规模总计 0.97 亿千瓦。 目前第一批风光大基地已经全面开工。而依照国家能源局公布的年度全 国可再次生产的能源电力发展监测评价结果,目前已建成的特高压输电线路的 可再次生产的能源消纳比例较低,存量的特高压输电线路基本能满足第一批大基地的可再次生产的能源电力输送。而 2022 年 3 月,两部委再度印发《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》,宣 布扩建第二批风光大基地,计划“十四五”期间建成 2 亿千瓦,“十五 五”期间建成 2.55 亿千瓦,外送电量 3.15 亿千瓦。存量的特高压线路 不足以满足全部大基地的电量输送,需要增量的特高压输电线路保证可再 生能源发电的消纳。特高压工程建设周期在 2 年左右,滞后于风光等新 能源的建设周期。所以随着“十四五”期间风光大基地计划的推进,特 高压输电线路的建设必将超前于大基地的建设,迎来快速发展的时期。

  我国特高压建设大致可分四个阶段。第一阶段: 2006-2010 年:2006 年 8 月发改委批复了中国第一条特高压交流项目:晋东南—南阳—荆门 特高压工程。该项目于 2008 年 12 月全面竣工。晋东南—南阳—荆门特 高压工程的竣工运行标志着我国已经具备独立建设特高压工程的能力。 在这五年中,共有 4 条特高压开工,其中交流 1 条、直流 3 条。2006-2010 年间国家共投入 650 亿元支持特高压的建设。第二阶段:2011-2013年: 在该阶段中,国家明确要结合大型能源基地建设,采用特高压等大容量、 高效率、远距离先进输电技术;提出建设以特高压为骨干网架、各级电 网协调发展的坚强智能电网。在此期间,国家电网公司规划建设联接大 型能源基地与主要负荷中心的“三纵三横”特高压骨干网架和 13 项直 流输电工程,以形成大规模“西电东送”“北电南送”的能源格局。 2011-2013 年间,我国特高压建设的投资额达到了 877 亿元,增长迅速。 同时三年间共有 4 条特高压开工,其中交流 2 条、直流 2 条。第三阶段: 2014-2017 年:2014 年 5 月,国家能源局提出加快推进大气污染防治行 动,计划 12 条重点输电通道的建设,推进 “四交五直”特高压工程, 优化建设电网主网架和跨区域输电通道,并发挥跨省跨区特高压输电通 道消纳可再次生产的能源的作用。在此期间,特高压投资额迅速上升,达到了 1966 亿元,并且共有 21 条特高压开工,其中交流 7 条、直流 14 条。第 四阶段:2018 年-至今:2018 年 9 月国家能源局印发《关于加快推进一 批输变电重点工程规划建设工作的通知》,共规划 5 直 7 交特高压输电 线路,我国的特高压建设进入快车道。十四五期间,国家电网规划建设 24 条交流、14 条直流特高压输电通道。截止 2022 年我国特高压输电线km,累计输送电量达 28,346 亿千瓦时。我国的 特高压建设已经进入加快速度进行发展的高峰期,未来必将乘能源结构转型的 “东风”,加速发展。

  建设加速,“十四五”期间特高压将迎来新的增长点。根据《中国能源 报》,十四五国网规划建设特高压“24 交 14 直”,涉及线 万余公里、 变电换流容量 3.4 亿 kVA。 2023 年计划开工“2 交 6 直”,其中金上-湖北、陇东-山东直流特高压项目已开工,藏东南-粤港澳大湾区柔性直 流项目已汇报国家能源局,等待核准。大同-天津南、阿坝-成都、夏州庆阳北、若羌-羚羊特高压交流项目预计在 2023 年内核准。未来特高压 项目的输电容量至少达到 800 万 kW/条,同时国家要求推动海上风电直 流和低频交流外送,加快电网投资,提高电网的输电能力。随着新能源 的并网量逐渐增加,我们预计“十四五”期间规划的增量 24 交 14 直的 特高压输电线仍难以覆盖新能源新增的发电量。未来必将会有更多的特 高压输电线路纳入电网的规划中,特高压将迎来新的增长点。

  “一带一路”助推特高出海。特高压作为我国的电网技术的“名片”, 国内的特高压技术以及设备已经被成功推向海外。我国于 2015 年启动 和国外互联的电网项目,依托远距离、大容量、低损耗的特高压技术来 打造“一带一路”经济带输电走廊。中国首个海外特高压项目-巴西美丽 山±800 千伏特高压直流输电一期、二期工程于 2019 全面投运。该项目 是拉美首条、全球第四条使用±800kV 特高压直流输变电技术的线路, 也是中国首个在海外的特高压直流项目,这条贯穿巴西南北的“电力高 速公路”可将美丽山水电站超过三分之一的电能输送至巴西东南部的负 荷中心,构建巴西电网南北互联的大通道,满足 1,600 万人口的年用电 需求。该项目实现了中国特高压输电技术、电工装备、工程总承包和运 行管理一体化输出。而针对“一带一路”的其他沿线国家,我国也有对 应的电网项目布局。在欧洲地区,国家电网入股希腊电网,思源电气与 希腊能源公司 Mytilineos 投资建设了伯罗奔尼撒半岛高压输电建设项目, 该项目用海底电力电缆连接以色列,塞浦路斯和希腊电网;国家电网在 德国参与建设了 Bonwin6 海上风电柔性直流输电工程;在非洲,中国参 与了埃及国家电网 500kV 输变电升级改造项目,埃塞俄比亚—肯尼亚± 500kV 直流输电工程的配套设施建设;在东南亚,国家电网等中国公司 积极参加印尼、泰国等国家的输变电 EPC 以及配套设施的招标。电网建 设在“一带一路”的规划中有着举足轻重的位置,而特高压技术作为中 国电网技术的“名片”,将助力中国企业中标更多的海外特高压 EPC 以 及配套设施项目,为“一带一路”沿线国家带来更加成熟、安全、高效 的电网结构。

  特高压直流线 亿/条。特高压直流一般适用于长距离的输电 项目,所以其线路的价值量主要与线路长度相关。根据国家电网的数据, 特高压直流输电线路的铁塔、导线及施工土建占总成本的 70-80%,核心 设备占总成本的 20-30%。以单回双极架的特高压直流输电线路为例,平 均单公里铁塔用材 180.65 吨,成本 165.74 万元,导线 万元;总线路单公里设备成本(核心设备及铁塔、导线 万元,平均施工成本 211.86 万元,总成本造价约为 513.98 万元/公里。 线 亿/条。而在核心设备中,成本占比最高的设备是换流变 压器,占比 31%;其次是继电保护系统(19%)以及换流阀(11%)。若 按照国网“十四五”期间“24 交 14 直”的特高压建设规划,以及 200 亿/条的特高压直流线路的总投资计算;预计 2023、2024、2025 年特高 压直流的投资量将在 1,200 亿、800 亿、600 亿;其中换流阀的市场空预 计将达到 372 亿、248 亿、186 亿。

  直流特高压换流站价值量约为 33 亿。换流站是特高压直流建设的重点 环节。直流特高压换流站起到了将交流电转换为直流电,并且将电压升 高至±800kV 以上的关键作用。换流站的设备包括换流变压器、换流阀、 电抗器、直流控保、GIS、电容等。其中,换流变压器是换流站的主要 成本组成,占总投资额约 42%;换流阀、GIS、电容、电抗器分别占换 流站总成本的 24%、6%、6%、4%。换流站的设备价值量占特高压直流 线%以上,所以换流变压器、换流阀的龙头企业有 望最先受益于特高压投资额的增速,在特高压加快速度进行发展的时期迎来业绩 的快速增长。

  特高压交流线 亿/条。特高压直流线路的价值量与交流变电 站的数量相关。依照国家电网的数据,特高压直流输电线路的铁塔、导 线及施工土建占总成本的 75-85%,核心设备占总成本的 15-25%。以双 回架设的特高压交流输电线路为例,平均单公里铁塔用材 473.36 吨,成 本 499.43 万元,导线 万元;总线路单公里 设备成本(核心设备及铁塔、导线 万元,平均实施工程的成本 785.34 万元,总成本造价约为 1673.77 万元/公里。线 亿/条。而在 核心设备中,成本占比最高的设备是 GIS,占比 58%;其次是变压器(19%)以及电抗器(11%)。若按照“十四五”期间“24 交 14 直”的特高压建 设规划,以及 500 亿/条的特高压直流线路的总投资计算;预计 2023、 2024、2025 年特高压交流的投资量将在 100 亿、450 亿、400 亿;其中 GIS 的市场空预计将达到 58 亿、261 亿、232 亿。

  单个交流变电站价值量约为 4.2 亿。特高压交流输电更适合较近距离的 输电工程,所以特高压交流线路的价值量由变电站的数量决定,而不由 输电距离所决定。特高压输电线路的变电站起到的是输送电能的电压和 电流转换的作用。以 1000kV 的变电站为例,GIS 的价值量占比为 51%, 一般会用 3-10 串的 3 间隔 GIS;变压器价值量占比为 21%;电抗器价值 量占比为 11%。单个 1000kV 交流变电站的价值量约为 4.2 亿。从交流 变电站的价值端看,交流 GIS 与变压器的价值量较高,所以 GIS 及变压 器的设备供应商有望最先受益特高压交流输电线. 特高设备厂商集中度高,市场格局稳定

  换流变压器是直流输电系统的核心设备。换流变压器是直流特高压项目 中价值量最高的设备。换流变压器在直流输电系统中的主要起到的作用 有电力的传输、将交流电压变变换到换流器所需的换相电压、为串接的 换流器提供幅值相等,相位相差 30°的三相对称的换相电压、以及限制 故障电流等关键作用。换流变压器的整体的结构型式有四种:单相双绕组 式、三相三绕组式、三相双绕组式、单相三绕组式。对于输电容量较大 的特高压直流输电工程,一般都会采用单相变压器。而换流器的布置方式可 分为阀侧套管水平布置以及阀侧套管垂直布置。换流变压器的市场格局 较为稳定,按照特高压设备采购中标的口径统计,特变电工、山东电工、 中国西电、保变电气的特高压直流换流变压器的份额分别达到了 30%、 28%、21%、21%,市场集中度较高。

  GIS 是交流输电系统的核心设备。GIS(Gas Insulated Switchgear-气体绝 缘开关设备)是交流输电线路中价值量最高的电气设备。GIS 是将除变 压器外的交流变电站中的电气元件,如断路器、母线、隔离开关等,用 接地的金属密闭容器密闭在充有高于大气压的绝缘气体 SF6(六氟化硫) 中的成套配电装置。GIS 的内部元件可单独占有一个气室或几个元件关 联并共同占有一个气室。各个气室可以有不同的气体密度。气室内导电 部分与金属外壳之间用浇铸环氧树脂绝缘子支撑,气室之间在电气上通 过金属连接件相连。与常规高压电器相比,GIS 具有大幅缩小占地面积, 同时避免高压对环境的电磁污染、运行可靠性高、灭弧性能好等优点。 按照特高压设备采购中标的口径统计,平高电气、东北电气、中国西电、 山东电工的特高压交流 GIS 的份额分别达到了 43%、35%、18%、14%; 市场集中度明显。

  继电保护系统是特高压输电线路重要的二次设备,其基本功能是检测电 力系统中的故障,并通过断路器等设备来保护电力设备,确保电力系统 的安全运行。继电保护系统由逻辑电路、测量电路、执行电路三部分组 成。测量电路的作用是判断输电线路是否故障以及继电保护是否启动; 逻辑电路是根据测量部分输出量的大小、性质、输出的逻辑状态 ,使继 电保护设施按一定的逻辑关系工作,最后确定是不是应断路或发出信号,并 将有关命令传给执行的元器件如断路器等;执行电路是根据逻辑电路传 递的信号完成继电保护设施的任务。继电保护系统要做到(1)灵敏性: 在出现故障和不正常操作状态时,继电保护系统都应该具备极高的灵敏 性,以应对电路随时出现的故障。(2)选择性:在电力供应系统出现故 障时,可以有选择地切断故障部位。按照特高压设备采购中标的口径统 计,国电南瑞和许继电气的继电保护系统市场占有率较高,分别为 52%、 37%;四方股份的市场占有率为 11%。


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