能源革命的大潮洶涌而來，電力系統(tǒng)正面臨哪些前所未有挑戰(zhàn)？

本文系基于公開資料撰寫，僅作為信息交流之用，不構(gòu)成任何投資建議。

今年9月以來，從資本市場(chǎng)到街頭巷尾，最火的話題“電”。

開宗明義本次限電的底層邏輯是傳統(tǒng)電力供需平衡在能源革命新進(jìn)程中遭遇挑戰(zhàn)。

作為世界上最大的煤炭消費(fèi)和生產(chǎn)國，煤炭已深植于中國的能源體系，綠電替換煤炭是一項(xiàng)艱巨而又長(zhǎng)期的任務(wù)。過去十余年，中國風(fēng)電、光伏發(fā)電容量大幅增長(zhǎng)，毫無疑問該大勢(shì)已定；在能源革命下，我們?cè)桨l(fā)看到發(fā)展新型電力系統(tǒng)的緊迫性與重要性，可能這才是真正被我們忽略掉的大棋。

回顧歷史變遷，不管是工業(yè)革命還是能源革命，每一次變革都帶來了各個(gè)新興領(lǐng)域的投資機(jī)會(huì)。針對(duì)限電現(xiàn)象和保煤炭政策，我們不能只是停留在表面現(xiàn)象，甚至被帶節(jié)奏，而應(yīng)該透視到能源革命背后越來越多的行業(yè)正在被重構(gòu)。

01

能源革命的大潮

【1】能源從轉(zhuǎn)型到革命

從煤炭代替柴薪火，再到油氣代替煤炭，當(dāng)今世界能源格局正在經(jīng)歷第三次能源轉(zhuǎn)型，低碳清潔的可再生能源擔(dān)當(dāng)本次的主角。自本世紀(jì)初以來，我國就積極鼓勵(lì)可再生能源的開發(fā)和利用，持續(xù)推動(dòng)風(fēng)電、光伏等新能源的發(fā)展，同時(shí)逐步減少化石能源的供給。政策的大力扶持，使得我國可再生能源發(fā)展引領(lǐng)世界。

能源除了轉(zhuǎn)型外，更為重要的是革命，提升能源利用效率是核心訴求。

從2014年開始，我國又提出能源消費(fèi)、能源供給、能源技術(shù)和能源體制四方面的“革命”，旨在控制能源總量和提高能源使用效率。整體來看，我國單位GDP的能耗呈下降趨勢(shì)，但離發(fā)達(dá)國家還有很大的提升空間。根據(jù)2020年數(shù)據(jù)，中國的單位GDP能耗大約是美國的2倍，日本的3倍，英國的4倍。未來我國需要加快提升能源利用效率，降低對(duì)能源消耗的依賴程度，其核心就是大力發(fā)展可再生能源。

圖中國單位GDP能耗遠(yuǎn)高于歐美日韓發(fā)達(dá)國家，資料來源Wind，BP，申萬宏源

其次，能源安全直接關(guān)乎國家的生存和發(fā)展。而我國石油和天然氣對(duì)外依存度一直居高不下，原油對(duì)外依存度超過70％，天然氣對(duì)外依存度超過40％。經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)油氣的巨大需求和油氣依賴進(jìn)口之間的矛盾早已成為能源安全隱患，發(fā)展可再生能源來替代傳統(tǒng)化石能源迫在眉睫。

最后，為了應(yīng)對(duì)氣候變化，實(shí)現(xiàn)碳中和已經(jīng)是全球共識(shí)，去年我國正式提出2030年前達(dá)到碳達(dá)峰，2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和的“雙碳目標(biāo)”。綜合來講，能源革命的方向很明確，要求我國將以化石燃料為主導(dǎo)的能源體系轉(zhuǎn)變?yōu)榭稍偕茉礊橹鲗?dǎo)的能源體系。這是一舉多得的事情，不僅解決了能源自給自足的問題，也可以提高能源使用效率，還能同時(shí)實(shí)現(xiàn)低碳發(fā)展的國家戰(zhàn)略。

【2】電力部門是能源革命的主戰(zhàn)場(chǎng)

講起能源革命，必然會(huì)涉及到各行各業(yè)，包括電力、工業(yè)、交通、農(nóng)業(yè)等眾多行業(yè)。從碳排放源頭分析，2020年我國能源相關(guān)CO2排放占72．7％，具體到行業(yè)，電力行業(yè)的碳排放占比高達(dá)40％，是第一大碳排放大戶。

為什么電力行業(yè)的碳排放這么高呢？這是我國多煤少氣的資源稟賦決定的，咱們的總發(fā)電量中，大約70％都來自于火力發(fā)電，而火力發(fā)電又主要是煤電，中國的煤電總裝機(jī)容量約為1050GW，比其他所有國家的煤電裝機(jī)總和還要大，這就不難理解我國的碳排放量占全球碳排放量的比重高達(dá)30％。

圖2020年我國溫室氣體排放來源，資料來源清華氣候院，信達(dá)證券

這時(shí)候有人會(huì)想，既然火電廠是碳排放的罪魁禍?zhǔn)?，正好我們擁有世界最大的光伏、風(fēng)電產(chǎn)能，把煤電廠關(guān)停，一股腦兒發(fā)展風(fēng)電、光伏產(chǎn)業(yè)不就可以了嗎？

但現(xiàn)實(shí)情況是，光伏、風(fēng)電的綜合發(fā)電成本仍然高于傳統(tǒng)火電，并且要想可再生能源的發(fā)電量滿足國家對(duì)電能的龐大需求，還要配置相應(yīng)的大量儲(chǔ)能，這些不是短期能夠?qū)崿F(xiàn)的。再者，火電廠的初始建設(shè)成本高，火電機(jī)組的設(shè)計(jì)使用年限通常超過30年，從經(jīng)濟(jì)角度講，也不能一下就完全放棄火電。

那么未來怎么能既讓火電“后退”，又滿足持續(xù)增長(zhǎng)的能源需求呢？在“碳中和”的長(zhǎng)期政策指引下，火電的規(guī)模會(huì)逐漸減少，釋放的容量份額逐步被光伏、風(fēng)電等可再生能源替代，這是個(gè)長(zhǎng)期的過程。這時(shí)候問題也出現(xiàn)了，在這個(gè)能源轉(zhuǎn)型的過程中，由于光伏、風(fēng)能發(fā)電的閑歇性和不穩(wěn)定性，傳統(tǒng)電力系統(tǒng)將面臨巨大的考驗(yàn)。

圖我國未來各電源發(fā)電量預(yù)測(cè)（萬億千瓦時(shí)），資料來源中電聯(lián)，申萬宏源

02

電力系統(tǒng)正面臨前所未有挑戰(zhàn)

【1】電力供需平衡難度劇增

過去這些年，我國一直將調(diào)整電力供應(yīng)結(jié)構(gòu)作為電力系統(tǒng)優(yōu)化的工作重點(diǎn)，逐步減少火力發(fā)電量的比例，并增加可再生能源裝機(jī)，電力供需平衡悄然被重塑。

圖中國火力發(fā)電量占全國發(fā)電量的比例逐步減少，資料來源中電聯(lián)，國家統(tǒng)計(jì)局

理論上講，用可再生能源能源彌補(bǔ)火電發(fā)電量的減少不是什么難事。但是光伏、風(fēng)電是間歇性能源，往往光伏、風(fēng)電的出力高峰與用電高峰是不一樣的，結(jié)果就是，棄風(fēng)棄光一直是風(fēng)電、光伏行業(yè)的痛點(diǎn)，再加上風(fēng)電、光伏的長(zhǎng)期缺乏價(jià)格優(yōu)勢(shì)，各地主動(dòng)消納意愿不足，根據(jù)2014年的數(shù)據(jù)，當(dāng)時(shí)東北部分地區(qū)的棄風(fēng)率甚至超過10％。

圖光伏功率曲線與負(fù)載功率曲線不匹配，資料來源戶用光伏網(wǎng)，長(zhǎng)江證券

圖2014年部分地區(qū)的棄風(fēng)情況，資料來源長(zhǎng)江證券

【2】 電氣化場(chǎng)景加速

不被大眾所了解的是，我國的電氣化起步雖然大大落后歐美發(fā)達(dá)國家，但是發(fā)展速度驚人，今天我國電能占終端能源消費(fèi)比重從2000年的不足12％提高到了2020年的27％左右，遠(yuǎn)超全球平均水平的19％。

未來電氣化的場(chǎng)景還將會(huì)越來越豐富，包括工業(yè)領(lǐng)域電氣化、電動(dòng)汽車、電動(dòng)工具、智能家居、5G基站等等。根據(jù)全球能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展合作組織預(yù)測(cè)，到2060年，電能占終端用能的比重有望達(dá)到66％，電能將成為最主要的能源消費(fèi)品種。

電氣化場(chǎng)景加速對(duì)電力系統(tǒng)主要會(huì)有兩方面的影響，一是顯著增加對(duì)電力的需求；二是電氣化場(chǎng)景復(fù)雜之后對(duì)電網(wǎng)的調(diào)節(jié)能力可是一大考驗(yàn)。

圖電能占終端用能比重逐漸提高，資料來源全球能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展合作組織

以大家熟悉的電動(dòng)汽車為例，隨著電動(dòng)汽車保有量的增長(zhǎng)，私人充電樁的保有量也在快速增加，但是私人充電樁一般都是在晚上進(jìn)行充電從而滿足白天的用車需求，這將導(dǎo)致以往用電的低谷期將會(huì)變成用電高峰期，進(jìn)而產(chǎn)生調(diào)峰的需求。

【3】終端用戶需求的增長(zhǎng)

我國經(jīng)濟(jì)還處在快速發(fā)展過程中，人們生活水平還在逐步提高，自然對(duì)電的需求同步增多，包括家庭中的電子設(shè)備產(chǎn)品快速增長(zhǎng)；冬季高峰期取暖用電用氣需求不斷攀升，都加大了調(diào)峰保供的難度。以美國作為參照，美國居民用電量在全社會(huì)用電量的占比是中國的三倍之多，中國的人均用電量增長(zhǎng)潛力還很大。

圖中國和美國的居民用電量對(duì)比，資料來源中銀國際

03

大變局發(fā)展新型電力系統(tǒng)是必由之路

【1】短期的限電難以徹底解決

相比發(fā)達(dá)國家目前大約1％－2％的平均經(jīng)濟(jì)增速，中國超過5％的經(jīng)濟(jì)增速還將維持較長(zhǎng)時(shí)間，疊加電氣化驅(qū)動(dòng)和“雙碳目標(biāo)”，全社會(huì)用電量增速將顯著高于GDP增速。

但從供應(yīng)端來看，在嚴(yán)控煤電裝機(jī)背景下，新增裝機(jī)減少，又要面臨老舊機(jī)組逐步淘汰，煤電的供應(yīng)顯然無法滿足用電量的增長(zhǎng)，水電資源受到地理因素限制，難以繼續(xù)大規(guī)模發(fā)展。毫無疑問未來的電力增量落在風(fēng)電、光伏頭上，與此同時(shí)，風(fēng)電、光伏還要更進(jìn)一步替代煤電的市場(chǎng)份額。

前文已經(jīng)論述過風(fēng)電、光伏是間歇性能源光伏一碰到雨雪天氣就無法出力、風(fēng)電在沒風(fēng)的時(shí)候也轉(zhuǎn)不起來，它們是典型的“靠天吃飯”。截止2020年，風(fēng)電、光伏的裝機(jī)占比已經(jīng)達(dá)到24．3％，但是去年全年的發(fā)電量占比只有9．5％，相反火電是可以24小時(shí)開機(jī)。顯而易見，用不穩(wěn)定的電力代替穩(wěn)定成熟的電力，很難做到平穩(wěn)過渡，一旦前者發(fā)生點(diǎn)意外，就會(huì)再次出現(xiàn)東北拉閘限電的情況。

縱觀全球能源轉(zhuǎn)型過程，缺電、電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定等問題不是個(gè)別現(xiàn)象。離我們最近的案例便是德國由于棄核脫煤政策使得其對(duì)于可再生能源的依賴大幅上升，但由于惡劣天氣的影響風(fēng)電和光伏發(fā)電存在明顯的供需缺口，因此導(dǎo)致德國的電價(jià)大幅抬升，同時(shí)電力進(jìn)口量也大幅抬升。

因此，用電的供需緊張將可能是一個(gè)長(zhǎng)期存在的矛盾。

圖2020年我國能源電力發(fā)展情況，資料來源2021中國電力發(fā)展論壇

【2】構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)

對(duì)于此次的缺電，市場(chǎng)討論的落腳點(diǎn)主要還在拉閘、挖煤、進(jìn)口等方向上，本質(zhì)上都是治標(biāo)不治本的短期權(quán)益之計(jì)，我們更應(yīng)該看到重構(gòu)電力系統(tǒng)，是更底層的抽絲剝繭。

我國的傳統(tǒng)電力系統(tǒng)是圍繞火電廠、水電的特性建設(shè)的，隨著風(fēng)電、光伏的上網(wǎng)比例提高，傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的抗干擾能力和穩(wěn)定性很難與之匹配，以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。其實(shí)早在今年3月15日中央財(cái)經(jīng)委員會(huì)第九次會(huì)議上，構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)被重點(diǎn)提及，按照國家電網(wǎng)的規(guī)劃，未來五年將投資超過2萬億元，推進(jìn)電網(wǎng)轉(zhuǎn)型升級(jí)。

而以下三個(gè)方向，又顯得尤為重要

1） 繼續(xù)加快特高壓建設(shè)

由于我國的火電和水電主要分布在西北和西南地區(qū)，但用電卻在東部，決定了我國電力遠(yuǎn)距離跨省輸送的格局。早在1999年，我國就提出西電東送，將西北地區(qū)的水電和火電輸送到珠三角、長(zhǎng)三角和京津唐等地區(qū)，不過那時(shí)候的電壓等級(jí)低導(dǎo)致輸送容量小、損耗大。

從2004年開始，國家電網(wǎng)提出了建設(shè)以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架、各級(jí)電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的堅(jiān)強(qiáng)國家電網(wǎng)概念。所謂特高壓，是指電壓等級(jí)在交流1000千伏及以上和直流±800千伏及以上的輸電技術(shù)，具有輸送容量大、距離遠(yuǎn)、效率高和損耗低等技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

從2009年我國建成世界上首條1000千伏特高壓輸變電工程開始，特高壓的建設(shè)一直作為電網(wǎng)建設(shè)的重中之重。截至2020年底，我國已建成“14交16直”共計(jì)30條在運(yùn)特高壓線路。按照“十四五”的規(guī)劃，期間將建成7回特高壓直流，500千伏及以上電網(wǎng)建設(shè)投資約7000億元，特高壓建設(shè)將迎來第二輪建設(shè)高峰期。

今年以來特高壓指數(shù)累計(jì)漲幅達(dá)39．22％，其中特變電工（SH600089）、四方股份（SH601126）、思源電氣（SZ002028）等特高壓概念股相繼在9月初創(chuàng)下歷史新高。

圖國家電網(wǎng)在建在運(yùn)特高壓工程示意圖，資料來源國家電網(wǎng)官網(wǎng)

2） 儲(chǔ)能技術(shù)提升電力調(diào)節(jié)能力

由于電能即發(fā)即用，無法直接儲(chǔ)存，建設(shè)以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)核心挑戰(zhàn)就是新能源的間歇性。電力系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力在新型電力系統(tǒng)中的重要性不言而喻，而這主要靠?jī)?chǔ)能。

儲(chǔ)能的形式多樣，目前裝機(jī)量最大的是抽水儲(chǔ)能，占比達(dá)89．26％，其次是電化學(xué)儲(chǔ)能，占比9．2％。與新能源發(fā)電裝機(jī)相比，儲(chǔ)能的規(guī)模還微不足道，截至2020年底，中國已投運(yùn)儲(chǔ)能項(xiàng)目累計(jì)裝機(jī)規(guī)模為35．6GW，在構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的背景之下，儲(chǔ)能行業(yè)的發(fā)展將迎來爆發(fā)。

值得一提的是，鋰電儲(chǔ)能憑借能量密度高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、響應(yīng)時(shí)間更快、適應(yīng)場(chǎng)景豐富等特點(diǎn)，已經(jīng)成為新型儲(chǔ)能的主流路線。國內(nèi)鋰電儲(chǔ)能占新增電化學(xué)儲(chǔ)能的比例從2017年51％上升到2020年的的99％。

今年7月23日，發(fā)改委下發(fā)《關(guān)于加快推動(dòng)新型儲(chǔ)能發(fā)展的指導(dǎo)意見》，首次從國家層面提出到2025年新型儲(chǔ)能裝機(jī)規(guī)模達(dá)3000萬千瓦以上的目標(biāo)，未來五年裝機(jī)規(guī)模將擴(kuò)大10倍。今年年初，寧德時(shí)代（SZ300750）和永福股份（SZ300712）已經(jīng)達(dá)成儲(chǔ)能領(lǐng)域的深度合作；另外，隆基股份（SH601012）、晶澳科技（SZ002459）等光伏龍頭也開始布局儲(chǔ)能。

最后講講氫儲(chǔ)能，雖說現(xiàn)階段還處在商業(yè)化早期，但隨著氫燃料電池成本的下降，長(zhǎng)周期、大規(guī)模儲(chǔ)能前景最大的可能還是氫能，比如夏季光伏出力高峰，電力充沛的時(shí)候，便可以通過光伏制氫來大量?jī)?chǔ)存，待冬季雨雪天氣通過燃料電池發(fā)電并入電網(wǎng)。

3） 提高電網(wǎng)智能化水平

智能化，是最容易被忽視的一點(diǎn)，好像電力系統(tǒng)就是大老粗的基礎(chǔ)設(shè)施，沒什么技術(shù)含量，但了解過國內(nèi)的電力輸配系統(tǒng)你就不會(huì)這么想，而新能源發(fā)電占比的提升，對(duì)電力智能化提出更高的要求，因?yàn)槠浒l(fā)電端的可預(yù)測(cè)性和穩(wěn)定性都會(huì)大大降低。

因此隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大、能源革命，電力系統(tǒng)的復(fù)雜度將會(huì)成倍增加。這樣勢(shì)必要求新型電力系統(tǒng)具備更精準(zhǔn)、更快速的控制能力，提升電網(wǎng)智能化、自動(dòng)化水平勢(shì)在必行。當(dāng)前大家開始關(guān)注的標(biāo)的包括國電南瑞（SH600406）、許繼電氣（SZ000400）、杭州柯林（SH688611）等智能電網(wǎng)企業(yè)。

由于電網(wǎng)智能化改造仍處在早期，未來這個(gè)領(lǐng)域可能出現(xiàn)更多的新的名字，成為孕育專精特新的又一沃土，值得重點(diǎn)關(guān)注跟蹤。