- 1 - 敬请参阅最后一页特别声明 市场数据 (人民币） 市场优化平均市盈率 18.90 国金电力、煤气及水等公用 事业指数 3776 沪深 300 指数 4769 上证指数 3427 深证成指 14254 中小板综指 13307 相关报告 1.保消纳推动储能高成长，地方扶持氢能 大发展 -国金公用碳中和周报， 2021.8.16 5.用电看经济： 10 月用电放缓 -电力 10 月 月报， 2020.12.14 牛波 分析师 SAC 执业编号： S1130520060001 niubo 新型电力 系统 的 万亿 产业机遇 （一）：系统画像 行业观点 “源、网、荷”发生深刻变化，双碳政策推动电力系统转型 。 “十四 五”是碳达峰的关键期、窗口期，以新能源为主体的新型电力系统成为 实现双碳目标的重要抓手。我们 从源网荷的角度为 新型电力系统 构建 画 像如下 ： 在用电侧，去碳化高度依靠电气化率提升 ， 导致用电负荷愈加 多样性 ； 在发电侧，新能源装机与发电量大幅提升，系统向离散控制模 式发展 ；在电网侧，新能源要求电力系统高度灵活，确保电力实时平衡 与安全运行 。 可再生 能源的 间歇性、能量密度小 的 特性， 为电力系统带来诸多挑战 。 一 是 能源结构转变增加电力负荷复杂性 ， 消费升级促进我国经济结构发 生转变 并推动 用能 结构改变， 消费、制造业、居民等行业用电增加扩大 峰谷差，同时增加负荷预测难度，难以精准匹配供需； 高峰 用电负荷大 增 、 有效发电容量不足导致缺电 ； 二 是 可再生能源间歇性 、 波动性 、能 量密度小等特性导致系统趋向离散不可控，风光 装机规模扩大对常规能 源迅速调峰提出更高要求 ；三是高比例可再生导致系统成本加大，德国 经验表明 当电力系统中可再生能源发电达到 30-40%时，系统消纳成本 在度电 0.19-0.27 元人民币 ，高比例可再生导致电源、电网和系统调峰 成本相应 增加，叠加 碳中和限煤促转型推 高 煤 价造成的煤 电成本 高企必 然带来电力系统成本大幅增加； 四是 适合新型电力系统发展的电价机制 缺失 ，一方面仍然存在交叉补贴严重、行政干预电价等问题，另一方面 现货市场尚不成熟，缺乏辅助服务市场、容量市场、输电权市场等配套 机制，同时 严格压降输配电成本 的监管 思路，难以发挥电网主动性 。 技术与政策多举措并行，共建协同新型电力系统。 针对前述问题， 电网 需要 建立精准的供需预测体系，攻克系统调度难题； 大力推进 能源互联 网 建设助力 高比例新能源 消纳，推进 特高压 建设 积极保障零碳能源远程 消纳 ，同时 推动配电网 数字化、智能化升级转型；在系统中 推动火电灵 活性改造 的同时，大力发展 储能 支撑系统调频与调峰需求，积极调动 电 动汽车电池参与需求响应 ；在政策领域， 完善电力市场机制体制，还原 电力商品 属性 ，推动 包括发电成本、辅助服务费用 向电力市场用户传 导 ； 科学合理核定输配电价，保障电网发展经营能力，维持电网可持续 发展和国家重大战略 。 投资建议 “双碳” 目标下，新型电力系统推动电网向能源互联网升级，展望“十 四五”电网建设投资，总体规模会随着可再生比例不断增加而逐步加 大，建议关注国电南瑞、 国网信通 ； 新能源汽车高速发展 ， 促进汽车电池 通过 智能充电桩有序充电 ，参与电 网削峰填谷 ， 建议关注 特锐德（电新组覆盖） ； 碳中和导致的高煤电成本带动发电侧电价上涨，具备清洁能源、调峰能 力与低成本属性的水电盈利能力有望增强。推荐市场化占比高、价格上 升期的华能水电，建议关注长江电力。 风险提示 经济增速下行风险，政策不 达 预期，计算机等新动能发展制约产业升 级，风光发电受电网灵活性与价格制约消纳不达预期。 3294 3514 3735 3955 4175 4395 4616 20 08 20 20 11 20 21 02 20 21 05 20 21 08 20 国金行业 沪深 300 2021年 08月 20 日 资源与环境研究中心 电力、煤气及水等公用事业 行业研究 买入 （ 维持评级 ） ) 行业深度研究 证券研究报告 用使司公限有理管金基银瑞投国供仅告报此 此报告仅供国投瑞银基金管理有限公司使用 行业深度研究 - 2 - 敬请参阅最后一页特别声明 内容目录 引言 .4 一、 “源、网、荷 ”发生深刻变革，新型电力系统自画像 .4 二、可再生间歇性、能量密度小特性，带来电力系统诸多挑战 .7 挑战一：能源结构转变增加电力负荷复杂性 .7 挑战二：可再生能源间歇性与波动性对电网灵活性要求高 .9 挑战三：可再生离散不可控性不断加大电力系统成本 . 11 挑战四：适合新型电力系统发展的电价机制缺失 .13 三、技术与政策多举措并行，共建协同新型电力系统 .14 四、投资建议 .18 五、风险提示 .18 图表目录 图表 1：新型电力系统投资逻辑 .4 图表 2：碳中和情景分品种能源消费量（万吨标煤） .5 图表 3：全社会用电量及增速 .5 图表 4：电力在终端消费中的占比（ %） .5 图表 5：不同情景下非水可在生装机功率（亿 KW） .6 图表 6：不同情景下非水可再生发电占比（ %） .6 图表 7：新能源占比加大后的新型电力系统画像 .7 图表 8：碳中和背景下重要 时间节点的经济结构调整（ %） .7 图表 9：分部门能源消费占比（ %） .8 图表 10：中国电网最高用电负荷（万 KW） .8 图表 11： 2018-2020 年月度负荷与发电量的增速对比 .9 图表 12：华东月度用电负荷增速（ %） .9 图表 13：华南月度用电负荷增速（ %） .9 图表 14：常规火电和风电的并网分析模型 .10 图表 15：某省某典型日风电出力和负荷曲线（ PU） .10 图表 16：新能源装机结构与发电结构对比（ %） .10 图表 17：加州 “鸭子曲线 ”：净负荷随太阳能发电规模增加而增加 .10 图表 18：中国电力系统灵活性状况 . 11 图表 19：欧洲 2015-2021 年电价上涨 . 11 图表 20： 2008-2020 年火电 /风电投资与单位投资比 .12 图表 21： 2008-2020 年电源投资 vs 电网投资 .12 图表 22： 2015-2030 年分电源新增装机容量 .12 图表 23： 2016-2021 煤炭产量和增 速（至 2021.6） .13 图表 24： 秦皇岛动力煤 Q4500 价格指数（元 /吨） .13 图表 25：动力煤价格指数（ CCI5000）与成本的关系 .13 行业深度研究 - 3 - 敬请参阅最后一页特别声明 图表 26：国家电网特高压工程示意图 .15 图表 27：国家电网 2020 年建设进程 .16 图表 28： 源网荷储一体化和多能互补示意图 .16 行业深度研究 - 4 - 敬请参阅最后一页特别声明 引言 中央财经委员会第九次会议首次提出“构建以新能源为主体的新型电力系统”， 我们梳理传统煤电为主的电力系统向新型电力系统转换中所面临的挑战， 并寻求相关解决方案， 藉此发现其中包含的投资机会。 我们有别于其他券商的观点是新型电力系统的离散不可控特点， 大幅增加电力 系统成本，有必要通过电力市场化将成本向下游传导，未来必然提高终端 用户电价。高比例可再生提高 电网投资规模的同时，受配网升级影响，提 升电网智能化、计算机化带来电网电气设备、软件工程供应商的相关投资 机会；中 长期随着电力市场化发展，碳中和带来的煤电成本增加推动发电 电价上涨，利好清洁的低成本大型水电运营商。 具体投资逻如下： 图表 1：新型电力系统投资逻辑 来源：国金证券研究所根据公开信息整理 一、“源、网、荷”发生深刻变革，新型电力系统自画像 双碳政策成就可再生能源主力军地位。 二氧化碳排放力争于 2030 年前达到峰 值，努力争取 2060 年前实现碳中和（双碳政策）的目标对电力系统带来 变化。 根据我们测算，至 2060 年 ， 在碳中和 背 景下，水电、核电、风光 等非化石能源占比将从 2020 年的 16.4%增加到 87.3%，取代煤炭，成为 中国能源供应的中流砥柱；原油从 2020 年的 16.4%降低到 5.42%；原煤 由 2020 年的 56.1%下降至 5.69%；天然气受氢能挤压由 2020 年的 8.5% 下降至 1%。煤炭、原油和天然气分别于 2023、 2027 和 2040 年达峰。 挑战 解决 方案 投资机遇 挑战 1 ：能源结构转变增加电力负荷复杂性 制造业 与服务业 增长的不确定性， 使得 中长期 的输电规划面临挑战 大规模制造业的间歇性负荷模式为负荷的预测、 调度和操作带来 困难 建立精准的供需预测体系，攻克系统调度 难题 采取 先进的负荷估算和预测技术，强化电力系统 故障防御体系，构建运行风险主动防控体系 预测精度与调度难度加大，提升计算机与通信 设施等二次设备在电网投资中的占比，利好 国 网信通、梦网荣信、四方股份 挑战 2 ：可再生能源间歇性与波动性对电网灵活性 要求高 可再生能源间歇性、波动性、能量密度小等特 性导致系统趋向离散不可控 风光装机规模扩大对常规能源迅速调峰提出更 高要求 能源互联网是消纳高比例新能源的核心枢纽：特 高压积极保障零碳能源远程消纳；源荷变化推动 配电网升级转型数字化、智能化；同时推进源网 荷储一体化和多能互补发展 推动火电灵活性改造，并强化调峰政策引导 储能成为电力系统灵活性的重要支撑，由发电侧 配少量储能、电动汽车电池参与需求响应提高 电 网资产利用率 可再生能源的分散式特性不断强化升级配网利 好 国电南瑞、中国西电、许继电气、思源电气 储能政策明确发电侧承担保障小时外消纳任务， 明确发电 侧储能配置要求 ，打开千亿级储能 市 场， 关注储能逆变器、电池、系统集成相关公 司： 阳光电源、宁德时代、南都电源 汽车电池通过智能充电桩的有序充电，参与电 网削峰填谷，充电桩行业布局扩大利好智能充 电桩生产 厂家： 特 锐德、国电南自 挑战 3 ：可再生离散不可控性不断加大电力系统成 本 德国 经验表明当电力系统中可再生能源发电达 到 30 - 4 0 % 时，系统消纳成本在度电 0 . 1 9 - 0 . 2 7 元人民币 高比例可再生导致电源、电网和系统调峰成本 相应增加 碳中和限煤促转型推高煤价造成的煤电成本高 企 促进经济向低能耗高承受力行业结构转变 通过电力市场化实现成本向终端用户传导 电价上升带来的经济刺激促进终端用户减少用电 量 中长期，随着经济结构不断转换，企业能源成 本占比下降为涨电价创造一定空间，碳中和导 致的高煤电成本带动发电侧电价上涨，具备清 洁能源、调峰能力与低成本属性的水电盈利能 力有望增强。推荐市场化占比高、价格上升期 的 华能水电 ，建议关注 长江电力 。 挑战 4 ：适合新型电力系统发展的电价机制缺失 存在 交叉补贴严重、行政干预电价 现货市场尚不成熟，缺乏辅助服务市场、容量 市场、输电权市场等配套机制 严格压降输配电成本的监管思路，难以发挥电 网主动性 完善电力市场机制体制，还原电力商品 属性 同步推进电力现货市场与辅助服务市场建设，按 照“谁使用谁分摊”原则，推动辅助服务费用向 电力市场用户传导 科学合理核定输配电价，保障电网发展经营能力， 维持电网可持续发展和国家重大战略落实 行业深度研究 - 5 - 敬请参阅最后一页特别声明 图表 2：碳中和情景分品种能源消费量（万吨标煤） 来源：中国统计年鉴，国家统计局，国金证券研究所 2021 年 3 月 15 日中央财经委员会第九次会议指出，“十四五”是碳达峰的 关键期、窗口期，要重点做好以下几项工作。要构建清洁低碳安全高效的 能源体系，控制化石能源总量，着力提高利用效能，实施可再生能源替代 行动，深化电力体制改革，构建以新能源为主体的新型电力系统。 我们 从 网荷的 角度 为新型电力系统 画像如下 ： 一是在 用电侧 ，去碳化高度依靠电气化率提升， 用电负荷愈加多样。 减少 来自于化石燃料的燃烧的二氧化碳排放 ， 主要路径之一是提高终端电气化 比例。电能占终端能源消费的比重代表电力替代煤炭、石油、天然气等其 它能源的程度，是衡量一个国家终端能源消费结构和电气化程度的重要指 标。电能是清洁、高效、便利的终端能源载体，在大力推进低碳发展，大 规模开发可再生能源，积极应对气候变化的全球发展趋势下，提高电能占 终端能源消费比例已成为世界各国的普遍选择。至 2060 年，中国电力在 终端能源消费中的占比将由 2020 年的 27.7%增加到 2060 年的 57%。 图表 3：全社会用电量及增速 图表 4：电力在终端消费中的占比（ %） 来源：中国统计年鉴，国家统计局，国金证券研究所 来源：中国统计年鉴，国家统计局，国金证券研究所 二是在 发电侧 ， 新能源装机与发电量大幅提升，系统向离散控制模式发展。 根据我们的测算，至 2060 年，高碳、碳中和及零碳情景中，风光发电占 比将由 2020 年的 9.9%分别增加至 74.1%、 78.1%和 86.3%，风光合计装 机分别达到 65.3 亿千瓦、 71.3 亿千瓦和 74.3 亿千瓦。可再生能源成为电 量主体后，其单机容量小、数量众多、布点分散、特性多样的特点 ， 改变 过往以煤电为主的同质化大容量常规发电机组具有连续调节和控制能力的 特征，相应地，带来整个电力系统由集中控制模式像电力电子设备采用基 于速切换的离散控制模式发展。 -2% -1% 0% 1% 2% 3% 4% 5% 6% 7% 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 20 20 22 E 20 24 E 20 26 E 20 28 E 20 30 E 20 32 E 20 34 E 20 36 E 20 38 E 20 40 E 20 42 E 20 44 E 20 46 E 20 48 E 20 50 E 20 52 E 20 54 E 20 56 E 20 58 E 20 60 E 全社会用电量（万亿 Kwh） 增速 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 20 20 20 22 E 20 24 E 20 26 E 20 28 E 20 30 E 20 32 E 20 34 E 20 36 E 20 38 E 20 40 E 20 42 E 20 44 E 20 46 E 20 48 E 20 50 E 20 52 E 20 54 E 20 56 E 20 58 E 20 60 E 电力在终端消费的占比 行业深度研究 - 6 - 敬请参阅最后一页特别声明 图表 5：不同情景下非水可在生装机功率（亿 KW） 图表 6：不同情景下非水可再生发电占比（ %） 来源：中国统计年鉴，国家统计局，国金证券研究所 来源：中国统计年鉴，国家统计局，国金证券研究所 三是在 电网侧 ， 新能源要求电力系统高度灵活，确保电力实时平衡与安全 运行。 在传统电力系统由高碳电力系统向深度低碳或零碳电力系统转变转变的过 程中，电力系统发生了颠覆性的改变。 1） 由高转动惯量系统向弱转动惯量系统转变 。传统电网规模扩大时，系统 转动惯量会相应增大，两者基本成正比关系；而新型电力系统的情况却相 反，太阳能和风电的装机容量越大，火电被替代数量越多，系统的转动惯 量则变得越小 。 2） 机械电磁为主的系统向以电力电子器件为主的系统转变使。传统电网是 以 交流同步发电机主导的交流电网， 新型电力系统则 拥有高比例变流器的 交直流混联电网。 3） 由确定性可控连续电源向不确定性随机波动电源转变 。传统电源出力基 本稳定可控，新能源出力则具有波动性和间歇性。这些技术特性的变化， 对新型电力系统的安全稳定性带来严峻挑战 ，新型电力系统将通过广泛互 联互通推动电网向能源互联网演进。 4） 储能成为电力系统不可或缺的第四要素。工程的实际需要和技术的进步， 使储能与电源、电网、负荷并列，成为新型电力系统不可或缺的第四要素， 传统电力发供用同时完成的特性正在部分被改变。遍布电网各式各样的储 能设备和储能系统，创造了电力电量平衡的新模式，如电动汽车的充放电。 “储电于民”是新型电力系统的一个显著特征。 5） 输配电网的关系发生根本性变化。 新型电力系统使得输配电网间形成双 向互动互助、协调共生的关系。源网荷储一体使得 配电网由原来单纯的供 电网，变成可以进行自我平衡的局域电网。从 电网全局看，输电网处于中 心枢纽地位，类似一个“大蓄水池”，配电网围绕其四周，像无数“小蓄水 池”。配电网则在为用户提供服务的同时，遵循技术规律和运行规程要求， 尽其所能为全网的安全稳定 做 出应有贡献（如实施需求响应等） ；输电网则 提供了随时吸收或补充配电网的盈余或缺额，为配电网的可靠供电提供保 障的功能 。 0 0.5 1 1.5 2 2.5 20 20 20 22 E 20 24 E 20 26 E 20 28 E 20 30 E 20 32 E 20 34 E 20 36 E 20 38 E 20 40 E 20 42 E 20 44 E 20 46 E 20 48 E 20 50 E 20 52 E 20 54 E 20 56 E 20 58 E 20 60 E 零碳情景（亿 KW） 碳中和情景（亿 KW） 高碳情景（亿 KW） 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% 20 20 20 22 E 20 24 E 20 26 E 20 28 E 20 30 E 20 32 E 20 34 E 20 36 E 20 38 E 20 40 E 20 42 E 20 44 E 20 46 E 20 48 E 20 50 E 20 52 E 20 54 E 20 56 E 20 58 E 20 60 E 零碳情景（ %） 碳中和情景（ %） 高碳情景（ %） 行业深度研究 - 7 - 敬请参阅最后一页特别声明 图表 7： 新能源占比加大后的新型电力系统画像 电力系统生产结构 电力系统技术基础 电力系统控制基础 储能技术多场景化 一次能源供应主体： 由煤、 水等常规能源转向光、风等 新能源。 传统电力系统： 以交流电技术为基 础，常规电源通过机械旋转部件带 动同步发电机并网，以机电 电磁 耦合作用实现同步运行。 传统电力系统： 控制 是同质化 大容量常规发电机组，具有连 续调节和控制能力，采用集中 控制模式。 储能应用场景复杂性 ：针对特 定场景选择合适的储能技术进 行开发将是未来储能技术发展 的主旋律。 电源出力高度不确定性： 新 能源供应的随机、波动和间 歇性。 新能源机组 ：通过静止式电力电子 装臵并网，依赖锁相环等控制机制 实现同步，交流电力系统同步运行 机理由屋里特性主导转向人为 控制 算法主导。 新能源机组： 单机容量小、数 量众多、布点分散、特性多 样，电力电子设备采用基于快 速切换的离散控制。 功率型储能技术： 超导储能， 飞轮储能，超级电容以及钛酸 锂电池，适合毫秒级至分钟级 别的应用场景。 供电资源开发： 新能源资源 不能运输或存储，只能就地 按照资源分布进行集中或分 散式开发。 能量型储能技术： 抽水蓄能、 锂离子电池、钠硫电池、压缩 空气及氢储能，适合小时级别 以上的应用场景。 来源：国金证券研究所整理 二、可再生间歇性、能量密度小特性，带来电力系统诸多挑战 挑战一 ：能源结构转变增加电力负荷复杂性 消费升级促进我国经济结构发生转变。 构建以国内大循环为主体，国内国 际双循环相互促进的新发展格局下，我国将以消费升级促进产业结构高度 化，以自主创新促进价值链高度化，大力推动产业结构转型升级。根据我 们预测，产业升级使得中国经济的工业占比将由 2019 年的 41.8%下降至 2060 年的 36.6%，且在细分结构中，高端制造业、先进装备等产业占比进 一步上升取代钢铁等高耗能产业；房地产与基础设施建设的放缓与减少带 来建筑业占比从 2019 年的 6.3%下降至 3.9%；批零、住宿和餐饮则从 2019 年的 15%增加至 21.3%；其他三产从 25.4%增加至 29.1%。 图表 8：碳中和背景下重要时间节点的经济结构调整 （ %） 来源：中国统计年鉴，国家统计局，国金证券研究所 用能结构变化 ， 增加负荷预测难度 。 居民用能占比从 2019 年的 12.1%增 加至 2060 年的 15.3%，增幅最大的交通运输部门用能占比从 2019 年的 9.7%提高至 2060 年的 28.3%，而工业用能则由 65.6%降至 37.4%。 产业 转型带来用电结构转型，制造业向高端 发展，服务业不断扩大，可中断负 荷占比增加，加大峰谷差 ； 更多新能源车辆的应用带来交通部门用电负荷 0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% 40% 45% 农业 工业 建筑业 交通运输、仓储和邮政业 零售业和住宿、餐饮业 其他三产 2060 2035 2019 行业深度研究 - 8 - 敬请参阅最后一页特别声明 增加 ； 建筑部门电气化带来居民用电负荷增加， 进一步加剧 峰谷差大 。与 此同时， 制造业与服务业增长的不确定性，使得中长期的输电规划面临 挑 战， 大规模制造业的间歇性负荷模式为负荷的预测、调度和操作带来困难 。 图表 9： 分部门能源消费占比（ %） 来源：中国统计年鉴，国家统计局，国金证券研究所 高峰 负荷 大增 ， 有效发电 容量 不足 导致缺电频繁 。 三产与居民用电占比不 断增加导致高峰用电负荷不断增加 ，与此同时， 具有随机 波动性 的 风光 占 比提高使得有效发电 容量 不足、以及煤价高涨导致部分地区缺电 、可控性 差的电源占比增加 。 2020 年 12 月，我国湖南、浙江、内蒙、江西等地由 于气温下降、生产恢复等不同原因用电负荷攀升，其中湖南全省最大负荷 达 3100 万千瓦超过冬季历史记录（仍低于夏季高峰），日最大用电量超过 6 亿千瓦时，同比增长 14%。而受 “双控目标”、 燃 料价高 、水库缺水、风 力发电受冰冻影响无法有效发电以及外来电减少等影响，上述省份不得已 因电力供应短缺而启动限电措施 。 2021 年 5 月 21 日，广东省电网最高负 荷需求超过 2 亿千瓦，广东超过 1.3 亿千瓦，创下历史新高。广东省 21 个 地级市开始限电，广州市更成为首个实施错峰用电的城市； 2021 年 5 月和 7 月，云南省分别要求当地金属生产商两次降低电力消耗； 2021 年 7 月， 西安部分区域因“过负荷”、“线路故障”等处于停电状态。 图表 10：中国电网最高用电负荷（万 KW） 来源： wind，国金证券研究 所 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 农业 工业 建筑业 交通运输、仓储和邮政业 批发、零售业和住宿、餐饮业 其他三产 居民 2060 2035 2019 - 20,000 40,000 60,000 80,000 100,000 120,000 2月 3月 4月 5月 6月 7月 8月 9月 10月 11月 2016 2017 2018 2019 2020 行业深度研究 - 9 - 敬请参阅最后一页特别声明 图表 11： 2018-2020 年月度负荷与发电量的增速对比 来源： wind，国金证券研究所 图表 12： 华东月度用电负荷增速 （ %） 图表 13： 华南月度用电负荷增速 （ %） 来源：中国碳交易网， 国金证券研究所 来源：中国碳交易网， 国金证券研究所 挑战二： 可再生 能源间歇性与波动性对电网灵活性要求高 可再生能源 出力 存在 随机 性与 波动性。 常规火电机组的可靠性具有平抑电 网运行中由于运行方式或负荷变化引起的不平衡功率的能力及可以“穿越” 电网扰动的能力，具有较强的致稳性和抗扰性；风电日波动最大幅度可达 装机容量的 80%，随机波动性使得风电无法响应系统中出现的功率不平衡， 且难以“穿越”电网扰动，因而具有弱致稳性和弱抗扰性。 风 光 具有“极热无风” 、 “晚峰无光”的反调峰特性。 将给电网带来 15% 30%反调峰压力，尤其在极热极寒无风、连续阴雨等特殊天气下。 2021 年 1 月上旬全国大范围寒潮期间，晚高峰时段新能源出力仅为装机的 13%， 电力供应保障问题已经显现 。 -40.0% -20.0% 0.0% 20.0% 40.0% 最高负荷增速 发电量增速 -30% -20% -10% 0% 10% 20% 30% 20 18 -03 20 18 -06 20 18 -09 20 18 -12 20 19 -03 20 19 -06 20 19 -09 20 19 -12 20 20 -03 20 20 -06 20 20 -09 20 20 -12 20 21 -03 20 21 -06 -30% -20% -10% 0% 10% 20% 30% 20 18 -03 20 18 -06 20 18 -09 20 18 -12 20 19 -03 20 19 -06 20 19 -09 20 19 -12 20 20 -03 20 20 -06 20 20 -09 20 20 -12 20 21 -03 20 21 -06 行业深度研究 - 10 - 敬请参阅最后一页特别声明 图表 14： 常规火电和风电的并网分析模型 图表 15： 某省某典型日风电出力和负荷曲线 （ PU） 来源：中国碳交易网， 国金证券研究所 来源：新能源消纳关键因素分析及解决措施研究， 国金证券研究所 光伏装机规模扩大对常规能源迅速调峰提出更高要求。 以 加州地区为例， 春季阳光充足，白天太阳能出力较高，太阳能装机规模的不断扩大对电力 系统其他电源迅速调峰的要求不断提高。 2020 年电力系统在下午 3 点到傍 晚 6 点太阳能无法发电时，电力系统仅需快速填补约 2Gwh 以满足傍晚用 电高峰需求；这一数据在 2016 年达到约 12Gwh，在 2020 年达到 14Gwh。 除了灵活性，高比例可再生情况下，当可调峰机组的利用率将不断下降， 调峰电源也需要一定经济补偿。 图表 16： 新能源装机结构与发电结构对比 （ %） 图表 17： 加州“鸭子曲线”：净负荷随太阳能发电规模增加 而增加 来源：中国碳交易网， 国金证券研究所 来源： California Independent System Operator， 国金证券研究所 高比例可再生要求 增强和改善电力系统灵活性： 电力系统灵活性指在某一 时间尺度下，满足电网运行、经济约束，电力系统快速而有效地调配现有 资源，匹配负荷波动和可再生能源出力随机变化的能力。 “供过于求”情景 下，“向下调节”减少出力的灵活性不足是造成弃风、弃光的重要原因； “供不应求”情景下，“向上调节”增加出力的灵活性不足是导致电力短缺 的重要原因。 目前中国以煤电为主的电力系统灵活性调节能力欠缺、电网 调度运行方式较为僵化，已成为高比例可再生能源并网消 纳的掣肘。为实 现国家双碳承诺，重点在电网侧对现有电力系统进行全方位的改进和升级 以增强其灵活性。 0.5 0.55 0.6 0.65 0.7 0.75 0.8 0.85 0.30 0.34 0.38 0.42 0.46 0.50 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 负荷 /pu 风电 /pu 风电（ pu） 负荷（ pu） 行业深度研究 - 11 - 敬请参阅最后一页特别声明 图表 18：中国电力系统灵活性状况 来源：中国电力系统灵活性的多元提升路径研究，国际环保组织绿色和平与袁家海教授研究团队，国金证券研究所 挑战 三 ： 可再生离散不可控性不断加大 电力系统成本 英国剑桥大学经济学家 Pollit 教授近期撰文称“能源不可能三角仍然发挥作 用， 德国用户从 2000 年可再生能源法案（ EEG）开始实施以来，到 2015 年，已经为可再生支付了约 1 万亿元人民币。当电力系统中可再生能源发 电达到 30-40%时，系统消纳成本在度电 0.19-0.27 元人民币 ” 。 根据欧洲 能源局数据统计， 2015 年至 2021 年，欧洲整体电价上升约 10%，部分对 用能质量要求高的客户电价上升约 30%。 图表 19：欧洲 2015-2021 年电价上涨 来源：欧洲能源局，国金证券研究所 由于我国幅员辽阔，各区域电力系统特征不一，电力系统复杂性高，高比 例可再生对系统成本的增加包括以下几方面： 低有效容量 可再生 不断抬高电源投资成本 。 尽管存在并网新增容量与投资 的时间错配，历史单位风电与火电单位投资比始终维持在 2 倍以上 。新能 源“大装机、小电量”特点突出，发电量占比低于装机容量占比；风电、 光伏多年平均利用小时数分别约为 1900、 1200 小时，远低于燃煤平均 4500 左右的利用小时数，因此 ， 2021-2030 年，由于 需要更多 风光 装机来 行业深度研究 - 12 - 敬请参阅最后一页特别声明 满足新增用电负荷的需求 ，年新增总装机量由“十三五”的 131GW 分别 增加到“十四五”与“十五五”年均 142GW 和 169GW。 图表 20： 2008-2020 年火电 /风电投资与单位投资比 图表 21： 2008-2020 年电源投资 vs电网投资 来源： wind， 国金证券研究所 来源： wind， 国金证券研究所 电网投资随着可再生规模扩大而加大。 长期以来电网与电源成本呈 1:1 投 资比例。 其中出现四年电网投资占电力系统投资比重远高于电源的情况， 包括 2009 年由于 “四万亿 计划”刺激全国电网投资增速高达 34.66%的特 殊情况，我国电网投资整体自 2012 年来稳健增长，受益于特高压工程的 集中投放； 2016 年为加强新能源消纳，电网投资增速达 16.94%，之后的 2017 和 2018 年由于光伏风电投资比重增加，电网投资占比均远超电源投 资。未来，随着可再生电源比例的增加，下列电网投资将进一步增加： 1） 加强 750KV 以下输电系统建设，包括跨省跨区输电工程、 省间输电工程 和 省内输电通道 ； 2）加大配电网建设，包括提高配电自动化，深入开展城市 配电网供电可靠性提升工程和县域配电网供电可靠性管理 ，以及推动农网 改造升级； 3）升级调度系统， 搭建新一代智能电网运行控制平台 ， 提升新 能源预测技术 ； 4） 加强分布式光伏管理。 图表 22： 2015-2030 年分电源新增装机容量 来源：国家电网，国金证券研究所 碳中和限煤促转型推 动煤电 成本维持高位。 2021 年， 煤价 创 10 年新高。 从供给端看，一方面，主产地安全、环保政策收紧，煤炭增产受限。国家 统计局数据表明 2021 年 4 月份，全国原煤产量 3.2 亿吨，同比下降 1.8%； 另一方面，受全球经济复苏推动和美元超发等宽松货币政策影响，资金持 续流入顺周期板块，国际煤价和国际海运费延续涨势，进口煤到岸价优势 弱化，叠加中澳关系再度紧张等因素，进口煤明显收缩；从需求端看，我 国经济持续向好发展，国外疫情反复，制造业订单加速回流国内，带动用 电需求明显增加。 2021 年 1-6 月，全国全社会用电量 39339 亿千瓦时，同 0% 50% 100% 150% 200% 250% 300% 350% 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 火电投资（亿元） 风电投资（亿元） 火电投资 /风电投资 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 0% 20% 40% 60% 80% 100% 电网基本建设投资完成额（亿元） 电源基本建设投资完成额（亿元） 电源投资额 /电网投资额 行业深度研究 - 13 - 敬请参阅最后一页特别声明 比增长 16.2%。尽管目前， 全国合计新增优质先进产能 1.4 亿吨 /年以上， 其中在建煤矿投产 9000 万吨 /年左右，在产煤矿核增产能约 3000 万吨 /年 。 但 产能建设需要 2-3 年时间，且 产煤资源省份及煤炭生产企业或通过“以 价补量”的手段 维持煤炭供应紧平衡状态，保持“十四五” CCI5000 煤价 中枢稳定在 600 元 /吨左右， 按照度电耗煤 300g/千瓦时计算， 度电燃料成 本约 0.27 元 /千瓦时，加上 运费、 固定与其他变动成本，度电综合成本约 0.40 元 /千瓦时，以 江苏省燃煤发电机组 基准电价 为 0.391 元 /千瓦时 (含脱 硫、脱硝和除尘电价 )，市场电价格约 0.37 元 /千瓦时 ，高煤价将导致大部 分没有长协的电厂亏损 。据此， 由于碳中和带来的煤价高企样会使得电力 成本增加。 图表 23： 2016-2021 煤炭产量和增速（至 2021.6） 图表 24： 秦皇岛动力煤 Q4500 价格指数（元 /吨） 来源：中商情报网，国金证券研究所 来源： 秦皇岛煤炭 网，国金证券研究所 图表 25：动力煤价格指数（ CCI5000）与成本的关系 来源： wind，国金证券研究所 高比例可再生导致调峰成本不断增加 。 可再生能源 需要 依靠电网消纳， 由 于 新能源装机有效容量比较低，难以满足电力实时平衡的要求，为满足电 力平衡要求，煤电装机 需要 发挥“托底保供”的作用。 由于煤电 更多地参 与系统调节，多数时间运行在低于额定功率下，年利用小时数势必要下降 。 煤电的发电量与有效容量难以匹配，成为 “小发电电量、大有效容量”发 电技术 ，因此产生较高的容量费用； 煤电灵活性改造 会产生 500-1500 元 / 千瓦的改造成本； 煤电机组低负荷运行时，煤耗增加、能效下降， 单位发 电成本增加。煤电由于调峰而产生的费用都需要 获得经济补偿，最终传导 至消费终端。 挑战 四 ： 适合 新型电力系统发展的电价机制 缺失 0% 1% 2% 3% 4% 5% 6% 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 2016 2017 2018 2019 2020 2020H1 中国原煤产量（亿吨） 增速（ %） 0 100 200 300 400 500 600 700 800 20 15 /1/ 30 20 15 /7/ 30 20 16 /1/ 30 20 16 /7/ 30 20 17 /1/ 30 20 17 /7/ 30 20 18 /1/ 30 20 18 /7/ 30 20 19 /1/ 30 20 19 /7/ 30 20 20 /1/ 30 20 20 /7/ 30 20 21 /1/ 30 20 21 /7/ 30 秦皇岛动力煤 Q4500价格指数（元 /吨） 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 500 550 600 650 700 750 800 850 900 成本（元 /kw h） 煤炭价格（元 /吨） 行业深度研究 - 14 - 敬请参阅最后一页特别声明 第二轮电改 深化改革 ， 电价 改革显成效 。 2015 年 3 月 22 日 ,国务院发布 进一步深化电力体制改革的若干意见，开始了新一轮电改。 新一轮电改 的核心是还原电力商品属性，形成主要由市场决定能源价格的机制 。电改 取得了以下成就： 一是 实施了 输配电价改革 ， 基本建立了涵盖省级电网、 区域电网、跨区跨省专项工程、地方和增量配电网的输配电价体系以及对 其各环节实施成本监审机制， 2017 年， 首轮输配电成本监审共核减不相关、 不合理费用约 1284 亿元，平均核减比例 15.1%； 2020 年 第二监管周期输 配电价核定，积极运用降价空间 ；二是发用电计划加速放开，市场交易规 模大幅提高， 2020 年，全国各电力交易中心累计组织完成市场交易电量 31663 亿千瓦时，同比增长 11.7%，约占全社会用电量的 41.6%；三是以 较低电价水平满足经济社会电力需求，向电力用户和全社会释放了巨大的 改