特高压产业：新基建主力，新制造名片.pdf

DONGXINGSECURITIES 行业研究 东兴证券股份有限公司证券研究报告 特高压产业：新基建主力，新制造名片 2020年04月06日 看好/维持 电力设备与新能源 行业报告 首席分析师 郑丹丹电话：021-25102903邮箱：zhengdddxzq 执业证书编号：S1480519070001 分析师 李远山电话：010-66554024邮箱：liyshdxzq 执业证书编号：S1480519040001 研究助理 张阳电话：010-66554033邮箱：zhangyang_yjsdxzq 投资摘要： 用电量超预期，调节能源结构，特高压势在必行 十三五期间我国用电量增速超出规划预期，电力资源与电力负荷分配严重失衡，电力供需端距离远，所以特高压势在必行。同时随着电网的发展，500千伏电网短路电流超限问题突出，逐步成为限制电网发展的重要因素之一。而通过发展更高一级电压等级的电网，可为解决500千伏电网短路电流超限问题创造条件，提高电网运行的灵活性和可靠性。特高压效率更高，一回路特高压直流电网可以送 600万千瓦电量，相当于现有500 千伏直流电网的5 到6 倍，而且送电距离也是后者的 2 到3 倍，因此效率大大提高。此外，输送同样功率的电量，采用特高压线路输电可以比采用 500 千伏高压线路节省 60%的土地资源。 特高压节能环保，投资体量大，成为新基建主力 我国环境问题凸显，中小企业恢复生产，雾霾等环境问题增强，迫切需要改变能源结构，向中东部电力需求旺盛地区引入更多清洁能源。特高压从根本上减少环境污染。特高压将过去“过度依靠输煤”变为“输煤与输电并举”，能在保障能源供应的同时最大限度降低生态环境压力。另外在新冠肺炎疫情影响下，国内经济下行压力加大，具备逆周期属性的新基建成为对冲经济下滑的重要因素。特高压效率更高，也是解决能源结构的必然选择，同时特高压线路的投资力度大，对经济贡献较为突出，政府对于特高压的重视程度不断提升，因此特高压将成为2020年电网投资重要方向。 2020年特高压迎来建设高峰，带动投资规模超过千亿元 2018年9 月发布“五直七交”十二条特高压线路建设规划，开启新一轮特高压投资高峰，2018年核准2 直1 交，2019 年核准1 直2 交，略低于预期，2020年国家电网工作计划明确计划今年将核准剩余的 2 直5 交项目，投资额有望突破千亿元（其中特高压交流339亿、直流577亿、其他项目137亿），预计集中在2020-2022 年投运，同时2020还将提出3 条特高压的可研项目，预计带来约800-900亿总投资，特高压投资显著提速。特高压设备投资占比约 35%，其中主设备占总投资额的25%左右，因此我们预计2020-2022 年特高压投资将为主设备企业带来超过 200 亿的订单量，同时追加的3 条直流可研项目，有望增加直流设备供应商的业绩持续性。 2020年主设备投资额约为300亿元，核心企业有望持续收益 特高压建设中设备投资约占总投资额的35%左右。交流特高压设备采购的主要产品为：GIS、变压器、电抗器，三项设备总投资占线路总投资的 26%。直流特高压设备采购的主要产品为换流阀、换流变压器和控制保护系统，三项设备总投资占线路总投资的25%。本轮投资中交流项目约339 亿、直流项目约577亿，能够带动主设备厂商订单额总计超过 300 亿元。特高压主设备技术壁垒较高，竞争格局较稳定，建议关注受益于特高压投资高峰期影响，业绩弹性较大的公司 投资策略：特高压主设备技术壁垒较高，竞争格局较稳定，建议关注受益于特高压投资高峰期影响，业绩弹性较大的公司，如国电南瑞、许继电气、平高电气、中国西电、特变电工等。 风险提示：COVID-19疫情全球扩散情况及对社会经济活动的影响或偏离预期；行业政策或出现重大变化；特高压相关项目落地进度不达预期；设备招标价格低于预期；设备原材料价格波动；上市公司相关业务发展或低预期。 P2 东兴证券深度报告 特高压产业：新基建主力，新制造名片 DON GX IN G SECURIT IES目录 1.用电量超预期，调节能源结构，特高压势在必行 . 4 1.1 特高压产业链简析 . 4 1.2 特高压输电距离远，解决我国能源供需失衡问题 . 6 1.3 新能源占比提高，消纳成为关键 . 8 2.特高压节能环保，投资体量大，成为新基建主力 . 9 2.1 特高压节能环保，更加高效 . 9 2.2 特高压促进经济增长和电网投资，有力拉动基建规模 . 11 2.3 一带一路电力需求旺盛，国网海外投资力度加大 .13 3. 2020年特高压迎来建设高峰，核心设备商将明显收益 .14 3.1 回顾中国特高压发展历史，2018 年开始新一轮投资高峰期 .14 3.2 2018 年特高压开始复苏，2020 年有望迎来新一轮高峰期 .17 3.3 2020 年主设备投资额约为300亿元，核心企业有望持续收益.18 风险提示 .20 插图目录 图 1： 交流 1000kv与 500kv输电能力对比 . 4 图 2： 直流1000kv与500kv输电能力对比. 4 图 3： 国内用电量及同比增速. 6 图 4： 我国电力资源供需分布. 7 图 5： 国家电网在建在运特高压工程示意图 . 7 图 6： 我国发电装机结构变化. 8 图 7： 国内用电量增速显著加快，2020年用电量将超出十三五规划 .10 图 8： 特高压投资额占比.12 图 9： 国网海外投资项目.14 图 10： 特高压线路核准情况 .15 图 11： 特高压直流换流阀市场份额.19 图 12： 特高压直流换流变市场份额 .19 图 13： 特高压交流 GIS市场份额 .19 图 14： 特高压交流变市场份额 .19 表格目录 表 1： 特高压主要设备功能和我国技术领先情况 . 5 表 2： 特高压直流产业链主要设备. 5 表 3： 2017年特高压线路输送电量情况. 8 表 4： 我国特高压发展历史. 9 表 5： 中东部地区用电量增加较大. 11 东兴证券深度报告 特高压产业：新基建主力，新制造名片 P3 DON GX IN G SECURIT IES表 6： 一带一路沿线国家用电状况.13 表 7： 第一轮特高压高峰批准特高压线路 .15 表 8： 我国特高压发展历史.16 表 9： 大气污染防治行动计划 12条重点输电通道建设 .16 表 10： 第三轮特高压高峰批准线路 .17 表 11： 大气污染防治行动计划 12条重点输电通道建设 .18 表 12： 特高压投资金额及构成占比 .18 表 13： 特高压相关上市公司 .19 P4 东兴证券深度报告 特高压产业：新基建主力，新制造名片 DON GX IN G SECURIT IES1.用电量超预期，调节能源结构，特高压势在必行 1.1 特高压产业链简析 输电电压一般分高压、超高压和特高压。1891 年，在德国 Lauffen 电厂安装了世界第一台三相交流发电机，从 Lauffen 电厂到法兰克福的输电电压等级达到了 13.8KV，从而开启了高压输电时代。通常，在电力传输过程中，线路损耗会随着输送能量的增大及输送距离延长不断增加。为提高输电线路的输电能力和经济性能，输电电压等级一直不断提高，100 多年来，输电电压等级已由最初的 13.8KV 逐步发展到特高压交流1000KV 和特高压直流1100KV。 在我国，特高压是指800 千伏及以上的直流电和 1000 千伏及以上交流电的电压等级。特高压输电容量大、输电距离远、能耗低、占地少，经济性明显，目前国内特高压技术输送范围可覆盖 2000-5000 公里，可实现全球范围内各大清洁能源基地与负荷中心跨区输送。 随着电网的发展，500 千伏电网短路电流超限问题突出，逐步成为限制电网发展的重要因素之一。而通过发展更高一级电压等级的电网，可为解决 500 千伏电网短路电流超限问题创造条件，提高电网运行的灵活性和可靠性。特高压效率更高，一回路特高压直流电网可以送 600 万千瓦电量，相当于现有 500 千伏直流电网的 5到 6 倍，而且送电距离也是后者的2到 3 倍，因此效率大大提高。此外，输送同样功率的电量，采用特高压线路输电可以比采用 500 千伏高压线路节省 60%的土地资源。 图1：交流1000kv与500kv输电能力对比 图2：直流1000kv与500kv输电能力对比 资料来源：国家电网，东兴证券研究所 资料来源：国家电网，东兴证券研究所 特高压产业中主要包括了线缆、铁塔和站内设备，其中站内设备较线缆和铁塔技术壁垒高，市场参与者较少。特高压核心设备技术要求高，对研发投入需求大，特高压建设安全性尤为重要，产品质量是两网考察设备企业的关键。因此，特高压设备逐渐显现出向少数优质供应商集中的头部效应。国家电网与南方电网在设备采购中愈加倾向拥有自主技术产权且历史供货质量良好的设备企业，主要集中在国网系电力设备企业与少数具有细分技术优势的民营企业。 交流特高压主要设备：包括变压器、电抗器、开关设备、串联补偿装置、互感器、电容器、避雷器等。经过多年的发展，我国交流特高压关键设备具备较强的自主设计制造能力，处在全球领先水平。 0123456输送容量 输电距离 走廊效率 输电损耗 交流1000kv 交流500kv 0123456输送容量 输电距离 走廊效率 输电损耗 直流1000kv 直流500kv 东兴证券深度报告 特高压产业：新基建主力，新制造名片 P5 DON GX IN G SECURIT IES表1：特高压主要设备功能和我国技术领先情况 主要设备 设备功能 技术领先 变压器 按用途分，升压变压器使电力从低压升为高压，然后经输电线路向远方输送，降压变压器使电力从高压降为低压，再由配电线路对近处或较近处线路供电。 我国已具备了1000kV特高压交流变压器自主设计制造能力，已经攻克了特高压变压器全场域电场控制、无局放绝缘设计、减振降噪、温升控制等技术难题，研制出特高压大容量变压器系列产品，达到了世界领先水平。 GIS组合电器 GIS一般由断路器、隔离开关、接地开关、电流互感器和母线等设备构成。这些设备或部件全部封闭在金属接地的外壳中，在其内部充有一定压力的SF6绝缘气体，故也称SF6全封闭组合电器。 早期国内制造企业和国外企业合作研发了特高压GIS，2011年后，我国开始着手特高压GIS国产化和技术提升工作，研制出短路开断能力63kA的产品，技术参数达到国际领先水平 电抗器 电抗器通过动态补偿输电线路过剩的容性无功功率，可以有效地抑制超/特高压输电线路的容升效应、操作过电压、潜供电流等现象，降低线路损耗，提高电压稳定水平及线路传输功率，在特高压电网中应用前景较为广阔。 我们已经完成世界首套1100千伏可控并联电抗器，达到世界领先水平 串补装置 特高压串补装置主要解决了应用串补对系统特性影响、串补关键技术参数的优化选取、控制保护和测量系统的强抗电磁干扰能力、超大容量电容器组的设计和保护、串补火花间隙的通流能力及动作可靠性、限压器的压力释放能力及均流性能、旁路开关的快速开合能力以及阻尼装置、光纤柱、电流互感器的结构设计等关键技术问题 我国已经攻克了特高压、超大电流、超大容量条件下，串补主设备多项关键技术指标达到性能极限的难题，并全部实现了国产化，技术在全球领先。 避雷针 避雷器的保护特性直接影响着变电站设备冲击绝缘水平和空气间隙距离的选取，是变电站绝缘配合的基础 我国特高压交流电站用避雷器在参数选择、结构形式、电压分布控制技术和电流分布控制技术等方面取得了系列成果；特高压避雷器的抗弯和抗震性能得到了大幅提高，避雷器能够兼作支柱绝缘子使用，减小占地面积并提高了回路的抗震水平，处在世界前列 资料来源：北极星电力网，公司公告，东兴证券研究所整理 表2：特高压直流产业链主要设备 主要设备 设备功能 技术领先 换流阀 换流阀是整个直流输电系统的核心部件，换流阀是由单个或多个换流桥组成，功能为进行交、直流转换的设备，换流阀可以分为两类：整流器和逆变器，整流器是将交流电转换为直流电，而逆变器是将直流电转换为交流电。 我国已经攻克了换流阀多物理场协调控制难题，研制出800kV/5000A双列对称阀塔换流阀，成功研制出世界首个特高压柔性直流换流阀，实现了关键技术的国产替代。 换流变压器 换流变压器与换流阀一起实现交流电与直流电之间的相互转换，换流变的主要作用为改变电压、提供30度的换相角、实现交直流电气隔离以及提高换相阻抗等。 目前我国已经能够自主研发800kV特高压直流换流变压器，创造了世界单体容量最大、技术难度最高、产出时间最短的世界纪录，突破了变压器的绝缘、散热、噪音等技术难题。 直流控制保护 直流控制保护包括直流输电控制系统与控制保护装 我国已经成功研制了用于800kV特高压直流输电P6 东兴证券深度报告 特高压产业：新基建主力，新制造名片 DON GX IN G SECURIT IES置。 的控制保护系统还建成了换流阀控制与直流控制保护一体化测试平台，实现了不同技术路线换流阀控制模块与直流控制保护系统的联合调试。 平波电抗器 平波电抗器可以有效防止由直流线路或直流场设备所产生的陡波冲击进入阀厅，从而避免过电压对换流阀的损害，同时能够限制由快速电压变化所引起的电流变化率，降低换相失败率；与直流滤波器组成滤波网，滤掉部分谐波。 我国研制的特高压直流平波电抗器采用干式绝缘技术路线，与油浸绝缘相比，其对地绝缘由支撑绝缘子承担，匝间绝缘要求低，潮流反转时无电荷效应，非铁心结构，电感高度线性。 辅助设备 辅助系统包括：阀冷系统、工业水系统、站用电系统、中央空调系统、消防系统等。 资料来源：北极星电力网，公司公告，东兴证券研究所整理 1.2 特高压输电距离远，解决我国能源供需失衡问题 十三五期间我国用电量增速超出规划预期。我国用电量增速2015 年后触底反弹，于2016 年恢复至 5%并不断创新高，2018 年国内用电量增速进一步提升至 8.5%，显著超过“十三五”电力工业发展目标中全社会用电量增速达到 3.6%-4.8%的目标（即 2020 年全国用电量达到 70138-72603亿千瓦时）。 图3：国内用电量及同比增速 资料来源：wind，东兴证券研究所 电力资源与电力负荷分配严重失衡。我国能源和负荷地理分布不均衡情况严重，78%的水电资源分布在西部地区，其中云南、四川、西藏三省的水电资源占57%，但东部沿海地区只占 6%。59%的动力煤资源分布在华北、西北地区，但是我国 70%的负荷则主要集中在东部沿海。能源和负荷的地理分配不匹配情况决定了我国建设特高压的必要性。 34,268 36,595 41,999 47,026 49,657 53,225 55,213 55,500 59,198 63,077 68,449 5.23% 6.44% 14.76% 11.97% 5.60% 7.49% 3.77% 0.52% 5.01% 6.57% 8.50% 0.00%2.00%4.00%6.00%8.00%10.00%12.00%14.00%16.00%010,00020,00030,00040,00050,00060,00070,00080,0002008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018用电量(亿千瓦时） 用电量增速 东兴证券深度报告 特高压产业：新基建主力，新制造名片 P7 DON GX IN G SECURIT IES图4：我国电力资源供需分布 资料来源：国家电网，东兴证券研究所 输电解决我国资源供需失衡问题。由于我国 80%以上的能源资源分布在西部、北部，70%以上的电力消费集中在东部、中部。我国火电能源、水电能源及风光电站主要集中在蒙西、山西、陕西和华中、西部地区，但是电力负荷又都集中在东南部地区，而煤炭运输需要消耗大量的时间和财力，造成极大的浪费。同时，水利资源又无法实现运输，所以唯一可以解决我国资源供需失衡问题的方法就是将西部电网的电输送到用电负荷大的中东部地区。 电力供需端距离远，特高压势在必行。我国主要能源基地距离负荷中心约800-3000 公里，原有的 500kV超高压电网的经济输电距离小于 800 公里，无法满足远距离、大规模、大容量输送电力的需求，要实现大规模的跨区能源输送，只有通过提高电网调节能力才能解决，电网调节能力的提高最终需要依赖大规模特高压电网的建设，特高压建设成为发展的必然趋势。 图5：国家电网在建在运特高压工程示意图 资料来源：国家电网，东兴证券研究所 P8 东兴证券深度报告 特高压产业：新基建主力，新制造名片 DON GX IN G SECURIT IES1.3 新能源占比提高，消纳成为关键 电源结构持续优化。我国西部水电、北部西北部大规模风电、西部和北部超大规模荒漠光伏电站等发展迅速，2018 年，全国发电装机容量达 19 亿千瓦，同比增长 6.5%。其中，火电设备容量 11.4 亿千瓦，只增长3.0%，为近年最低增速。与此同时，2018年非化石能源费电装机容量为7.7亿千瓦，占总装机容量的40.8%，比上年提高 2.0 个百分点。其中，核电容量增长 24.7%，并网风电增长 12.4%，并网太阳能发电增长 33.9%，电源结构持续优化。未来西电东送输电网将由目前满足水电和煤电的大容量远距离外送为主，同时逐步转变为水电、煤电、大规模风电和荒漠太阳能电力打捆外送并重的模式。 图6：我国发电装机结构变化 资料来源：中国电力企业联合会，东兴证券研究所 特高压助力新能源消纳。2017 年，12 条特高压线路输送电量 3008 亿千瓦时，其中输送可再生能源电量 1900 亿千瓦时，同比上升 10%，占全部输送电量的 63%，同比下降 11 个百分点。国家电网公司覆盖区的 9 条特高压线路输送电量 2426 亿千瓦时，其中可再生能源电量 1319 亿千瓦时，占全部输送电量的 54%；南方电网公司覆盖区的 3 条特高压线路输送电量 581 亿千瓦时，全部为可再生能源电。 表3：2017年特高压线路输送电量情况 序号 线路名称 年输送电量 (亿千瓦时) 可再生能源电量(亿千瓦时) 可再生能源电量在全部输送电量占比 同比百分点 1 长南线 65.5 37.0 56% 21 2 锡盟-山东 64.8 0% 3 皖电东送 594.5 0% 4 浙福线 40.2 0% 5 复奉直流 324.0 320.3 99% -1 6 锦苏直流 387.1 384.6 99% 7 宾金直流 389.6 389.6 100% 8 天中直流 359.7 152.6 42% 19 9 灵绍直流 201.3 34.4 17% -12 10 楚穗直流 282.2 282.2 100% 2.8% 8.6% 20.9% 65.9% 1.8% 4.6% 8.9% 20.1% 64.3% 2.0% 7.3% 9.2% 19.3% 62.2% 2.0% 9.2% 9.7% 18.50% 60.2% 2.4% 0.0%10.0%20.0%30.0%40.0%50.0%60.0%70.0%太阳能 风电 水电 火电 核电 2015 2016 2017 2018东兴证券深度报告 特高压产业：新基建主力，新制造名片 P9 DON GX IN G SECURIT IES11 普侨直流 297.5 297.5 100% 12 新东直流 1.4 1.4 100% 全国 3007.5 1899.6 63% -11 资料来源：国家能源局，东兴证券研究所整理 2.特高压节能环保，投资体量大，成为新基建主力 2018 年下半年开始特高压复苏呼声高涨，首先是我国环境问题凸显，中小企业恢复生产，雾霾等环境问题增强，迫切需要改变能源结构，向中东部电力需求旺盛地区引入更多清洁能源。另外在新冠肺炎疫情影响下，国内经济下行压力加大，具备逆周期属性的新基建成为对冲经济下滑的重要因素。特高压效率更高，也是解决能源结构的必然选择，同时特高压线路的投资力度大，对经济贡献较为突出，政府对于特高压的重视程度不断提升，因此特高压将成为 2020 年电网投资重要方向。 2.1 特高压节能环保，更加高效 特高压从根本上减少环境污染。特高压将过去“过度依靠输煤”变为“输煤与输电并举”，能在保障能源供应的同时最大限度降低生态环境压力。依托特高压电网，既可统筹利用东西部环境容量，通过从能源富足、减排压力较小的省份向东部负荷中心输电，解决东部日益加剧的环境问题，也通过与煤电等打捆方式，实现风能、太阳能等清洁能源远距离传输和大范围消纳，用清洁能源替代常规化石能源，从根本上减少环境污染。 特高压效率更高。一回路特高压直流电网可以送 600 万千瓦电量，相当于现有 500 千伏直流电网的 5到 6 倍，而且送电距离也是后者的2 到3 倍，因此效率大大提高。此外，输送同样功率的电量，采用特高压线路输电可以比采用 500 千伏高压线路节省 60%的土地资源。 我国对特高压技术的跟踪研究始于 20 世纪 80 年代，从 2004 年底开始集中开展大规模研究论证、技术攻关和工程实践。2005 年国家同意启动特高压，2006 年 8 月，我国第一条特高压交流线路“晋东南-南阳-荆门工程”试验示范工程开工建设，并于2008 年 12 月正式投运。 表4：我国特高压发展历史 年份 大事记 1994年 武汉高压研究所建成我国第一条百万伏级特高压输电研究线段 2004年 12月国家电网公司党组会议提出发展特高压输电技术 2005年 1月国家电网公司正式启动特高压工程可行性研究，4月特高压输变电试验示范线路建设和输变电设备国产化方案列入国家能源工作要点，12月特高压输电技术列入国家中长期科学和技术发展规划纲要(20062020年) 2009年 1月1000kV晋东南-南阳-荆门特高压交流试验示范工程正式投产，11月向家坝-上海800kV特高压直流线路工程全线架通 2010年 我国首条特高压工程1000千伏晋东南南阳荆门特高压交流试验示范工程(长南荆特高压工程)安全稳定运行一周年；800千伏向家坝上海特高压直流输电示范工程投入运行 2011年 国家电网公司启动1100千伏特高压直流工作；特高压交流系列标准获中国标准创新贡献奖一等奖；1000千伏晋东南南阳荆门特高压交流试验示范工程扩建工程投运 2012年 特高压输变电成