风光消纳能否克服挑战系列I——十四五展望：平衡压力增大，亟需市场机制护航.pdf

免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。 1 证券研究报告 行业 研究 /专题研究 2020年 12月 15日 公用事业 增持（维持） 电力设备与新能源 增持（维持） 王玮嘉 SAC No. S0570517050002 研究员 SFC No. BEB090 021-28972079 wangweijiahtsc 黄斌 SAC No. S0570517060002 研究员 SFC No. BPY554 billhuanghtsc 黄波 SAC No. S0570519090003 研究员 0755-82493570 huangbohtsc 孙纯鹏 SAC No. S0570518080007 研究员 sunchunpenghtsc 1电力设备与新能源 : 行业周报（第四十八周）2020.11 2环保 /公用事业 : 行业周报（第四十八周）2020.11 3公用事业 : 行业周报（第四十七周） 2020.11 资料来源： Wind 平衡压力增大，亟需市场机制护航 风光消纳能否 克服挑战 系列 I 十四五展望 “十四五”新能源消纳能否 克服挑战 碳减排已成为全球共识，中国力争 实现 30 年碳达峰， 60 年碳中和 。 我们预计 “十四五” 年均 新增 装机 光伏 82GW/年 、 风电 32GW/年， 对应 25 年装机 /电量占比 将达到 37%/17%（ 19 年为 21%/9%）。 根据 发改委规划，50 年风电 /光伏发电量 2/2.1 万亿度， 相比 25 年 0.8/0.7 万亿度 还有较大空间，对新能源消纳提出 严峻挑战。 海外新能源发展过程中电价曾大幅上涨，而 国内 终端电价上涨 阻力 较大 。 我们认为火电灵活性改造与辅助服务在未来五年仍是 电力 系统平衡的压舱石，相应机制（市场 +政策）亟待出台保障新能源弃电率维持在个位数。 “十四五”电力系统平衡压力较大， 风光 弃电率回升概率增大 我们预测“十四五”用电量维持 年均 5%温和增长， 25 年 “新基建”贡献12%的增量（ vs 高耗能 12%），更广义的“新动能”将贡献增量的 26%以上 ，为新能源 消纳提供基础，也为更灵活的需求侧响应埋下伏笔。借鉴德国（ 2012）、英国 （ 2020） 和加州（ 2020）的经验，风 光 发电 占比 15%-30%时，电力 系统平衡的压力显著加大，对电网调度提出较大挑战； 30%甚至50%以上，电力系统对调峰调频的需求反而会降低，转而要求更高的虚拟电厂和负荷控制。我们判断，“十四五” 风光 弃电大概率回升， 之 后随着储能技术革新与成本下降， 电力瞬时平衡的框架也将获得改变 。 真正的“平价”还需要考虑市场化交易、辅助服务、储能和碳税 +绿证 电力作为没有库存的大宗商品，不同电源具有不同的“性价比” ，风光真正的“平价”需要考虑对系统平衡带来的额外波动性（包括正常运行的调峰调频等和故障后暂态稳定），市场化机制是最有效解决消纳的手段，新能源加速参与传统电源的交易是大势所趋。借鉴 2012-19 年欧美新能源发展历程 ，风光带给 电力 系统额外的平衡成本约占总发电成本的 5%-20%，绿证（美国均价 $9-12 /MWh）和碳税（增厚 发电 运营商利润 8%-17%）会为新能源发电企业带来增收。 未 来 5-10 年 储能或将改 变整个电力系统平衡的框架 ， 解决中长期新能源消纳瓶颈 。 火电“压舱石”作用亟需相关机制护航， 发电 运营商估值重塑可期 短期来看，在储能技术没有得到大规模应用之前，火电压舱石作用依然非常重要。 18 年西北五省火电 亏损比例 54%，国资委不得不组织五大电 力央企 压减四分之一到三分之一的产能，以提高利用小时实现扭亏，这对当地新能源送出带来了潜在的压力。 19 年 火电 辅助服务的增收比例 普遍 低于1%， 随着辅助服务市场的健全，增收比例有望增加 ；叠加 改造 补贴到位程度相对较低、容量电价难以落地、部分机组设施老旧，火电灵活性改造缺乏动力，相应的措施势在必行。 19 年 辅助服务已经可以贡献运营商 10%的利润，随着新能源占比提高，电企盈利 模式 有望出现 颠覆性改变。 风险提示：极端气候出现带来用电需求和风电光伏供给大幅度波动，储能技术发展不及预期，绿证和碳排放交易市场滞后，十四五经济与用电需求疲软。 (11)1032537419/12 20/02 20/04 20/06 20/08 20/10(%)公用事业电力设备与新能源沪深 300一年内行业 走势图 相关研究 行业 评级： 行业 研究 /专题研究 | 2020 年 12 月 15 日 免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。 2 正文目录 “十四五”用电量预期温和增长，系统平衡攻坚战即将到来 . 5 需求侧：“新动能”接棒“高耗能”，为用户侧消纳与响应提供基础 . 5 信息产业用电增量明显，或仍未完全反映真实用电需求 . 5 5G 基站：信息基础设施核心， 25 年较 20 年增量或达 1100 亿千瓦时 . 6 数据中心：算力基础设施基石， 25 年较 20 年增量或达 922 亿千瓦时 . 7 充电桩：新能源汽车必备一环， 25 年较 20 年用电量或增长 440 亿千瓦时 . 7 与储能结合更紧密的“新动能 +新基建”或超高耗能保障用电增长 . 8 供给侧：火电“压舱石”地位不改， 2025 年风光电量占比大概率超 15% . 9 借鉴海外，风光发电占比 15%-30%时，系统平衡的压力显著加大 . 11 市场化交易机制是解决新能源消纳的最佳手段 . 15 德国：循序渐进推动新能源市场化交易 . 15 中国：新能源加速市场化是大势所趋 . 15 真正合理的可以反映供需的电价，只能是市场出清结果 . 17 新能源成本下降曲线 . 17 新能源真正的“平价” . 20 在中国，“平价”需要考虑辅助 服务的成本 . 20 借鉴海外：成熟市场化机制下，新能源要比火电便宜多少才“公平” . 22 辅助服务价格太低抑制了火电灵活性改造的动力 . 23 绿证和碳税对发电商的影响 . 24 欧美各国高昂电价：新能源是罪魁祸首？ . 27 储能：未来 5-10 年可能改变整个电力系统平衡的框架 . 29 风险 提示 . 30 行业 研究 /专题研究 | 2020 年 12 月 15 日 免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。 3 图表目录 图表 1： “十四五”“新动能”用电量预测（亿千瓦时） . 5 图表 2： 信息传输、软件和信息技术服务业用电量（ 2015-2019） . 6 图表 3： 信息产业 +数据中心用电量与增速（ 2015-2019） . 6 图表 4： 2025 年我国 5G 基站用电量预测（亿千瓦时，较 20 年增长） . 6 图表 5： 2016-2019 年中国数据中心可用机架数 . 7 图表 6： 2020-2030 年中国数据中心耗电量预测分析 . 7 图表 7： 2015-2019 全国充电桩数量 . 8 图表 8： “新基建”行业用电增量及占比 . 8 图表 9： 四大高耗能行业用电量增量及占同期全社会用电量增量的比重（亿千瓦时） . 9 图表 10： 美国电量结构：火电（煤电 +气电）维持在 60%以上主体地位 . 9 图表 11： 欧洲电量结构：火电和核电占比 60%以上 . 9 图表 12： 中国电量结构预测 . 9 图表 13： 15-19 年国内水电新增装机增速趋缓， 20-25 年增速有望企稳回升 . 10 图表 14： 在建核电机组（截至 2020 年 11 月） . 10 图表 15： 不同可再生能源占比情况下 2020-2025 年风、光新增装机测算 . 11 图表 16： 波动性可再生能源并网带来的阶段性挑战 . 11 图表 17： 德国电量结构 . 12 图表 18： 南澳发电量结构 . 12 图表 19： 加州电网分布图 . 13 图表 20： 加州 2020 年公用事业服务图（运营商） . 13 图表 21： 2019 年加州电力市场组成 . 13 图表 22： 正常电价形成机制 . 14 图表 23： 负电价的形成机制 . 14 图表 24： 2020 年 11 月欧洲主要国家电价分布图 . 14 图表 25： 2020 年 11 月英国每小时的发电电源结构 (MW) . 14 图表 26： 可再生能源市场化的机制多方面促进可再生能源发电的消纳 . 15 图表 27： 主要省份 2019 年年度市场化价格和相对基准电价的折价比例 . 16 图表 28： 2017-2019 云南省分电源市场化价格走势 . 16 图表 29： 2018 年大型发电集团各类电源市场交易情况汇总 . 16 图表 30： 电力产品的瞬时性特点 . 17 图表 31： 电价预测的离散时间序列 . 17 图表 32： 不同时间段的曲线与误差 . 17 图表 33： BP 预测三种不同场景下风电和光伏在电网中的装机结构 . 18 图表 34： BP 预测三种不同场景下风电和光伏初始投资 成本下滑幅度 . 18 图表 35： 2009-2019 年风电度电成本持续下降 . 18 图表 36： 2018-25 年国内地面光伏系统初始投资变化（以建设 50MW、接入 110KV 地面光伏系统为例） . 19 图表 37： 领跑者项目投标电价（元 /千瓦时） . 19 图表 38： 辅助服务市场情况 . 20 行业 研究 /专题研究 | 2020 年 12 月 15 日 免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。 4 图表 39： 辅助服务市场简介：以东北为例 . 20 图表 40： 2019 山东火电辅助服务总收益来源及负担表 . 21 图表 41： 2019 年上半年电力辅助服务分省补偿基本情况 . 21 图表 42： 20H1 钦州电厂辅助服务收入占收入 /净利润比例 . 22 图表 43： 欧洲每年短期电价飙升和负电价的小时数 . 22 图表 44： 2018 年以来英国和德国基本负荷日均电价走势 (欧元 /MWH) . 22 图表 45： 英国每季度的平衡成本占总发电成本的比例 . 23 图表 46： 单位平衡成本和风光发电占比的线性关系 . 23 图表 47： 全球主要发达国家电价和风电光伏发电量占比 . 23 图表 48： 澳大利亚电价涨幅 vs CPI vs 风电光伏装机占比 . 23 图表 49： “十四五”火电利用小时或将一路向下 . 24 图表 50： 国内非水可再生能源发电全生命周期利用小时数标准 . 24 图表 51： 新英格兰地区可再生能源绿证价格变动 . 25 图表 52： 美国东海岸及 PJM 地区可再生能源绿证价格变动 . 25 图表 53： 碳交易原理 . 25 图表 54： 碳交易对新增煤电机组利润增量在 1%左右 . 26 图表 55： 碳交易对存量煤电机组利润影响有限 . 27 图表 56： 碳交易对新能源发电商业绩增厚约 8%-17% . 27 图表 57： 2019 各国居民电价排行榜 . 28 图表 58： 德国可再生能源附加费的占比 . 28 图表 59： 2016-2019 中国已投运光伏储能项目累计装机规模 . 29 图表 60： 储能初始投资价格仍处于同比下降区间 . 29 图表 61： 储能为电力系统增加弹性，更有助于用电“低碳化” . 29 行业 研究 /专题研究 | 2020 年 12 月 15 日 免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。 5 “十四五”用电量 预期 温和增长 ，系统平衡攻坚战即将到来 需求侧：“新动能” 接棒“高耗能”，为用户侧消纳与响应提供基础 根据我们的预测，“十四五”用电量将维持 5%的温和增长 。 市场普遍质疑主要由“四大高耗能”拉动的电量增长在经济增速下一台阶的“十四五”很难再现 较快 增长，我们 认为 2025年“新基建”贡献用电量增量占比为 12%（ vs 高耗能 12%），更广义的“新动能”将贡献用电量增量占比为 26%，接力传统四大高耗能行业成为电量增速的新引擎 （详见 20 年 8月 28 日报告用电新动能，推荐高性价比发电龙头） 。 图表 1： “十四五”“新动能”用电量预测（亿千瓦时） 25 年较 20 年 用电增量 25 年 用电增量贡献占比 2019A 用电量 2019A yoy 2020E 用电量 2020E yoy 2025E 用电量 21-25E CAGR 全社会用电量 20,431 72,255 4% 73,731 2% 94,162 5% 第一产业 531 3% 1,330 9% 1,436 8% 1,967 6% 第二产业 9,012 44% 49,366 5% 49,555 0% 58,567 3% 第三产业 7,454 36% 11,863 9% 11,773 -1% 19,227 10% 城乡居民用电 3,434 17% 10,250 6% 10,968 7% 14,401 6% 四大高耗能行业 2,424 12% 20,065 5% 20,010 0% 22,434 2% 化学原料及化学制品制造业 65 0% 4,529 1% 4,438 -2% 4,503 0% 非金属矿物制品业 995 5% 3,692 6% 3,605 -2% 4,600 5% 黑色金属冶炼及压延加工业 114 1% 5,681 5% 5,681 0% 5,794 0% 有色金属冶炼及压延加工业 1,250 6% 6,163 8% 6,287 2% 7,537 4% “新动能”合计 5,468 26% 6,878 7,532 10% 13,000 12% “新基建” 2,462 12% 2,454 2,998 22% 5,460 13% -电信基站 1,100 5% 678 26% 878 29% 1,978 18% -数据中心 922 5% 1,710 18% 2,024 18% 2,946 8% -充换电服务业 440 2% 65 134% 96 47% 536 41% 医药制造业 108 1% 407 6% 417 2% 525 5% 计算机、通信和其他电子设备制造业 1,841 9% 1,571 17% 1,759 12% 3,600 15% 仪器仪表制造业 15 0% 76 -4% 71 -7% 85 4% 住宿与餐饮业 209 1% 821 7% 691 -16% 900 5% 金融业 30 0% 186 3% 181 -3% 210 3% 科学研究和技术服务业 184 1% 189 15% 216 14% 400 13% 教育、文化、体育和娱乐业 300 1% 921 10% 900 -2% 1,200 6% 信息服务业（剔除电信基站） 319 2% 252 25% 300 19% 620 16% 注： 1）“十四五”全社会用电量预测基于对第一 /二 /三产业及城乡居民用电的增长假设，其中第一产业（农林牧渔）与城乡居民用电需求增长较为稳定，假设 21-25E CAGR略低于 20E YOY；第二产业中分量较重的高耗能行业用电量维持低速增长 或不增长 ； 第三产业中“新基建”用电量快速增长，租赁、商业服务、公共服务等行业用电量也有望较快增长； 2） 信息服务业数据剔除电信基站，电信基站已包含在“新基建”中；用电增量为 2025 年用电量减去 2020 年用电量，贡献占比为各细分产业 /行业用电增量除以全社会用电增量 资料来源： Wind，华泰证券研究所 信息产业用电增量 明显，或仍未完全反映真实用电需求 2016-2019 年信息技术产业用电 CAGR 达 21%，增速显著高于全社会 /第三产业用电量增速 。 根据中电联 发布的数据 ， 2016-2019 年信息技术产业用电 CAGR 达 20.5%，增速显著高于全社会 /第三产业用电量增速 6.8%/13.5%。据 中国电子技术标准化研究院的 2019绿色数据中心白皮书， 2017 年中国数据中心耗电量为 1222 亿千瓦时 ，该用电量显著超过中电联披露的 2017 年 信息传输、软件和信息技术服务业 用电量 583 亿千瓦时，故而我们判断数据中心耗电量 可能 未 被 纳入信息技术 服务耗电量口径，换言之真实隶属于信息技术服务的耗电量 或 远高于统计口径。 行业 研究 /专题研究 | 2020 年 12 月 15 日 免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。 6 图表 2： 信息传输、软件和信息技术服务业 用电量（ 2015-2019） 图表 3： 信息产业 +数据中心 用电量与增速（ 2015-2019） 资料来源： 中电联， Wind，华泰证券研究所 资料来源： 艾瑞咨询 2020 中国数据中心行业发展洞察，华泰证券研究所 2019 年信息产业 +数据中心 用电量达 3421 亿千瓦时，已经达到全社会用电量的 5%，相比调整前增加 268%。 我们采用 2019 绿色数据中心白皮书对 2020 年中国数据中心耗电量 2024 亿千瓦时的预测，假设 18-20 年 年均增幅一致，得到 2018-2019 数据中心用电量 1445/1710 亿千瓦时，对应 2016-2019 年 CAGR 达 15%。用数据中心数据还原得到的2019 年信息产业用电量达 3421 亿千瓦时，相比调整前增加 268%。 5G 基 站 ：信息 基础设施 核心， 25 年较 20 年 增量或达 1100 亿千瓦时 高能耗 5G 基站逐步 普及 ，全国电信基站耗电量或明显提升。 5G 基站的建设是“新基建”涉及的重点领域之一， 华为 2019 年 发表的 5G 通讯电力目标网络白皮书显示， 结合多个运营商实测数据，一座 5G 基站（ 64T64R， 3.5GHz MassiveMIMO，含 BBU 及三个AAU/RRU）的功耗为 3kW-4kW，是同配置 4G的 300%至 350%， 4G基站的功耗在 1-1.5kW左右。 我们假设： 1） 2025 年 5G 基站数量将达到 500-600 万座 。 2020 年 1 月 “ 2020 中国制造论坛”上，工业和信息化部原部长、中国工业经济联合会会长李毅中表示， 为了实现 5G 产业化， 全国 需要 7 年左右的时间建设 600 万座 5G 基站。 工信部副部长 刘烈宏在中国发展高层论坛2020 年年会上表示， 截至 20 年 10 月全国 已建成近 70 万个 5G 基站 。 2） 2025 年 5G 基站功耗为 2.5-2.9kW。我们假设随着 5G 技术的发展， 5G 基站的功耗可以有所优化，降至 2.5-2.9kW。 根据 5G 基站节能技术白皮书（ 2020），目前 5G 节能技术方案包括设备级、站点级和网络级节能 ，各类节能策略（关断、深度休眠等）有望实现 10%25%的降耗。 图表 4： 2025 年我国 5G 基站用电量预测（亿千瓦时 ，较 20 年增长） 5G 基站数量（万座） 450 462 475 487 500 5G 基站功耗（ kW） 2.5 972 998 1026 1052 1080 2.6 1011 1038 1067 1094 1123 2.7 1042 1070 1100 1128 1158 2.8 1089 1118 1149 1178 1210 2.9 1128 1158 1190 1220 1253 资料来源： 5G 通讯电力目标网络白皮书， 华泰证券研究所 到 2025 年 ，电信基站用电量有望 较 2020 年 增长 1100 亿千瓦时。 假设 2020 年末 4G 基站数量和 19 年持平， 我们预计 2020 年电信基站用电量有望达到 878 亿千瓦时， 占全社会用电量的 1%。 根据我们测算 2025 年我国电信基站用电量有望达到 1978 亿千瓦时。 我们预计， 电信基站到 2025 年用电量有望 较 2020 年 增长 1100 亿千瓦时。 05101520253002004006008001,0002015 2016 2017 2018 2019(%)(亿千瓦时 ) 用电量 -信息产业 yoy051015202505001,0001,5002,0002,5003,0002015 2016 2017 2018 2019(%)(亿千瓦时 ) 用电量 -信息产业 +数据中心yoy-信息产业 +数据中心行业 研究 /专题研究 | 2020 年 12 月 15 日 免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。 7 数据中心 ：算力基础设施基石， 25 年较 20 年 增量或达 922 亿千瓦时 截至 2017 年年底，我国在用数据中心的机架规模达到 166 万架 ，相比 2016 年年底增长了 33.4%。根据艾瑞咨询 2020 中国数据中心行业发展洞察 估算， 2019 年我国数据中心机架总规模可达 244 万架。 图表 5： 2016-2019 年中国数据中心可用机架数 资料来源：艾瑞咨询 2020 中国数据中心行业发展洞察，华泰证券研究所 我们预 测数据中心 25 年较 20 年用电增长 922 亿千瓦时。 随着数据中心建设体量的增加，我国的数据中心市场耗电量将持续走高 。根据中国电子技术标准化研究院的 2019 绿色数据中心白皮书 ， 2017 年中国数据中心耗电量为 1221.5 亿千瓦时， 预计 中国 数据中心耗电量 到 2020 年达到 2023.7 亿千瓦时， 占全社会用电量的 3%， 2025 年 达到 2945.8 亿千瓦时 ，到 2030 年将达到 4115.3 亿千瓦时。 图表 6： 2020-2030 年中国数据中心耗电量预测分析 资料来源： 2019 绿色数据中心白皮书 ，华泰证券研究所 充电桩：新能源汽车必备一环， 25 年较 20 年用电 量或 增长 440 亿千瓦时 充电桩联盟数据显示， 截至 2019 年底，新能源汽车累计销量达 417 万辆，中国充电桩保有量为 121.9 万个，车桩比仅为 3.4:1。 2019 年，全国用电量 7.5 万亿度，其中全国新能源汽车充电总量 80 亿 千瓦时 ，全国新能源汽车用电量占全国总用电量约 0.1%。 1241662042440501001502002503002016 2017 2018 2019可用机架（万架）05001,0001,5002,0002,5003,0003,5004,0004,5002012 2015 2016 2017 2020E 2025E 2030E(亿千瓦时 ) 耗电量行业 研究 /专题研究 | 2020 年 12 月 15 日 免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。 8 图表 7： 2015-2019 全国充电 桩 数量 资料来源： 充电桩联盟 ，华泰证券研究所 我们预测新增充电桩用电总量可能为 2025年全年带来 440亿千瓦时左右的新增用电需求。根据 中国南方电网公司发布“新基建”催生用电新业态研究报告 ， “十四五”期末，南方五省区的电动汽车推广量将达到 454 万辆，复合增长率为 33.7%。预计在车桩比 5:1 的情景下，到 2025 年，南方五省区充电桩用电总量达到 130 亿千瓦时，对全社会用电量增长的贡献率约为 2.5%。 根据华泰证券电新团队 20 年 11 月 16 日报告能源革命加速，行业景气上行 预测， 2025 年新能源汽车销量 占比 有望达到 20%（约 490.14 万辆 ） ， 21-25 年新能源汽车销量 CAGR 32%（ 5 年累计销量 有望达到 1567.51 万辆 ） 。在假设车桩比 5:1的条件下，得出每辆新能源汽车每年通过充电桩充电总量为 2863 千瓦时。 与储能结合更紧密的“新 动能 +新基建”或超高耗能保障用电增长 “新基建” 25 年较 20 年 用电增量贡献度增加 3pct 至 12.0%。 我们以 上文的 4G/5G 基站、大数据中心、新能源充电桩测算新基建对于用电需求拉动的影响。 据 我们测算， “新基建”行业 20 年较 15 年 用电量增加 1660 亿度 ， 占同期全社会用电量增量的 9.1%。 随着国家加快推进“新基建”建设， 我们预测 “新基建”行业 25 年较 20 年 用电量增量 2460 亿千瓦时，占同期全社会增量的比重升为 12.0%，占比提升 3pct。 图表 8： “新基建”行业用电增量及占比 注：“十三五”用电增量为 20 年用电量减去 15 年用电量，“十四五”为 25 年减去 20 年 资料来源： Wind，