風(fēng)光發(fā)電+儲(chǔ)能+特高壓，打造新能源發(fā)電產(chǎn)業(yè)閉環(huán)。假期結(jié)束的第一周，小張?jiān)谥苣┬菹r(shí)與朋友聚會(huì)。
作者：滕宇
來(lái)源：阿爾法工場(chǎng)研究院（ID:alpworks)
風(fēng)光發(fā)電+儲(chǔ)能+特高壓，打造新能源發(fā)電產(chǎn)業(yè)閉環(huán)。
假期結(jié)束的第一周，小張?jiān)谥苣┬菹r(shí)與朋友聚會(huì)。茶歇話題自然少不了過(guò)年回家，尤其關(guān)于春運(yùn)這一點(diǎn)，小張感觸頗深。因?yàn)槔瞎以诒狈?，自己的家在南方，每年過(guò)年探親都很不方便，更何況還帶著孩子。以往過(guò)年時(shí)間全部浪費(fèi)在路上，只能在家里呆上一兩天。然而，今年的情況截然不同，因?yàn)槔瞎医ǔ闪烁哞F。以往需要2天時(shí)間耽擱在路上，現(xiàn)在只需半天時(shí)間便可到家，難得過(guò)了個(gè)安穩(wěn)的團(tuán)圓年。小李聽(tīng)后深有同感，現(xiàn)在的交通實(shí)在太方便了，年前和朋友發(fā)起了一場(chǎng)說(shuō)走就走的旅程。早上還在北京，大雪紛飛捂著羽絨服瑟瑟發(fā)抖，下午就到了?？冢G陽(yáng)普照穿上了比基尼曬著日光浴，自己的腦子一時(shí)都轉(zhuǎn)不過(guò)來(lái)彎。
大美也說(shuō)到，就在前兩天出差到上海談成了一個(gè)重要的單子。早上快到北京的時(shí)候，后臺(tái)審核出現(xiàn)了問(wèn)題，需要客戶(hù)重新簽字確認(rèn)。由于涉及到年終封賬等問(wèn)題，必須今天搞定?？墒牵捎谔鞖鈺r(shí)間等問(wèn)題趕不上飛機(jī)。幸虧現(xiàn)在交通便利，大美趕上了下一班高鐵在晚餐時(shí)間準(zhǔn)時(shí)約上了客戶(hù)。交通運(yùn)輸?shù)难葑儾还庥绊懙絺€(gè)人的日常工作生活，甚至于時(shí)代的進(jìn)程。古今中外，人類(lèi)的文明發(fā)源地大多數(shù)誕生于江海河流之畔。對(duì)于中華民族而言，黃河是中華文明最主要的發(fā)源地，被譽(yù)為母親河。對(duì)于歐洲而言，最早的文明是愛(ài)琴海文明，至今流傳著希臘神話和斯巴達(dá)的傳說(shuō)。
經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的國(guó)家、城市亦是誕生于流域之區(qū)，不得不承認(rèn)的是運(yùn)輸基礎(chǔ)條件是一個(gè)重要的因素。交通要道，自古以來(lái)便是兵家必爭(zhēng)之地。從道路和運(yùn)輸?shù)淖冞w來(lái)看，公路從羊腸小道到土路，再演變成柏油馬路、高速公路；火車(chē)從綠皮車(chē)到特快直達(dá)再到動(dòng)車(chē)高鐵。可以說(shuō)，交通運(yùn)輸演變的歷史進(jìn)程承載著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、人類(lèi)的遷徙、社會(huì)的變遷，甚至于國(guó)家之間的博弈，人類(lèi)文明的傳承。公元前600年，希臘哲學(xué)家泰勒斯發(fā)現(xiàn)了磁吸鐵現(xiàn)象，而中國(guó)早在公元2500年前就已經(jīng)具備了磁石知識(shí)。直到1831年，法拉第發(fā)現(xiàn)了偉大的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，奠定了發(fā)電的基礎(chǔ)。而后愛(ài)迪生和特斯拉分別代表直流電和交流電相愛(ài)相殺。期間，包括火電、水電等電力建設(shè)開(kāi)始大規(guī)模鋪展開(kāi)來(lái)，電力系統(tǒng)、電力應(yīng)用進(jìn)入高速發(fā)展期。近幾年，在全球雙碳背書(shū)下，綠電掀起的新能源浪潮中，對(duì)電力系統(tǒng)提出了新的需求。
就我國(guó)而言，十四五規(guī)劃新能源發(fā)電占據(jù)了20%的發(fā)電量，未來(lái)將會(huì)達(dá)到80%以上。想要達(dá)成這一目標(biāo)，電網(wǎng)迫切需要改變，電網(wǎng)對(duì)清潔能源的輸送，調(diào)配，促進(jìn)消納等就顯得尤為重要。
實(shí)現(xiàn)這一切離不開(kāi)這樣一項(xiàng)至關(guān)重要的技術(shù)——特高壓。01 對(duì)電力資源的整合離不開(kāi)特高壓通常電壓按照大小等級(jí)分為安全電壓——36V以下；低壓——220V和380V；高壓——10KV-220KV；超高壓——330KV-750KV。我們常見(jiàn)的家庭用電壓220V，普通電池1.5V，人體安全電壓36V。特高壓是指電壓等級(jí)在交流1000千伏以上和直流±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)。正是這一優(yōu)勢(shì)決定了特高壓在電網(wǎng)建設(shè)中無(wú)法取代的核心地位。
具體來(lái)看，受經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和人口密度因素，我國(guó)電力供給和需求呈現(xiàn)出明顯的不均衡現(xiàn)象。廣東、浙江為代表的東南部各省嚴(yán)重依賴(lài)外省電力輸送，而西南、西北各省則存在著富余現(xiàn)象。
受環(huán)保和資源限制，在東南各省大量新增發(fā)電廠顯然不具備實(shí)際意義。需要將西南、西北省市富余的電力調(diào)配到東南電力緊缺的各省使用。西北、西南到東南各省距離大于1000KM，甚至3000KM，需具備大容量、長(zhǎng)距離的電力輸送方式。西電東輸實(shí)則是對(duì)資源的一種調(diào)配，完成資源的整合，提升效率。這種思想不乏先例，比如西氣東輸，南水北調(diào)。技術(shù)落地推廣的一個(gè)重要因素是經(jīng)濟(jì)性，特高壓在遠(yuǎn)距離輸送電力上具備更大的競(jìng)爭(zhēng)力。據(jù)估計(jì)，1條1150千伏輸電線路的輸電能力可代替5～6條500千伏線路，或3條750千伏線路?？蓽p少鐵塔用材三分之一，節(jié)約導(dǎo)線二分之一，節(jié)省包括變電所在內(nèi)的電網(wǎng)造價(jià)10～15%。
1150千伏特高壓線路走廊約僅為同等輸送能力的500千伏線路所需走廊的四分之一。這對(duì)于人口稠密、土地寶貴或走廊困難的國(guó)家和地區(qū)會(huì)帶來(lái)重大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。另一方面，新能源發(fā)電為代表的風(fēng)光大型基地主要分布于西南、西北地區(qū)，距離東部較遠(yuǎn)。通過(guò)特高壓調(diào)配電力的同時(shí)也減少了棄光、棄風(fēng)的現(xiàn)象，進(jìn)一步提升了新能源發(fā)電的消納能力。
特高壓的規(guī)?；茝V應(yīng)用不僅僅在于新能源發(fā)電對(duì)電力系統(tǒng)提出新的需求，迫切需要改變，也在于電網(wǎng)有較強(qiáng)的投資支撐能力。
伴隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展，用電量需求也在逐步攀升。根據(jù)國(guó)家能源局統(tǒng)計(jì)，2021年，全社會(huì)用電量83128億千瓦時(shí)，同比增長(zhǎng)10.3%，較2019年同期增長(zhǎng)14.7%，兩年平均增長(zhǎng)7.1%。
與此同時(shí)，新能源發(fā)電高速發(fā)展，風(fēng)電裝機(jī)容量約3.3億千瓦，同比增長(zhǎng)16.6%；太陽(yáng)能發(fā)電裝機(jī)容量約3.1億千瓦，同比增長(zhǎng)20.9%。用電需求的增加疊加新能源發(fā)電建設(shè)使得我國(guó)電網(wǎng)投資重歸增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。2020年國(guó)家電網(wǎng)投資金額達(dá)4605億元，較2019年增加了132億元，同比增長(zhǎng)2.95%，2021年國(guó)網(wǎng)計(jì)劃投資4730億元。據(jù)中國(guó)能源報(bào)報(bào)道，2022年電網(wǎng)投資額規(guī)劃為5012億，同比增長(zhǎng)6%，創(chuàng)造歷史新高。
2021能源電力轉(zhuǎn)型國(guó)際論壇上，國(guó)家電網(wǎng)公司董事長(zhǎng)、黨組書(shū)記辛保安披露，“十四五”期間國(guó)家電網(wǎng)計(jì)劃投入3500億美元（約合2.23萬(wàn)億元），推進(jìn)電網(wǎng)轉(zhuǎn)型升級(jí)。整體保持增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。
相比于以往年電網(wǎng)的建設(shè)情況，市場(chǎng)更加關(guān)注十四五特高壓的建設(shè)規(guī)劃以及超預(yù)期的空間。國(guó)網(wǎng)提出將于“十四五”期間新建特高壓線路“24 交 14 直”，涉及線路長(zhǎng) 3 萬(wàn)余公里，總投資共計(jì)3800億元。2020年十三五結(jié)束時(shí)“14交12直”共3.59萬(wàn)公里規(guī)模，十四五的計(jì)劃接近翻倍，力度之大為歷史首次。也體現(xiàn)出作為最有效的遠(yuǎn)距離輸電手段。特高壓在保證風(fēng)光大基地消納和中東部地區(qū)提高可再生能源消費(fèi)比例需求方面的重要性和迫切性。
據(jù)業(yè)內(nèi)人士稱(chēng)，交流線路平均投資規(guī)模為115億元，直流線路為232億元。因此2022年僅新開(kāi)工涉及的特高壓項(xiàng)目規(guī)模將達(dá)到約1843億元，疊加過(guò)往項(xiàng)目（4交2直）建設(shè)穩(wěn)步推進(jìn)。項(xiàng)目涉及總投資規(guī)模將達(dá)到2781億元。
儲(chǔ)備規(guī)劃項(xiàng)目方面目前已披露6交9直，未來(lái)建設(shè)后勁充足。據(jù)國(guó)網(wǎng)披露，2020年特高壓項(xiàng)目投資規(guī)模為1811億元，有效帶動(dòng)社會(huì)投資3600億元，拉動(dòng)了近兩倍社會(huì)投資。特高壓建設(shè)加速將有效助力穩(wěn)增長(zhǎng)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)，穩(wěn)定社會(huì)預(yù)期。如此看來(lái)，特高壓賽道長(zhǎng)期景氣。特高壓產(chǎn)業(yè)鏈可分為上游材料、中游設(shè)備與建設(shè)以及下游電網(wǎng)與配電設(shè)備。上游環(huán)節(jié)主要涉及相關(guān)材料與元器件，包括鋼材、有色金屬、化工材料以及電子元器件等環(huán)節(jié)，原材料成本約占特高壓電器的20%-30%。中游特高壓電器設(shè)備主要包括站內(nèi)設(shè)備與電纜、鐵塔。其中，站內(nèi)設(shè)備是全產(chǎn)業(yè)鏈中的技術(shù)密集環(huán)節(jié)。下游市場(chǎng)較為集中，主要是國(guó)網(wǎng)、南網(wǎng)等電網(wǎng)公司，還有配網(wǎng)設(shè)備公司。
在特高壓技術(shù)路徑中，有兩條分支，分別是直流和交流。可能部分投資者對(duì)于特高壓交流和直流輸電存在著爭(zhēng)議。中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)電科院研究員周孝信指出，直流輸電和交流輸電只能互補(bǔ)，不能互相取代。直流輸電只具有輸電功能、不能形成網(wǎng)絡(luò)，類(lèi)似于“直達(dá)航班”，中間不能落點(diǎn)，定位于超遠(yuǎn)距離、超大容量“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”輸電。直流輸電可以減少或避免大量過(guò)網(wǎng)潮流，潮流方向和大小均能方便地進(jìn)行控制。但高壓直流輸電必須依附于堅(jiān)強(qiáng)的交流電網(wǎng)才能發(fā)揮作用。交流輸電則具有輸電和構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)雙重功能，類(lèi)似于“公路交通網(wǎng)”，可以根據(jù)電源分布、負(fù)荷布點(diǎn)、輸送電力、電力交換等實(shí)際需要構(gòu)成電網(wǎng)。中間可以落點(diǎn)，電力的接入、傳輸和消納十分靈活。定位于構(gòu)建堅(jiān)強(qiáng)的各級(jí)輸電網(wǎng)絡(luò)和經(jīng)濟(jì)距離下的大容量、遠(yuǎn)距離輸電，廣泛應(yīng)用于電源的送出，為直流輸電提供重要支撐。
盡管因輸電形式不同，特高壓直流與交流在基站數(shù)量與基站關(guān)鍵設(shè)備上存在差異，但設(shè)備投資均是特高壓項(xiàng)目的重中之重。就特高壓直流項(xiàng)目而言，需建設(shè)換流站以實(shí)現(xiàn)交直流之間的轉(zhuǎn)變，并達(dá)到電力系統(tǒng)對(duì)于安全穩(wěn)定及電能質(zhì)量的要求，投資重心是換流站。
站內(nèi)主要包括換流變壓器、換流器、平波電抗器、交流濾波器、直流濾波器以及無(wú)功補(bǔ)償?shù)?。而換流站中最關(guān)鍵的設(shè)備就是實(shí)現(xiàn)換流功能的換流閥和換流變壓器，二者分別占項(xiàng)目投資的15%與12%。
換流閥，它由數(shù)量繁多的多種元器件組成，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。換流閥的設(shè)計(jì)應(yīng)用了電力電子技術(shù)、光控轉(zhuǎn)換技術(shù)、高壓技術(shù)、等多種技術(shù)融合以及高壓用絕緣材料的最新技術(shù)和研究成果。
通過(guò)依次將三相交流電壓連接到直流端得到期望的直流電壓和實(shí)現(xiàn)對(duì)功率的控制。從20世紀(jì)50年代開(kāi)始運(yùn)行的第一個(gè)瑞典哥特蘭島直流工程開(kāi)始，換流閥的制造技術(shù)隨著大功率半導(dǎo)體器件的制造技術(shù)發(fā)展，換流閥裝備制造技術(shù)實(shí)現(xiàn)快速升級(jí)。從分類(lèi)上看，除了常規(guī)的晶閘管閥、還有低頻門(mén)極關(guān)斷晶閘管閥（GTO閥）、高頻絕緣柵雙極晶閘管閥（IGBT閥）。尤其是IGBT閥是實(shí)現(xiàn)柔性直流技術(shù)壓艙石。柔性直流技術(shù)相比傳統(tǒng)直流輸電具備安全可控與靈活實(shí)用兩大優(yōu)勢(shì)，是實(shí)現(xiàn)新能源大規(guī)模并網(wǎng)的必要前提。柔性直流輸電是構(gòu)建智能電網(wǎng)的重要裝備。與傳統(tǒng)方式相比，柔性直流輸電在孤島供電、城市配電網(wǎng)的增容改造、交流系統(tǒng)互聯(lián)、大規(guī)模風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)等方面具有較強(qiáng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，是海上風(fēng)電的最佳選擇。
柔性直流輸電在實(shí)現(xiàn)區(qū)域聯(lián)網(wǎng)提高供電可靠性、緩解負(fù)荷密集地區(qū)電網(wǎng)運(yùn)行壓力等更多領(lǐng)域得到應(yīng)用,是改變大電網(wǎng)發(fā)展格局的戰(zhàn)略選擇。相比傳統(tǒng)特高壓輸電項(xiàng)目，IGBT換流閥和極線斷路器投資占比更高，投資占比接近20%。2007年以前，世界范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)柔性直流換流閥工程應(yīng)用的只有ABB公司，且采用的是兩電平/三電平技術(shù)路線，存在運(yùn)行損耗高、容量擴(kuò)展難等問(wèn)題。2007年年底，國(guó)家電網(wǎng)公司決定建設(shè)上海南匯風(fēng)電場(chǎng)柔性直流輸電工程。2013～2021年，柔性直流換流閥參數(shù)不斷提升，新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，工程應(yīng)用形式從兩端到多端再到組成直流電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了從科技示范到大規(guī)模應(yīng)用的飛躍。由于柔性直流輸電的低慣性特點(diǎn)，故障發(fā)展速度極快，所以需要斷路器超高速的保護(hù)與之配合，作用十分關(guān)鍵。極線斷路器成本占比也達(dá)10.9%，占比甚至高于換流變壓器。從2020年的換流閥市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)格局來(lái)看，國(guó)電南瑞占據(jù)半壁江山，其次是許繼電氣和中國(guó)西電。從工程中標(biāo)情況看，柔直換流閥環(huán)節(jié)仍以國(guó)電南瑞、許繼集團(tuán)、四方電工、特變電工、中國(guó)西電等主要電網(wǎng)設(shè)備公司參與為主。極線斷路器方面，國(guó)電南瑞、思源電氣、許繼電氣等保持領(lǐng)先。
特高壓直流輸電另外一個(gè)核心設(shè)備便是換流變壓器，其主要用于長(zhǎng)距離直流輸電的電能轉(zhuǎn)換等。因?yàn)橛薪?、直流電?chǎng)、磁場(chǎng)的共同作用，所以換流變壓器的結(jié)構(gòu)特殊、復(fù)雜，關(guān)鍵技術(shù)高難，對(duì)制造環(huán)境和加工質(zhì)量要求嚴(yán)格。這一細(xì)分行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)格局較為激烈，特變電工略微領(lǐng)先，中國(guó)西電、保變電氣、山東電力設(shè)備相差不大。在特高壓交流項(xiàng)目中，投資重點(diǎn)是變電站。變電站內(nèi)的電氣設(shè)備分為一次設(shè)備和二次設(shè)備。一次設(shè)備主要包括變壓器、高壓斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、母線、電容器等。二次設(shè)備主要包括繼電保護(hù)裝置、自動(dòng)裝置、測(cè)控裝置、計(jì)量裝置、自動(dòng)化系統(tǒng)以及為二次設(shè)備提供電源的直流設(shè)備。
簡(jiǎn)單來(lái)講，完成發(fā)電-輸電-配電功能的設(shè)備叫做一次設(shè)備，如發(fā)電機(jī)，斷路器，電流電壓互感器，變壓器，避雷器等；對(duì)一次設(shè)備進(jìn)行控制，保護(hù)作用的設(shè)備叫做二次設(shè)備，如繼電器，控制開(kāi)關(guān)，指示燈，測(cè)量?jī)x表等。
二者之間最大的差別就在于所針對(duì)的電壓等級(jí)不同。一次設(shè)備是根據(jù)高壓側(cè)來(lái)設(shè)計(jì)的,所帶電壓是強(qiáng)電，二次設(shè)備基本帶的是弱電。
變電站中GIS（氣體絕緣全封閉組合電器）與交流變壓器是核心組件，據(jù)國(guó)泰君安統(tǒng)計(jì)，二者分別占項(xiàng)目成本的9%與7%。
從毛利率角度看，核心設(shè)備毛利率在30%左右，凈利率在10%左右，相關(guān)環(huán)節(jié)公司業(yè)績(jī)?cè)谔馗邏和顿Y建設(shè)加速背景下彈性較大。
綜合來(lái)看，特高壓電器支出約占特高壓項(xiàng)目成本的60%。假如國(guó)家電網(wǎng)3500億美元的電網(wǎng)轉(zhuǎn)型升級(jí)投資中，有40%投入到特高壓建設(shè)項(xiàng)目，則2021-2025年我國(guó)對(duì)特高壓電器的年均需求為1092億元，特高壓電器行業(yè)的市場(chǎng)規(guī)模有望擴(kuò)大。
04 尾聲
在新能源發(fā)電替代傳統(tǒng)能源的道路上，儲(chǔ)能、特高壓技術(shù)是必不可少的。儲(chǔ)能負(fù)責(zé)調(diào)峰調(diào)頻，特高壓則負(fù)責(zé)整合資源、分配資源。風(fēng)光發(fā)電+儲(chǔ)能+特高壓，三者將發(fā)電、運(yùn)輸、用電有機(jī)整合，形成新能源發(fā)電產(chǎn)業(yè)閉環(huán)。作為新基建的重要領(lǐng)域之一，特高壓建設(shè)具備產(chǎn)業(yè)鏈長(zhǎng)、帶動(dòng)力強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益顯著等優(yōu)勢(shì)。可以預(yù)見(jiàn)的是，新能源發(fā)電產(chǎn)業(yè)配套產(chǎn)業(yè)隨著發(fā)電滲透率的提升同步發(fā)展，特高壓產(chǎn)業(yè)已經(jīng)蓄勢(shì)待發(fā)。
注：文章為作者獨(dú)立觀點(diǎn)，不代表資產(chǎn)界立場(chǎng)。
題圖來(lái)自 Pexels，基于 CC0 協(xié)議
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原標(biāo)題：
3800億的特高壓，如何補(bǔ)齊新能源的最后一塊短板？
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