1、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
2、源阳光电源、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：特特锐德、国电南自锐德、国电南自 挑战挑战3 3：可再生离散不可控性不断加大电力系统成：可再生离散不可控性不断加大电力系统成 本本 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 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，
3、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 的华能水电华能水电，建议关注长江电力长江电力。 挑战挑战4 4：适合新型电力系统发展的电价机制缺失：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，
4、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 更多投研资料 或+ WX公众号mtachn 行业深度研究 - 5 - 敬请参阅最后一页特别声明 图表图表2：碳中和情景分品种能源消费量（万吨标煤）：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
5、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： 一是在一是在用电侧用电侧，去碳化高度依靠电气化率提升，去碳化高度依靠电气化率提升，用电负荷愈加多样。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
6、 终端能源消费中的占比将由 2020 年的 27.7%增加到 2060 年的 57%。 图表图表3：全社会用电量及增速：全社会用电量及增速 图表图表4：电力在终端消费中的占比（：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 二是在二是在发电侧发电侧，新能源装机与发电量大幅提升，系统向离散控制模式发展。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
7、 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 2020 2022E 2024E 2026E 2028E 2030E 2032E 2034E 2036E 2038E 2040E 2042E 2044E 2046E 20
8、48E 2050E 2052E 2054E 2056E 2058E 2060E 全社会用电量（万亿Kwh） 增速 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 2020 2022E 2024E 2026E 2028E 2030E 2032E 2034E 2036E 2038E 2040E 2042E 2044E 2046E 2048E 2050E 2052E 2054E 2056E 2058E 2060E 电力在终端消费的占比 更多投研资料 或+ WX公众号mtachn 行业深度研究 - 6 - 敬请参阅最后一页特别声明 图表图表5：不同情景下非水可在生装机功率（亿：不同情景下非水可在
9、生装机功率（亿KW） 图表图表6：不同情景下非水可再生发电占比（：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 三是在三是在电网侧电网侧，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。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
10、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
11、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
12、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 2020 2022E 2024E 2026E 2028E 2030E 2032E 2034E 2036E 2038E 2040E 2042E 2044E 2046E 2048E 2050E 2052E 2054E 2056E 2058E 2060E 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% 2020 2022E 2024E 2026E 2028E 2030E 2032E 2034E 2036E 2038E
13、 2040E 2042E 2044E 2046E 2048E 2050E 2052E 2054E 2056E 2058E 2060E 零碳情景（%） 碳中和情景（%） 高碳情景（%） 更多投研资料 或+ WX公众号mtachn 行业深度研究 - 7 - 敬请参阅最后一页特别声明 图表图表7：新能源占比加大后的新型电力系统画像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生产结构 电力系统技术基础电力系统技术基础 电力系统控制基础电力系统控制基础 储能技术多场景化储能技术多场景化 一次能源供应主体：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：传统电力
14、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：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：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：新能源机组：单机容量
15、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：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：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：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 挑战一挑战一：能源结构转变增加电力负荷复杂性
16、：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。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 2
17、1.3%；其他三产从 25.4%增加至 29.1%。 图表图表8：碳中和背景下重要时间节点的经济结构调整：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 用能结构变化用能结构变化，增加负荷预测难度增加负荷预测难度。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
18、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 206020352019 更多投研资料 或+ WX公众号mtachn 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。 图表图表9：分部门能源消费占比（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 高峰高峰负荷负荷大增大
19、增，有效发电有效发电容量容量不足不足导致缺电频繁导致缺电频繁。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
20、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。 图表图表10：中国电网最高用电负荷（万：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
21、20352019 - 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 20162017201820192020 更多投研资料 或+ WX公众号mtachn 行业深度研究 - 9 - 敬请参阅最后一页特别声明 图表图表11：2018-2020年月度负荷与发电量的增速对比年月度负荷与发电量的增速对比 来源：wind，国金证券研究所 图表图表 12：华东月度用电负荷增速华东月度用电负荷增速（%） 图表图表 13：华南月度用电负荷增速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
22、源：中国碳交易网，国金证券研究所 挑战二：挑战二：可再生可再生能源间歇性与波动性对电网灵活性要求高能源间歇性与波动性对电网灵活性要求高 可再生能源可再生能源出力出力存在存在随机随机性与性与波动性。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。 风风光光具有“极热无风”具有“极热无风” 、 “晚峰无光”的反调峰特性。“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
