風(fēng)光發(fā)電+儲能+特高壓，打造新能源發(fā)電產(chǎn)業(yè)閉環(huán)。假期結束的第一周，小張在周末休息時(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+儲能+特高壓，打造新能源發(fā)電產(chǎn)業(yè)閉環(huán)。
假期結束的第一周，小張在周末休息時(shí)與朋友聚會(huì )。茶歇話(huà)題自然少不了過(guò)年回家，尤其關(guān)于春運這一點(diǎn)，小張感觸頗深。因為老公家在北方，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(zhù)孩子。以往過(guò)年時(shí)間全部浪費在路上，只能在家里呆上一兩天。然而，今年的情況截然不同，因為老公家建成了高鐵。以往需要2天時(shí)間耽擱在路上，現在只需半天時(shí)間便可到家，難得過(guò)了個(gè)安穩的團圓年。小李聽(tīng)后深有同感，現在的交通實(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(zhù)羽絨服瑟瑟發(fā)抖，下午就到了?？?，艷陽(yáng)普照穿上了比基尼曬著(zhù)日光浴，自己的腦子一時(shí)都轉不過(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，后臺審核出現了問(wèn)題，需要客戶(hù)重新簽字確認。由于涉及到年終封賬等問(wèn)題，必須今天搞定?？墒?，由于天氣時(shí)間等問(wèn)題趕不上飛機。幸虧現在交通便利，大美趕上了下一班高鐵在晚餐時(shí)間準時(shí)約上了客戶(hù)。交通運輸的演變不光影響到個(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)源地大多數誕生于江海河流之畔。對于中華民族而言，黃河是中華文明最主要的發(fā)源地，被譽(yù)為母親河。對于歐洲而言，最早的文明是愛(ài)琴海文明，至今流傳著(zhù)希臘神話(huà)和斯巴達的傳說(shuō)。
經(jīng)濟發(fā)達的國家、城市亦是誕生于流域之區，不得不承認的是運輸基礎條件是一個(gè)重要的因素。交通要道，自古以來(lái)便是兵家必爭之地。從道路和運輸的變遷來(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)到特快直達再到動(dòng)車(chē)高鐵。可以說(shuō)，交通運輸演變的歷史進(jìn)程承載著(zhù)經(jīng)濟的發(fā)展、人類(lèi)的遷徙、社會(huì )的變遷，甚至于國家之間的博弈，人類(lèi)文明的傳承。公元前600年，希臘哲學(xué)家泰勒斯發(fā)現了磁吸鐵現象，而中國早在公元2500年前就已經(jīng)具備了磁石知識。直到1831年，法拉第發(fā)現了偉大的電磁感應現象，奠定了發(fā)電的基礎。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、水電等電力建設開(kāi)始大規模鋪展開(kāi)來(lái)，電力系統、電力應用進(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，對電力系統提出了新的需求。
就我國而言，十四五規劃新能源發(fā)電占據了20%的發(fā)電量，未來(lái)將會(huì )達到80%以上。想要達成這一目標，電網(wǎng)迫切需要改變，電網(wǎng)對清潔能源的輸送，調配，促進(jìn)消納等就顯得尤為重要。
實(shí)現這一切離不開(kāi)這樣一項至關(guān)重要的技術(shù)——特高壓。通常電壓按照大小等級分為安全電壓——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、效率高和損耗低等技術(shù)優(yōu)勢。正是這一優(yōu)勢決定了特高壓在電網(wǎng)建設中無(wú)法取代的核心地位。
具體來(lái)看，受經(jīng)濟發(fā)展水平和人口密度因素，我國電力供給和需求呈現出明顯的不均衡現象。廣東、浙江為代表的東南部各省嚴重依賴(lài)外省電力輸送，而西南、西北各省則存在著(zhù)富余現象。
受環(huán)保和資源限制，在東南各省大量新增發(fā)電廠(chǎng)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(cháng)距離的電力輸送方式。西電東輸實(shí)則是對資源的一種調配，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。技術(shù)落地推廣的一個(gè)重要因素是經(jīng)濟性，特高壓在遠距離輸送電力上具備更大的競爭力。據估計，1條1150千伏輸電線(xiàn)路的輸電能力可代替5～6條500千伏線(xiàn)路，或3條750千伏線(xiàn)路?？蓽p少鐵塔用材三分之一，節約導線(xiàn)二分之一，節省包括變電所在內的電網(wǎng)造價(jià)10～15%。
1150千伏特高壓線(xiàn)路走廊約僅為同等輸送能力的500千伏線(xiàn)路所需走廊的四分之一。這對于人口稠密、土地寶貴或走廊困難的國家和地區會(huì )帶來(lái)重大的經(jīng)濟和社會(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，距離東部較遠。通過(guò)特高壓調配電力的同時(shí)也減少了棄光、棄風(fēng)的現象，進(jìn)一步提升了新能源發(fā)電的消納能力。
特高壓的規?；茝V應用不僅僅在于新能源發(fā)電對電力系統提出新的需求，迫切需要改變，也在于電網(wǎng)有較強的投資支撐能力。
伴隨著(zhù)我國經(jīng)濟持續發(fā)展，用電量需求也在逐步攀升。根據國家能源局統計，2021年，全社會(huì )用電量83128億千瓦時(shí)，同比增長(cháng)10.3%，較2019年同期增長(cháng)14.7%，兩年平均增長(cháng)7.1%。
與此同時(shí)，新能源發(fā)電高速發(fā)展，風(fēng)電裝機容量約3.3億千瓦，同比增長(cháng)16.6%；太陽(yáng)能發(fā)電裝機容量約3.1億千瓦，同比增長(cháng)20.9%。用電需求的增加疊加新能源發(fā)電建設使得我國電網(wǎng)投資重歸增長(cháng)態(tài)勢。2020年國家電網(wǎng)投資金額達4605億元，較2019年增加了132億元，同比增長(cháng)2.95%，2021年國網(wǎng)計劃投資4730億元。據中國能源報報道，2022年電網(wǎng)投資額規劃為5012億，同比增長(cháng)6%，創(chuàng )造歷史新高。
2021能源電力轉型國際論壇上，國家電網(wǎng)公司董事長(cháng)、黨組書(shū)記辛保安披露，“十四五”期間國家電網(wǎng)計劃投入3500億美元（約合2.23萬(wàn)億元），推進(jìn)電網(wǎng)轉型升級。整體保持增長(cháng)態(tài)勢。
相比于以往年電網(wǎng)的建設情況，市場(chǎng)更加關(guān)注十四五特高壓的建設規劃以及超預期的空間。國網(wǎng)提出將于“十四五”期間新建特高壓線(xiàn)路“24 交 14 直”，涉及線(xiàn)路長(cháng) 3 萬(wàn)余公里，總投資共計3800億元。2020年十三五結束時(shí)“14交12直”共3.59萬(wàn)公里規模，十四五的計劃接近翻倍，力度之大為歷史首次。也體現出作為最有效的遠距離輸電手段。特高壓在保證風(fēng)光大基地消納和中東部地區提高可再生能源消費比例需求方面的重要性和迫切性。
據業(yè)內人士稱(chēng)，交流線(xiàn)路平均投資規模為115億元，直流線(xiàn)路為232億元。因此2022年僅新開(kāi)工涉及的特高壓項目規模將達到約1843億元，疊加過(guò)往項目（4交2直）建設穩步推進(jìn)。項目涉及總投資規模將達到2781億元。
儲備規劃項目方面目前已披露6交9直，未來(lái)建設后勁充足。據國網(wǎng)披露，2020年特高壓項目投資規模為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。特高壓建設加速將有效助力穩增長(cháng)目標實(shí)現，穩定社會(huì )預期。如此看來(lái)，特高壓賽道長(cháng)期景氣。特高壓產(chǎn)業(yè)鏈可分為上游材料、中游設備與建設以及下游電網(wǎng)與配電設備。上游環(huán)節主要涉及相關(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，原材料成本約占特高壓電器的20%-30%。中游特高壓電器設備主要包括站內設備與電纜、鐵塔。其中，站內設備是全產(chǎn)業(yè)鏈中的技術(shù)密集環(huán)節。下游市場(chǎng)較為集中，主要是國網(wǎng)、南網(wǎng)等電網(wǎng)公司，還有配網(wǎng)設備公司。
在特高壓技術(shù)路徑中，有兩條分支，分別是直流和交流?？赡懿糠滞顿Y者對于特高壓交流和直流輸電存在著(zhù)爭議。中國科學(xué)院院士、中國電科院研究員周孝信指出，直流輸電和交流輸電只能互補，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“直達航班”，中間不能落點(diǎn)，定位于超遠距離、超大容量“點(diǎn)對點(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強的交流電網(wǎng)才能發(fā)揮作用。交流輸電則具有輸電和構建網(wǎng)絡(luò )雙重功能，類(lèi)似于“公路交通網(wǎng)”，可以根據電源分布、負荷布點(diǎn)、輸送電力、電力交換等實(shí)際需要構成電網(wǎng)。中間可以落點(diǎn)，電力的接入、傳輸和消納十分靈活。定位于構建堅強的各級輸電網(wǎng)絡(luò )和經(jīng)濟距離下的大容量、遠距離輸電，廣泛應用于電源的送出，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量與基站關(guān)鍵設備上存在差異，但設備投資均是特高壓項目的重中之重。就特高壓直流項目而言，需建設換流站以實(shí)現交直流之間的轉變，并達到電力系統對于安全穩定及電能質(zhì)量的要求，投資重心是換流站。
站內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)功補償等。而換流站中最關(guān)鍵的設備就是實(shí)現換流功能的換流閥和換流變壓器，二者分別占項目投資的15%與12%。
換流閥，它由數量繁多的多種元器件組成，結構較復雜。換流閥的設計應用了電力電子技術(shù)、光控轉換技術(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)現對功率的控制。從20世紀50年代開(kāi)始運行的第一個(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(zhù)大功率半導體器件的制造技術(shù)發(fā)展，換流閥裝備制造技術(shù)實(shí)現快速升級。從分類(lèi)上看，除了常規的晶閘管閥、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)現柔性直流技術(shù)壓艙石。柔性直流技術(shù)相比傳統直流輸電具備安全可控與靈活實(shí)用兩大優(yōu)勢，是實(shí)現新能源大規模并網(wǎng)的必要前提。柔性直流輸電是構建智能電網(wǎng)的重要裝備。與傳統方式相比，柔性直流輸電在孤島供電、城市配電網(wǎng)的增容改造、交流系統互聯(lián)、大規模風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)等方面具有較強的技術(shù)優(yōu)勢，是海上風(fēng)電的最佳選擇。
柔性直流輸電在實(shí)現區域聯(lián)網(wǎng)提高供電可靠性、緩解負荷密集地區電網(wǎng)運行壓力等更多領(lǐng)域得到應用,是改變大電網(wǎng)發(fā)展格局的戰略選擇。相比傳統特高壓輸電項目，IGBT換流閥和極線(xiàn)斷路器投資占比更高，投資占比接近20%。2007年以前，世界范圍內實(shí)現柔性直流換流閥工程應用的只有ABB公司，且采用的是兩電平/三電平技術(shù)路線(xiàn)，存在運行損耗高、容量擴展難等問(wèn)題。2007年年底，國家電網(wǎng)公司決定建設上海南匯風(fēng)電場(chǎng)柔性直流輸電工程。2013～2021年，柔性直流換流閥參數不斷提升，新技術(shù)不斷涌現，工程應用形式從兩端到多端再到組成直流電網(wǎng)，實(shí)現了從科技示范到大規模應用的飛躍。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與之配合，作用十分關(guān)鍵。極線(xiàn)斷路器成本占比也達10.9%，占比甚至高于換流變壓器。從2020年的換流閥市場(chǎng)競爭格局來(lái)看，國電南瑞占據半壁江山，其次是許繼電氣和中國西電。從工程中標情況看，柔直換流閥環(huán)節仍以國電南瑞、許繼集團、四方電工、特變電工、中國西電等主要電網(wǎng)設備公司參與為主。極線(xiàn)斷路器方面，國電南瑞、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)核心設備便是換流變壓器，其主要用于長(cháng)距離直流輸電的電能轉換等。因為有交、直流電場(chǎng)、磁場(chǎng)的共同作用，所以換流變壓器的結構特殊、復雜，關(guān)鍵技術(shù)高難，對制造環(huán)境和加工質(zhì)量要求嚴格。這一細分行業(yè)的競爭格局較為激烈，特變電工略微領(lǐng)先，中國西電、保變電氣、山東電力設備相差不大。在特高壓交流項目中，投資重點(diǎn)是變電站。變電站內的電氣設備分為一次設備和二次設備。一次設備主要包括變壓器、高壓斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、母線(xiàn)、電容器等。二次設備主要包括繼電保護裝置、自動(dòng)裝置、測控裝置、計量裝置、自動(dòng)化系統以及為二次設備提供電源的直流設備。
簡(jiǎn)單來(lái)講，完成發(fā)電-輸電-配電功能的設備叫做一次設備，如發(fā)電機，斷路器，電流電壓互感器，變壓器，避雷器等；對一次設備進(jìn)行控制，保護作用的設備叫做二次設備，如繼電器，控制開(kāi)關(guān)，指示燈，測量?jì)x表等。
二者之間最大的差別就在于所針對的電壓等級不同。一次設備是根據高壓側來(lái)設計的,所帶電壓是強電，二次設備基本帶的是弱電。
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，據國泰君安統計，二者分別占項目成本的9%與7%。
從毛利率角度看，核心設備毛利率在30%左右，凈利率在10%左右，相關(guān)環(huán)節公司業(yè)績(jì)在特高壓投資建設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目成本的60%。假如國家電網(wǎng)3500億美元的電網(wǎng)轉型升級投資中，有40%投入到特高壓建設項目，則2021-2025年我國對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)規模有望擴大。
04 尾聲
在新能源發(fā)電替代傳統能源的道路上，儲能、特高壓技術(shù)是必不可少的。儲能負責調峰調頻，特高壓則負責整合資源、分配資源。風(fēng)光發(fā)電+儲能+特高壓，三者將發(fā)電、運輸、用電有機整合，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，特高壓建設具備產(chǎn)業(yè)鏈長(cháng)、帶動(dòng)力強、經(jīng)濟社會(huì )效益顯著(zhù)等優(yōu)勢。可以預見(jiàn)的是，新能源發(fā)電產(chǎn)業(yè)配套產(chǎn)業(yè)隨著(zhù)發(fā)電滲透率的提升同步發(fā)展，特高壓產(chǎn)業(yè)已經(jīng)蓄勢待發(fā)。
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原標題：
3800億的特高壓，如何補齊新能源的最后一塊短板？
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