投资要点
　　“双碳”目标下，能源为主战场，电力为主力军；然而伴随新能源机组快速扩张，我国当前尖峰容量裕度不足，系统灵活性资源匮乏。“新型电力体系”首次于2021年3月提出，与双碳目标绑定。电力作为一次能源转换的重要载体，是当前碳排放的主要来源，但其亦能通过使用清洁燃料实现对含碳化石能源的替代（例如太阳能、风能、水能、核能），是双碳战场的主力军。然而风光出力波动性较强，且我国电力系统灵活性资源较为短缺、市场机制有待优化，我们测算，随着绿电大规模并网，全国夏季尖峰负荷容量裕度（电源有效容量供给-最高容量需求）整体明显下滑，2030年跌至负数；电力紧缺等问题或持续加剧，亟待“源网荷储”各环节资源多元互补。
　　电源侧：依托能源结构，煤电灵活性改造或为我国现阶段最优路径。参考欧美国家，其多以自身能源结构选择调节性电源。其中，德国与波兰为欧洲产煤大国，故以煤电为主（2022年德国褐煤、硬煤两类煤机容量占全部可调度电源容量42%）；英美两国得益于北海油气田资源、页岩气革命后燃气成本下行，2022年气电发电量占比均达39%，以调峰性能优的燃气机组为主；法国核电占比全球最高，其利用核电机组参与负荷跟踪运行、合理安排检修配合电网调峰等。而基于我国“富煤缺油少气”的资源禀赋，煤电机组总量大，且灵活性改造成本整体可控，为我国现阶段最具可操作性和经济性的选择。
　　电网侧：电力供需分布错配，加强互联电网系统建设。欧洲各国资源禀赋存异，国际电力交易市场应运而生，2009年形成高度集成化互联电网ENTSO-E。其中，作为欧洲邻国最多的国家，德国通过30条220千伏~400千伏的输电通道与邻国互联，且随其风光出力增加，进出口电量结构由“进少出多”向“夏季进多出少、冬季进少出多”转变，电网深度参与电力系统调节。我国各省与欧洲各国在物理布局上较为相似，需加强跨省区特高压输电线路建设、提高电网错峰互济能力，缓解新能源供需分布错配，降低三北弃风弃光率；并协同大电网、配电网、微电网发展，在分布式资源快速增长的背景下增强电网灵活性。
　　负荷侧：加快需求侧由管理向响应过渡，探索虚拟电厂模式。国际上，需求侧响应已较为成熟（价格型和激励型），如分时电价为代表的价格型需求响应，以美国PJM需求响应项目、澳大利亚能源需求响应计划为典型案例的激励型需求响应。其他负荷侧调节手段主要以虚拟电厂为代表，典型模式如美国社区光储、欧洲电动汽车有序充电项目，充分利用分布式资源参与削峰填谷。我国亦多次强调需提升负荷响应水平，发改委于2023年5月提出，到2025年各省需求响应能力达到最大用电负荷的3%-5%。各省市陆续执行、优化分时电价政策以及需求响应补贴，处于政府主导的需求侧管理向需求侧响应的过渡阶段；此外可借鉴海外经验，从光储、新能源车等细分领域探索虚拟电厂模式。
　　储能侧：抽蓄及新型储能快速发展，未来在多方面多层次优势互补。全球范围内，抽水蓄能仍为市场主力，2022年抽蓄装机占比已投运电力储能的79%，同时，电化学储能发展迅猛，其中锂电子电池规模年增长率超85%。具体到运用场景，储能可分为表前（发电侧+电网侧）和表后（工商业+户用）两类，其中中美两国均以表前储能为主，英德两国分别引领欧洲表前储能和表后户用储能市场。由于我国抽蓄资源储备丰富（截至2022年底规划资源总量约823GW），且其充放电技术成熟稳定、经济性优，为我国现阶段储能侧核心力量。未来伴随成本下降、技术进步、价格及补偿机制完善，新型储能商业模式有望进一步理顺，与传统储能技术在调节周期、运用场景等方面多层次优势互补。
　　投资建议：综上所述，在当前“双碳”加速推进的背景下，建设新型电力体系的必要性与紧迫性日益凸显。建议关注新型电力体系下“源-网-荷-储”各环节重要标的，例如火电产业链标的（包括运营商、火电设备以及灵活性改造相关企业等）、特高压&增量配电网相关标的、需求侧&负荷侧管理相关标的（包括分布式开发及运营商等）、各类储能标的等。
　　风险提示：电力体制改革不及预期、煤价大幅波动、清洁能源装机增长不及预期、特高压建设不及预期、原材料价格上行、宏观经济风险
　　

研究报告全文：证券研究报告电ind力ustryIdtitle新型电力体系架构篇尖峰容量裕度下降灵活性资源亟待建立inve推stSu荐ggestion维持investScreateTime1uggesti2023年9月3日onChan投资要点ge分析em师ailAuthorsummary蔡屹双碳目标下能源为主战场电力为主力军然而伴随新能源机组快速caiyixyzqcomcn扩张我国当前尖峰容量裕度不足系统灵活性资源匮乏新型电力体系S0190518030002首次于2021年3月提出与双碳目标绑定电力作为一次能源转换的重要载体是当前碳排放的主要来源但其亦能通过使用清洁燃料实现对含碳化石assAuthor研究助理能源的替代例如太阳能风能水能核能是双碳战场的主力军然而朱理显风光出力波动性较强且我国电力系统灵活性资源较为短缺市场机制有待zhulixianxyzqcomcn优化我们测算随着绿电大规模并网全国夏季尖峰负荷容量裕度电源有效容量供给-最高容量需求整体明显下滑2030年跌至负数电力紧缺等问题或持续加剧亟待源网荷储各环节资源多元互补电源侧依托能源结构煤电灵活性改造或为我国现阶段最优路径参考欧美国家其多以自身能源结构选择调节性电源其中德国与波兰为欧洲产煤大国故以煤电为主2022年德国褐煤硬煤两类煤机容量占全部可调度电源容量42英美两国得益于北海油气田资源页岩气革命后燃气成本下行2022年气电发电量占比均达39以调峰性能优的燃气机组为主法国核电占比全球最高其利用核电机组参与负荷跟踪运行合理安排检修配合电网调峰等而基于我国富煤缺油少气的资源禀赋煤电机组总量大且灵活性改造成本整体可控为我国现阶段最具可操作性和经济性的选择电网侧电力供需分布错配加强互联电网系统建设欧洲各国资源禀赋存异国际电力交易市场应运而生2009年形成高度集成化互联电网ENTSO-E其中作为欧洲邻国最多的国家德国通过30条220千伏400千伏的输电通道与邻国互联且随其风光出力增加进出口电量结构由进少出多向夏季进多出少冬季进少出多转变电网深度参与电力系统调节我国各省与欧洲各国在物理布局上较为相似需加强跨省区特高压输电线路建设提高电网错峰互济能力缓解新能源供需分布错配降低三北弃风弃光率并协同大电网配电网微电网发展在分布式资源快速增长的背景下增强电网灵活性负荷侧加快需求侧由管理向响应过渡探索虚拟电厂模式国际上需求侧响应已较为成熟价格型和激励型如分时电价为代表的价格型需求响应以美国PJM需求响应项目澳大利亚能源需求响应计划为典型案例的激励型需求响应其他负荷侧调节手段主要以虚拟电厂为代表典型模式如美国社区光储欧洲电动汽车有序充电项目充分利用分布式资源参与削峰填谷我国亦多次强调需提升负荷响应水平发改委于2023年5月提出到2025年各省需求响应能力达到最大用电负荷的3-5各省市陆续执行优化分时电价政策以及需求响应补贴处于政府主导的需求侧管理向需求侧响应的过渡阶段此外可借鉴海外经验从光储新能源车等细分领域探索虚拟电厂模式su请m务ma必ry阅读正文之后的信息披露和重要声明行业深度研究报告储能侧抽蓄及新型储能快速发展未来在多方面多层次优势互补全球范围内抽水蓄能仍为市场主力2022年抽蓄装机占比已投运电力储能的79同时电化学储能发展迅猛其中锂电子电池规模年增长率超85具体到运用场景储能可分为表前发电侧电网侧和表后工商业户用两类其中中美两国均以表前储能为主英德两国分别引领欧洲表前储能和表后户用储能市场由于我国抽蓄资源储备丰富截至2022年底规划资源总量约823GW且其充放电技术成熟稳定经济性优为我国现阶段储能侧核心力量未来伴随成本下降技术进步价格及补偿机制完善新型储能商业模式有望进一步理顺与传统储能技术在调节周期运用场景等方面多层次优势互补投资建议综上所述在当前双碳加速推进的背景下建设新型电力体系的必要性与紧迫性日益凸显建议关注新型电力体系下源-网-荷-储各环节重要标的例如火电产业链标的包括运营商火电设备以及灵活性改造相关企业等特高压增量配电网相关标的需求侧负荷侧管理相关标的包括分布式开发及运营商等各类储能标的等风险提示电力体制改革不及预期煤价大幅波动清洁能源装机增长不及预期特高压建设不及预期原材料价格上行宏观经济风险请务必阅读正文之后的信息披露和重要声明-2-行业深度研究报告目录1新型电力体系下尖峰容量缺口扩大灵活性资源匮乏-6-11双碳背景下能源为主战场电力为主力军-6-12新能源装机快速扩张尖峰容量裕度不足-8-2借鉴欧美经验源网荷储组合发力-13-21源依托自身能源结构挖掘电源侧灵活性潜力-13-22网电网互联互济解决电力资源错配-19-23荷国际需求响应较为成熟国内需求侧正由管理向响应过渡-27-24储抽蓄及新型储能快速发展未来在多方面多层次优势互补-36-3新型电力体系下我国灵活性资源亟待建立-41-4投资建议-43-5风险提示-44-图目录图1我国双碳目标总体路径非化石能源消费比重-6-图2我国一次能源结构仍是以煤为主-7-图3火电仍是我国最重要的电源-7-图4电力热力是碳排放的最主要来源百万吨-7-图5公用事业为一次能源转换平台-7-图6高比例新能源系统面临的挑战-8-图7电力系统灵活性维持供需平衡-9-图8我国主要电网最高负荷万千瓦-11-图9我国全社会用电量亿度-11-图10源-网-荷-储组合发力-13-图112000-2022年德国发电量结构演变-14-图122000-2022年波兰发电量结构演变-14-图132000-2022年德国电源装机容量演变-14-图142000-2022年波兰电源装机容量演变-14-图152022年德国波兰煤炭产量占欧盟的67-15-图162022年德国燃煤机组占全部可调度电源容量的42-15-图172000-2022年英国发电量结构演变-15-图182000-2022年美国发电量结构演变-15-图192022年英国燃气发电装机占比35-16-图202022年美国燃气发电装机占比45-16-图212000-2022年法国发电量结构演变-16-图222000-2022年法国电源装机结构演变-16-图23法国取消核电占比上限大力重振核电发展-17-图242000-2022年丹麦发电量结构演变-17-图252000-2022年丹麦电源装机结构演变-17-图26丹麦典型生物质能热电联产机组运作示意图-18-图272000-2022年中国发电量结构演变-18-图282000-2022年中国电源装机结构演变-18-图292022年煤电机组占我国总装机容量的46-19-图30我国天然气对外依存度十年平均为39-19-图31欧洲各国清洁能源发电增长-20-请务必阅读正文之后的信息披露和重要声明-3-行业深度研究报告图32欧洲可再生能源分布地图-20-图33欧洲五大电网分布-21-图342022年欧洲互联电网交易情况GWh-21-图35德国与邻国电网互联情况-21-图36德国历年发电结构-22-图372022年欧洲主要国家出口电量GWh-22-图38德国月度进出口电量GWh-22-图39德国月度进出口电量占比-22-图402022年德国与邻国电力交易情况GWh-22-图41丹麦为德国最大电力进口国GWh-23-图42瑞士为德国最大电力出口国GWh-23-图43我国与欧洲电力资源均差异化分布-23-图44我国2023年1-5月跨区输送电量亿千瓦时-24-图45全国弃风率逐月变化情况-24-图46全国弃光率逐月变化情况-24-图47近年全国弃风弃光率已低位企稳-25-图482023年1-6月三北地区弃风率-25-图492023年1-6月三北地区弃光率-25-图50国家电网在建投运特高压线路-26-图512025年特高压骨干网架示意图-26-图52我国历年电网基本建设投资完成额亿元-26-图53我国分布式资源增长迅速万千瓦-27-图54大电网配电网微网的连接-27-图55配电网与微电网的协调连接-27-图56微电网间协调控制示意图-27-图57传统电网和智能微电网的区别-27-图58蒙东微电网示范工程示意图-27-图59需求侧响应方式分类-28-图60美国PJM电力市场中激励型需求响应机制按信号源分为两种-30-图61执行流程可行性测试提前发出短信通知用户自发参加-31-图62虚拟电厂在电力系统中的角色-31-图63社区光储效果图-32-图64我国新能源汽车充电电量万千瓦时-32-图65新能源车在电力系统中的角色-32-图66全球重要V2G项目-33-图67需求侧管理向需求侧响应的过渡-35-图68工商业储能可实现分布式虚拟电厂功能-36-图69光储充一体化运营模式-36-图702000-2022年全球电力储能市场累计装机规模占比-37-图712021年欧洲中国美国储能累计装机结构-37-图722022-2031欧洲前十大表前储能市场预计带来新增装机77GWh-38-图73英国预计贡献2022-2031年欧洲表前储能市场13的装机增量-38-图742021年德国占欧洲户用储能装机规模的64-39-图75德国居民电价常年处于欧洲主要市场较高水平-39-图762022年中国抽水蓄能累计装机占比突破世界总量的14-39-图77年均增速11假设下2025年累计装机预期突破62GW-39-图78各种储能技术度电成本对比元千瓦时-40-图79各类储能在放电时间和容量性能的对比-40-图80抽水蓄能能够有效降低火电机组启停次数-40-图81抽水蓄能降低风光弃电率效果明显-40-请务必阅读正文之后的信息披露和重要声明-4-行业深度研究报告图82新型电力系统图景展望-41-图83我国新型电力系统构建三步走及各阶段任务示意图-43-图84电力系统灵活性多元提升路线图-43-表目录表12021年以来缺电案例-8-表2电量平衡与电力平衡对比-9-表3我国年度电量平衡测算火电利用小时数呈现持续下降趋势-10-表4我国夏季尖峰负荷容量裕度测算亿千瓦-12-表5灵活性调节方式-13-表6燃气机组与燃煤机组灵活性特征对比-16-表7各类电源侧灵活性来源可操性与经济性对比-19-表8世界各国分时电价实施模式-29-表9PJM容量市场中按照响应期日内响应时间段等特点划分为具体不同的DR项目-30-表10澳大利亚能源需求响应计划响应方式及运行机制-31-表11近期出现调整的省市分时电价政策-33-表12国内部分省份需求响应政策梳理-34-表13近两年虚拟电厂相关案例-35-表14虚拟电厂的三个阶段-36-表15电力系统灵活性资源梳理-42-请务必阅读正文之后的信息披露和重要声明-5-行业深度研究报告报告正文1新型电力体系下尖峰容量缺口扩大灵活性资源匮乏11双碳背景下能源为主战场电力为主力军2020年9月我国为应对全球气候变化问题制定2030年前实现碳达峰2060年前实现碳中和的发展目标在此背景下新型电力体系概念首次于2021年3月的中央财经委第九次会议中提出自此构建以新能源为主体的新型电力系统与实现双碳目标绑定2021年10月我国明确202520302060年国内非化石能源消费比重预计分别达202580以上能源与电力发展的新方向得以确立图1我国双碳目标总体路径非化石能源消费比重90初步替代阶段积极替代阶段加速替代阶段每五年提升约2每五年提升约5-7每五年提升约108080707060605050404033302520201591209410737402000200520102015202020252030203520402045205020552060资料来源电力规划设计总院兴业证券经济与金融研究院整理电力为能源转换的重要载体双碳下亟待建立新型电力体系我国的自然资源禀赋条件为富煤贫油少气反映于一次能源结构中即以煤为最主要的能源类型2022年全国原煤消费比重为56反映于电力结构中即以火电为最重要的电源类型2022年全国火电发电量占比6591电力作为一次能源转换的重要载体是当前碳排放的主要来源2019年我国电力及热力的碳排放总量占比高达5663但与此同时电力亦是实现碳减排的主力军通过使用清洁燃料实现对含碳化石能源的替代例如太阳能风能水能核能发电请务必阅读正文之后的信息披露和重要声明-6-行业深度研究报告图2我国一次能源结构仍是以煤为主图3火电仍是我国最重要的电源资料来源国家统计局兴业证券经济与金融研究院整理资料来源中国电力知库兴业证券经济与金融研究院整理备注2022年数据备注2022年数据图4电力热力是碳排放的最主要来源百万吨资料来源Wind兴业证券经济与金融研究院整理图5公用事业为一次能源转换平台一次能源煤石油天然气水能太阳能风能核能地热能潮汐能生物质能中游下游公用事业上游采选冶制造业终端消费及投资电力焦炭油品蒸汽热水煤气热水氢能二次能源资料来源兴业证券经济与金融研究院整理请务必阅读正文之后的信息披露和重要声明-7-行业深度研究报告新型电力系统建设的核心为提升灵活性由于风光等清洁资源的波动性随机性较强伴随绿电机组大规模并网电力供需平衡运行机制趋于复杂而我国处于转型初期受制于源网荷储各环节灵活性资源短缺以及电力运行体制相对僵化以新能源为主的电力系统面临电力供给不稳定电力消纳不充分电网运行不安全等挑战例如近年我国用电高峰时段多次出现区域性缺电现象图6高比例新能源系统面临的挑战资料来源中国电机工程学报公众号中国工程院兴业证券经济与金融研究院整理12新能源装机快速扩张尖峰容量裕度不足为探究我国出现缺电现象的原因我们首先需区分电量平衡与电力平衡两种不同的定义电量平衡用于预测某区域可用装机能否满足一段时间内的电量需求而电力平衡指区域内可用装机能否满足电力尖峰负荷需求强调电力生产传输使用的瞬时平衡回顾2021年以来我国出现的缺电案例可以发现限电通常出现于夏冬用电负荷高峰并同时伴随来水枯来风差等极端天气大致可分为两种情况1缺电力不缺电量例如白天有序用电将尖峰负荷转移至晚上2电力电量双缺例如全天均缺电因此电力平衡亦为判断电力供需关系的关键表12021年以来缺电案例缺电原因时间缺电区域需求侧供给侧江苏浙江湖南江西四川蒙西有序用电2021年初寒潮缺顶峰装机南网紧平衡2021年二季度高温少雨蒙西广东云南广西有序用电2021年三季度缺煤缺环保指标20多省市有序用电辽宁黑龙江拉闸限电2022年2月寒潮部分风机覆冰江西湖南四川重庆上海贵州紧平衡2022年夏季高温少雨四川重庆湖北浙江江苏安徽有序用电2022年冬季前期来水少蓄水寒潮贵州云南有序用电2023年一季度不足缺煤资料来源电联新媒兴业证券经济与金融研究院整理通常发电机组除了覆盖实时的顶峰负荷外还需覆盖因偶发事故机组检修等带请务必阅读正文之后的信息披露和重要声明-8-行业深度研究报告来的容量需求同时各电源的顶峰容量供给亦会受机组技术水平自然条件季节等因素的影响例如火电机组因燃料质量机组设备缺陷等产生出力受阻问题无法达到额定出力光伏因晚高峰无法出力综合考虑顶峰负荷供需两端可知电力系统内有效总装机容量火电水电和核电等不同类型机组总容量乘以其各自有效系数的加权汇总之和最高用电负荷1备用率为电力供应安全的保障表2电量平衡与电力平衡对比种类区别测算原则过程量瞬时负荷优先由风电光伏水电核电出力剩余轮到火电电量平衡变化与对应时间的测算结果为煤电利用小时数表征区域电量供需的松紧积分程度瞬时量发输可用装机最高负荷1备用率说明区域电力供应电力平衡配供用电的瞬有富裕其中备用率和区域电网规模电源结构等因时平衡素相关资料来源南方能源观察能源新媒兴业证券经济与金融研究院整理图7电力系统灵活性维持供需平衡资料来源电力系统灵活性提升技术路径经济性与政策建议兴业证券经济与金融研究院整理电量平衡测算以一年为周期在全国范围内对全社会用电量增长以及水电核电绿电装机扩张带来的电力供应进行测算基于清洁能源优先上网的原则倒推火电发电量及利用小时数根据我们的测算结果显示作为候补队员火电利用小时数自2023年起持续呈现下降趋势期间绿电发电量占比稳步提升由2021年的117提升至2030年的252基本可以判断全国年度电量能够实现平衡核心假设全社会用电量增速根据经济增长预测假设2023年用电量增速为52024-2030年为4请务必阅读正文之后的信息披露和重要声明-9-行业深度研究报告清洁电源装机增量1水电根据国家能源局规划司水电水利规划设计总院中国水电发展远景规划我国常规水电及抽蓄规模到2025年预计分别达38亿kW062亿kW到2030年预计分别达42亿kW16亿kW2核电根据国家能源局规划司及国网能源研究院我国核电规模到20252030年预计分别达0712亿kW3风光根据中电联风光2023年合计装机新增规模达到20亿kW总规模达96亿kW考虑到电网消纳及配套调峰资源的投资假设未来保持稳健增长清洁电源利用小时数根据历史数据常规水电抽蓄核电风电光伏机组年均利用小时数分别假设为36001200800021001200小时表3我国年度电量平衡测算火电利用小时数呈现持续下降趋势202120222023E2024E2025E2026E2027E2028E2029E2030E总装机量万千瓦237692256405282247310547339347360247381147402547424547447047总发电量亿度8376886941906919431898091102015106095110339114753119343全社会用电量亿度8312886372906919431898091102015106095110339114753119343yoy1068390500400400400400400400400火电发电量亿度56463573075836658738592215980260688617066273563780yoy912149185064082098148168167167占总发电量比重6740659164366228603758625720559254675344火电装机量万千瓦129678133239138239147239156239159239162239165239168239171239yoy绝对值万千瓦5161356150009000900030003000300030003000占总装机量比重5456519648984741460444204257410539633830火电利用小时数测算小时4535441943814249402238283811380337973791水电发电量亿度13401135501390714147143871468715047154371594716577yoy-111111263173170209245259330395占总发电量比重1600155915331500146714401418139913901389水电装机量万千瓦39092413504235043350443504635048350508505385057350yoy绝对值万千瓦2076225810001000100020002000250030003500其中抽水蓄能3639457950795579607975799079110791307915579yoy绝对值万千瓦49094050050050015001500200020002500占总装机量比重1645161315001396130712871269126312681283水电利用小时数测算小时3522336933233302328132393178311230462981其中常规水电36003600360036003600360036003600抽水蓄能12001200120012001200120012001200核电发电量亿度4075417845624802524259226642736281228922yoy11282539205269161297121610841032985占总发电量比重486481503509534581626667708748核电装机量万千瓦532655535853615369537853875396531065311653yoy绝对值万千瓦33722730030080090090090010001000占总装机量比重224217207198205218230240251261核电利用小时数测算小时7901768180008000800080008000800080008000风电发电量亿度6556762483049459105091140212137128721360714342yoy4054162989213911110849645606571540占总发电量比重7838779161003107111181144116711861202风电装机量万千瓦32848365444254447544525445604459544630446654470044yoy绝对值万千瓦4695369660005000500035003500350035003500占总装机量比重1382142515071531154815561562156615671567风电利用小时数测算小时2149219721002100210021002100210021002100光伏发电量亿度327042765551717187311020111581129611434115721yoy252430762983291821751684135311921065962占总发电量比重39049261276089010001092117512501317请务必阅读正文之后的信息披露和重要声明-10-行业深度研究报告光伏装机量万千瓦306563926153261662617926190761102261113761125261136761yoy绝对值万千瓦531386051400013000130001150011500115001150011500占总装机量比重1290153118872134233625192683282629503059光伏利用小时数测算小时1168122312001200120012001200120012001200资料来源中国电力知库中电联国家能源局中国水电发展远景水电水利规划设计总院国网能源研究院北极星电力网兴业证券经济与金融研究院测算备注各电源电量不考虑厂用损耗电力平衡测算2022年我国电网最高负荷达129亿千瓦同比82全社会用电量为863723亿度同比39参考发达国家的人均三产生活用电情况以及我国近年用电结构变化趋势预计未来我国第三产业和居民生活用电量及占比将持续提高带动空调与采暖负荷比重不断提升夏季和冬季的尖峰负荷将更加陡峭最高用电负荷增速或持续略高于用电量增速图8我国主要电网最高负荷万千瓦图9我国全社会用电量亿度资料来源Wind兴业证券经济与金融研究院整理资料来源Wind兴业证券经济与金融研究院整理根据我们的测算结果全国范围内我国夏季尖峰负荷容量裕度电源有效容量供给-最高容量需求整体明显下滑2030年跌至负数顶峰容量裕度告急电力系统灵活性调节资源愈发匮乏核心假设全国最高负荷增长率根据上文所述考虑三产及居民用电的集中效应假设最高用电负荷增速略高于用电量增速2023年为62024-2030年为5系统备用率参考电力系统技术导则负荷备用容量为最大发电负荷的25事故备用容量一般为最大发电负荷的10左右再加上检修备用约5假设系统备用率共计20夏季各电源受阻系数参考相关文献1火电考虑技术进步假设十四五期间10受阻十五五期间5受阻2水电汛期假设10受阻3核电假设不受阻4风电晚高峰全国范围内少风假设95受阻5光伏晚高峰不出力假设100受阻请务必阅读正文之后的信息披露和重要声明-11-行业深度研究报告表4我国夏季尖峰负荷容量裕度测算亿千瓦202120222023E2024E2025E2026E2027E2028E2029E2030E全国最高负荷1192129013701439151015861665174918361928yoy65555555系统备用率20202020202020202020其中负荷备用5555555555事故备用10101010101010101010检修备用5555555555备用容量最高负荷系统备用率238258274288302317333350367386顶峰容量需求最高负荷备用容量1430154816441726181319031998209822032313火电容量1297133213821472156215921622165216821712yoy绝对值050090090030030030030030火电受阻系数101010101055555火电有效容量1167119912441325140615131541157015981627水电容量391414424434444464484509539574其中常规水电355368373378383388393398408418yoy绝对值005005005005005005010010抽蓄036046051056061076091111131156yoy绝对值005005005015015020020025常规水电受阻系数10101010101010101010抽蓄受阻系数0000000000水电有效容量常规抽蓄355377386396405425444469498532核电容量053056059062070079088097107117yoy绝对值003003008009009009010010核电受阻系数0000000000核电有效容量053056059062070079088097107117风电容量328365425475525560595630665700yoy绝对值060505035035035035035风电受阻系数95959595959595959595风电有效容量016018021024026028030032033035光伏容量3073935336637939081023113812531368yoy绝对值141313115115115115115光伏受阻系数100100100100100100100100100100光伏有效容量000000000000000000000000000000顶峰容量供给各电源有效容量加总1592165017101806190720442103216722362310顶峰容量裕度供给-需求162102066080095141105068033-003资料来源中国电力知库中电联国家能源局中国水电发展远景水电水利规划设计总院国网能源研究院北极星电力网碳中和目标下考虑供电安全约束的我国煤电退减路径研究谨防十四五末煤电局部过剩与短缺并存兴业证券经济与金融研究院测算此外值得注意的是由于我国各省各地区电源结构有效装机电力负荷电力输送情况均有差异全国范围内的电量及电力平衡测算存在误差例如在顶峰容量裕度仍为正数的2022年由于持续高温干旱的极端天气以水电为主的四川电力供应大幅下降叠加西电东送刚性执行顶峰负荷下出现缺电现象因此上文的供需测算更多起到宏观指引作用请务必阅读正文之后的信息披露和重要声明-12-行业深度研究报告2借鉴欧美经验源网荷储组合发力随着波动性电源并网比例扩大电力供需两端相互匹配调节的速率需求及幅度需求均明显增加需要资源更为灵活地调节发电出力或用电需求以满足供需平衡单一的源随荷变模式已无法满足系统对灵活性的要求亟待源-网-荷-储各环节的多元化灵活性资源优势互补国际上欧美等发达国家较早开始能源转型适应大规模高比例新能源的并网与消纳的经验更为成熟可给予正在低碳转型道路上的中国启示与借鉴表5灵活性调节方式调节方式划分应用场景实现方式示例供给向上灵活性电源提高出力火电提高出力储能放电抽蓄发电电力供给小于需求需求向下灵活性用户减少需求需求响应中断或转移负荷需求电动汽车放电供给向下灵活性电源压减出力火电深度调峰水电减少出力等电力供给大于需求需求响应转移的负荷需求电动汽车有序充电储能需求向上灵活性用户提高需求充电等提升跨省区输电线路利用率发挥特高压输电网络的供给向上或向下灵活性电力供给大于或小于需求电网互联互济优势重组电网格局资料来源电力系统灵活性提升技术路径经济性与政策建议兴业证券经济与金融研究院整理图10源-网-荷-储组合发力资料来源国家电网兴业证券经济与金融研究院整理21源依托自身能源结构挖掘电源侧灵活性潜力参考欧美国家其多以自身能源结构选择调节性电源其中德国与波兰为欧洲产煤大国故以煤电为主2022年德国褐煤硬煤两类煤机容量占全部可调度电源容量42英美两国得益于北海油气田资源页岩气革命后燃气成本下行2022年气电发电量占比均达39以调峰性能优的燃气机组为主法国核电占比全球最高其利用核电机组参与负荷跟踪运行合理安排检修配合电网调峰等而基于我国富煤缺油少气的资源禀赋煤电机组总量大且灵活性改造成本整体可控为我国现阶段最具可操作性和经济性的选择请务必阅读正文之后的信息披露和重要声明-13-行业深度研究报告欧美国家依托自身能源结构选择灵活性电源电源侧灵活性主要来自各类电源对电网负荷变化的反应能力即降低最小出力快速爬坡快速启停的能力等理论上包括煤电气电水电核电生物质发电在内的众多电源均可在不同程度上承担系统灵活性调节任务但具体选择哪一种或哪几种电源作为本国电源侧灵活性资源一国自身能源结构是重要的决定因素1燃煤机组德国波兰煤电灵活性改造为德国波兰电力系统中主要的电源侧灵活性来源德国和波兰是欧洲本土产煤大国2022年合计煤炭产量占欧盟总产量的67煤炭主导的能源结构影响了两国的发电结构2000年德国燃煤发电比例为52波兰则高达95在两国能源转型过程中高比例的煤电机组自然负担起新能源机组并网带来的灵活性需求其定位亦更大程度上转换为调节性电源2022年德国褐煤硬煤两类燃煤机组容量占全部可调度电源容量的42图112000-2022年德国发电量结构演变图122000-2022年波兰发电量结构演变资料来源EMBER兴业证券经济与金融研究院整理资料来源EMBER兴业证券经济与金融研究院整理图132000-2022年德国电源装机容量演变图142000-2022年波兰电源装机容量演变100410023280803660606064040454201220180022222222222222222222222000000000000000000000002222222222222222222222200000000001111111111222000000000000000000000000123456789012345678901200000000001111111111222012煤3电45气6电78核电90风1光23水4电56生物7质89012煤电气电核电风光水电生物质资料来源EMBER兴业证券经济与金融研究院整理资料来源EMBER兴业证券经济与金融研究院整理请务必阅读正文之后的信息披露和重要声明-14-行业深度研究报告图152022年德国波兰煤炭产量占欧盟的67图162022年德国燃煤机组占全部可调度电源容量的42资料来源ESTAT兴业证券经济与金融研究院整理资料来源Energy-Charts兴业证券经济与金融研究院整理2燃气机组英国美国资源禀赋影响下燃气机组为英美供电与灵活性主力北海油气田为英国燃气发电提供了资源保障结合海上风电的大力发展到2022年气电和绿电已经成为英国前两大电源发电量分别占比39和29页岩气革命后美国天然气成本显著下降到2022年燃气发电量占比同样高达39面对风光发电装机的不断增长英美利用本国装机规模大调峰性能优良的燃气机组在发电同时兼顾电源侧灵活性需求英美两国2022年燃气发电装机比例分别达到35和45有充足的容量可用做灵活性调节同时燃气机组调峰性能强负荷调节范围宽启停时间和爬坡速率较燃煤机组均有明显优势其中综合灵活性最强的单循环燃气机组爬坡速率可达837分钟图172000-2022年英国发电量结构演变图182000-2022年美国发电量结构演变6040200222222222222222222222220000000000000000000000000000000001111111111222012345煤6电789气0电1234核5电6789012风光水电生物质资料来源EMBER兴业证券经济与金融研究院整理资料来源EMBER兴业证券经济与金融研究院整理请务必阅读正文之后的信息披露和重要声明-15-行业深度研究报告图192022年英国燃气发电装机占比35图202022年美国燃气发电装机占比45资料来源EMBER兴业证券经济与金融研究院整理资料来源EMBER兴业证券经济与金融研究院整理表6燃气机组与燃煤机组灵活性特征对比单循环燃气联合循环燃气硬煤发褐煤发特性机组机组电厂电厂最小负荷2535202525405060爬坡速率min83722515412热启动时间min或h2030min3040min253h46h冷启动时间min或h2030min3040min510h810h资料来源高比例可再生能源电力系统关键技术及发展挑战兴业证券经济与金融研究院整理3核电机组法国法国是利用核电提升电源侧灵活性的代表国家2022年法国核电发电量占比达633是全世界核能发电占比最高的国家国际上核电机组的通行用途为基荷运行但由于化石资源匮乏煤炭枯竭法国选择装机占比近50的核电机组作为电源侧灵活性资源之一目前法国核电机组部分参与电网负荷跟踪运行部分通过合理安排检修时间配合电网周度季度调峰随着法国重振核电新政施行预期核电机组作为灵活性电源的趋势有望进一步发展图212000-2022年法国发电量结构演变图222000-2022年法国电源装机结构演变1001188028604045206022222222222222222222222200000000000000000000000000000000011111111112220123煤4电56气电78核9电0风1光23水4电5生6物7质89012资料来源EMBER兴业证券经济与金融研究院整理资料来源EMBER兴业证券经济与金融研究院整理请务必阅读正文之后的信息披露和重要声明-16-行业深度研究报告图23法国取消核电占比上限大力重振核电发展资料来源中国核电网澎湃新闻人民网虎嗅网兴业证券经济与金融研究院整理4电源多能互补丹麦丹麦通过风能光能生物质能等多种能源互补替代保证电力系统电源侧灵活性作为世界首个决定于2050年前取缔化石燃料的国家丹麦政府积极推动能源多元供给充分利用多种形式的生物质能稻草秸秆木屑沼气通过电力和供热系统的耦合互联实现多能互补丹麦拥有全球领先的风能技术2000至2022年间风光发电量占比从12增长至61其2022年生物质能发电比例达23在世界范围内名列前茅丹麦在边远地区农村和独立社区以分布式供能方式建设风电生物质发电和热电联产既解决了农村秸秆垃圾的处理问题又实现多种能源互补替代为区域提供灵活稳定的能源供应图242000-2022年丹麦发电量结构演变图252000-2022年丹麦电源装机结构演变100148060684020611022222222222222222222222000000000000000000000000000000000111111111122201234567890123456789012煤电气电核电风光水电生物质资料来源EMBER兴业证券经济与金融研究院整理资料来源EMBER兴业证券经济与金融研究院整理请务必阅读正文之后的信息披露和重要声明-17-行业深度研究报告图26丹麦典型生物质能热电联产机组运作示意图资料来源搜狐网兴业证券经济与金融研究院整理对中国的启示煤电为适合我国能源结构的电源侧灵活性资源2000-2022年间我国可再生能源发电量占比从16升至29尽管同时期煤电发电比例从最高峰的超80降至61但截至2022年我国煤电机组仍占据全部电源装机容量的46而同属可调度电源的燃气核电机组占比均未超过5结合前述发达国家经验和我国富煤缺油少气的资源禀赋燃煤机组仍是最为符合我国现阶段实际情况的灵活性电源从实施路径出发燃煤机组灵活性改造是当前我国最具可操作性和经济性的选择对比其他调节电源气电方面我国天然气高度依赖进口高企的原料价格拉高了燃气发电成本水电方面短时内流量变化过快会造成水轮机叶片潜在危害亦导致下游水位陡增陡降且因水电多分布于西南地区发挥灵活性时高度依赖电网互联易发生超调现象加剧频率波动核电方面由于参与调峰会大幅提高机组平均年非计划停堆小时数在装机比例较低的情况下核电充当灵活性电源同样成本较高而我国煤电机组总量大灵活性改造成本整体可控兼具可操性与经济性图272000-2022年中国发电量结构演变图282000-2022年中国电源装机结构演变资料来源EMBER兴业证券经济与金融研究院整理资料来源EMBER兴业证券经济与金融研究院整理请务必阅读正文之后的信息披露和重要声明-18-行业深度研究报告图292022年煤电机组占我国总装机容量的46图30我国天然气对外依存度十年平均为39资料来源EMBER兴业证券经济与金融研究院整理资料来源国家统计局中国天然气发展报告2022中国天然气发展报告2023兴业证券经济与金融研究院整理表7各类电源侧灵活性来源可操性与经济性对比单位千瓦灵活性提升对应电源侧灵活性来源现状结论固定成本投入元千瓦是当前我国最具可操作我国煤电机组存量巨大且灵活性改造投资燃煤机组灵活性改造性和经济性的电源侧灵600-700成本可控活性来源新建燃气机组2630-3546核心设备依靠国外进口与维修养护原料天燃气机组置换燃煤机组7013-9457然气对外依存度高整体成本高装机比例小参与调峰可导致发电成本升高核电机组暂时不适宜作为我国现-发电效率和安全裕度下降阶段电源侧主要灵活性生物质发电目前我国还在探索阶段体制机制尚未成熟-来源我国水电资源大多分布在西南地区发挥灵水电机组-活性时高度依赖电网互联同时易发生超调现象加剧频率波动资料来源电力系统灵活性提升技术路径经济性与政策建议兴业证券经济与金融研究院整理22网电网互联互济解决电力资源错配欧洲各国资源禀赋存异国际电力交易市场应运而生2009年形成高度集成化互联电网ENTSO-E其中作为欧洲邻国最多的国家德国通过30条220千伏400千伏的输电通道与邻国互联且随其风光出力增加进出口电量结构由进少出多向夏季进多出少冬季进少出多转变电网深度参与电力系统调节我国各省与欧洲各国在物理布局上较为相似需加强跨省区特高压输电线路建设提高电网错峰互济能力缓解新能源供需分布错配降低三北弃风弃光率并协同大电网配电网微电网发展在分布式资源快速增长的背景下增强电网灵活性欧洲电网侧灵活性资源主要体现于跨国电网互联电网互联互济送受两端可比作虚拟电源和虚拟负荷送端区域出现电力供给大于用电需求时可通过外送电量提供需求向上灵活性受端区域亦然针对弃光弃风问题互联电网通过利用各地区用电的非同时性进行负荷调整可依据提前请务必阅读正文之后的信息披露和重要声明-19-行业深度研究报告签订的送电中长期协议跨区输电从而提高电网中长时间维度灵活性和供电可靠性有助于波动性较强的绿电接入欧洲的地区能源结构特征与我国相似欧洲互联电网ENTSO-E可作为我国电网侧灵活性调节的参考欧洲困境地区能源结构各异电网互联--解决电力资源错配欧洲近年清洁能源利用普遍提速但各国资源禀赋存异风力资源主要分布于北海沿岸及爱尔兰地区水力资源主要分布于北欧地区太阳能资源主要分布于地中海沿岸地区等各地区资源分布不均带来电力结构差异进而引发国家之间电力交易需求跨国输电线路和国际电力交易市场应运而生图31欧洲各国清洁能源发电增长图32欧洲可再生能源分布地图资料来源HBSFEEGEFEREF兴业证券经济与金资料来源Wikipedia兴业证券经济与金融研究院整理融研究院整理2009年以前欧洲有爱尔兰英国北欧欧洲大陆波罗的海五大输电运营商联盟和一个欧洲输电运营商联盟负责前面五大电网的协调规划和运行2009年以后受欧盟条例规定六大运营商联盟合并形成高度集成化互联电网即欧洲互联电网ENTSO-E跨国互联电网可将电力从发电端以低廉成本输送至高负荷区提高低成本间歇性强的可再生能源的利用率此举可以减少北海风电的大规模开发南欧光伏机组受制于输出通道而造成的巨大浪费促进新能源消纳2022年通过ENTSO-E交易的总进口电量达到4483亿千瓦时请务必阅读正文之后的信息披露和重要声明-20-