证券研究报告电力设备2024年01月22日电力设备与新能源团队•行业专题报告-电网策系列之一：把握特高压主线分析师郭彦辰登记编号：S1220523110003目录CONTENT1特高压：政策催化下的柔直元年，24年迎来核准高峰期2盈利预测&风险提示201特高压——政策催化下的柔直元年，24年迎来核准高峰期3gZaXpWnYwV9UnXeXMApNoMsQ7NaO7NmOrRmOtPiNmMpOjMoMtP6MrQrNNZoOmMMYpMtQ十四五规划强势驱动，特高压重点发力《“十四五”现代能源体系规划》明确提出要完善华北、华东、华中区域内特高压交流网架结构，为特高压直流送入电力提供支撑，建设川渝特高压主网架，完善南方电网主网架。表：特高压线路梳理类型电压线路投资额（亿元）长度（km）核准时间开工时间投运时间最新进展金上-湖北33417842023年2月2023年2月2025(预计)937.92023年5月2023年3月(川2标）已完成所有基础浇筑工作陇东-山东206.623002025(预计)28816192023(预计)2023年6月甘肃段铁塔组立首基试点圆满完成直流±800kV哈密-重庆274.822022甘肃段开展首次质量监督检查输电1000kV宁夏-湖南7652025(预计)全面建设阶段藏东南-粤港澳3810632023年5月环评公示交流甘肃-浙江712023(预计)2023年11月开启项目前期工作输电陕西-河南912872022年3月2023年12月23年5月可研工作启动陕北-安徽642382022年3月环评公示蒙西-京津冀2889262022年9月2023年底驻马店-武汉366冀北段实现贯通竣工投产福州-厦门6582022年9月投运武汉-南昌张北-胜利建设阶段川渝特高压建设阶段大同-怀来-天津北-天津南建设阶段2023年1月可研工作启动资料来源：北极星输电网，方正证券研究所4电网投资顺势增长，“2交4直”时不我待•金额上：“十四五”期间，南网建设将规划投资约6700亿元，以加快数字电网和现代化电网建设进程，推动以新能源为主体的新型电力系统构建；国家电网计划投入3500亿美元（约合2.23万亿元），推进电网转型升级。合计规划投资累计将超过2.9万亿元。•数量上：为按期实现“24交14直”，千亿投资将助推规划进展，预计24、25年每年至少4条直流工程的开工进度，并迎来核准高峰。图：国家电网电网投资图：直流交流开工数目（亿元）（亿千瓦时）4.5444444600049775700100000450009000048544889447446054882509452005500800003.540002017202170000201820192020202220232024E6000033000全社会用电量国家电网投资50000400002.5222222222222220003000020000210001000001.511111111110120162025E0.5000000000000直流开工条数交流开工条数资料来源：国家能源局、中国政府网、方正证券研究所5直流VS交流：替代OR互补？•直达高速OR县市公路？直流输电定位于超远距离、超大容量“点对点”输送的“直达高速”，很难组成网络。交流输电兼具输电和构建网络双重功能，是连接各类能源的“省市县公路”。直流输电可以减少大量无效损耗，但制约直流输电发展的最大关键在于是否具有巨大且坚强的交流输电网。•直流在高电压、大容量、远距离传输上确实有独特优势，但是目前的网架结构还是交流体系下的，短期内不可能推倒重建网架结构，而且直流目前尚不具备复杂组网功能。因此，分析结果是直流输电和交流输电只能互补，不能互相取代。图：特高压交直流混联格局图：交直流年费用随输电距离的对比资料来源：《强直弱交的定义、内涵与形式及其应对措施》、《特高压交流和直流输电系统可靠性与经济性比较》、方正证券研究所整理6传统直流VS柔性直流：孰优孰劣？•由于所用换流元件的根本性差异，传统直流输电和柔性直流输电对电网的需求是不同的。传统直流输电的送受两端都要有稳定、足够强度的交流系统；柔性直流输电不但不依赖电网，而且能够主动构网，对电网提供强支撑。•在输电能力方面，尽管柔性直流输电已经达到特高压等级，但是受限于器件的通流能力，输送容量还无法达到传统直流输电的最高水平。在损耗方面，传统直流输电的变压器损耗略高于换流阀；柔性直流换流阀成本可以占据总设备成本的一半以上，而传统直流输电的变压器成本占比较高图：柔性直流输电与传统直流输电的技术特性对比直流输电类型换流元件送端电网受端电网换相失败输电电压输送容量损耗成本柔性直流输电传统直流输电全控器件(如IGBT),容量小,可可以为新能源提供并网所可以是无源电网没有换相失败,全穿越交目前最高800kV目前最高5000MW高控关断需的电压和频率支撑流故障,无功支撑强半控器靠件电(网晶电闸压管换),相容关量断大,依必须有同步机电源支撑必须是有源电网交流故障时现存象在换相失败目前最高±1100kV目前最高12000MW低图：直流输电损耗占比5.90%11.70%图：直流输电成本占比14.0%23.50%51.60%29.0%100.0%100.0%70.6%36.70%57.0%80.0%传统直流输电80.0%19.0%柔性直流输电54.0%其它设备60.0%其它设备60.0%变压器40.0%变压器40.0%27.0%换流阀20.0%换流阀20.0%传统直流输电0.0%0.0%柔性直流输电资料来源：《强直弱交的定义、内涵与形式及其应对措施》，方正证券研究所整理7为何在当前时点，我们需要柔直？1）可控性强，可关断器件可以进行开与关的完整控制，无需交流侧提供换相电流，因此也就不存在换相失败的问题；2）得益于完整控制，柔性直流输电在交流侧无需大量无功支撑，占地面积减少。3）无源特性可完成向孤岛供电，解决了网架薄弱地区的“最后一公里”问题。这里说的孤岛指的不是真正的岛屿，而是仅靠几条输电线连接的区域小电网。4）全控型器件的开关频率极高，动辄成千上万赫兹，仅需少量高次滤波器就可完成过滤，避免了低次谐波对电网的污染。对中国电网来说，交流电网的频率为50赫兹，所以低次谐波比高次谐波难处理得多。5）功率潮流反转迅速。柔性直流输电系统可以通过改变单端电流方向来改变潮流的方向，这就初步具备了多点输送的功能，也就意味着直流也可以组网了。图：普通晶闸管图：IGBT构成与等效图图：潮流图资料来源：电源设计电子电路基础电源技术信息网站、方正证券研究所8为何在当前时点，我们需要柔直？对比柔直和直流，柔直在新能源黑启动/动态响应/故障恢复方面均表现更好。此三点正是目前直流工程的痛点和缺陷。图：南澳工程青澳站黑启动试验波形图图：鲁西背靠背工程动态响应曲线对比图：昆柳龙直流工程直流线路故障清除与重启动资料来源：《柔性直流输电技术的工程应用和发展展望》，方正证券研究所9为何在当前时点，我们需要柔直？•千万千瓦级大规模新能源发电基地柔性直流送出：电源基地距离中、东部负荷中心遥远，可达2500km，直流送出的经济性更好。但电源侧网架薄弱，早期阶段甚至只有风光新能源孤岛送出；中、东部受端地区电网多直流馈入特征明显。送、受端电网的特性决定柔直是重要课题。•更大容量的海上风电柔性直流送出：满足未来亿千瓦级海上风电基地开发和电网消纳需求，需要数百万千万，甚至千万千瓦级海上风电汇集组网直送负荷中心，其主要难点是多端协调控制表：中国的柔性直流输电工程序号工程名称投运年份容量/MW直流电压/kV接线形式器件类型电缆/架空线距离/km应用场景1上海南汇201120±30对称单极3300VIGBT直流电缆8新能源并网2南澳多端2013200,100,50±160对称单极4500VIEGT架空线缆+直流电20.6+20.2新能源并网3舟山五端2014400,300,100X3±200对称单极3300VIGBT直流电缆140.4新能源并网4厦门工程20151000±320对称双极金属回线3300VIGBT直流电缆10.7城市高密度负荷中心供电5鲁西背靠背20161000±350对称单极3300VIGBT4500VIEGT电网柔性互联6渝鄂背靠背20191250X4±420对称单极3300VIGBT4500VIEGT电网柔性互联3000±500对称双极金属回线新能源并网、无源网络供电7张北直流电网工程20205000±800对称双极大地回线4500VIGBT架空线648.25200VBIGT架空线1452远距离架空线输电8昆柳龙直流工程20204500VIGBT4500VIEGT9如东海上风电工程20211100±400对称单极4500VIGBT4500VIEGT海底电缆103新能源并网10广东背靠背工程20221500X4±300对称单极4500VIGBT4500VIEGT电网柔性互联800011白鹤滩工程20222000±800对称双极大地回线高端换4500VIGBT架空线2088远距离架空线输电±525流器采用LCC，低端换流器4500VIEGT新能源并网12青州海上风电送出工程2024(预计)海底电缆86采用VSC4500VIGBT10userid:139428,docid:152589,date:2024-01-27,sgpjbg.com对称单极资料来源：《柔性直流输电技术的工程应用和发展展望》，方正证券研究所柔直的应用场景？目前柔性直流在电网互联、远距离输电、新能源送出、中低压配电等四类主要场景，得到了广泛应用。表：柔直的主要应用场景分类应用场景电网互联远距离输电新能源送出中低压配电随着经济社会快速发展，民众需求持远海具有更广阔的海域资源与更庞大的风电网互联可实现互供电力、互通续旺盛，中国已有的500千伏输电主网能储量，开发潜力巨大。与近海相比，远中低压直流配电应用场景丰富，如配电有无、互为备用，可减少事故备架已经面临远距离、大容量输送能力海环境更加恶劣，对风机基础、海底电缆、网柔性互联、配电线路增容改造、工业场景简介用容量，增强抵御事故能力。不足，走廊资源紧缺等瓶颈制约，亟海即上便平如台此集，成海等上技风术电提场出的了开更发严逐苛步的走要向求远。园区/楼宇直流供电柔直优势待打造电力“高速公路”。海是必然趋势已成为业界共识。柔直不增加交流短路电流，不受柔直运行控制、拓扑结构和核心器件柔性直流输电具有直流电缆无充电功率限交流系统短路容量限制，可快速的发展，促进了电压等级及输电距离制、可有效降低风电间歇性对电网稳定性柔直向配电和用电延伸，可改善配电网灵要活技调术节手潮段流。，是电网互联的重的提升。的影响、可为海上风电场提供稳定的并网运行性能，提高供电质量，促进节能减电压、系统运行方式调控灵活等优点，针排。对深远海、大容量风电送出具有显著优势。应用示例张北柔直工程江苏如东海上风电场柔性直流输电工程珠海唐家湾三端柔性直流配电网工程西南电网柔直异步互联格局11资料来源：方正证券研究所整理国内厂商柔直相关产品？产品在结构上与高压直流输电类似，柔直主要设备包括柔性直流换流阀、高压直流断路器、换流变压器、柔性直流输电控制保护系统和直流电抗器/平波电抗器。表：柔直的主要设备设备柔性直流换流阀高压直流断路器换流变压器柔性直流输电控制保护系统直流电抗器/平波电抗器柔性直流换流阀是柔性直流输直流断路器结合了电力电子器换流变压器是一种将电能从用于直流电网运行方式变化和故平波电抗器是指一种用于整流电工程的核心设备，相当于在件，是用于开断直流回路的断交流系统传输给一个或多个障处理。在失去站间通信时，直后直流回路中的电子装置。使用途电的力智系能统化中“接电入力一阀个门完”全，可实控现路器，实现直流开断的时刻是换流桥，或者相反传输的变流电网依靠换流站站级控制及保输出的直流接近于理想直流。交流电与直流电的转换。电流过零点，隔离故障区域和压器，它的位置通常在换流护保障设备安全。故障点，实现线路的并网与离桥与交流系统之间。网。柔性直流换流阀子模块拓扑结采用四个额定直流电压为40kV结构包括：硅钢片，绕组，按保护区域可分为换流变保护区、平波电抗器的线圈和铁芯组装构如图2所示。每个子模块包含的机械开关模块单元串联，其绝缘材料，套管及升高座，阀侧连接线区保护、换流器区保成一体后经过预烘、真空浸漆、2个IGBT元件、一个直流储能电中每个模块包括真空开关VCB、有载调压开关，冷却器，继护、极母线区保护、中性母线区热烘固化这一工艺流程，采用结构容器、一个晶闸管、一个放电暂态均压元件Cj、Rj和静态均电器，压力释放阀，表计等保护、直流线路保护、中性线区H级浸渍漆，使电抗器的线圈电阻、一个快速旁路开关以及压电阻Rx，四个机械开关模块保护和金属回线区保护和铁芯牢固地结合在一起.其他二次控制板卡等。共用一台避雷器MOV南瑞集团、许继电气、西电电南瑞集团旗下子公司、思源电保变电气、西电集团、特变特变电工、北京电力设备公司、厂商气等电工、中电装备、ABB、西门南瑞集团、四方电气等西电电气等气、中国西电等子、阿尔斯通等图示资料来源：方正证券研究所整理12弹性测算：换流阀贡献核心利润⚫弹性测算：价值量：对于换流阀，常直参考今年项目中标价为12亿元，假设新建特高压柔直换流阀价格稳中有降，为36亿元；市占率：结合上文分析，预计某换流阀公司其换流阀市占率为20%，常规直流/其他项目直流控制保护系统市占率为50%/30%。与常规直流项目相比，柔性直流将贡献较大的订单和毛利弹性。乐观测算，毛利贡献可达10亿，保守测算毛利可达6.8亿。表：弹性测算表价值量（单位：亿元）保守测算乐观测算类别常规柔性常规柔性换流阀22直流控制保护系统1236231.82.2换流阀1236直流控制保护系统20%市占率50%20%1.82.2订单6.630%15.7220%20%换流阀45%毛利率直流控制保护系统75%40%50%30%3.5175%毛利6.756.623.5845%40%75%75%3.5110.125资料来源：方正证券研究所13市场规模：24年开启确认高峰⚫预可研预计需要1-1.5年、可研预计需要6个月、审批核准预计需要3-6个月、招标开工预计需要1-3个月、建设投运预计需要1.5年；从核准至投运全程周期约2年。⚫假设单条特高压直流投资额为280亿元，单条特高压交流投资额为60亿元。⚫Ø假设直流特高压核心设备换流变压器、换流阀、GIS、直流保护系统价值约35/18/6/1.8亿。⚫Ø假设交流特高压核心设备GIS、特高压变压器、特高压电抗器，各自单线价值分别为12/6/4亿元。表：特高压规模预测特高压直流（单位：条）2023-20252026-2030特高压交流（单位：条）1322特高压规模特高压直流投资额（单位：亿元/条）13特高压交流投资额（单位：亿元/条）280260特高压直流核心设备规模市场规模合计（单位：亿元）6050（单位：亿元）37005870换流变压器455770特高压交流核心设备规模换流阀234（单位：亿元）GIS78316.823.4132直流控制保护39.6合计790.41258.412361000kvGIS6181000kv变压器4121000kv电抗器2266合计资料来源：方正证券研究所1402盈利预测&风险提示15盈利预测&风险提示投资建议：特高压方面：综合利润弹性+竞争格局+盈利能力，推荐换流阀和GIS以及变压器厂商✓建议关注利润弹性高+盈利能力强的换流阀设备厂商：许继电气/国电南瑞✓建议关注竞争格局好+盈利能力强的GIS环节：平高电气/思源电气✓建议关注有出海预期或深度受益下游新能源需求的变压器环节：金盘科技/明阳电气。风险提示：行业政策推进不及预期，特高压开工节奏不及预期，盈利能力不及预期16分析师声明与免责声明17评级说明18方正证券研究所专注专心专业北京市西城区展览路48号新联写字楼6层上海市静安区延平路71号延平大厦2楼广州市天河区兴盛路12号楼隽峰院2期3层方正证券长沙市天心区湘江中路二段36号华远国际中心37层深圳市福田区竹子林紫竹七道光大银行大厦31层19