国家电网配电网行业分析.docx
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国家电网配电网行业分析
国家电网(配电网)行业分析
我们将从我国配电网建设投资的现状出发,对公司所处配电网设备制造行业的发展趋势、市场前景及竞争格局逐次展开分析。
除上述外,考虑到公司目前正在大力拓展电力储能业务,本章中,我们亦将对电力储能行业的发展现状及前景进行简要分析。
一、配电网设备行业简介
(一)配电网:
电力系统的“毛细血管”
电力系统是由发电、变电、输电、配电和用电等环节组成的电能生产与消费系统,其主体结构包括电源、电力网络和负荷中心。
其中,电力网络主要由电源的升压变电所、输电线路、负荷中心变电所、配电线路等组成,主要功能是将电源发出的电能升压至一定等级以便进行大规模、低线损的远距离输电,待电能输送至负荷中心变电所后,再降压至适合用户需要的等级,最终经配电线路输送至用户使用。
从承担的具体职能来看,电力网络可进一步细分为输电网和配电网。
其中,输电网是将发电厂、变电所或者变电所之间连接起来的电力网络,主要承担输送电能的任务。
与之相对的,配电网是指直接或者降压后将电能输送至用户的电力网络,主要承担分配电能的任务。
通俗而言,如果把发电厂比作电力系统的心脏,输电网比作主动脉,那么配电网就是遍布全身,直接向身体各个器官供血的“毛细血管”。
图:
配电网是电力系统的“毛细血管”
(二)配电网分类
按照电压等级的不同,配电网可分为高压配电网(35-110kV)、中压配电网(6-10kV)和低压配电网(220/380V),其中,以中低压等级的配电设施分布最为广泛。
各电压等级配电网的功能及特点如下表所示:
分类
电压等级
功能
特点
高压配电网
35-110kV
从上一级电源接受电能后,可以直接向高压用户供电,也可以通过变压器为下一级中压配电网提供电源
容量大、负荷重、负荷节点少、供电可靠性要求高
中压配电网
6-10kV
从输电网或高压配电网接受电能,向中压用户供电,或向用户用电小区负荷中心的配电变电所供电,再经过降压后向下一级低压配电网提供电源
供电面广、容量大、配电点多
低压配电网
220/380V
以中压配电网的低压配电变压器为电源,将电能通过低压配电线路直接送给用户
供电距离较近,低压电源点较多,供电容量不大,但分布面广
(三)配电网设备构成
配电网使用的各类设备十分庞杂,习惯上,行业一般将其划分为一次设备和二次设备。
其中,配电网一次设备是指用来接受、输送和分配电能的电气设备,主要包括:
变压器、断路器、负荷开关、隔离开关、环网柜、分段器、开关柜、避雷器、熔断器等;二次设备则是指对一次设备的工作进行控制、保护、监察和测量的设备,主要包括电流电压表、继电器、电压互感器、电流互感器等。
配电网使用的主要设备介绍
分类
名称
功能
一次设备
变压器
满足用户用电电压等级的需要,把35kV、20kV或者10kV的电压变成适用于用户生产或者照明使用的三相400V或单相200V电压
断路器
通常正常的负荷电流,接通和承担一定时间的断流电流,并在保护装置的作用下自动跳闸,切除短路故障
负荷开关
用于开断负荷电流,关合、承载额定短路电流
隔离开关
用于隔离电源,将高压检修设备与带电设备断开,使其间有一明显可看见的断开点,隔离开关与断路器配合,按系统运行方式的需要进行倒闸操作,以改变系统运行接线方式
环网柜
一组输配电气设备(高压开关设备)装在金属或非金属绝缘柜体内或做成拼装间隔式环网供电单元的电气设备,其核心部分采用负荷开关和熔断器
分段器
自动判断线路故障,记忆线路故障电流开断次数,在达到整定次数时,在无电压或者无电流情况下自动分闸的开关设备
开关柜
在电力系统进行发电、输电、配电和电能转换的过程中,进行开合、控制和保护用电设备,开关柜内的部件主要有断路器、隔离开关、负荷开关、操作机构、互感器以及各种保护装置等
避雷器
用于保护电气设备免受高瞬态过电压危害并限制续流时间也常限制续流赋值的一种电器
熔断器
在电路出现短路电流或者不被允许的大电流时,使熔丝熔断,电路断开,保护电气设备
二次设备
测量仪表
各类电流表、电压表、电能表等
继电器
用一个很微小的电流,就可以控制很大功率的电路,还能扩大控制范围,在信号达到某一定值时,可以按触点组的不同形式,同时换接、开断、接通多路电路,达到自动开关的目的
二、大力推进智能配电网建设已成为电力行业发展的必然选择
(一)配电网投资长期匮乏,历史欠账严重
作为电力系统的“毛细血管”,配电网从输电网接受电能并通过多层次的网络向用户供电,担负着电能分配、计量和保护的重任,是保障经济发展和人民生活的重要基础设施。
相对输电网而言,配电网具有供电线路长、分布面积广、结构复杂等特点,且对调度上的灵活性、运行上的连续性和经济性亦要求较高。
由于与用户端的紧密联系,配电网的任何微小缺陷,都有可能直接影响电力系统对用户的供电质量。
据统计,我国电力系统的停电事故中,约80%以上均由配电网的故障造成,因此,加强配电网建设,对于提高整个电力系统的供电能力具有十分突出的意义。
然而,受历史原因影响,长期以来我国的电力系统投资一直存在“重电源、轻电网,重输电、轻配电”的结构性失衡,截至目前,我国的配电网建设进程较电源和输电网而言已严重滞后。
尽管近年来,我国已开始逐渐加大对配电网的投资力度,但对比发达国家的投资水平,我国对配电网的投资力度仍然显著偏低,存在较大的提升空间。
图:
我国与发达国家在电源、输电及配电领域的投资力度对比(2014年)
(二)随着终端用电需求的不断增长,现有配电设施已难堪重负
随着我国经济的不断发展,我国的全社会用电量亦在持续攀升。
2007-2018年,我国的全社会用电量已从2007年的32,458亿千瓦时提升至2018年的68,449亿千瓦时,年化增速约8.5%。
即使受经济下行影响,近年来我国全社会用电量增速总体呈放缓趋势,但2016年及2017年,我国全社会用电量增速仍然维持在6%以上,终端的用电需求依然旺盛。
图:
2007-2018年我国全社会用电量情况(单位:
亿千瓦时)
伴随全社会用电量的不断提升,维持配电网稳定运行的压力亦在不断加大,但受制于国家对配电网投资的长期匮乏,现有的配电网设施已难堪重负。
以2015年为例,同期配电网供电可靠率等指标较以前年度甚至不增反减,配电网基础设施的落后与不断增长的用电需求间已开始出现明显背离。
图:
2012-2015年我国的供电可靠率
图:
北京市西城区某电线杆
另一方面,从我国配电网的实际运行表现来看,目前我国配电网的供电可靠性较发达国家仍存在明显差距,在供电可靠率、平均停电时间、平均停电次数等诸多方面,我国甚至大幅低于发达国家的历史水平,具体表现为平均停电时间长、平均停电次数多等,对工业生产及居民生活均造成了较大的负面影响,亟待加大配电网的建设步伐。
图:
我国与发达国家的供电可靠性对比
2018年,全国333个地级行政区平均供电可靠率为99.826%,用户平均停电时间为15.26小时/户,用户平均停电频率为3.18次/户。
其中,全国地级行政区城市用户平均停电时间为4.72小时/户,农村用户平均停电时间为18.95小时/户。
1、计划单列市
2018年,全国5个计划单列市用户平均停电时间为6.52小时/户,用户平均停电频率为1.78次/户。
其中,城市用户平均停电时间为2.56小时/户,用户平均停电频率为0.52次/户;农村用户平均停电时间为10.01小时/户,用户平均停电频率为2.89次/户。
各计划单列市供电可靠性指标如下:
城市名称
全口径
城市
农村
平均停电时间(时/户)
平均停电时间(时/户)
平均停电时间(时/户)
大连市
11.86
2.61
17.75
青岛市
6.40
2.47
9.05
宁波市
6.93
2.02
7.95
厦门市
2.94
1.27
4.95
深圳市
2.97
2.97
-
2、副省级市
2018年,全国除计划单列市外的10个副省级市用户平均停电时间为8.68小时/户,用户平均停电频率为1.88次/户。
其中,城市用户平均停电时间为2.91小时/户,用户平均停电频率为0.60次/户;农村用户平均停电时间为13.99小时/户,用户平均停电频率为3.05次/户。
各副省级市供电可靠性指标见下表:
城市名称
全口径
城市
农村
平均停电时间(时/户)
平均停电时间(时/户)
平均停电时间(时/户)
广州市
3.39
3.39
-
武汉市
4.39
2.28
7.58
哈尔滨市
10.79
2.44
19.73
沈阳市
15.85
4.53
22.69
成都市
15.48
3.92
20.79
南京市
4.41
1.98
6.01
西安市
9.73
4.34
16.83
长春市
16.57
3.56
20.83
济南市
6.15
1.89
8.22
杭州市
6.06
1.37
8.34
图:
2012-2015年我国平均停电时间及次数情况
(三)配电网建设长期积弊,供给侧缺陷日益突出
如前所述,我国配电网的供电可靠性已难以满足日益增长的社会用电需求,而在这一表征现象的背后,则是我国配电网建设持续滞后的长期积弊。
长久以来,我国配电网建设积累的主要问题包括以下几个方面:
1、配电网网架结构较为薄弱
截至目前,我国配电网线路联络程度仍然偏低,单辐射线路仍占相当比例,与发达国家以网格型为基础的多联络型网架相比,我国配电网网架结构较为薄弱,配电网主干线较长,线路分段点不足,满足N-1校验的线路比例较低,亟待通过建设环网等高可靠的网架结构予以优化升级。
图:
我国与发达国家配电网网架结构对比示意图
2、配电网自动化覆盖率较低
配电自动化是配电网实时运行、监控与管理自动化、信息化的统称。
传统配电网的管理方式依赖人工看图、巡视、电话调度等,其“盲管”方式已不能适应现代配电网控制管理的需要。
但截至目前,我国配电网自动化覆盖率仅为20%,与发达国家90%以上的自动化水平仍存在显著差距,提升空间巨大。
此外,在技术标准方面,我国的配电自动化技术匹配分布式发电与微网的研究、应用亦相对不足。
图:
我国与发达国家配电网自动化覆盖率对比(2017年)
3、配电网接纳分布式能源的能力相对不足
传统配电网并非为接入大量分布式能源而设计,但近来年,随着以风电、光伏等分布式电源在配电网中的渗透率日益升高,传统配电网的架构发生了较大变化。
特别是以风电为代表的大规模间歇式能源,因其固有的较大波动性,此类新能源的并网已对配电网的稳定运行造成显著影响;此外,电动汽车的充放电对电网的潮流也带来扰动。
因接入分布式能源而产生的谐波治理等一系列问题,也在很大程度上对配电网的安全运行提出了更高要求。
图:
分布式能源并网历程
(四)智能配电网建设是解决前述矛盾的必由之路
2009年,国家电网首次公布了智能电网发展计划,该计划分三阶段实施,截至目前,智能电网建设已进入引领提升的第三阶段,正不断向配电环节聚焦。
所谓智能电网,即是以物理电网为基础,将现代先进的传感测量技术、通讯技术、信息技术、计算机技术和控制技术与物理电网高度集成而形成新型电网,其核心内涵是实现电网的信息化、数字化、自动化和互动化,以此实现电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全的目标。
表:
智能电网的六大特征
序号
特征
分析
1
坚强(Robust)
在电网发生大扰动和故障时,电网仍能保持对用户的供电能力,而不发生大面积的停电事故;在自然灾害和极端气候条件下或认为的外力破坏下仍能保证电网的安全运行,具有确保信息安全的能力和防计算机病毒破坏的能力
2
自愈(Self-Healing)
具有实时、在线连接的安全评估和分析能力,强大的预警控制系统和预防控制能力,自助故障诊断、故障隔离和系统自我恢复的能力
3
兼容(Compatible)
能支持可再生能源以正确、合理的接入、适应分布式发电和微电网的接入,能使需求侧管理的功能更加完善和提高,实现与用户的交互和高效互动
4
经济(Economical)
支持电力市场和电力交易的有效开展,实现资源的合理配置,降低电网损耗,提高能源利用效率
5
集成(Integrated)
实现电网技术的高度集成和共享,实现统一的平台和模型,实现标准化、规范化和精细化的管理
6
优化(Optimized)
通过优化提高资产的利用,降低投资成本和运行维护成本
具体地,针对配电环节,智能配电网的内涵更多体现在“新能源、新负荷、新要求、新技术”等四个方面。
智能配电网的发展重点是全面提高供电可靠性和电能质量、降低线损,同时将电网、可再生能源、分布式电源、微网以及用户需求通过技术纽带实现有机结合,以此不断推动配电网从传统的供方主导、单向供电、基本依赖人工管理的运营模式向用户参与,潮流双向流动、高度自动化的方向转变。
图:
智能配电网的核心内涵
不难发现,在我国配电网发展长期积弊的大背景下,大力推进智能配电网建设,已成为提高我国供电可靠性,解决配电网网架结构薄弱等一系列突出问题的必然选择。
而国家对智能配电网投资布局的逐渐深入,势必亦将利好上游的配电网设备制造企业,推动行业步入新一轮的快速发展轨道。
三、政策“东风”已起,配电网投资浪潮蓄势待发
(一)政策目标明确,2万亿配电网投资推动相关设备需求爆发
2015年,国家能源局发布《配电网建设改造行动计划(2015-2020年)》,提出在2015-2020年期间,配电网建设改造投资将不低于2万亿元,其中2015年投资不低于3,000亿元,“十三五”期间的累计投资不低于1.7万亿元。
对比“十二五”期间的投资规模,“十三五”的规划投资预计将达到“十二五”的两倍以上,国家对配电网的投资力度已开始明显提速。
除上述外,《计划》中亦明确提出了多项配电网建设改造的指导目标,整体仍然紧紧围绕全面提高供电可靠性和电能质量、降低损耗等配电网发展的核心要求。
其中,《计划》要求中心城市(区)、城镇和乡村的供电可靠率在2020年须分别达到99.99%、99.88%和99.72%,意味着中心城市(区)对应的用户年平均停电时间基本在0.88h(约53min)以下,这将极大接近发达国家的平均水平。
而为实现这一目标,配电网势必需要大量配置以智能环网柜为代表的高可靠性配电网设备,从而进一步利好相关上游企业的发展。
表:
配电网建设改造指导目标
指标
单位
2014年
2017年
2020年
1、供电可靠率
%
99.35
99.69
99.82
其中:
中心城市(区)
%
99.95
99.97
99.99
城镇
%
99.80
99.85
99.88
乡村
%
99.16
99.45
99.72
2、用户年均停电时间
小时
57.0
27.0
15.7
其中:
中心城市(区)
小时
4.4
2.6
1.0
城镇
小时
17.5
13.2
10.0
乡村
小时
73.6
48.0
24.0
3、综合电压合格率
%
95.88
97.53
98.65
其中:
中心城市(区)
%
99.94
99.96
99.97
城镇
%
96.92
97.95
98.79
乡村
%
90.77
94.69
97.00
4、110千伏及以下线损率
%
6.2
6.1
6.0
5、高压配电网容载比
-
2.01
1.8-2.2
6、乡村户均配变容量
千伏安
1.55
1.8
2.0
7、配电自动化覆盖率
%
20
50
90
8、配电通信网覆盖率
%
40
60
95
9、智能电表覆盖率
%
60
80
90
(二)7千亿农网改造有望成为行业的第一针“强心剂”
作为我国配电网系统的重要组成部分,自“十一五”以来,国家就开始着力改造农村电网,力争改变农村电网相对城市电网的落后局面。
2016年,国务院总理李克强在国务院常务会议中表示,将实施新一轮的农网改造升级工程,预计投资额约7,000亿元,或将贯穿整个“十三五”时期。
根据国网和南网的投资规划,“十三五”期间,两网对农网改造的计划投资额分别高达5,222亿元和1,300亿元,而本轮农网改造作为继1998年、2010年后的第三次农网改造升级,其投资额已远超前两次农网改造升级投资的总和。
由于农网的改造升级需求相对急迫,而投资额较城网而言相对较小,预计本轮农网改造将有望成为“十三五”期间配电网投资最先落地的“第一枪”。
(三)两网投资力度已明显提速,政策落地效果初显
从《计划》的实际落地情况看,截至目前,两网针对配电网的投资力度自2016年起已开始明显提速。
据统计,2016年,国网的配电网投资已从2015年的2,271亿元上升至2,737亿元,增速达20.52%;同期,南网的配电网投资也从2015年的342亿元上升至500亿元,增速达46.20%。
对比《计划》中“十三五”累计不低于1.7万亿元、年均近4,000亿元的投资规划而言,预计后续年份两网的投资力度仍将有一定的提升空间。
图:
2006-2016年国家电网和南方电网的配电网投资情况
四、“泛在电力物联网”成为智能配电网建设的二级助推火箭
国家电网投资大周期随着第一轮电力体制改革拉开了序幕,根据投资额增速可将该周期分为三大阶段:
电网建设周期(2003年-2008年),智能电网及特高压建设周期(2009年-2019年),泛在电力物联网周期(2019年-):
电网投资三大周期(金额:
亿元)
(一)国家电网全面部署泛在电力物联网
2019年1月,国网工作会议正式提出建设“枢纽型、平台型、共享型”企业,在坚强智能电网基础上建设泛在电力物联网,共同构成能源流、业务流、数据流“三流合一”的能源互联网。
能源互联网=坚强智能电网+泛在电力物联网。
2019年3月8日,国网公司召开工作会议,对建设泛在电力物联网作出全面部署安排,加快推进“三型两网、世界一流”战略落地实施;并公布了《泛在电力物联网建设大纲》:
当前国家电网公司最紧迫、最重要的任务就是加快推进泛在电力物联网建设。
泛在电力物联网建设规划分两阶段:
到2021年初步建成泛在电力物联网;到2024年全面建成泛在电力物联网。
建设泛在电力物联网是落实“三型两网、世界一流”战略目标的核心任务。
国网提出,要在未来几年继续建设运营好以特高压为骨干网架、各级电网协调发展的坚强智能电网,不断提升能源资源配臵能力和智能化水平;同时,充分应用充分应用“大、云、物、移、智”等等现代信息技术,打造状态全面感知、信息高效处理、应用便捷灵活的泛在电力物联网。
1、泛在电力物联网基本概念
根据国家电网公司《泛在电力物联网建设大纲》,“泛在物联”是指任何时间、任何地点、任何人、任何物之间的信息连接和交互。
传感器网主要利用短距离无线通信技术来实现物与物的通信,是物联网实现数据信息采集的末端网络的一种;物联网是物物相连网络,能够自动完成感知、标识、测评,除了传感器网之外,通常还包括办公网、自组网、电子标签网、MtoM(MachinetoMachine)等,针对特定管理对象“有限网络”,实现对于管理对象的智能化管控,是泛在网的重要组成部分;泛在网通过无缝通信方式将现有网络融合为一体,无法与物联网割裂开。
泛在物联网是以物联网为基础构造泛在网。
泛在电力物联网,就是围绕电力系统各环节,充分应用移动互联、人工智能等现代信息技术、先进通信技术,实现电力系统各环节万物互联、人机交互,具有状态全面感知、信息高效处理、应用便捷灵活特征的智慧服务系统,包含感知层、网络层、平台层、应用层四层结构。
2、泛在电力物联网的应用
通过广泛应用大数据、云计算、物联网、移动互联、人工智能、区块链、边缘计算等信息技术和智能技术,汇集各方面资源,为规划建设、生产运行、经营管理、综合服务、新业务新模式发展、企业生态环境构建等各方面,提供充足有效的信息和数据支撑。
泛在电力物联网将电力用户及其设备,电网企业及其设备,发电企业及其设备,供应商及其设备,以及人和物连接起来,产生共享数据,为用户、电网、发电、供应商和政府社会服务;以电网为枢纽,发挥平台和共享作用,为全行业和更多市场主体发展创造更大机遇,提供价值服务。
3、泛在电力物联网实现图景
智能电网和泛在电力物联网,二者相辅相成、融合发展,形成强大的价值创造平台,共同构成能源流、业务流、数据流“三流合一”的能源互联网。
4、2019年为泛在物联网的开局之年
2019年4月下旬,《国网泛在电力物联网2019年具体建设方案》下发至省网公司,围绕网上电网应用构建、配电物联网建设、新一代调度自动化系统建设、智慧能源综合服务平台建设、线上金融产业链、电工装备智能物联与工业云网、“国网云”深化建设应用、“国网芯”和智能终端研发应用等27项重点任务。
泛在电力物联网首阶段着力点进一步清晰,第一阶段示范项目先行、电网侧投资主导的投资逻辑进一步得到印证。
上述细分领域电网投资预计将在2019年达到250亿-300亿元量级,2020年-2021年加速增长。
2019年成为泛在电力物联网建设第一阶段的开局之年。
(二)开局之年,重点突出
国网公司于2019年4月发布的《泛在电力物联网2019年建设方案》,给出27个重点建设任务,核心建设方向为:
1、信息化;2、智能化;3、营销系统(营销2.0):
1、信息化
泛在电力物联网27项重点建设任务中有24项核心方向涉及信息化;泛在电力物联网信息化建设方向贯穿网络层、平台层、应用层;国网系信息化市场主要参与者为国电南瑞、信产集团(岷江水电)与远光软件。
整体来看,信息化市场高度集中,国电南瑞与信产集团(岷江水电)为行业双寡头,合计市占率预计为80%以上;其中,国电南瑞的市占率约为32%(根据2018、2019年国网“信息化设备”与“通信集成及新建通网”中标统计)。
2、智能化
泛在电力物联网27项重点建设任务中有10项核心方向设涉及智能化;泛在框架下,国网将持续提升终端设备智能化水平;国网系智能化市场主要参与者为国电南瑞、亿嘉和、智芯微电子等。
智能化市场集中度比较低,市场比较分散;国电南瑞此块业务份额第一,约占10%左右。
五、电力储能——行业发展的下一个蓝海
(一)电力储能行业概述
作为电能的“蓄水池”,储能系统在电力行业的应用十分广泛。
在发电侧,储能系统可以用于平滑功率输出,实现电力供应的“削峰填谷”;在输配电环节,储能系统可以提高供电的稳定性,提升电能质量;在用户侧,则可以借助电价的峰谷差套利,有效降低用户的用电成本。
图:
储能系统在电力行业的应用场景
从技术路径看,目前电力储能主要采取物理储能(如:
抽水储能、压缩空气储能、飞轮储能等)、电化学储能(各类二次电池储能)、电磁储能(如:
超导电磁储能、超级电容器储能等)等3种技术路径。
从实际应用情况看,尽管目前抽水储能是其中最成熟、最经济的储能技术,但由于其受地理条件的限制较大、能量转换效率较低,对于分布式储能项目(特别是用户侧的储能项目)而言,电化学储能凭借其灵活部署、节能效果优异等特点,相对更具优势。
在此背景下,电化学储能已成为电力储能最具前景的技术路径。
图:
2000-2018年全球电力储能项目按技术路径划分的装机结构
如上图所示,尽管目前电化学储能的装机规模仍相对较小,但从成长性看,过去几年的行业增速均在30%左右,发展势头十分强劲。
截至2018年末,全球电化学储能项目已投运的累计装机规模已达6625.4MW,同比
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