电网设备行业分析报告怎么写:附行业现状及发展前景

一、特高压确定性强、持续性长、成长属性加强

1.1 特高压是实现远距离、大容量输电的x佳方案

特高压直流输电是远距离、大容量输电x优解决方案。特高压输电技术由 1000KV 及以 上交流和±800KV 及以上直流输电构成,是目前世界上x先进的输电技术。交流输电类 似驾驶汽车,每隔一定距离就会遇到红绿灯(变电站),并按规定车道直行或转弯(潮流 控制),x后才能抵达千家万户(负荷终端)。直流输电则像供水管送水,先要提高水压 (发电厂升压站),多个供水管形成供水管网提高供水可靠性,水管管网压力降压(变电 站)后再供给千家万户。相较于传统高压输电,特高压输电技术的输电容量将提升 2 倍 以上,可将电力送达超过 2500KM 的输送距离,输电损耗可降低约 60%,单位容量造价 降低约 28%,单位线路走廊宽度输送容量增加 30%;特高压输电是远距离输电x优解 决方案。

特高压直流:发电厂产生的是交流电(6KV-24KV),交流电汇集后经换流阀升压至 特高压,再经过大功率的整流器变成直流,形成直流特高压(±800KV 以上),再进 行长距离直流输电(数千公里以上)。直流特高压输电结束时,需通过换流阀将特高 压直流变成特高压交流,然后利用变压器降压成高压交流电(220KV)并入现有地 区电网,实行交流供电。

特高压交流:发电厂发出的交流电(6KV-24KV)直接通过变压器升压(至 1000KV) 和降压(220KV)实现远距离输送,交流工程中间可以落点(设变电站),具有组网 功能,可以根据电源分布、负荷布点、输送电力、电力交换等实际需要构成电网。

特高压直流点对点直达输送、中间不停靠,输送容量大、电压高、损耗低,效率高,更 适宜跨省长距离输送电力,是“西电东送”主要力量。我国目前西部清洁能源基地距离 中、东部能源高消费地区高达 800-3000KM。性能上,特高压直流更适宜“西电东送”通 道。

直流线材少:由于特高压直流输电设备——换流阀成本较高(单个换流阀价值约 1.5 亿元),但特高压直流所需线路材料少,①直流输电采用 2 线制,以大地或海水作回 线,交流采用三 3 制,因此输送相同功率时,直流输电所用线材仅为交流输电 2/3- 1/2);②如果考虑到趋肤效应和各种损耗(绝缘材料介质损耗、磁感应涡流损耗、 架空线电晕损耗等),输送同样功率交流电所用导线截面积≥直流输电所用导线 1.33 倍。因此长距离下特高压直流更具性价比。

直流电损少:从电能损失看,由于特高压直流所需电线少,且特高压直流无交变电磁场、不存在感抗,而特高压交流输电线路存在电容电流、交变电磁场(产生感抗), 因此特高压直流相较交流电损更少。

直流稳定性高:交流输电必须同步运行,但远距离输电下,交流存在“相位差”、“频 率波动”使得交流电远距离输电无法同步,产生循环电流损坏设备,引起停电。直 流输电线路互连时,两端交流电网可以用各自频率和相位运行,不需进行同步调整, 可以提高两端交流系统稳定性。

直流可靠性高。直流系统一段故障需另一侧输送短路电流,因此使两侧系统原有开 关切断短路电流能力受到威胁,需要更换开关。直流输电采用可控硅装置,电路功 率能迅速、方便地进行调节,直流系统故障无需输送交流输送短路电流,系统可靠 性更高。适应恶劣环境:特高压直流系统具有较强的抗干扰能力,能够在恶劣的气 候条件、高海拔地区和其他复杂环境中稳定运行。

直流抗干扰能力:特高压直流系统由于其电流小、电压高的特点,在恶劣的环境条 件下(如雷电、高海拔等)具有更好的抗干扰能力。这使得特高压直流系统在长距 离传输过程中能够更稳定地运行,减少因外界干扰引起的问题。

特高压交流“经济输送距离”小于直流,作用更多在于区域联网。“经济输送距离”,指 的是某一电压等输电线路x经济的输送距离是多少,输电线路存在损耗,线路太长损 耗太大经济上不合算。500kv 超高压输电线路的经济输送距离一般为 600-800 公里,而 800kv 直流、1000kv 交流因电压提高所以线路损耗减少,经济输送距离加大。由于交流 相对于直流线材损耗多,因此 1000-3000公里下(通常为西北大基地至中东部地区距离), 特高压直流更具有经济性,而 1000 公里下(省间区域联网),特高压交流因所需核心设 备价值较低,更常用。因此我国特高压建设“直流实现西电东送,交流实现直流传输回 来的电量再分配以提高特高压利用率”。

 

 

直流可细分常规直流与柔性直流,柔性直流是下一代电力输送技术。常规直流和柔性直 流x大的区别是换流元件的不同。柔性直流x根本的特点在于采用了全控型器件 IGBT(绝缘栅双晶体管)和 VSC(电压源换流器),即对电网强度要求低,可适用于各种 电网条件;而常规直流采用晶闸管(可控制开通,无法控制关断),擅长点对点大容量输送 电能,能调节电网频率但不能控制电压,不能完整支撑电网运行。 柔直系统更适用于电网强度低的地区,特高压技术进入“柔直时代”。“强度”与发电机 数量、电网密集程度正相关。针对西北风光大基地,特高压直流送端一般在西部、北部 等的弱交流系统中,电网强度较弱,特高压直流送端可能无法运行,或者出现故障。如 果采用柔直,对电网强度没有任何依赖,还能反向加强电网,辅助电网运行。在受端, 特高压直流存在一个较大弊端即换相失败,一旦发生一个环节故障,送端电站有可能全 面故障。因此在华东电网等直流汇集密集系统,可能出现一个故障导致所有直流换相 失败情况,面临大面积区域停电风险。柔直没有换相缺陷,更适用于大规模风电场并网、 孤岛供电、分布式发电并网、交流系统互联等方面。“±800 千伏昆柳龙直流工程”是世 界x个特高压柔性直流工程将云南水电分送广东、广西,线路全长 1452km,运输能 力达 8GW。送端的云南昆北换流站采用特高压常规直流,受端广西柳北换流站、广东龙 门换流站采用特高压柔性直流。白鹤滩-江苏特高压直流输电工程,也应用柔性直流技术。

1.2 特高压发展历经四周期,2023 年开启新一轮建设高峰

特高压建设历经 1 个试验阶段+4 轮周期,现已投运“20 直 17 交”。截至目前,据我 们统计,我国共有 37 条“20 直 17 交”特高压输电线路建成投运,已经初步形成“西电 东送、北电南供”的局面,跨省跨区输电能力超过了 3 亿千瓦。从整体发展看,特高压 发展历程可分为 1 轮试验、4 轮周期。

试验阶段:2006 年 8 月,XXX发改委批复中国首条特高压工程“1000kV 晋东南-南 阳-荆门特高压交流试验示范工程”,开启了我国特高压发展建设的试验探索阶段 2006-2010 年共核准开工一交三直。

x轮建设高峰(2011-2013):2011 年以特高压电网为骨干网架,各电网协调 发展的坚强智能电网建设周期开启,2011-2013 为特高压x轮建设高峰,此期间 核准并开工建设“两交三直。

第二轮建设高峰(2014-2017):2014 年为缓解中、东部电力供应紧张及减少东中 部地区煤电装机以改善中、东部地区的大气环境,XXX能源局围绕《大气污染防治 行动计划》集中批复一揽子输电通道项目”小路条”核准并开工建设“八交八直”。

第三轮建设高峰(2018-2022):2018 年XXX能源局印发《关于加快推进一批输变 电重点工程规划建设工作的通知》,规划“七交五直”12 条线路,目的核心在于消 纳西部地区富余的可再生能源。

新一轮建设高峰(2023 开启):2022 年XXX电网在重大项目建设推进会议表示,将 再开工建设“四交四直”特高压工程,加快推进“一交五直”等特高压工程前期工 作;以及十四五期间特高压规划“24 交 14 直”,但 2021-2022 年因疫情原因导致 发展延迟,仅开工核准 4 条,整体特高压建设进度后移。2023 年国网计划核准 5 直 2 交、开工 6 直 2 交,开启特高压新一轮建设高峰;目的核心在于消纳西部地区富 余的可再生能源。

复盘历史,已投运特高压,历史特高压建设输送煤电、水电为主,风光基地配套特高压 建设正在兴起。我们梳理了历史建设的特高压所匹配的电源类型,截至目前,我国已累 计投运“22 直 17 交”,主要以输送西南水电、西北煤电为主。2014 年XXX能源局要求 加快推进大气污染防治行动计划 12 条重点输电通道的建设,主要目的是以输电替代输 煤,提高外受电比例,可以显著改善东中部地区大气状况,所以第二轮特高压建设主要服务煤电。2018 年直接开启风光基地配套特高压建设,但目前配套风光基地特高压数量 不多,据统计,“22 直 17 交”仅有 5 条以输送新能源为主的特高压,远匹配不上风光大 基地外送需求。

风光大基地建设带动十四五期间特高压项目需求高增。从XXX能源局在 2022 年 1 月在 《关于委托开展“十四五”规划输电通道配套水风光及调节电源研究论证的函》中首次 提出了十四五期间为配套水风光等能源基地,将规划建设“三交九直”12 条特高压通道, 实现将西部清洁能源送到东部负荷中心。2022 年 8 月 3 日,XXX电网重大项目建设推进 会会议表示,年内将再开工建设“四交四直”特高压工程,加快推进“一交五直”等特 高压工程前期工作。总计 5 交 9 直,9 直通道均属于西北地区向中东地区运输能源通道。

1.3 风光大基地建成在即,十四五期间剩余 9 直 1 交特高压核准待开工

x批风光大基地预计 2023 年底建成首批并网、第二批十四五/十五五外送 150/165GW、第三批风光大基地审批中,特高压建设迫在眉睫。我们梳理了x批、 第二批、第三批大基地的情况,我们认为第二、三批风光大基地放量依旧需要特高压配 套外送。 x批 97.05GW 基地项目部分已建成投产,计划 2023 年底全部投产; 第二批规划建设 455GW,其中库布齐、乌兰布和、腾格里、巴丹吉林沙漠基地规划 装机 284GW,采煤沉陷区规划装机 37GW,其他沙漠和戈壁地区规划装机 134GW, “十四五”时期规划建设风光基地总装机约 200GW,包括外送 150GW、本地 自用 50GW; “十五五”时期规划建设风光基地总装机约 255GW,包括外送 165GW、本地 自用 90GW。 第三批公布 190GW 项目名单,但第三批优先申报 100%离网制氢项目、优先申报 100%以上自主调峰、自我消纳项目;目前第三批基地项目正式启动实施;后续不排 除会新增特高压需求。

 

 

风光大基地配套特高压需求测算: 考虑到西北至中东部地区运输距离远,假设未规划的通道均为直流,测算三批风光大基 地特高压外送通道需求:

x批 97.05GW:新能源基地计划 2023 年底全部投产;对应外送通道或已收尾, 此次测算故暂不考虑。

第二批规划建设 455GW、外送 315GW,预计需要 33 条特高压外送通道: 其中“十四五”预计需要 19 条特高压外送通道:总计外送需求 150GW,其中 库布齐、乌兰布和、腾格里、巴丹吉林沙漠基地、采煤沉陷区规划外送风光规 模 115GW,对应已规划外送通道 15 条(5 条存量+5 条已规划未开工(含 1 条 交流)+1 条已核准开工+4 条待可研);其他地区外送风光规模达 35GW,假设 单条特高压直流对应以 8-10GW 风光大基地外送规模,预计需要 4 条特高压。 其中“十五五”预计需要 14 条特高压外送通道:总计外送需求 165GW,假设 单条特高压直流对应以 10-12GW 风光大基地外送规模,预计需要 14 条特高 压。

第三批规划建设 190GW,假设外送 95GW,预计需要 8 条特高压外送通道:第三 批优先申报 100%离网制氢项目、优先申报 100%以上自主调峰、自我消纳项目; 假设外送比例达 50%,外送规模达 95GW,假设单条特高压直流对应以 10-12GW 风光大基地外送规模,预计需要 8 条特高压。

存量已规划未投产特高压通道梳理,总计 27 条在建、待建、待核、待预。 已开工 4 直 5 交: 4 条直流:“金上-湖北”主要配套金沙江上游水电外送;“陇东-山东”、“宁夏湖南”、“哈密-重庆”主要配套三北地区风光大基地外送。 5 条交流:“张北-胜利”主要配套张家口风光电站外送,“川渝特高压”主要配 套水电外送,“福建-厦门”、“驻马店-武汉”、“武汉-南昌”主要是完成各区域主 网架结构。 待核准 1 交: 1 条交流:“大同-怀来-天津北-天津南”目前进展较快,2023-08-28“大同-怀 来-天津北-天津南”特高压交流工程环境影响评价首次信息公示,预计不久后 将核准开工。 可研勘探 5 直 1 交: 5 条直流:“甘肃-浙江”、“陕北-安徽”、“陕西-河南”、“蒙西-京津冀”主要配套十四五内需建成外送的第二批风光大基地;“藏东南-粤港澳”是南网项目, 主要配套玉曲河、察隅曲、克劳龙河流域及澜沧江上游曲孜卡电站等水电外送。 1 条交流:“阿坝-成都东”属于四川省规划,是川渝特高压的重要组成部分, 在川渝“Y”字形特高压网架基础上,为四川北部电网增加一个特高压输电通 道。

可研未开始 9 直 2 交: 9 条直流:1 条确定的特高压直流“第二回外电入赣”,属于地方规划,国网江 西今年将积推动第二回特高压入赣直流纳规建设。剩余 8 条均是配套风光大 基地外送通道,考虑到外送通道多为特高压直流工程,预计此 8 条均为特高压 直流项目。 2 条交流:1 条确定的特高压交流“攀西-川南特高压”,属于地方规划,2023 年 7 月 13 日,中共四川省委、四川省人民XXX发布《关于支持宜宾建设生态 优先绿色低碳发展先行区的意见》,提出推进攀西至川南特高压输变电等骨干 工程。另外 1 条“赣闽联网”属于地方规划,国网江西今年将积推动赣闽联 网工程纳规建设,考虑到此前联网工程多为特高压交流工程,预计“赣闽联网” 为特高压交流项目。

根据规划,预计十四五期间尚有 10 条特高压项目未开工(9 直 1 交): 十四五风光大基地 150GW 外送通道 9 条:5 条已规划+4 条待可研。 “四交四直”、“一交五直”非风光大基地配套的特高压通道 1 条:藏东南-粤港澳 (主要输送水电)已开始可研。

十五五预计特高压需求空间约 25 条(22 直 3 交): 十五五风光大基地 150GW 外送通道 22 条直流:其中第二批风光大基地“十五五” 预计需要 14 条特高压外送通道;第三批风光大基地预计需求 8 条外送通道。 交流 3 条:梳理现存特高压交流工程,“阿坝-成都东”、“攀西-川南特高压”、“赣闽 联网”目前未出规划细则,或至十五五核准开工。

1.4 特高压“双海”发展,后续发展成长属性加强

“一带一路”战略推动全球能源互联,特高压技术成为跨国电力输送关键。在“一带一 路”框架下,中国在 2015 年提出全球能源互联网倡议,并于 2016 年发起成立合作组织 (GEIDCO)。“一带一路”周边XXX及地区电力资源分布严重不均衡,全球能源互联网的 构建一方面可以提高各国电力供应能力,促进经济增长,另一方面可以实现区域内电力 资源共享,缓解各国电力消费不均衡现象。而国际间电力输送通常距离较远,需要持续、 稳定、高效的传输技术支撑,中国特高压技术兼具上述优点,且经过多年发展已居于世 界领先地位,成为跨国电力输送的x佳选择。GEIDCO 提出“6+3”跨国电网通道建设规 划,到 2035 年建设互联互通工程 36 个,路径长度均约 5.5 万公里,总投资约 1067 亿 美元;2023-2050 年间新增工程 31 个,路径长度均约 7.1 万公里,投资约 1555 亿美元。

 

 

XXX电网积部署国际化发展,打开一带一路沿线XXX市场空间。据一带一路官网数据, 截至 2021 年,XXX电网已在全球 51 个XXX开展国际业务,并成功投资运营菲律宾、巴 西、葡萄牙、澳大利亚等 10 个XXX和地区的 13 个“一带一路”建设倡导重点合作骨干 能源网项目,推动中国标准国际化,为中国技术、装备、建设进一步“走出去”奠定了 良好基础,并与一带一路沿线XXX及地区合作日益紧密。据中国电力企业联合会数据, 2022 年,中国主要电力企业年度新签订境外工程承包合同项目 191 个,合同金额 327.71 亿美元,同比+5.1%,新签境外工程承包项目涉及 58 个XXX和地区,主要分布在亚洲和 非洲,项目占比分别为 49%/26%。

深远海海上风电发展,柔直系统必不可少。从经济输送距离看,当输电距离大于约 80km 后,直流输电经济性会超过交流输电。但海上风场是由风机构成的弱交流系统,无法满 足常规直流送电“强度”需求,柔性直流由于可以独立支撑电压(对电网强度要求低), 没有换相失败风险,成为深远海海上风电外送先进经济且可行的方案。

海上风电风机大型化+深远海发展趋势明确,特高压柔直输电需求潜力大。海风项目离 岸距离不断增大,深远海项目中柔性直流送出方案取代交流送出成为更好的选择。从经 济性来看,直流送出方案初始投资较高,而海缆投资较低;交流送出方案初始投资较低, 但电缆投资较高,且需要配置无功补偿设备,因此在更大的输送距离下柔直将具有更低 的单位成本。从保障电网稳定性来看,海风电网和陆地电网都是交流电,柔直可以将二 者隔离开来,防止一侧的故障传导到另一侧。另一方面,深远海趋势下安装、运维等成 本都将增加,为摊薄固定成本,同时提高风能利用效率,进而降低度电成本,国内海上 风机朝大型化方向快速发展,单机容量提升叠加风电场规模增大对直流输电能力提出更 高要求,推动海缆等输变电设备高压化。因此,海风大规模、远距离发展趋势将催生潜 在特高压需求。

二、关注价值高、壁垒高、集中度高的特高压直流核心设备

2.1 维度一:从可见性、持续性看,直流>交流,重点关注特高压直流发展

可见性:特高压直流规划大于特高压交流规划。特高压直流是点对点直达输送、中间不 停靠,输送容量大、电压高、损耗低,效率高,更适宜跨省长距离输送电力,是“西电 东送”主要力量。十四五期间特高压规划底层逻辑是配套风光大基地,从第二批风光大 基地 150GW 外送通道看,总计 15 条外送通道,新规划 10 条外送通道,特高压直流占 9 条,特高压交流仅规划 1 条;且今年国网预计核准“5 直 2 交”。特高压交流“经济输 送距离”小于直流,作用更多在于区域联网,实现直流传输回来的电量再分配以提高特 高压利用率。因此特高压交流规划更多依赖各地区电网建设完善度,可见性低。 持续性:风光大基地特高压直流外送通道需求达 41 条。第二批、第三批风光大基地预 计外送规模达 410GW,预计需求总计达 41 条,其中 31 条待核准规划,2023 年年内或 再核准开工 1 直 1 交,2024-2030 年年均核准开工达 4 条,持续性长。 稳定性、经济性:远距离运输,特高压直流较交流具备更高稳定性、经济性。由于受到 系统稳定性等技术限制,特高压交流输送距离一般难以超越 800-1000km,且若不计特 高压交流输送距离的技术限制条件下,当输电距离超过 1300km 时,直流系统的等效停 运率小于交流系统,且特高压直流经济性更优。

2.2 维度二:看设备单线价值,决定特高压价值走向

2.2.1 核心设备:换流变压器>换流阀>GIS>直流保护系统>直流穿墙套管

换流变压器、换流阀、GIS、直流保护系统、直流穿墙套管为直流特高压核心设备。特 高压直流一般为点对点,因此由 2 个换流站及换流站之间的中间铁塔与线缆组成,铁塔 与线缆成本与线路长度有关。换流站是核心组成部分,应用在换流站中的电力设备主要 包括换流阀、换流变压器、直流保护系统、GIS 组合电器设备、以及直流开关场设备(平 波电抗器、直流断路器、直流电容器、直流避雷器等)。核心设备主要包括换流变压器、 换流阀、GIS、直流保护系统、直流穿墙套管。

换流变压器:接在换流桥与交流系统之间的电力变压器。换流变压器是交直流输电 系统中的换流、逆变两端接口的核心设备。主要作用为改变电压,与换流阀一起实 现交流电与直流电之间的相互转换,提供 30°的换相角,实现交直流电气隔离以及 提高换相阻抗等。

换流阀:换流阀是实现电能交直流转换的核心装备,是由单个或多个换流桥组成, 功能为进行交、直流转换的设备。换流阀可以分为两类:整流器和逆变器,整流器 是将交流电转换为直流电,而逆变器是将直流电转换为交流电。

GIS:无论直流特高压工程、交流特高压工程,GIS 均用于交流线段作开关用,因此 特高压直流/交流工程,GIS 属同一产品,共用产线生产。GIS 多用在发电厂的升压 站,替代传统的变电站开关设备。

直流控制保护系统:对特高压直流输电系统进行综合调节,以保证电网安全稳定运 行,可以对换流站内的断路器、换流阀、换流变压器等一次设备以及输电线路进行 控制、保护,也可以与这些一次设备共同组成控制保护系统。

直流穿墙套管:是连接直流输电工程换流站阀厅内部和外部高电压大容量电气装备 的先进电气连接设备,处于直流输电系统的“咽喉”位置,单体承载着整个系统的 电压和电流,发挥绝缘和机械支撑作用。直流穿墙套管是换流站设备中目前我国国 产化率较低的核心设备。

直流特高压中,换流变压器、换流阀、GIS、直流保护系统、直流穿墙套管单线价值约 33/17/5/2/1.5 亿元。从核心设备单线价值占比看,以“陇东-山东、白鹤滩-江苏、白 鹤滩-浙江、雅中-江西”特高压直流工程为例,直流特高压核心设备换流变压器、换流阀、 GIS、直流保护系统、直流穿墙套管,各自单线价值为 33/17/5/2/1.5 亿元,占核心设备 总额分别约 43%/22%/6%/3%/2%。

特高压交流系统中,GIS 单线价值x大。目前,单条交流特高压核心设备投资占比约 22%, 主要由变电站(含开关站、串补站)、中间铁塔与线缆组成。特高压交流变电站设备主要 包括:GIS 组合电器设备、交流变压器、电抗器、电容器、断路器、互感器、避雷器等。 GIS、特高压变压器和电抗器为交流特高压核心设备。其中,特高压直流/交流工程,GIS 属同一产品,共用产线生产。 GIS:断路器、隔离开关、接地开关、互感器、避雷器、母线、连接件和出线终端等 组成,这些设备或部件全部封闭在金属接地的外壳中,在其内部充有一定压力的 SF6 绝缘气体,故也称 SF6 全封闭组合电器。多用在发电厂的升压站,替代传统的变电 站开关设备。 特高压变压器:主要指 1000kV 变压器,为实现远距离运输,通过变压器升压和降 压现远距离运输,不仅可以降低电耗也可减少电缆使用量。 电抗器:电抗器是超/特高压输电系统中重要的无功调节设备。在特高压交流输电系 统中,单个站点需要大约 20 个电抗器,其中特高压电抗器在 6 个左右,其余为低压 电抗器。

 

 

交流特高压中,特高压 GIS、特高压变压器、特高压电抗器单线价值约 10/5/3 亿元。 从核心设备单线价值占比看,以特高压工程“南昌-长沙、荆门-武汉、南阳-荆门-长沙、 张北-胜利”特高压交流工程为例,交流特高压核心设备特高压 GIS、特高压变压器、特 高压电抗器,各自单线价值为 10/5/3 亿元,占核心设备总额分别约 51%/27%/14%。

2.2.2 核心零部件:关注高壁垒核心零部件,晶闸管、分接开关

换流压器精密度要求高,国产化程度较低,核心器件研发难。特高压换流变压器结构特 殊、复杂,关键技术要求高,对制造环境和加工质量要求为严格。

有载分接开关是特高压直流输电系统调压稳压的核心部件,当前集中度高,盈利水 平高。换流变压器有载分接开关有 1000 多个零部件,切换次数非常频繁,一年高达 6000 余次,一次切换包括 9 个过程,每次动作涉及到 400 多个零部件的精密配合, 且每个过程的时序配合为毫秒,动作过程中涉及到电、热、力多场耦合作用。有 载分接开关动作的顺畅可靠决定着工程的有效运转。从成本占比看,分接开关占整 个变压器成本的 5%-15%。此前,特高压直流换流变压器有载分接开关由国外品牌 垄断。2021 年华明装备打破国外垄断,成为国内先进一家有载分接开关供应商。

真空灭弧室国产化程度较低,核心器件研发难,实现国产化企业少。有载分接开关 依赖有载分接开关用真空灭弧室的稳定可靠。真空灭弧室负责大电流切换,承载着 36 万次的电气寿命及 150 万次的机械寿命。换流变有载分接开关及配套的真空灭弧室是高精密机电一体化产品。此前,真空灭弧室我国长期依赖进口,当下实现真空 灭弧室的企业不多,目前宝光股份已完成±800 千伏特高压换流变真空有载分接开 关完成全部型式试验,实现有载分接开关用真空灭弧室国产化。

换流阀技术含量高,国产化程度高,对核心部件质量要求高。换流阀主要以晶闸管/IGBT 为基础构成,主要功能是把交流转换成直流或实现逆交变,通过依次将三相交流电压连 接到直流端得到期望的直流电压和实现对功率的控制。换流阀生产过程须在无尘室中进 行,并且要保证恒温、恒湿。靠近高压部位表面要非常光滑,不能有超过 10nm 以上的 不平整。若出现灰尘,相当于光滑表面出现凸起,会引起电场重新分布,导致局部剧烈 放电,元器件被击坏。

晶闸管为换流阀x核心零部件,当前集中度高:特高压直流输电系统主要有两大类, 即传统的基于晶闸管的直流输电系统(LCC HVDC)和基于绝缘栅双晶体管(IGBT) 技术的电压源型直流输电技术(VSC HVDC、MMC VSC HVDC)。在基于绝缘栅双晶 体管(IGBT)技术的换流阀中(多用于柔直),IGBT 价值占比约 45%。基于晶闸管的 换流阀中,晶闸管价值量占比约 30%。特高压工程中所使用的高压阀用晶闸管对干 质量、参数一致性和运行可靠性有更高要求,当前国内主要供应商仅有 2 家(派瑞 股份、时代电气)。

换流阀对核心部件质量要求高,带动其余设备质量要求提高:以晶闸管所需水冷散 热器为例,由于晶闸管需要散热,又要充当结构件承压,还需导电和终身的质保, 其严格的质量要求使得这种水冷散热器成生产要求高。且由于输电电压不同,导致 对换流阀的散热要求也不尽相同,不同的输电电压配套纯水冷却设备的数量也呈现 一定差异。冷却系统成本约占换流阀成本 10%。目前可生产直流输电换流阀纯水冷 却设备企业较少,主要包括高澜股份、SwedeWater、河南晶锐、国电富通。

2.3 维度三:盈利性,直流控制保护系统>分接开关>晶闸管>换流阀> GIS>变压器

特高压直流核心设备盈利性整体高于交流。国内直流控制保护技术起步较晚,长期以来 需要依靠国外技术支持,目前市场上仅国电南瑞和许继电气中标过特高压直流控制系统 采购,因此盈利水平相对较高。分接开工、晶闸管,国内可生产企业较少,且设备生产 难度较高,当前毛利率水平较高,其中华明装备毛利率达 59%,派瑞股份毛利率达 57%。 特高压直流设备换流阀由于技术难度较高,毛利率约为 30%。GIS 和换流变压器竞争格 局较为集中,由于特高压直流工程内存在多种电压等的 GIS 和换流变压器,产品毛利 率受低电压等影响,整体毛利率相对较低,但超高压/特高压 GIS 和高压等换流变压 器毛利率已经维持高水平。

直流穿墙套管,换流站设备中目前我国国产化率较低的核心设备,现已实现国产化。此 前已建成特高压直流项目主要供应商为外资品牌 ABB、西门子等。目前国内企业仅平高 电气、中国西电均已实现直流穿墙套管国产化,并应用于特高压工程。考虑特高压项目 国产化率要求,预计平高电气、中国西电拥有技术积累与布局国产品牌将加速完成对于 外资品牌的替代。类比换流阀、直流控制保护系统,目前掌握换流阀、直流控制保护系 统技术玩家少,国内企业仅约 2-4 个,而直流穿墙套管目前仅 2 家,因此我们预计直流 穿墙套管将会实现换流阀、直流控制保护系统的高水平毛利率。

交流核心设备中 GIS 盈利性x好,相对直流设备毛利率水平偏低。GIS 在交流核心设备 成本中占比x高,同时毛利率水平居前。GIS 是特高压核心设备,相较电抗器、变压器 技术要求更高,因而有更加严格的资质审查和准入制度。电压等越高要求的技术水平 就越高,因此电压等越高高压开关制造企业越少。目前可生产超高压 800kv 及以上的 高压开关的企业仅有 5 家,较高的行业集中度使得龙头企业拥有更强的议价能力。

2.4 维度四:市场集中度,分接开关>晶闸管=直流控制保护系统>直流穿 墙套管>换流阀>换流变压器>GIS

特高压核心设备进入壁垒高,市场份额高度集中,各环节公司份额稳定。特高压直流、 交流设备生产技术壁垒高,符合生产的企业主要集中在市场头部企业。特高压关系整个 电力系统的安全,目前具有投标资格企业少。从建设周期看,光伏电站是 3 个月至 6 个 月,风电为 1 年,特高压为 1.5 年至 2 年,因此我们统计XXX电网 2020-2023 年招中标 项目情况: 特高压直流:直流控制保护系统 CR3 达 100%、直流穿墙套管 81%、换流阀 CR3 达 83%、GIS 的 CR3 达 70%、换流变压器 CR3 达 77%。 特高压交流:交流变压器 CR3 达 66%、GIS 组合电器 CR3 达 52%、电抗器 CR3 达 45%。电抗器集中度相对较低,主要是电抗器生产壁垒相对较低。

 

 

华明装备为国内中低压分接开关龙头企业,超高压/特高压领域仍依赖国外进口。分接 开关是变压器关键核心组件,根据国际电工委员会(IEC)标准和中国XXX标准强制性规 定,35kV 以上的电力变压器必须安装调压分接开关。从市场竞争格局看,全球分接开发 供应商主要包括德国莱茵豪森集团(MR)、华明装备、日立能源等。华明装备是国内唯 一一家打破国外垄断的有载分接开关供应商。从细分领域看,华明在我国 500KV 以下变 压器市场占据较高市场份额,但 500kV 以上的特高压领域变压器分接开关仍主要被德国 MR、ABB 等外资厂商占据。

二强对立格局,晶闸管切入壁垒大,市场格局稳定。高压直流输电阀用晶闸管有两个显 著特点:①直流输电对晶闸管的参数一致性要求很高,以保证一个换流阀臂上的器件能 够同时开通或同时关断;②对器件长期可靠性的要求很高,保证换流阀具备长期连续可 靠运行的能力。晶闸管制造厂需要严格控制制造工艺过程,强化设备的自动化程度,具 备齐全的测试试验手段和条件,才能保证元件的高质量、高一致性和高可靠性,满足特 高压直流输电工程阀体对相关器件的需求。目前高压直流阀用晶闸管国内主要供应商仅 有 2 家,为派瑞股份、时代电气。

三、2024 开启确收高峰期,特高压直流带来业绩弹性高

3.1 我们预计核心设备市场空间超 2000 亿元,2024 年板块迎来确收高峰

特高压核心设备 2023-2030 年市场空间超 2000 亿元。2023-2025 年与十五五当前特 高压可见市场空间达 3430/5870 亿元,其中核心设备市场空间分别达 856 亿元/1462 亿 元。其中特高压直流贡献主要市场空间,2023-2025 年特高压直流核心设备市场空间分 别达 845/1430 亿元。 假设 2023-2025 年核准开关 13 直 1 交:2023 年现已核准开工 4 直、此前预计 十四五期间剩余待核准开工特高压工程 10 条(9 直 1 交)。 假设 2026-2030 年核准开关 22 直 3 交:十五五风光大基地 150GW 外送通道 22 条直流,“阿坝-成都东”、“攀西-川南特高压”、“赣闽联网”3 条交流。 假设单条特高压直流投资额为 260 亿元,单条特高压交流投资额为 50 亿元。 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、直流穿墙套 管单线价值约 33/17/5/2/1.5 亿。 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 10/5/3 亿元。

特高压工程推进周期约 2 年,2024 年开启确收高峰。特高压要付特高压工程可分为预 可研、可研阶段、核准阶段、招标阶段、建设投运阶段,目前,特高压推进节奏按照: 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。2023 年按照国网规划,市场有望核准 5 直 2 交、开工 6 直 2 交(2022 年仅仅核准开工 4 交 流),考虑到特高压工程推进周期约 2 年,因此 2024 年开启确收高峰。

 

 

3.2 重点关注公司

综合目前特高压板块核心受益环节、竞争格局、盈利性看,我们认为换流变压器、换流 阀、GIS、直流保护系统、直流穿墙套管以及上游核心零部件晶闸管、分接开关值得重 点关注。

平高电气:特高压 GIS 及特高压开关设备龙头供应商;并是国内少数实现直流穿墙 套管国产化的企业之一。公司直流穿墙套已中标宁夏-湖南、金上-湖北。据不完全 统计,根据国网 2020-2023 特高压设备招中标情况,公司在特高压直流工程中,GIS 市占率 43%、隔离开工和接地开关 35%、断路器 29%,GIS 和直流穿墙套管在特 高压直流工程中单线价值分别为 5/1.7 亿元,价值较大,且高压板块 GIS 毛利率达 25%、直流穿墙套管盈利能力强。

思源电气:公司是目前输配电设备行业中少数几家具备电力系统一二次设备、电力 电子设备等产品的研发、制造和解决方案能力的厂家之一,公司业绩贡献x大的业 务为开关类和线圈类产品。据不完全统计,根据国网 2020-2023 特高压设备招中标 情况,在特高压交流工程中,公司互感器、电容器市占率为 22%/18%;在特高压 直流工程中,公司电容器、GIS 市占率为 16%/10%。随着电网投资增加和电网建设 提速,公司在特高压输变电领域营收有望继续提升。另一方面,公司布局海外市场 多年,先发优势显著,欧美电力设备供需紧张将推动海外业务业绩贡献持续增加。 风险提示:若特高压发展不及预期,公司在特高压领域订单或不及预期,公司业绩 将受到影响。

中国西电:特高压领域核心供应商,已实现全产业链供应。公司可供应特高压领域 多个核心设备:换流变压器、换流阀、GIS、直流穿墙套管;及特高压开关设备:电 抗器、电力电容器、互感器、绝缘子等;且子公司宝光股份攻克高可靠性真空有载 分接开关用真空灭弧室国产化难题,±800 千伏特高压换流变真空有载分接开关完 成全部型式试验。至此公司已经完成了输配电设备全产业链覆盖。据不完全统计, 根据国网 2020-2023 特高压设备招中标情况,在特高压直流工程中,公司在换流变 压器、换流阀、GIS、直流穿墙套管市占率分别达 31%/21%/15%/17%。风险提示: 若特高压发展不及预期,公司特高压领域核心供应商,各类产品订单或不及预期, 公司业绩将受到影响。

特变电工:我国变压器行业龙头,公司变压器随特高压和海外需求,有望为业绩增 长开拓新空间。据不完全统计,根据国网 2020-2023 特高压设备招中标情况,在特 高压直流工程中,公司换流变压器市占率 34%;换流变压器在特高压直流核心设备 成本中占比 43%,单线价值量高达 33 亿元。变压器出海方面,海外变压器需求高 增,公司上半年签约国际单机项目达 3.45 亿美元,单机业务意味着更高毛利水平, 推动变压器海外业绩高增。风险提示:若特高压发展不及预期,公司作为国内特高 压变压器行业龙头,业绩将受到影响。

国电南瑞:换流阀与直流控制保护系统龙头企业。据不完全统计,根据国网 2020- 2023 特高压设备招中标情况,在特高压直流工程中,公司换流阀和控制保护系统市 占率分别为 50%/76%,均处于领先地位。换流阀是直流输电工程x核心设备,价 值量占比 27%,单线价值高达 17 亿元;直流控制保护系统核心技术长期为国外垄 断,研发、生产难度大,产品附加值较高,毛利率可达 60%,公司是国内少数能 够生产自主可控直流控保系统的企业。风险提示:若特高压发展不及预期,公司作 为换流阀与直流控制保护系统领域龙头企业,业绩将受到影响。

许继电气:换流阀与直流控制保护系统龙头企业。公司直流输电主要产品包括换流 阀设备、特高压直流输电控制保护系统等,形成了由±1100kV 及以下特高压直流输 电、±800kV 及以下柔性直流输电、直流输电检修和实验服务等构成的特高压业务 体系,据不完全统计,根据国网 2020-2023 特高压设备招中标情况,在特高压直流 工程中,公司当前换流阀设备、特高压直流输电控制保护系统市占率达 13%/24%。 此外,公司下游聚焦特高压、智能电网、新能源、电动汽车充换电、轨道交通及工 业智能化,产品广泛应用于电力系统各环节。风险提示:若特高压发展不及预期, 公司换流阀与直流控制保护系统或不及预期,业绩将受到影响。

华明装备:分接开关国内x、全球第二。公司是目前国内x先掌握特高压分接开 关制造技术、打破国外垄断的企业,在国内尚无成规模的竞争对手,主要与海外竞 争对手争夺全球市场。公司分接开关目前近 80%的零部件系通过自主设计并加工完 成;毛利率水平高达 60%。公司分接开关主要占据中低压及高压领域,在特高压领 域,2021 年已经完成了x台应用;公司正在向x批阶段迈进,x批以后预计 2-3 年时间逐渐放开应用比例,预计 2025 年到达特高压分接开关批量供应,一旦开 始实现批量应用,有望抢占特高压领域分接开关市场份额。风险提示:若特高压发 展不及预期,公司下游特高压变压器需求不及预期,影响公司分接开关需求,业绩 将受到影响。

派瑞股份:特高压直流输电行业大功率半导体器的主要供应商。公司产品主要分为 高压大功率半导体器件、超大功率电源变换类设备、测试及非标设备三大类,其中, 高压大功率半导体器件广泛应用于超高压、特高压直流输电工程领域。目前公司在 我国特(超)高压直流输电工程领域大功率半导体器件平均市占率不低于 65%,毛利 率约 60%。风险提示:若特高压发展不及预期,公司下游特高压换流阀需求不及预 期,影响公司晶闸管需求,公司业绩将受到影响。

 

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