特高壓和新能源意味著什麼（如何補齊新能源的最後一塊短板）

2023-09-12 13:05:54

風光發電 儲能 特高壓，打造新能源發電產業閉環。

假期結束的第一周，小張在周末休息時與朋友聚會。茶歇話題自然少不了過年回家，尤其關於春運這一點，小張感觸頗深。

因為老公家在北方，自己的家在南方，每年過年探親都很不方便，更何況還帶著孩子。以往過年時間全部浪費在路上，只能在家裡呆上一兩天。

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天時間耽擱在路上，現在只需半天時間便可到家，難得過了個安穩的團圓年。

小李聽後深有同感，現在的交通實在太方便了，年前和朋友發起了一場說走就走的旅程。早上還在北京，大雪紛飛捂著羽絨服瑟瑟發抖，下午就到了海口，豔陽普照穿上了比基尼曬著日光浴，自己的腦子一時都轉不過來彎。

大美也說到，就在前兩天出差到上海談成了一個重要的單子。早上快到北京的時候，後臺審核出現了問題，需要客戶重新籤字確認。

由於涉及到年終封帳等問題，必須今天搞定。可是，由於天氣時間等問題趕不上飛機。幸虧現在交通便利，大美趕上了下一班高鐵在晚餐時間準時約上了客戶。

交通運輸的演變不光影響到個人的日常工作生活，甚至於時代的進程。

古今中外，人類的文明發源地大多數誕生於江海河流之畔。對於中華民族而言，黃河是中華文明最主要的發源地，被譽為母親河。對於歐洲而言，最早的文明是愛琴海文明，至今流傳著希臘神話和斯巴達的傳說。

經濟發達的國家、城市亦是誕生於流域之區，不得不承認的是運輸基礎條件是一個重要的因素。交通要道，自古以來便是兵家必爭之地。

從道路和運輸的變遷來看，公路從羊腸小道到土路，再演變成柏油馬路、高速公路；火車從綠皮車到特快直達再到動車高鐵。

可以說，交通運輸演變的歷史進程承載著經濟的發展、人類的遷徙、社會的變遷，甚至於國家之間的博弈，人類文明的傳承。

能源運輸同樣如此。

公元前600年，希臘哲學家泰勒斯發現了磁吸鐵現象，而中國早在公元2500年前就已經具備了磁石知識。

直到1831年，法拉第發現了偉大的電磁感應現象，奠定了發電的基礎。而後愛迪生和特斯拉分別代表直流電和交流電相愛相殺。

期間，包括火電、水電等電力建設開始大規模鋪展開來，電力系統、電力應用進入高速發展期。

近幾年，在全球雙碳背書下，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電佔據了20％的發電量，未來將會達到80％以上。想要達成這一目標，電網迫切需要改變，電網對清潔能源的輸送，調配，促進消納等就顯得尤為重要。

實現這一切離不開這樣一項至關重要的技術——特高壓。

對電力資源的整合離不開特高壓

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，具有輸送容量大、距離遠、效率高和損耗低等技術優勢。

正是這一優勢決定了特高壓在電網建設中無法取代的核心地位。

具體來看，受經濟發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外省電力輸送，而西南、西北各省則存在著富餘現象。

受環保和資源限制，在東南各省大量新增發電廠顯然不具備實際意義。需要將西南、西北省市富餘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於1000KM，甚至3000KM，需具備大容量、長距離的電力輸送方式。

西電東輸實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。

技術落地推廣的一個重要因素是經濟性，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1150千伏輸電線路的輸電能力可代替5～6條500千伏線路，或3條750千伏線路。可減少鐵塔用材三分之一，節約導線二分之一，節省包括變電所在內的電網造價10～15％。

1150千伏特高壓線路走廊約僅為同等輸送能力的500千伏線路所需走廊的四分之一。這對於人口稠密、土地寶貴或走廊困難的國家和地區會帶來重大的經濟和社會效益。

另一方面，新能源發電為代表的風光大型基地主要分布於西南、西北地區，距離東部較遠。通過特高壓調配電力的同時也減少了棄光、棄風的現象，進一步提升了新能源發電的消納能力。

特高壓的高增時刻

特高壓的規模化推廣應用不僅僅在於新能源發電對電力系統提出新的需求，迫切需要改變，也在於電網有較強的投資支撐能力。

伴隨著我國經濟持續發展，用電量需求也在逐步攀升。根據國家能源局統計，2021年，全社會用電量83128億千瓦時，同比增長10.3％，較2019年同期增長14.7％，兩年平均增長7.1％。

與此同時，新能源發電高速發展，風電裝機容量約3.3億千瓦，同比增長16.6％；太陽能發電裝機容量約3.1億千瓦，同比增長20.9％。

用電需求的增加疊加新能源發電建設使得我國電網投資重歸增長態勢。

2020年國家電網投資金額達4605億元，較2019年增加了132億元，同比增長2.95％，2021年國網計劃投資4730億元。

據中國能源報報導，2022年電網投資額規劃為5012億，同比增長6％，創造歷史新高。

2021能源電力轉型國際論壇上，國家電網公司董事長、黨組書記辛保安披露，「十四五」期間國家電網計劃投入3500億美元（約合2.23萬億元），推進電網轉型升級。整體保持增長態勢。

相比於以往年電網的建設情況，市場更加關注十四五特高壓的建設規劃以及超預期的空間。

國網提出將於「十四五」期間新建特高壓線路「24 交 14 直」，涉及線路長 3 萬餘公裡，總投資共計3800億元。

2020年十三五結束時「14交12直」共3.59萬公裡規模，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。

據業內人士稱，交流線路平均投資規模為115億元，直流線路為232億元。因此2022年僅新開工涉及的特高壓項目規模將達到約1843億元，疊加過往項目（4交2直）建設穩步推進。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，未來建設後勁充足。

據國網披露，2020年特高壓項目投資規模為1811億元，有效帶動社會投資3600億元，拉動了近兩倍社會投資。特高壓建設加速將有效助力穩增長目標實現，穩定社會預期。

如此看來，特高壓賽道長期景氣。

設備是重中之重

特高壓產業鏈可分為上遊材料、中遊設備與建設以及下遊電網與配電設備。

上遊環節主要涉及相關材料與元器件，包括鋼材、有色金屬、化工材料以及電子元器件等環節，原材料成本約佔特高壓電器的20％-30％。

中遊特高壓電器設備主要包括站內設備與電纜、鐵塔。其中，站內設備是全產業鏈中的技術密集環節。下遊市場較為集中，主要是國網、南網等電網公司，還有配網設備公司。

在特高壓技術路徑中，有兩條分支，分別是直流和交流。可能部分投資者對於特高壓交流和直流輸電存在著爭議。

中國科學院院士、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、不能形成網絡，類似於「直達航班」，中間不能落點，定位於超遠距離、超大容量「點對點」輸電。

直流輸電可以減少或避免大量過網潮流，潮流方向和大小均能方便地進行控制。但高壓直流輸電必須依附于堅強的交流電網才能發揮作用。

交流輸電則具有輸電和構建網絡雙重功能，類似於「公路交通網」，可以根據電源分布、負荷布點、輸送電力、電力交換等實際需要構成電網。

中間可以落點，電力的接入、傳輸和消納十分靈活。定位於構建堅強的各級輸電網絡和經濟距離下的大容量、遠距離輸電，廣泛應用於電源的送出，為直流輸電提供重要支撐。

儘管因輸電形式不同，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，需建設換流站以實現交直流之間的轉變，並達到電力系統對於安全穩定及電能質量的要求，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、直流濾波器以及無功補償等。而換流站中最關鍵的設備就是實現換流功能的換流閥和換流變壓器，二者分別佔項目投資的15％與12％。

換流閥，它由數量繁多的多種元器件組成，結構較複雜。換流閥的設計應用了電力電子技術、光控轉換技術、高壓技術、等多種技術融合以及高壓用絕緣材料的最新技術和研究成果。

通過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現對功率的控制。

從20世紀50年代開始運行的第一個瑞典哥特蘭島直流工程開始，換流閥的製造技術隨著大功率半導體器件的製造技術發展，換流閥裝備製造技術實現快速升級。

從分類上看，除了常規的晶閘管閥、還有低頻門極關斷晶閘管閥（GTO閥）、高頻絕緣柵雙極晶閘管閥（IGBT閥）。

尤其是IGBT閥是實現柔性直流技術壓艙石。柔性直流技術相比傳統直流輸電具備安全可控與靈活實用兩大優勢，是實現新能源大規模併網的必要前提。

柔性直流輸電是構建智能電網的重要裝備。與傳統方式相比，柔性直流輸電在孤島供電、城市配電網的增容改造、交流系統互聯、大規模風電場併網等方面具有較強的技術優勢，是海上風電的最佳選擇。

柔性直流輸電在實現區域聯網提高供電可靠性、緩解負荷密集地區電網運行壓力等更多領域得到應用，是改變大電網發展格局的戰略選擇。

相比傳統特高壓輸電項目，IGBT換流閥和極線斷路器投資佔比更高，投資佔比接近20％。

2007年以前，世界範圍內實現柔性直流換流閥工程應用的只有ABB公司，且採用的是兩電平/三電平技術路線，存在運行損耗高、容量擴展難等問題。

2007年年底，國家電網公司決定建設上海南匯風電場柔性直流輸電工程。

2013～2021年，柔性直流換流閥參數不斷提升，新技術不斷湧現，工程應用形式從兩端到多端再到組成直流電網，實現了從科技示範到大規模應用的飛躍。

由於柔性直流輸電的低慣性特點，故障發展速度極快，所以需要斷路器超高速的保護與之配合，作用十分關鍵。極線斷路器成本佔比也達10.9％，佔比甚至高於換流變壓器。

從2020年的換流閥市場競爭格局來看，國電南瑞佔據半壁江山，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設備公司參與為主。極線斷路器方面，國電南瑞、思源電氣、許繼電氣等保持領先。

特高壓直流輸電另外一個核心設備便是換流變壓器，其主要用於長距離直流輸電的電能轉換等。

因為有交、直流電場、磁場的共同作用，所以換流變壓器的結構特殊、複雜，關鍵技術高難，對製造環境和加工質量要求嚴格。

這一細分行業的競爭格局較為激烈，特變電工略微領先，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、隔離開關、母線、電容器等。二次設備主要包括繼電保護裝置、自動裝置、測控裝置、計量裝置、自動化系統以及為二次設備提供電源的直流設備。

簡單來講，完成發電-輸電-配電功能的設備叫做一次設備，如發電機，斷路器，電流電壓互感器，變壓器，避雷器等；對一次設備進行控制，保護作用的設備叫做二次設備，如繼電器，控制開關，指示燈，測量儀表等。

二者之間最大的差別就在於所針對的電壓等級不同。一次設備是根據高壓側來設計的，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，二者分別佔項目成本的9％與7％。

從毛利率角度看，核心設備毛利率在30％左右，淨利率在10％左右，相關環節公司業績在特高壓投資建設加速背景下彈性較大。

綜合來看，特高壓電器支出約佔特高壓項目成本的60％。

假如國家電網3500億美元的電網轉型升級投資中，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，特高壓電器行業的市場規模有望擴大。

尾聲

在新能源發電替代傳統能源的道路上，儲能、特高壓技術是必不可少的。儲能負責調峰調頻，特高壓則負責整合資源、分配資源。

風光發電 儲能 特高壓，三者將發電、運輸、用電有機整合，形成新能源發電產業閉環。

作為新基建的重要領域之一，特高壓建設具備產業鏈長、帶動力強、經濟社會效益顯著等優勢。

可以預見的是，新能源發電產業配套產業隨著發電滲透率的提升同步發展，特高壓產業已經蓄勢待發。

本文源自阿爾法工場研究院