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1、2022 年深度行業分析研究報告 主要內容主要內容1.1.儲能:構建新能源系統的核心要素儲能:構建新能源系統的核心要素2.壓縮空氣儲能:領先的大容量、長時儲能系統3.產業化推動快速降本增效4.政策東風有望加速行業爆發5.壓儲產業鏈投資機遇41.1 1.1 儲能:構建新能源系統的核心要素儲能:構建新能源系統的核心要素廣義儲能包括電儲能、熱儲能和氫儲能三類,抽水蓄能以外的儲能統稱為新型儲能。電儲能可分為電化學儲能和機械儲能兩種技術類型。其中電化學儲能主要包括鋰離子電池、鉛蓄電池和鈉硫電池等;機械儲能主要包括抽水蓄能、壓縮空氣儲能和飛輪儲能等。我國當前儲能以抽水蓄能為主,新型儲能正迎來快速發展。根據
2、CNESA統計,截至2021年底,中國已投運電力儲能項目累計裝機規模46.1GW,同比增長30%。其中,抽水蓄能的累計裝機規模最大,為39.8GW,同比增長25%,新型儲能累計裝機規模達到5729.7MW,同比增長75%。新型儲能是構建新能源系統的核心要素,十四五期間將增長10倍至30GW。建設周期短、選址簡單靈活、調節能力強,與新能源開發消納的匹配性更好,優勢逐漸凸顯。新型儲能可在電力運行中發揮頂峰、調峰、調頻、爬坡、黑啟動等多種作用,是構建新型電力系統的核心要素。中國新型儲能累計裝機規模(GW)快速提升儲能技術分類中國儲能以抽水蓄能為主51.2 1.2 儲能可在儲能可在電源側、電網側及用戶
3、側電源側、電網側及用戶側多個場景中應用多個場景中應用儲能商業應用場景可分為電源側儲能、電網側儲能及用戶側儲能。其中新能源電站配置儲能以減少棄電、參與調峰;電網側主要參與調峰調頻;用戶側主要用于“谷充峰放”的價差。具體而言:電源側:主要模式包括可再生能源并網、電力調峰、系統調頻、輔助動態運行。電網側:可再生能源并網、緩解電網阻塞、延緩輸配電設備擴容升級。用戶側:電力自發自用、峰谷價差套利、容量費用管理、提升供電可靠性。電源側、電網側、用戶側對儲能的需求表:新型儲能主要商業模式類型模式收益來源發揮作用電源側儲能轉為獨立儲能視同電網側儲能視同電網側儲能與電源作為聯合主體降低棄風棄光、降低新能源考核/
4、分攤費用,及峰谷交易價差和輔助服務補給改善新能源涉網性能,保障新能源高效消納利用部分容量獨立、部分容量聯合配合電網調峰電網側儲能電力交易峰谷交易價差提高電網運行性能和保障輔助服務輔助服務補償提高電網運行性能和保障用戶側儲能 電力交易峰谷用電價差、降低用戶接入增容投資減少高峰用電需求、促進低谷用電消納資料來源:關于進一步推動新型儲能參與電力市場和調度運用的通知,申萬宏源研究61.3 1.3 大規模儲能成為新能源消納的剛需大規模儲能成為新能源消納的剛需雙碳目標下,大規模新能源并網帶來電網運行風險,大規模儲能成為剛需。2020年12月,我國在聯合國2020氣候雄心峰會提出2030年可再生能源裝機達到
5、12億千瓦。但由于可再生能源固有的間歇性和不確定性,導致并網消納困難,電力系統迫切需要先進的大規模儲能技術來解決可再生能源接入問題,以提高常規電力系統和區域能源系統的效率、安全性及經濟性。政策要求超過保障性并網的規模按照功率15%的掛鉤比例配建調峰能力。根據2021年7月國家能源局及發改委聯合發布的關于鼓勵可再生能源發電企業自建或購買調峰能力增加并網規模的通知,超過電網企業保障性并網以外的規模初期按照功率15%的掛鉤比例(時長4小時以上)配建調峰能力,按照20%以上掛鉤比例進行配建的優先并網。多地政策要求新能源配儲比例10%-15%以上,成為電源側儲能的最大助推力。據統計,2021年至今山東、
6、浙江、湖南、廣西、內蒙、陜西等多個省市發布文件,明確新能源發電項目儲能配置要求,普遍省份(地市)儲能配置比例在10%20%,備電時長在1h4h。電力系統向上與向下靈活性不足原理資料來源:華北電力大學中國電力系統靈活性的多元提升路徑研究,申萬宏源研究資料來源:中電聯,申萬宏源研究風電光伏等新能源迎來大規模裝機(億千瓦)主要內容主要內容1.儲能:構建新能源系統的核心要素2.2.壓縮空氣儲能:領先的大容量、長時儲能系統壓縮空氣儲能:領先的大容量、長時儲能系統3.產業化推動快速降本增效4.政策東風有望加速行業爆發5.壓儲產業鏈投資機遇82.1 2.1 壓縮空氣儲能是一種先進的大規模、長時儲能系統壓縮空
7、氣儲能是一種先進的大規模、長時儲能系統壓縮空氣儲能系統(Compressed-AirEnergyStorage)是一種能夠實現大容量、長時間電能儲蓄的電力儲能系統。通過壓縮空氣存儲多余的電能,在需要時,將高壓氣體釋放到膨脹機做功發電,其技術原理發展自燃氣輪機。傳統補燃式壓儲需要使用化石燃料作為熱源,效率較低。其結構簡單,穩定性佳,投資成本低,具備與燃氣電站類似的快速響應特性,但依靠燃燒化石燃料提供熱源,引致污染,同時不留存壓縮熱,因此能量密度與效率較低,碳排放大,不適用于大規模儲能。非補燃式系統不使用化石燃料作為熱源,更加低碳高效。它通過儲熱裝置等技術手段滿足膨脹過程中的加熱需求,以實現高效可
8、靠的電力存儲與再生。根據熱能來源及應用方式的不同,非補燃式又可劃分為絕熱式、等溫式、液態空氣和超臨界等技術路線。非補燃式:壓縮空氣儲能儲氣模式工作原理圖資料來源:,申萬宏源研究傳統補燃式:美國Mclntosh壓儲電站系統示意圖以金壇國家示范項目為例,申萬宏源研究92.2 2.2 非補燃式系統不用化石燃料為熱源,非補燃式系統不用化石燃料為熱源,更加更加低碳低碳環保高效環保高效中溫絕熱壓縮空氣儲能技術可行性最高,成行業主流。絕熱壓縮空氣儲能在壓縮過程中通過提升壓縮機單級壓縮比獲得較高溫度的壓縮空氣和較高品位的壓縮熱能,并將壓力勢能和壓縮熱能解耦儲存。釋能時,利用儲熱裝置將壓縮熱反饋給高壓空氣,實現
9、空氣壓力勢能和壓縮熱能的耦合釋能,提高系統的整體效率。中溫適當降低了壓縮機排氣溫度(400),可基于當前成熟的關鍵設備技術和工藝水平開展設計和制造,系統穩定性、可控性較強,易于實現工程化應用。高溫效率高,但難度極大。等溫壓縮空氣儲能系統結構簡單、效率較高,但只用于容量較小的場景。在壓縮過程中實時分離壓縮熱能和壓力勢能,使壓縮空氣不發生較大的溫升;相應地,在膨脹過程中,實時將存儲的壓縮熱能回饋給壓縮空氣,使壓縮空氣不發生較大的溫降。等溫優點是系統結構簡單、運行參數低,但其裝機功率一般較小,僅用于分布式儲能等。液態壓縮空氣儲能技術尚未成熟,有待深入研究。在絕熱壓縮空氣儲能技術的基礎上引入了低溫過程
10、和蓄冷裝置,將空氣液化后常壓存儲,可大幅提升儲能密度,減小系統儲氣容積,減少對地形條件的依賴。但由于增加了蓄冷系統,導致系統結構更為復雜。同時,由于蓄冷系統在儲能和釋能過程中存在動態損失,導致系統的儲能效率偏低。超臨界壓縮空氣儲能原理與液態壓縮空氣儲能類似,目前尚未成熟。壓縮空氣儲能系統分類及原理壓儲補燃式非補燃式絕熱壓縮中溫高溫等溫壓縮液態壓縮超臨界空氣按是否需外部熱源以金壇國家示范項目為例,申萬宏源研究非補燃式壓縮空氣儲能系統102.3 2.3 壓儲性能介于抽蓄及鋰電之間,尤其適合發電側大規模儲能壓儲性能介于抽蓄及鋰電之間,尤其適合發電側大規模儲能資料來源:國網能源研究院,南方電網,申萬宏
11、源研究壓縮空氣儲能是一種介于抽蓄及鋰電之間的大規模長時儲能。相比電化學儲能,壓儲成本更低,安全性更高,容量更大,但爬坡及響應略慢,效率偏低。壓縮空氣儲能與當前應用最廣的抽水蓄能在各方面性能最為接近,同時也是目前能夠實現100MW+功率等級應用的主要技術。相比抽水蓄能5-6年的建設周期及地域條件的限制,壓縮空氣儲能建設周期短(2年)、不明顯受地域限制,但成本略高,效率略低。壓縮空氣儲能各方面性能最為接近抽水蓄能表:典型大規模儲能性能對比壓縮空氣儲能抽水蓄能鋰電池儲能功率等級50-300MW100-2000MW1kW-100MW合適儲存期數分-數月數小時-數月數秒-數小時釋能時間124+小時124
12、+小時數秒數小時效率60-70%71-80%85-95%壽命(年)30-4040-605-15造價45008000元/kW6000元/kW1400元/kWh運行特性調峰、調頻、旋轉備用、黑啟動調峰、調頻、旋轉備用、黑啟動短時調峰、調頻、黑啟動安全性安全性高存在爆破、高邊坡施工等高風險作業存在火災及爆炸風險環保性環境友好影響生態系統電池回收建設周期(年)25-61成熟度基本成熟成熟成熟地理位置選擇范圍較廣選址受限大容量選址受限資料來源:國網能源研究院,南方電網,申萬宏源研究112.4 2.4 壓儲經濟性:逼近抽水蓄能,未來產業化有望進一步降本壓儲經濟性:逼近抽水蓄能,未來產業化有望進一步降本儲能
13、電站收益和其放電電量直接相關,基于全生命周期度電成本分析結果如下:磷酸鐵鋰電池儲能的成本較高。在抽水蓄能和壓縮空氣儲能的全生命周期度電成本中,充電成本占比很大,而電化學儲能則是設備成本占比較大。當考慮充電成本時,儲能技術充放電效率對全生命周期度電成本有較大影響。壓儲度電成本逼近抽水蓄能,若利用“棄風棄光”電量充電,成本優勢更加明顯。其選址受地質限制較小,裝機容量可大可小,布置靈活,既可以布置在發電側,也可以布置在電網側、用戶側,當利用“棄風棄光”電量充電時(充電電價可按0計算,則儲能度電成本與充放電效率無關),其度電成本優勢明顯,具有大規模應用前景。表:3種儲能形式的全生命周期度電成本項目抽水
14、儲能壓縮空氣儲能磷酸鐵鋰電池儲能考慮充電電價(0.288元/千瓦時)0.8820.9111.255不考慮充電電價(利用棄風棄光充電)時度電成本0.5030.4310.928不考慮充電電價且折現率為0時度電成本0.2070.190.68資料來源:儲能技術全生命周期度電成本分析,申萬宏源研究主流儲能技術充電電價變化下的度電成本分析資料來源:儲能技術全生命周期度電成本分析,申萬宏源研究表:主流大規模儲能系統全生命周期成本測算參數抽水蓄能壓縮空氣儲能磷酸鐵鋰電池儲能儲能容量/(MWh)500 300 10 裝機容量/MW100 60 10 初次投資成本/萬元79,000 43,000 1,700 單位
15、投資成本/元(Kwh)1)1,580 1,433 1,700 單位容量維護成本/(元(MWh)1)10,000 2,000 20,000 單位功率維護成本/(元MW1)20,000 15,000 20,000 運營人工成本/萬元1,140 300 15 年運行維護總成本/萬元1,840 450 55 單位容量替換成本/(元(MWh)1)-900,000 儲能效率/%76 60 88 放電深度/%100 100 90 循環壽命/次5,000 使用壽命/a50 30 20 循環衰退率/(%次1)-0 資料來源:儲能技術全生命周期度電成本分析,申萬宏源研究主要內容主要內容1.儲能:構建新能源系統的核
16、心要素2.壓縮空氣儲能:領先的大容量、長時儲能系統3.3.產業化推動快速降本增效產業化推動快速降本增效4.政策東風有望加速行業爆發5.壓儲產業鏈投資機遇133.3.產業化推進產業化推進+政策東風,政策東風,壓儲迎來壓儲迎來爆發,預計爆發,預計20252025年開工超年開工超10GW10GW建設顯著提速:自2022年2個標桿項目投產以來,壓儲項目從年初投運的182MW擴展至目前在建及規劃裝機容量的6115MW。電源側配儲空間:2030年累計配儲需求可達301GW。按照2030年風電光伏裝機2311GW、15%配儲比例計算,電源側配儲需求達347GW??鄢刂?021年底,我國已投運的46GW儲能
17、裝機規模,預計我國新增配儲空間約為301GW。壓儲市場空間:參照抽蓄規模,壓儲有望形成對抽蓄的補充及部分替代。根據前文預測,電源側配儲2030年累計配儲需求可達301GW。中國電建2022年預測,十四五抽蓄目標開工270GW。結合當前壓儲在建及籌建項目規模(6.1GW),我們預計壓儲項目將在2022-23年項目鋪開,2024-25大規模開工,考慮后續儲能需求,2025年起有望每年新開工超過10GW。表:2021年以來國內壓縮空氣儲能得到快速發展項目時間投運項目規模-MW總投資(億元)單位投資(元/kw)效率儲氣庫參與方廊坊1.5MW超臨界壓縮空氣儲能示范項目2013年并網發電1.552%中科院
18、工程熱物理研究所安徽蕪湖500kW壓縮空氣儲能示范項目2014年11月 并網發電0.50.333%國家電網、中科院理化技術研究所、清華大學、中國電力科學研究院、江蘇同里500kW液態空氣儲能示范項目2018年建成0.5山東肥城鹽穴先進壓縮空氣儲能調峰電站(一期)2021年9月并網發電10160%中科院工程熱物理研究所貴州畢節10MW壓縮空氣儲能示范項目2021年10月 并網發電1060%金屬管道中科院工程熱物理研究所張家口國際首套百兆瓦先進壓縮空氣儲能國家示范項目2022年1月并網發電1008.48,40070%人工硐室張北巨人能源有限公司、中科院工程熱物理研究所、中儲國能(北京)技術有限公司
19、、中國電建集團水電四局金壇鹽穴壓縮空氣儲能項目2022年5月并網發電6058,33361%鹽穴中鹽集團、中國華能和清華大學合計182.5項目時間在建/籌建規模-MW總投資(億元)單位投資(元/kw)效率儲氣庫相關參與方浙江遂昌100MW礦洞壓縮空氣儲能項目(一期)2019年9月完成簽約10088,000礦洞華能集團華能礬山壓縮空氣儲能項目2020年12月 在建200126,000廢棄礦洞華能集團湖北應城300MW級壓縮空氣儲能電站示范項目2022年在建600183,00070%鹽穴中國能建數科集團、國網湖北省電力公司、湖北雙環化工集團、久大應城公司河南平頂山葉縣200MW鹽穴先進壓縮空氣儲能電
20、站2023年在建200157,500鹽穴中科院工程熱物理所、中儲國能(北京)技術有限公司河南平頂山葉縣兆瓦級先進壓縮空氣儲能電站2021年6月完成簽約1001010,000鹽穴平頂山晟光儲能有限公司、中國機械設備工程股份有限公司南大港產業園區先進壓縮空氣儲能項目2021年9月簽署框架協議200105,000華電集團國際首個400MW鹽穴壓縮空氣儲能示范項目2021年12月 簽署框架協議400205,000蘇鹽集團、中科院工程熱物理研究所、中儲國能江西瑞昌壓縮空氣儲能調峰調頻電站項目2021年12月 簽署框架協議1000808,000中國能源遼寧朝陽縣風光儲氫一體化項目2022年1月簽署框架協議
21、300-人工硐室中國能建數科集團、遼寧朝陽縣人民政府山東泰安2300MW壓縮空氣儲能創新示范項目 2022年1月完成簽約600345,667鹽穴中國能建數科集團、魯銀投資、國網山東省電力公司山東蘭陵壓縮空氣儲能項目2022年4月招標1008.58,500國華投資山東公司中寧縣200MW/800MWh共享儲能項目2022年5月招標100-大唐中寧能源開發有限公司福建石獅熱電發布壓縮空氣儲能電站項目2022年5月招標100-福能股份德興壓縮空氣儲能調峰調頻電站項目2022年5月完成簽約125012610,080中國能源陜西漢中100MW/800MWh先進壓縮空氣儲能項目2022年6月完成簽約100
22、1010,000中國能源建設集團投資有限公司西北公司江蘇淮安465MW/2600MWh鹽穴壓縮空氣儲能項目2022年7月可行性評審465224,789中科院工程熱物理所、蘇鹽集團、中儲國能(北京)技術有限公司山東肥城鹽穴先進壓縮空氣儲能調峰電站(二期)2022年7月可研編制完成300155,000中儲國能(山東)電力能源有限公司合計6115143.1 3.1 產業化推進:壓縮空氣儲能技術效率逐漸提升產業化推進:壓縮空氣儲能技術效率逐漸提升傳統國外采用補燃式,系統效率約45-55%。目前唯二實現商業化運行的大型壓縮空氣儲能電站是德國 Huntorf 和美國 Alabama McIntosh電站,
23、輸出功率均達到百兆瓦級。作為傳統壓縮空氣儲能系統,其儲氣裝置為地下洞穴或廢棄礦洞,發電過程中均需使用燃料,能量轉化率相對較低,在45-55%左右。壓縮空氣儲能系統轉換效率逐漸提升,普遍達到60%-70%。效率是影響壓縮空氣儲能系統發展的至關要素,目前國內壓縮空氣儲能系統的效率逐漸達到國際領先水平。2016年貴州畢節壓縮空氣儲能系統的效率為60.2%;2022年江蘇金壇壓縮空氣儲能電站的效率為61.4%;2022年張家口壓縮空氣儲能系統的設計效率為70.4%。表:國外的壓縮空氣儲能項目項目性質投運時間 功率/MW儲氣裝置儲氣容積/m3燃料效率%德國 Huntorf 電站商業運營1978290廢棄
24、礦洞3.1*105天然氣4446美國Alabama Mclntosh商業運營1991110地下洞穴5.6*105天然氣/油5254日本上砂川町電站示范機組20012廢棄礦洞1.6*103天然氣40英國液態空氣儲能電站示范機組20102儲罐-無40美國SustainX壓縮空氣儲能系統示范機組2013.91.5儲罐-無-資料來源:長時儲能之壓縮空氣儲能、申萬宏源研究我國壓儲項目效率逐步提升資料來源:中國儲能網。國家電網,北極星儲能網,中國日報網,索比光伏網等,申萬宏源研究153.2 3.2 產業化推進:規模放大產業化推進:規模放大+國產設備成熟,投資成本有望降低國產設備成熟,投資成本有望降低首臺套
25、商業化陸續驗證,未來規模放大及設備成熟助推成本下降。今年以來,金壇60MW及張家口100MW投運,大規模壓儲項目得到商業化驗證。伴隨裝機規模逐步由100MW發展到300MW,壓縮空氣儲能技術正由示范應用階段,轉向商業化發展階段。伴隨項目擴張,國產設備成熟及放量生產,壓儲投資成本有望進一步下降。我們預計產業化后,300MW項目投資成本有望從當前的單位千瓦8400元降低至5000元左右,逼近抽水蓄能投資水平。,申萬宏源研究我國壓儲項目規模逐步提升至300MW163.3 3.3 產業化推進:儲氣庫資源豐富,充分保障壓儲大規模發展產業化推進:儲氣庫資源豐富,充分保障壓儲大規模發展壓縮空氣儲能儲氣庫可分
26、為鹽穴、改造礦洞、人造硐室、人造儲氣罐/管道等。根據壓縮空氣儲能技術與發展,鹽穴儲氣庫機組容量較大,單位投資較低;廢舊礦洞和新建洞穴也可用作大型電站建設,單位投資稍高于鹽穴;而低溫儲罐和高壓氣罐一般用于中小型電站,且多處于試驗階段,投資較高。1)鹽穴儲庫多基于已開采完成的老腔,主要成本在于初期改造和后期維護,相對建設投資成本較小。但鹽巖儲氣庫存在選點局限性、鹽穴失效(鹽穴蠕變、鹽巖夾層變形破壞)、輸氣管道較長導致氣壓損失大等問題。2)新建硬巖儲氣庫布置限制最少,單價最高,運行問題相對較少。3)礦洞改造儲氣庫工程造價適中,但不同礦洞的地質條件相差較大,工程投資不確定性可能較大。對于煤礦而言,地下
27、瓦斯等有毒氣體和煤巖損傷等可能影響電站運營。不同儲氣形式的電站裝機容量及投資情況資料來源:壓縮空氣儲能技術與發展、申萬宏源研究表:不同儲氣庫建設成本對比電站名稱機組容量/MW儲氣形式容積(萬m3)儲氣庫造價(萬元)單價(元/m3)江蘇金壇60已有鹽穴225300227大同云岡60廢棄巷道擴建,鋼板5.34(原巷道)103001100襯砌9.37(擴建后)河北張北100硬巖儲氣庫369502300資料來源:壓縮空氣儲能技術與發展,申萬宏源研究173.3 3.3 產業化推進:鹽穴短期資源總量充裕,但選址存在一定受限產業化推進:鹽穴短期資源總量充裕,但選址存在一定受限鹽穴具有建設成本低、占地小、安全
28、穩定、壽命長等優點,是最理想的儲氣庫。鹽穴是在地下較厚鹽層或鹽丘中采礦后形成的地下洞穴,一般而言,開采鹽巖溶腔只要向地下鹽巖層鉆孔,注水使鹽溶化即可形成空洞,成本較低。同時鹽巖具有非常低的滲透率與良好的蠕變行為,能夠保證儲存溶腔的密閉性;同時,其力學性能較為穩定(損傷與損傷自我恢復),能夠適應儲存壓力的變化。我國現有鹽穴約1.3億立方,每年新增2000萬方,存量鹽穴可建壓儲35GW,每年新增鹽穴可建壓儲6GW。我國現有鹽穴約1.3億m3,其中大部分經過造腔后密封性良好。據中科院武漢巖土力學研究所數據,我國每年可產生鹽穴空間超2000萬方。參照金壇項目60MW對應鹽穴空間22萬方計算,理想情況下
29、,我國存量鹽穴可滿足35GW壓儲需求,每年新增鹽穴可滿足6GW壓儲需求。我國鹽穴主要分布長江中下游、山東及廣東局部地區,三北地區分布較少,選址存在一定限制。建設鹽穴需要在有鹽礦資源分布的地區,且鹽穴在鹽層厚度、構造形態、深度等方面需滿足一定條件。我國適合建設地下儲氣庫的巖鹽礦藏主要集中在長江中下游、山東及廣東局部地區,而在風電光伏裝機規模大、對大規模儲能需求迫切的“三北”地區則缺少適宜建設鹽穴地下儲氣庫的巖鹽地層。表:我國東部鹽穴資源分布及容量序號鹽穴名稱所在省份容量(百萬立方米)1金壇江蘇14.32淮安江蘇103平頂山河南44應城湖北85樟樹江西106潛江湖北4資料來源:基于鹽穴儲氣的先進絕
30、熱壓縮空氣儲能技術及應用前景,申萬宏源研究J,申萬宏源研究我國在建/擬建的鹽穴型石油天然氣地下儲庫183.3 3.3 產業化推進:產業化推進:人工硐室及廢棄礦洞改造可破解鹽穴分布局限人工硐室及廢棄礦洞改造可破解鹽穴分布局限人工開挖的硬巖洞室適應范圍廣,全球首個300MW示范項目可研推進。技術層面:中南勘測設計研究院突破了淺埋硬巖大規模地下高壓儲氣庫的建造技術,解決了10MPa級高壓空氣反復加卸載循環作用下地層穩定及高壓密封問題。項目層面:2022年張北100MW項目采用硬巖儲氣;2022年9月,遼寧朝陽能建300MW壓縮空氣儲能電站工程可行性研究報告評審會召開,該電站是全球首個人工硐室300兆
31、瓦級壓縮空氣儲能示范工程。表:國內外硬巖儲氣洞室項目的概況項目地點埋深/m壓力/Mpa洞室體積/m3圍巖性質瑞典Skallen11520400000片麻巖韓國10058-石灰巖美國Norton6705.511.09600000石灰巖以色列10028-白云巖/石灰巖日本450481600煤礦中國50058900000砂巖資料來源:硬巖地區壓縮空氣儲能工程地下儲氣洞室選址方法研究,申萬宏源研究煤礦巷道可進一步提升壓縮空氣儲能儲氣庫容量,假設我國歷史關閉礦井30%空間用于壓儲,可供22.5GW使用。礦洞改造建設儲氣庫與新建硬巖儲氣庫有一定相似性,兩者洞內均需采取支護、防護處理措施。據廢棄煤礦壓縮空氣
32、儲能地質安全穩定性分析估計,截止到2019年,若能利用全國已退役的30%廢棄礦井建壓縮空氣儲能,每對礦井可利用地下5萬方容積計算,儲能總裝機容量可達22.5GW。人造金屬儲氣罐及壓力管道密封性好,運行可靠性高,技術成熟,可徹底破解分布局限,但成本偏高。相比儲罐儲氣,壓力管道儲氣便于集成管網形成規模,安裝布置更加靈活,目前管道儲氣方案在天然氣領域使用更為廣泛,其設計壓力通常在10MPa以上。目前在貴州10MW先進壓縮空氣儲能示范項目中,壓力管道也得到了應用。新集三礦可利用空間及地面裝置系統,申萬宏源研究主要內容主要內容1.儲能:構建新能源系統的核心要素2.壓縮空氣儲能:領先的大容量、長時儲能系統
33、3.產業化推動快速降本增效4.4.政策東風有望加速行業爆發政策東風有望加速行業爆發5.壓儲產業鏈投資機遇204 4 政策東風:參照抽蓄兩部制電價政策,壓儲有望進一步爆發政策東風:參照抽蓄兩部制電價政策,壓儲有望進一步爆發容量電價體現抽水蓄能電站提供調頻、調壓、系統備用和黑啟動等輔助服務的價值,抽水蓄能電站通過容量電價回收抽發運行成本外的其他成本并獲得合理收益。2021年4月發改委發布進一步完善抽水蓄能價格形成機制的意見,明確了未來抽水蓄能電站的計價方式將以兩部制電價為主,并積極推動兩部制電價的市場化。抽水蓄能容量電價核定辦法規定,電站經營期按40年核定,經營期內資本金內部收益率按 6.5%核定
34、。意見同時提出推動電量電價市場化,有利于抽蓄電站提升盈利水平??紤]壓縮空氣儲能與抽水蓄能作用相似,未來有望獲得類似兩部制政策支持。表:抽水蓄能的電價計算機制序號 運營模式電價機制采用條件優點缺點備注1電網運營模式內部核算制由電網公司或廠網合一的電力公司全資建設經營電網自行結算,電網調度調用的積極性高調用頻繁,無法明確抽水蓄能電站的靜態效益和動態效益中國、日本、美國都有使用電網統一核算機制2租賃運營模式租賃制非電網公司全資建設,沒有電力市場交易制度,沒有輔助服務市場等計算方法簡單,方便電網統一管理調控必須接受調度指令,不能自己確定生產計劃日本、美國部分州市使用單一容量電價必須接受調度指令,運營成
35、本隨著機組運行時間增加而增加,電站運行缺乏積極性,且租賃費回收經常受阻我國多數抽水蓄能電站在使用單一電量電價必須接受調度指令,容易多發超發,電網調度調用缺乏積極性我國早期抽水蓄能電站在使用兩部制電價非電網公司全資建設,需有對應的輔助服務交易平臺(市場)或準確的電價測算方法明確抽水蓄能電站在電網中的重要作用,更準確地計算出抽水蓄能電站在電網中的價值必須接受調度指令,計算方法復雜,需要制定完善的招標競價方式、電價測算方法,明確工作時間節點和各方職責等我國極少數抽水蓄能電站開始使用3獨立運營模式參與市場競價發電側已實現市場化,已形成以競價為基礎的成熟的輔助服務市場可以自己制定生產計劃,充分調動電站的
36、積極性,使得電站在電網中發揮最大的作用建立一個完善的市場機制需要較長的時間美國加州地區使用固定收入+變動收入英國國內使用資料來源:抽水蓄能電站運營模式對比分析、申萬宏源研究主要內容主要內容1.儲能:構建新能源系統的核心要素2.壓縮空氣儲能:領先的大容量、長時儲能系統3.產業化推動快速降本增效4.政策東風有望加速行業爆發5.5.壓儲產業鏈投資機遇壓儲產業鏈投資機遇225 5 壓儲產業鏈:上游核心裝備企業有望優先受益壓儲產業鏈:上游核心裝備企業有望優先受益壓儲的產業鏈可分為上游核心設備及資源提供方、中游技術提供及建設方、下游投資運營商。不同技術路線的裝備價值差別較大,一般對于以鹽穴及洞庫為儲氣庫的
37、項目而言,壓儲單位GW設備投資約20億,其中壓縮機占比約25-30%,透平膨脹機占比約15-20%,換熱系統15-20%,儲熱系統占比約15-20%,上游核心裝備企業有望優先受益。壓縮空氣儲能產業鏈及相關標的235.1 5.1 壓儲主要設備:壓縮機和換熱系統技術壁壘較高壓儲主要設備:壓縮機和換熱系統技術壁壘較高壓縮空氣儲能技術的難點主要包括關鍵部件技術性能、優化系統集成與控制技術等:(1)儲能系統優化設計、集成與控制技術;(2)寬負荷多級壓縮機全三維設計與變工況調節技術;(3)高負荷多級透平膨脹機全三維設計與變工況調節技術;(4)陣列式超臨界蓄熱(冷)換熱器設計技術。壓縮空氣儲能系統關鍵設備主
38、要包括壓縮機、換熱系統和透平膨脹機。壓縮空氣儲能系統包含壓縮、儲氣、蓄熱/冷、回熱/冷、膨脹發電等多個子系統,系統內的關鍵設備主要包括壓縮機、換熱器和膨脹機,相關的設備技術相對成熟,通過項目示范建設,基本形成了一定的產業鏈基礎。雖然壓縮空氣儲能循環與燃氣輪機類似,但壓縮機壓比和膨脹機膨脹比均遠高于常規燃氣輪機的壓縮機和透平。壓縮空氣儲能主要設備以金壇國家示范項目為例,申萬宏源研究金壇項目核心設備供應商245.2 5.2 壓儲主要設備:壓縮機要求流量大,壓力高,目前實現國產化壓儲主要設備:壓縮機要求流量大,壓力高,目前實現國產化空儲系統壓縮機要求流量大,壓力高。壓縮機是一種壓縮氣體提高氣體壓力或
39、輸送氣體的機器,應用廣泛,其中用于壓縮空氣儲能系統的壓縮機具有流量大、壓力高的特點。目前,市場上壓縮機的技術比較成熟。單機大容量壓縮機制造困難,因此大容量壓儲系統多采用壓縮機串并聯形式。作為壓縮過程中的核心部件,壓縮機決定著儲能過程中的效率,開發大流量、高效率、高排氣溫度(提升系統的蓄熱溫度和回熱溫度)的壓縮技術,有助于提升系統的整體儲能效率,但大規模壓縮機的設計制造仍需技術研發,且壓縮機實現單機300MW級仍存在很大難度和瓶頸,需現有壓縮機采用并聯或串聯方式。目前100MW級壓縮機已實現國產化。國內制造廠家主要有沈鼓集團(未上市)、陜鼓動力等,國外主要有阿特拉斯科普柯、西門子等。國內主流廠家
40、目前已具備設計制造大流量、高壓力的主壓縮機、循環壓縮機的條件和基礎,100MW級壓縮機基本可以實現國產化,其中沈鼓集團為江蘇金壇60MW壓縮空氣儲能項目配供壓縮機。金壇高負荷-寬工況非穩態離心壓縮機以金壇國家示范項目為例,申萬宏源研究壓縮機工作原理資料來源:中科院物理所壓縮空氣儲能技術的“前世今生”,申萬宏源研究255.3 5.3 壓儲主要設備:換熱系統供貨主要為三大主機廠商壓儲主要設備:換熱系統供貨主要為三大主機廠商換熱系統是影響儲能效率的關鍵環節,包含低溫介質儲罐、高溫介質儲罐和導熱油等元件。換熱器是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設備,按換熱結構,換熱器主要分為管殼式換熱器和板式換熱器。
41、換熱系統提高換熱溫度和效率可進一步提升整體系統效率。換熱系統參數對系統的儲能效率影響較大,蓄熱溫度和回熱溫度越高,系統的損失越小,系統的儲能效率也越高。通過提升蓄熱回熱系統的蓄熱溫度、換熱效率,可進一步提升系統的整體效率。國內化工及動力設備配套廠家均具備換熱器設計加工能力,其中哈爾濱電氣及中科院已有針對研發產品。主流供貨商包括火電三大主機廠商(哈爾濱電氣、東方電氣、上海電氣),其中哈爾濱汽輪機廠研制了一款“U”形發夾式換熱器,屬于管殼式換熱器一類,具有流量大、承壓高、耐高溫、啟???、高效率等特點,已應用于江蘇金壇60MW壓縮空氣儲能項目。中科院研發了氣-水換熱器,已應用于張北100MW壓縮空氣
42、儲能電站。金壇發夾式導熱油-空氣換熱器資料來源:非補燃壓縮空氣儲能研究及工程實踐以金壇國家示范項目為例,申萬宏源研究換熱系統示意圖資料來源:非補燃壓縮空氣儲能研究及工程實踐以金壇國家示范項目為例,壓縮空氣儲能讓電能穿越時空,申萬宏源研究265.4 5.4 壓儲主要設備:透平膨脹機壓儲主要設備:透平膨脹機透平膨脹機在壓縮氣體膨脹降壓時,向外輸出機械功,將壓力勢能轉化為電能。透平(turbine,又稱渦輪)是將流體介質中蘊有的能量轉換成機械功的機器。透平可分為水輪機、汽輪機、燃氣透平(用作噴氣式飛機的推進動力、艦船動力,以及發電廠、尖峰負荷用小型電站等)和空氣透平(用作微小動力)等。隨著壓縮窄氣儲
43、能膨脹機發電功率的提升,膨脹機進氣壓力最大可達數十兆帕,進氣溫度最高可達300。對于大型壓縮空氣儲能電站,膨脹機一般采用多級膨脹帶中間再熱的結構形式,其主要部件包括透平膨脹機、滑油站、膨脹機再熱器和發電機等。針對空氣的熱力特性開發新型高效的窄氣透平,是提高膨脹發電系統效率的關鍵。膨脹機可分為活塞膨脹機和透平膨脹機,其中活塞膨脹機主要適用于高壓力比和小流量的中小型高、中壓深低溫設備。透平膨脹機具有流量大、結構簡單、體積小、效率高和運轉周期長等特點,適用于大中型深低溫設備。國內窄氣透平生產廠家主要有哈電汽輪機公司、東方汽輪機公司以及上海汽輪機廠等,均在透平膨脹機領域加大研發力度,目前壓縮氣儲能的膨
44、脹機己開始研發300MW規模。金壇壓縮空氣儲能電站膨脹機以金壇國家示范項目為例,申萬宏源研究膨脹機和透平工作原理275.5 5.5 陜鼓動力:國內透平機械龍頭,壓縮空氣儲能有望打開第二增長極陜鼓動力:國內透平機械龍頭,壓縮空氣儲能有望打開第二增長極表:2021年能量轉換裝備主要產品銷量主要產品單位生產量yoy銷售量yoy軸流壓縮機臺套10615%1125%離心壓縮機臺套48-8%43-17%空分用壓縮機臺套2519%2310%工業流程能量回收透平裝置臺套5712%6616%透平鼓風機組臺套1140%1203%資料來源:Wind,申萬宏源研究公司為我國傳統透平機械龍頭。傳統核心業務為能量轉換裝備
45、制造板塊,主導產品包括軸流壓縮機、離心壓縮機、能量回收透平裝置、硝酸四合一機組、空分機組、汽輪機等,主要應用于冶金、石油化工、煤化工、天然氣、硝酸、發酵等領域。2016年以來推進二次戰略轉型,現已形成三大業務,實現業績穩步增長。致力于成為分布式能源領域的系統解決方案商和系統服務商。目前公司形成了“能量轉換設備制造、工業服務、能源基礎設施運營”三大業務板塊。2021年公司實現歸母凈利潤8.58億元,同比+25.22%。表:陜鼓動力主營構成(百萬元,%)201720182019202020212022H1營業總收入3,9585,0397,3048,06510,3615,880YoY(%)10274
46、510288能量轉換設備2,1812,5583,8994,0114,1523,525能源基礎設施運營9321,3241,6571,9492,4781,452能量轉換系統服務7681,1281,7132,0473,6221,304其他業務77293557109分部間抵銷-401毛利率(%)212222221923能量轉換設備202225261922能源基礎設施運營222320182016能量轉換系統服務241916181725其他業務1338261836分部間抵銷1歸母凈利率(%)6788810歸母凈利潤241350603685858572YoY(%)14572142512285.5 5.5 陜
47、鼓動力:國內透平機械龍頭,壓縮空氣儲能有望打開第二增長極陜鼓動力:國內透平機械龍頭,壓縮空氣儲能有望打開第二增長極陜鼓從事軸流壓縮機的設計開發及供貨已超過40年,現已獨立設計、制造、調試了2000余臺套軸流壓縮機機組,積累了豐富的經驗。陜鼓軸流壓縮機技術已經達到世界先進水平,并形成良好的“系列化、通用化、標準化”規格。完成300MW壓縮機組研發,牽手中能數科,壓縮空氣用壓縮機取得重要進展。公司圍繞大型壓縮空氣儲能系統壓縮機組大型化、高轉換效率及高可靠性要求,采用公司國際領先的AV100軸流壓縮機產品,完成300MW壓縮空氣儲能系統及壓縮機組的技術方案研發。2022年1月26日,陜鼓集團與中能建
48、數字科技集團簽訂戰略合作協議。全面推進新型儲能市場,以300MW級壓縮空氣儲能重大示范項目為契機,開啟新型電力系統全方位合作的新起點。陜鼓成功研制全球流量最大的AV140工業用軸流壓縮機資料來源:公司官網,申萬宏源研究2022年7月我國首套300兆瓦級壓縮空氣儲能示范工程開工資料來源:新華社,申萬宏源研究295.6 5.6 東方電氣:多項能源裝備行業領先,空氣透平機組已獲示范應用東方電氣:多項能源裝備行業領先,空氣透平機組已獲示范應用公司擁有完整的能源裝備研制體系,多項設備為行業領先。公司擁有完整的能源裝備研制體系,已形成“水、火、核、風、光、氣”六電并舉格局,其中火電產品100萬千瓦等級機組
49、、大型循環流化床鍋爐等多方面處于行業領先地位;水電產品總體水平位居國內前列,貫流式、混流式等水電技術達到國際領先水平,抽水蓄能機組研制達到世界一流水平,13兆瓦等級海上風電機組處于亞洲領先水平。公司形成了氫獲取、氫儲存、氫加注、氫使用的氫能一體化方案,已開發出具備自主知識產權的燃料電池膜電極、高功率密度電堆及測試設備。透平機組已應用于金壇60MW項目,同時掌握換熱及蓄熱設備制造能力。公司自主研制的世界首個非補燃壓縮空氣儲能電站透平機組,在江蘇金壇鹽穴壓縮空氣儲能國家試驗示范項目成功并網并穩定運行。表:東方電氣主營構成(百萬元,CNY)20182019202020212022H1營業總收入30,
50、70632,84037,28347,81927,909同比(%)-87142823清潔高效發電設備17,07915,51111,15212,7878,534新能源4,0085,92110,08515,1388,149工程及服務3,4814,4314,8397,7584,474新興成長產業2,7343,1016,2968,1724,423現代制造服務業3,4043,8764,9103,9632,329毛利率(%)2122201716清潔高效發電設備2024242221新能源1212141412工程及服務1720271111新興成長產業2414121714現代制造服務業5551454648歸母凈利
51、率(%)44556歸母凈利潤1,1291,2781,8622,2891,774同比(%)713462332資料來源:Wind,申萬宏源研究東方電氣為金壇項目研制的透平機組資料來源:公司官網,申萬宏源研究305.7 5.7 哈爾濱電氣:行業領先的能源裝備企業,蓄熱換熱設備已獲應用哈爾濱電氣:行業領先的能源裝備企業,蓄熱換熱設備已獲應用公司為行業領先能源裝備企業,積極拓展海外高端電站工程業務。公司已形成核電、水電、煤電、氣電、電氣驅動裝置、電站交鑰匙工程等為主導產品的產業布局,公司煤電機組占國產裝機總量的1/3,大型水電機組占國產裝機總量的1/2,重型燃氣輪機占國內市場份額的1/3,核電機組占國產
52、裝備總量的1/5。同時公司積極參與海外高端電站工程總承包領域,產品出口到多個國家和地區。蓄熱換熱設備已應用于金壇60MW項目,同時掌握透平設備制造能力。公司成功自主研制世界首個非補燃壓縮空氣儲能電站蓄熱換熱設備,并在核心設備發夾式換熱器的設計開發過程中取得了多項技術突破,整體技術水平達到國際領先。表:公司主營構成及毛利率表現(CNY,百萬元,%)20182019202020212022H1產品收入-百萬元25,88022,51523,76021,22511,802同比(%)-18-135-10-1火電主機設備11,8778,3482,4547,562電站工程服務7,4115,4536,4054
53、,496交直流電機及其他2,6483,5543,7924,488水電主機設備1,7052,6828,7102,727核電1,3391,2891,4681,101電站輔機及配套設備9001,189931852毛利率-%131612-416火電主機設備1418523電站工程服務32-3-41交直流電機及其他2824195水電主機設備91556核電21242619電站輔機及配套設備1014114凈利率-%0.30.50.0-19.50.4凈利潤71106-7-4,14252同比(%)-6349-107-56,79850.37資料來源:公司公告,申萬宏源研究哈爾濱為金壇項目研制的蓄熱換熱設備資料來源:
54、公司官網,申萬宏源研究315.8 5.8 上海電氣:行業領先的能源裝備企業,大功率電機已獲應用上海電氣:行業領先的能源裝備企業,大功率電機已獲應用公司為行業領先能源裝備企業,多項設備為行業領先。目前公司已形成三大業務:能源裝備(燃煤發電及配套設備、燃氣發電設備、風電設備、核電設備、儲能設備、高端化工設備)、工業裝備(電梯、大中型電機、智能制造設備、工業基礎件、建筑工業化設備);集成服務等,其中公司提供的燃煤發電主裝備系統不斷刷新最低煤耗指標,核電業務保持綜合市占率第一,風電積極推進海上漂浮式風機自主研發。大功率電機已應用于金壇60MW項目,同時掌握透平機組、換熱及蓄熱設備制造能力。在金壇這世界
55、首座非補燃壓縮空氣儲能電站項目建設中,上海電氣為其提供了三臺套核心裝備30MW級壓縮機驅動用大功率電機,為電站提供源源不斷的壓縮動能。上海電氣為金壇項目研制的大功率電機表:上海電氣主營構成(百萬元,CNY,%)2019202020212022H1營業總收入127,509137,285131,38850,293同比(%)268-4-20能源板塊45,94455,96059,22424,260工業裝備業務46,40942,17742,24116,759集成服務44,31652,23239,45211,6212009年報之前產品48其他業務-9,160-13,084-9,52956內部抵銷-2,45
56、1毛利率(%)18171517能源板塊18171817工業裝備業務18171616集成服務17126142009年報之前產品100其他業務-4-3133內部抵銷1歸母凈利率(%)33-8-2歸母凈利潤3,5013,758-9,988-991同比(%)167-36680資料來源:Wind,申萬宏源研究325.9 5.9 蘇鹽井神:“鹽蘇鹽井神:“鹽+儲能”發展新格局,鹽穴儲備豐富儲能”發展新格局,鹽穴儲備豐富公司為制鹽龍頭,擁有豐富的鹽穴資源。江蘇蘇鹽井神股份有限公司是江蘇省鹽業集團控股子公司,公司主營業務為純堿、工業鹽,食用鹽的生產銷售,公司具有“循環經濟、礦產資源、區位運輸、技術創新、產銷一
57、體、知名品牌”六大核心競爭優勢。公司擁有張興鹽礦等八個礦區采礦權共計保有資源儲量礦石量121億噸,許可生產規模1194萬噸/年。歷經長期的制鹽生產,公司積累了豐富的鹽穴資源。正在興建的張興儲氣庫一期項目的目標礦區內,現有鹽腔體積已達到200多萬方,且伴隨鹽堿鈣循環工藝的大規模生產,鹽腔總量在不斷增長,公司的造腔潛力處于行業領先水平。公司“十四五”發展規劃將構建了“鹽+儲能”產業新格局。十四五期間,公司將立足現有的鹽穴資源優勢大力發展鹽穴儲能業務,包括但不限于儲油儲氣,同時合理規劃鹽穴資源利用,積極拓展利用壓氣儲能技術儲電等新興儲能業務。與中儲國能、中科院熱物理研究所合作建設淮安465MW鹽穴壓
58、縮空氣儲能項目。該項目依托中國科學院工程熱物理研究所國際領先的壓縮空氣儲能技術和蘇鹽集團領先的地下鹽穴造腔技術,利用中儲國能全套壓縮空氣儲能裝備研制及系統集成能力,將建設全球規模最大、性能最優的壓縮空氣儲能系統。表:蘇鹽井神營業收入及毛利率情況(百萬元,CNY,%)20182019202020212022H1營業收入2,764 4,190 3,937 4,761 3,030 同比(%)6 52-6 21 36 純堿900 1,020 880 1,253 915 工業鹽產品847 967 845 1,322 878 其他業務-1,264 842 食鹽產品553 558 601 624 338 元
59、明粉146 75 113 92 58 氯化鈣126 174 179 187-其他13 26 24 21-鹵水74-小蘇打72-毛利率(%)27 33 24 27 35 純堿(%)25 29 10 32-工業鹽產品(%)27 26 26 32-其他業務(%)-55-食鹽產品(%)22 23 26 23-元明粉(%)38 49 45 29-氯化鈣(%)22 45 43 29-其他(%)24 11-818-2,192-鹵水(%)43-小蘇打(%)29-歸母凈利率(%)5 6 4 7 16 歸母凈利潤145 261 148 334 482 同比(%)-19 18-43 125 270 資料來源:公司公
60、告,申萬宏源研究335.10 5.10 三維化學:“工程服務三維化學:“工程服務+公司為科技型特色化學集團公司。公司營業收入主要來源于工程、化工、催化劑三個板塊。其中,工程業務以環保見長,主要服務于化工石化行業客戶,同時不斷探索新能源產業;化工業務方面,公司是國內最大的正丙醇生產企業,主要產品涵蓋部分醛、醇、酯類基礎化工原材料;催化劑業務技術領先,公司開發出綜合性能處于國際領先水平的QDB系列耐硫變換催化劑(主要應用于煤化工領域),并擁有國內領先的“5萬噸/年稀土橡膠生產工藝及催化劑配制技術”,公司可為用戶提供催化劑、水解劑、脫硫劑和脫毒劑等30多種規格的系列產品。公司參與設計江蘇金壇鹽穴壓縮
61、空氣儲能國家示范項目。公司參與設計的江蘇金壇鹽穴壓縮空氣儲能國家試驗示范項目并網試驗成功。公司積極探索光熱及氫能等其他儲能業務。公司通過技術研發、業務合作,不斷探索、耦合、服務新能源產業發展。在光熱儲能領域,公司承接了國內首座開工建設的大型商業化光熱電站-中廣核德令哈太陽能光熱電站儲熱島的EPC,該項目已投運;在氫能領域,公司承接了中國石化青島煉油化工有限責任公司青島氫能資源基地項目、格爾氫能科技(青島)有限公司氫能利用項目、齊魯氫能(山東)發展有限公司一期氫能一體化項目等多個氫能領域總包或設計項目。表:三維化學營業收入與毛利率情況(百萬元,CNY,%)20182019202020212022
62、H1營業收入5236316762,6321,339同比(%)-3121728935醇醛酯類-1171,427698工程總承包收入256388282404312殘液加工類-41542219產品銷售收入16314411714463工程設計收入989211210436其他收入-81010油品銷售-1-毛利率(%)3226322619醇醛酯類(%)-282015工程總承包收入(%)714142316殘液加工類(%)-303532產品銷售收入(%)5037423428工程設計收入(%)6255675038其他收入(%)-5236油品銷售(%)-歸母凈利率(%)8 12 55 14 11 歸母凈利潤4077373377146同比(%)-3094382118資料來源:公司公告,申萬宏源研究