【研報】電力、煤氣及水等公用事業行業：調峰與儲能并濟迎接高比例可再生電力時代-20200108[24頁].pdf

《【研報】電力、煤氣及水等公用事業行業：調峰與儲能并濟迎接高比例可再生電力時代-20200108[24頁].pdf》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《【研報】電力、煤氣及水等公用事業行業：調峰與儲能并濟迎接高比例可再生電力時代-20200108[24頁].pdf（24頁珍藏版）》請在三個皮匠報告上搜索。

1、 - 1 - 市場數據市場數據(人民幣）人民幣） 市場優化平均市盈率 18.90 國金電力、煤氣及水等公用 事業指數 3563 滬深 300 指數 4160 上證指數 3105 深證成指 10829 中小板綜指 10140 相關報告相關報告 1.基建成經濟增長新引擎，公用事業吸引 力提升-【國金公用環?！啃? ，2020.1.3 2.皖蘇市場化穩步推進，實際電價降幅有 限-電力行業點評 ，2019.12.26 3.TMT 板塊引領復蘇，水火發電此消彼長 -11 月電力月報 ，2019.12.19 4.供需寬松格局下不改基準價，2020 年 電煤長協難達協議-【國金. ，2019.12.12 5

2、.管網改革新紀元已至，天然氣產業鏈面 臨 重 塑 - 【 國 金 公 用 環 保 】 行 . ， 2019.12.10 李蓉李蓉 聯系人聯系人 娜敏娜敏 聯系人聯系人 孫春旭孫春旭 分析師分析師 SAC 執業編號：執業編號：S1130518090002 杜曠舟杜曠舟 聯系人聯系人 調峰與儲能并濟，調峰與儲能并濟， 迎接高比例可再生電力時代迎接高比例可再生電力時代 行業邏輯行業邏輯 能源安全與環保限制趨緊，發展可再生能源為必然選擇。能源安全與環保限制趨緊，發展可再生能源為必然選擇。當前我國能源存量 和消費量之間的矛盾日漸加深，推動能源轉型、保障能源安全刻不容緩。在 當前水電與核電受資源與開發經濟

3、性制約的背景下，可再生能源成為推動非 化石能源跨越式發展的基石力量，高比例非水可再生（在總發電量中的比重 超過 25%）成為我國未來能源結構之選。 發展高比例可再生能源，首先需解決發展高比例可再生能源，首先需解決電力電力消納問題。消納問題。電網建設與可再生能源 發展不匹配造成的電力送出能力不足，全額上網不符合可再生能源發電技術 特性，省間電力輸送壁壘嚴重造成跨區消納機制不順暢，以及可再生能源發 電稅收優惠政策影響地方消納積極性等原因，造成了當前我國可再生能源無 法完全消納的現象。 實現高比例可再生的穩定接入，需提高電力系統的靈活性。實現高比例可再生的穩定接入，需提高電力系統的靈活性。高比例可再

4、生能 源接入電力系統后，為保障電力系統運行平穩，必須進行兩方面工作：一是 增加系統中常規發電系統靜態出力特性的靈活性，有足夠的常規電源跟隨負 荷變化；二是平衡可再生能源的出力波動，改善其對電網擾動的動態響應。 丹麥可再生能源占比超過丹麥可再生能源占比超過 40%，發展道路為我國提供良好借鑒。，發展道路為我國提供良好借鑒。2017 年丹 麥國內可再生（風光）發電量占比高達 50.4%，位列全球首位，其高比例可 再生能源發展之路具有良好借鑒意義。一是制定明確的能源發展目標和規 劃。二是建立有效的可再生能源消納機制。三是建設精準供需預測的機制。 四是構建靈活穩定的超級電網系統。 政策助力疊加技術日趨

5、成熟，電化學儲能迎來發展黃金期。政策助力疊加技術日趨成熟，電化學儲能迎來發展黃金期。2017 年儲能政 策密集出臺，明確儲能行業調峰角色，設立行業標準；規范技術發展，設立 行業標準；放開輔助服務市場，建立市場化補償機機制。2018 年電化學儲 能行業迎來發展元年，裝機功率增速達到 145.5%，累計裝機功率突破 1GW。 電化學儲能有望持續較快增長，電化學儲能有望持續較快增長，2025 年裝機功率有望達到年裝機功率有望達到 28.6GW。能源 革命中可再生能源和分布式能源的大規模發展對儲能需求巨大；儲能技術與 產業的前期積累降持續降低單位成本增強電化學儲能經濟性；國家電力體制 市場改革持續推進

6、，紅利持續增加，電力市場改革和可再生能源政策都將儲 能納入支持范圍。預計到 2025 年底電化學儲能累計裝機功率將達到 28.6GW，年均復合增速達 60%，市場空間達到千億元級別。 投資建議投資建議 高比例可再生電力必然要求儲能技術的大規模運用，電化學儲能行業將催生 出千億級別的市場。預計鋰電池行業將受益于儲能設備需求大規模爆發，建 議關注行業龍頭寧德時代，中天科技，陽光電源寧德時代，中天科技，陽光電源等。 風險提示風險提示 用電量增速持續放緩風險；可再生能源成本下降不達預期風險；電力市場化 改革進度滯后風險；峰谷電價制度推行緩慢風險；儲能技術安全事故發生風 險等。 3148 3354 35

7、61 3767 3973 4179 4386 190108 190408 190708 191008 國金行業 滬深300 2020 年年 01 月月 08 日日 資源與環境研究中心資源與環境研究中心 電力、煤氣及水等公用事業行業研究 買入（維持評級） 行業深度研究行業深度研究 證券研究報告 行業深度研究 - 2 - 內容目錄內容目錄 發展高比例可再生能源 , 系能源安全與轉型未來之翼 .4 環境資源約束日緊，發展可再生能源成為共識 .4 受益多種政策推動，風光裝機快速增長.4 發展高比例可再生能源，首先需解決消納問題 .5 棄風棄光現象普遍，消納問題依然嚴峻.5 配套設施、地方利益、技術特性

8、等因素，系風光消納問題主因.6 提升電力系統的靈活性，為高比例可再生能源接入解決之道 .7 高比例可再生電源的并網，要求更高的電網系統靈活性 .7 電網系統穩定性和充裕性，需平衡可再生能源出力波動 .8 丹麥風電的逆勢崛起，提供高比例可再生消納經驗 .9 丹麥成功實現高比例可再生，2017 年風光發電占比超 50% .9 多項舉措并行，促可再生能源發展. 11 丹麥高比例可再生發展成功經驗，為我國未來發展道路之良好借鑒. 11 可再生能源裝機潛力區域分析，系尋求解決方案重要基石 .12 本地消納能力及用電結構，均會影響可再生能源消納.12 青海省水電調峰能力強，助力可再生電力消納 .15 調峰

9、形勢嚴峻疊加外來電較多，限制廣東省可再生能源比例提升 .16 多舉措尋求解決途徑，實現高比例可再生并網 .17 提高電網互聯互通水平，解決可再生輸送問題 .17 改造發展傳統調峰電源，提升基礎調峰能力.17 推動儲能技術發展，加強需求側相應 .18 政策助力行業發展，電化學儲能走向規?；?.18 儲能政策密集出臺，助力行業快速發展.18 儲能行業短期遇挫，長期發展前景光明.19 投資建議 .22 風險提示 .22 圖表目錄圖表目錄 圖表圖表1：2017年我國化石能源儲量年我國化石能源儲量/產量產量/消費量全球占比消費量全球占比 .4 圖表圖表2：2008-2017年我國一次能源產量與自給率年我

10、國一次能源產量與自給率.4 圖表圖表 3：2010-2018年風光裝機快速增長（萬千瓦，年風光裝機快速增長（萬千瓦，%） .5 圖表圖表4：2010-2018年風光發電量占比逐漸提升（年風光發電量占比逐漸提升（%） .5 圖表圖表5：2018年分電源裝機結構年分電源裝機結構 .5 圖表圖表6：2014-2018年全國棄光限電情況年全國棄光限電情況 .6 圖表圖表7：2010-2018年全國棄風限電情況年全國棄風限電情況 .6 圖表圖表8：常規火電和風電的：常規火電和風電的并網分析模型并網分析模型 .7 圖表圖表9：某省某典型日風電出力和負荷曲線倒掛：某省某典型日風電出力和負荷曲線倒掛 .7 行

11、業深度研究 - 3 - 圖表圖表10：調峰要求與可再生能源發電占比呈正相關：調峰要求與可再生能源發電占比呈正相關 .8 圖表圖表11：酒泉風電基地事故脫網曲線：酒泉風電基地事故脫網曲線 .9 圖表圖表12：可再生能源并網規模對電力系統的影響程度：可再生能源并網規模對電力系統的影響程度 .9 圖表圖表13：2017年部分國家可再生發電占比及所處階段年部分國家可再生發電占比及所處階段.10 圖表圖表14：2006-2017年丹麥可再生能源發電量及占比年丹麥可再生能源發電量及占比 . 11 圖表圖表15：2006-2017年丹麥可再生占一次能源消費比重年丹麥可再生占一次能源消費比重. 11 圖表圖表

12、16：2017年丹麥與中國可再生及一次能源特征對比年丹麥與中國可再生及一次能源特征對比 .12 圖表圖表17：2018年分地區可再生能源發電占比及所處階段年分地區可再生能源發電占比及所處階段 .13 圖表圖表18：2018年可再生發電占比前五地區風光數據對比（年可再生發電占比前五地區風光數據對比（%，億千瓦時），億千瓦時） .14 圖表圖表19： 2018年可再生發電占比前五地區發電結構（年可再生發電占比前五地區發電結構（%） .14 圖表圖表20：北京、廣東、浙江等地用電對外依賴度較高：北京、廣東、浙江等地用電對外依賴度較高 .14 圖表圖表22：新能源消納空間示意圖：新能源消納空間示意圖

13、.15 圖表圖表23：2018年青海省裝機結構年青海省裝機結構 .15 圖表圖表24：2018年青海省發電結年青海省發電結構構 .15 圖表圖表25：青海省主要水電站出力曲線：青海省主要水電站出力曲線 .16 圖表圖表26：2020年青海省太陽能裝機仍有年青海省太陽能裝機仍有238萬千瓦空間（萬千瓦）萬千瓦空間（萬千瓦） .16 圖表圖表27：2018年廣東省發電裝機結構年廣東省發電裝機結構 .17 圖表圖表28：廣東各類有償調峰單位發電成本及調峰容量：廣東各類有償調峰單位發電成本及調峰容量 .17 圖表圖表29：2017-2019年儲能行業重點政策年儲能行業重點政策 .19 圖表圖表30：總

14、儲能裝機：總儲能裝機功率持續增長功率持續增長 .20 圖表圖表31：2018年分類儲能設備裝機功率占比（年分類儲能設備裝機功率占比（GW）.20 圖表圖表32：電化學儲能裝機功率持續增長：電化學儲能裝機功率持續增長 .20 圖表圖表33：磷酸鐵鋰是主流電化學儲能技術路線：磷酸鐵鋰是主流電化學儲能技術路線 .20 圖表圖表34：分應用場景裝機功率占比：分應用場景裝機功率占比 .21 圖表圖表35：電化學儲能裝機功率分?。弘娀瘜W儲能裝機功率分省排名排名 .21 圖表圖表36：2019年電化學儲能市場遇冷分析年電化學儲能市場遇冷分析 .21 圖表圖表37：2019年電化學儲能市場前景分析年電化學儲能

15、市場前景分析 .21 圖表圖表38：電化學儲能未來裝機功率增長預測（：電化學儲能未來裝機功率增長預測（GW） .22 行業深度研究 - 4 - 發展高比例可再生能源發展高比例可再生能源 , 系能源安全與轉型未來之翼系能源安全與轉型未來之翼 環境資源約束日緊，發展可再生能源成為共識環境資源約束日緊，發展可再生能源成為共識 環境、資源約束日趨嚴格，發展可再生能源是普遍共識環境、資源約束日趨嚴格，發展可再生能源是普遍共識。隨著國際社會對 保障能源安全、保護生態環境、應對氣候變化等問題日益重視，發展綠色、 低碳能源已成為世界各國普遍共識。開發利用可再生能源，已經成為我國 保護環境、打贏藍天保衛戰的重要

16、舉措。長期以來，為改善環境問題、優 化能源消費結構，我國政府大力推進可再生能源的開發利用。 發展可再生能源，是我國的重要承諾。發展可再生能源，是我國的重要承諾。巴黎協定生效，約定將本世紀末全 球溫度變化控制在 2 攝氏度以內，并為控制在 1.5 度以內而努力。中國對 外承諾 2030 年非化石能源占比達到 20%，并準備提交面向 2050 年的低排 放國家戰略。此外，國際社會提出了 2050 或者本世紀下半葉實現“碳中 和”的要求，為本世紀末由非化石能源取代化石能源背書。 資源自給率降低至資源自給率降低至 80%，發展，發展可再生能源為保障能源可再生能源為保障能源安全安全重要途徑。重要途徑。自

17、然 資源部中國礦產資源報告 2018指出， 2017 年我國一次能源生產、消 耗總量分別為 35.9、44.9 億噸標準煤，分別同比增長 3.6%、2.9%，能源 自給率為 80.0%。 BP 世界能源統計年鑒 2018表明中國的石油、天然 氣 、 煤 炭 的 儲 量 、 產 量 分 別 占 全 世 界 的1.5%/2.8%/13.4% 、 4.1%/4.2%/46.4%，消費量占比卻高達 13%/6.6%/50.7%；比例嚴重失衡， 能源自給缺口較大。加上逆國際化思潮泛濫的背景下，美國亦在從能源進 口國向能源出口國轉變。這一轉變賦予了我國能源安全新的內涵，也使得 發展高比例可再生能源成為我國

18、未來能源發展的重中之重。 圖表圖表1：2017年我國化石能源儲量年我國化石能源儲量/產量產量/消費量全球占比消費量全球占比 圖表圖表2：2008-2017年我國一次能源產量與自給率年我國一次能源產量與自給率 來源： BP 世界能源統計年鑒 2018 ，國金證券研究所 來源：自然資源部中國礦產資源報告 2018 ，國金證券研究所 受益多種政策推動，風光裝機快速增長受益多種政策推動，風光裝機快速增長 技術日趨成熟疊加技術日趨成熟疊加 5G 時代來臨，為能源轉型提供重要支撐。時代來臨，為能源轉型提供重要支撐。一方面，新 能源技術日趨成熟背，生產成本逐漸下降。成本的下降將賦予新能源產品 更強的經濟性，

19、未來能源投資重心將逐漸向可再生能源轉移。另一方面， 新工業革命的爆發、5G 技術的快速發展，運用人工智能技術將成為電網的 必然選擇，也將為電力能源轉型提供重要戰略支撐。 高比例非水可再生能源結構，為我國未來能源結構高比例非水可再生能源結構，為我國未來能源結構優質優質選擇。選擇。我國能源革 命的行動綱領能源生產和消費革命戰略（2016-2030） 指出“到 2030 年，非化石能源發電量占全部發電量的比重力爭達到 50%。 ”在當前水電 與核電受資源與開發經濟性制約的背景下，可再生能源成為推動非化石能 1.5% 4.2% 13.0% 2.8% 4.1% 6.6% 13.4% 46.4% 50.7

20、% 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 儲量占比產量占比消費占比 石油石油天然氣天然氣煤炭煤炭 行業深度研究 - 5 - 源跨越式發展的基石力量，高比例非水可再生（在總發電量中的比重超過在總發電量中的比重超過 25%）成為我國未來能源結構優質選項。 受益環保政策推動，風光裝機快速增長受益環保政策推動，風光裝機快速增長。2006 年可再生能源法開始實 施， （除非明確指出，下文可再生能源都指代非水可再生能源）可再生能源 進入快速發展時期。截至 2018 年底，全國可再生能源發電裝機容量、發 電量分別為 3.59 億千瓦、5435 億千瓦時，占比分別由 2010 年的 3.2%/1.2

21、%提高到 2018 年的 18.9%/7.8%。目前非水可再生能源已經成為 重要裝機電源之一，預計未來裝機、發電量占比將繼續提升。 圖表圖表 3：2010-2018年風光裝機年風光裝機快速增長（萬千瓦，快速增長（萬千瓦，%） 圖表圖表4：2010-2018年年風光發電量占比逐漸提升（風光發電量占比逐漸提升（%） 來源：中電聯，wind，國金證券研究所 來源：中電聯，wind，國金證券研究所 圖表圖表5：2018年分電源裝機結構年分電源裝機結構 來源：國家能源局，國金證券研究所 發展高比例發展高比例可再生能可再生能源，首先需解決消納問題源，首先需解決消納問題 棄風棄光現象普遍，消納問題依然嚴峻棄

22、風棄光現象普遍，消納問題依然嚴峻 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 風電風電 太陽能發電太陽能發電 風光占比風光占比 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 風電風電 太陽能發電太陽能發電 風光占比（右軸）風光占比（右軸） 火電火電,

23、,60.2%60.2% 水電水電, ,18.5%18.5% 風電風電, ,9.7%9.7% 太陽能太陽能, ,9.2%9.2% 核電核電, ,2.4%2.4% 行業深度研究 - 6 - 可再生能源可再生能源消納困難，為產業消納困難，為產業亟待解決的問題亟待解決的問題。近些年來，新能源裝機規 模不斷壯大，電力消納機制發展卻相對滯后。2010 年棄風限電等消納問題 開始逐漸涌現，且矛盾日益加劇。在此期間，國家能源主管部門建立“可 再生能源發電全額保障性收購制度” 、 “可再生能源開發利用目標引導制度” 、 “風電、光伏投資監測預警機制”等一系列配套政策，且在電網企業的技 術配合下，可再生能源消納問

24、題得到緩解。 2016 年消納問題出現反彈年消納問題出現反彈，消納問題依舊嚴峻。，消納問題依舊嚴峻。2016 年全年棄風、棄風 電量分別達到 497/73 億千瓦時，創歷史新高。2017 以來棄電電量和棄電 率實現“雙降” ，2018 年，仍有 320 億度的可再生能源發電量被棄置。新 疆、甘肅等地區棄風棄光率仍偏高，問題依然嚴峻。 圖表圖表6：2014-2018年全國棄光限電情況年全國棄光限電情況 圖表圖表7：2010-2018年全國棄風限電情況年全國棄風限電情況 來源：國家能源局，國金證券研究所 來源：國家能源局，國金證券研究所 配套設施、地方利益、技術特性等因素，系風光消納問題主因配套設

25、施、地方利益、技術特性等因素，系風光消納問題主因 產生消納問題的因素產生消納問題的因素 1電網配套建設不足嚴重影響送出能力電網配套建設不足嚴重影響送出能力 總體規劃層面缺失，為消納困難主要因素?？傮w規劃層面缺失，為消納困難主要因素?？稍偕茉吹南{，要求電網 建設在總體規劃層面預備足夠的提前量，來保障新電源的接入以及電網安 全?？稍偕茉窗l展前期規模較小，沒有專門的電網規劃以匹配其輸電要 求。一般五年規劃的發布通常在五年的第二年，比如電力發展“十三五” 規劃在 2016 年 12 月底正式發布。因此在 2017 年前電網規劃與可再生能 源規劃脫節。難以及時為可再生能源的并網和輸送提供配套服務。

26、上述時 間段剛好與可再生能源消納問題的突出時段重合。 可再生能源項目規模較小，規劃時缺乏輸送設施及消納規劃?？稍偕茉错椖恳幠］^小，規劃時缺乏輸送設施及消納規劃。在項目規劃 層面，水電、火電、核電等傳統大電源建設前期即會考慮輸送電路與消納 市場，實現發電、輸電、消納的同步規劃。而可再生能源領域項目由于自 身項目較小且分散，前期規劃時缺乏相應的輸送工程與消納機制。 新能源建設進度較快，配套電網、火電調峰電源建設流程滯后。新能源建設進度較快，配套電網、火電調峰電源建設流程滯后?？稍偕?源項目審批、建設進度較快，電網建設則需要協調送受兩端利益、堅固送 受兩端電網網架，配套建設一定火電調峰電源。這些

27、因素造成電網建設審 批與建設流程長，進一步加劇電網建設與可再生能源發展間的矛盾，導致 本地消納相對困難且可再生資源豐富的新疆、甘肅等地區資源浪費嚴重。 2018 年，新疆、甘肅兩地棄風率仍高達 23%和 19%，遠超全國平均水平。 產生消納問題的因素產生消納問題的因素 2全額上網不符合可再生能源發電技術特性全額上網不符合可再生能源發電技術特性 可再生能源可再生能源出力出力波動性波動性較大，影響電網較大，影響電網運行穩定性運行穩定性。就一次能源的靜態出 力特性而言，常規火電機組的出力取決于煤、油、天然氣、生物質等燃料 的供給，是人為可控、具穩定特性的能源。風電、光伏等可再生能源發電 形式的出力取

28、決于風能大小與太陽能日照時間，風電日波動最大幅度可達 裝機容量的 80%，且呈現一定的反調峰特性；光伏發電受晝夜變化、天氣 行業深度研究 - 7 - 變化、移動云層的影響。因此，二者在發電過程中存在間歇性和波動性， 是人為不可控的資源，而這種波動性會影響電網運行的穩定性。 可再生能源可再生能源隨機波動性大，具有弱致穩性及弱抗擾性。隨機波動性大，具有弱致穩性及弱抗擾性。電力系統的特點是 發、供、用必須同時完成，且電力負荷呈現明顯的時變特點，即電力負荷 存在峰谷差，因此需要發電機組可控可調來配合用電負荷的變化，維持電 力系統平衡。常規火電機組的可靠性具有平抑電網運行中由于運行方式或 負荷變化引起的

29、不平衡功率的能力及可以“穿越”電網擾動的能力，因而 具有較強的致穩性和抗擾性?？稍偕茉从捎陔S機波動性，無法響應系統 中出現的功率不平衡，且難以“穿越”電網擾動，因而具有弱致穩性和弱 抗擾性。 目前我國區域電網峰谷差已超過 30%，并呈逐步擴大的趨勢；與此同時， 風光的波動性和隨機性使風電出力的預測結果存在較大的不確定性。用電 側與供應側兩方面的不穩定性增加，在缺乏足夠的儲能、抽水蓄能系統的在缺乏足夠的儲能、抽水蓄能系統的 支持下，強行全額上網將影響整體電網系統的安全性以及可再生能源發電支持下，強行全額上網將影響整體電網系統的安全性以及可再生能源發電 本身的經濟性。本身的經濟性。 圖表圖表8：

30、常規火電和風電的并網分析模型常規火電和風電的并網分析模型 圖表圖表9：某省某典型日風電出力和負荷：某省某典型日風電出力和負荷曲線倒掛曲線倒掛 來源：國金證券研究所 來源：新能源消納關鍵因素分析及解決措施研究J （舒印彪，2017） ，國金證券 研究所 產生消納問題的因素產生消納問題的因素 3地方利益矛盾影響可再生能源消納地方利益矛盾影響可再生能源消納 省間壁壘嚴重，跨區消納不暢。省間壁壘嚴重，跨區消納不暢。我國地域廣闊，電網實施分省管理，地方 電力規劃基本以省內消納為主、省間跨區消納為補充。通常，跨省跨區消 納將對受電地區用電成本、企業經濟效益等方面產生影響。在沒有明確的、 強制性的可再生能源

31、跨省跨區消納政策機制下，難以調動各省對可再生能 源電力消納的積極性。此外，當前電力供應總體相對寬松，大部分地區省 內電力就足以滿足本省用電需要，進一步阻礙了跨區消納的積極性。 發電稅收享有優惠，影響地方消納積極性。發電稅收享有優惠，影響地方消納積極性。國家對可再生能源制定了相應 的稅收優惠政策，如增值稅即征即退 50%政策、企業所得稅“三免三減半” 政策。在上述鼓勵可再生項目開發建設的稅收優惠政策下，項目建成運行 的前幾年對當地的稅收貢獻幾乎為零，嚴重影響了地方對此類項目運行保 障的積極性，轉而選擇優先保障火電電量以增加地方稅收。 提升電力提升電力系統系統的的靈活性靈活性，為高比例，為高比例可

32、再生能源可再生能源接入解決之道接入解決之道 高比例可再生電源的并網，要求更高的電網系統靈活性高比例可再生電源的并網，要求更高的電網系統靈活性 可再生可再生能源能源的并網，要求電網系統更高的靈活性的并網，要求電網系統更高的靈活性。能源安全與轉型，提出 了高比例可再生能源發電的清潔電力系統愿景。高比例可再生能源并網后， 可再生能源的波動性與不確定性，對電網系統的靈活性要求顯著增加。 行業深度研究 - 8 - 加州獨立系統運營商 California Independent System Operator（CAISO） 在 2013 年預測了 2012-2020 年春季某日的 24 小時凈負荷。加州

33、居民與三 產用電占比高，春天天氣涼爽不需要開空調，因此白天電力需求較低，正 常負荷在 20 吉瓦時，但到傍晚 6 點左右，電力需求急劇上升，形成電力負 荷高峰。 太陽能裝機占比持續增加，調峰要求不斷太陽能裝機占比持續增加，調峰要求不斷提高提高。加州地區春季陽光充足， 白天太陽能出力較高，太陽能裝機規模的不斷擴大對電力系統其他電源迅 速調峰的要求不斷提高。2012-2016 年，隨著可再生能源發電量的占比持 續增加，在下午 3 點到傍晚 6 點太陽能無法發電時，電力系統調峰需求由 2 吉瓦時增長至 12 吉瓦時，滿足傍晚用電需求。2020 年下午 3 點到傍晚 6 點的凈負荷爬坡幅度更是將達到

34、14 吉瓦時。這一由于太陽能發電規模增加 而變化的凈負荷曲線被形象地稱作“鴨子曲線鴨子曲線” 。 圖表圖表10：調峰要求與可再生能源發電占比呈正相關調峰要求與可再生能源發電占比呈正相關 *凈負荷指電網中太陽能以外其他發電源 來源：California Independent System Operator，國金證券研究所 電網系統穩定性和充裕性，需平衡可再生能源出力波動電網系統穩定性和充裕性，需平衡可再生能源出力波動 實現高比例可再生，須保證電力系統供電充裕性與穩定性實現高比例可再生，須保證電力系統供電充裕性與穩定性在中國風光高集 中度開發、遠距離輸送的模式下，可再生能源的波動性和不確定性及弱

35、致 穩性和弱抗擾性對系統都存在更深層次的影響，對供電充裕性和運行穩定 性提出極大挑戰。供電充裕性的實現，可通過調度三種可控電源。供電充供電充裕性的實現，可通過調度三種可控電源。供電充 裕性是指裕性是指是以靜態電力負荷實時平衡為目標，通過負荷靜態特性的預測、 電源和電網的合理規劃布局，使在所有可能的運行方式下，系統都留有足系統都留有足 夠的供調度用的備用電源。夠的供調度用的備用電源。要實現供電充裕性，可調度一下三種電源實現。 一是啟停具有在線快速響應特性的電源作為調頻電源（分鐘級） ；二是啟停 具有快速響應特性的電源（如水電、燃氣發電等）作為負荷跟蹤電源（小 時級） ；三是啟停具有慢速響應特性的

36、電源（如火電、核電等）作為基荷電 源（日級） 。 電力系統的運行穩定性是以負荷動態特性為基礎，通過動態電力實時平衡電力系統的運行穩定性是以負荷動態特性為基礎，通過動態電力實時平衡 完成完成。系統運行穩定性主要包括兩方面：一是動態有功出力控制用于抑制 電力系統的相位和頻率波動；二是動態無功出力控制用于抑制電力系統的 電壓波動。由于風光滲透率較高時，除發電站本地電壓水平受影響外，系 統頻率穩定也會受到影響?？稍偕茉窗l電規?；煤?，抗干擾和可控 性不足將導致脫網事故。以酒泉風電基地為例，僅 2011 年酒泉風電基地發 生脫網事故 100 多次、累計脫網風電機組超過 4000 臺。 綜上所述，綜上

37、所述，高比例可再生高比例可再生能源接入電力系統后，能源接入電力系統后，為保障電力系統的運行平為保障電力系統的運行平 穩，必須進行兩方面的工作：一是增加系統中常規發電系統靜態出力特性穩，必須進行兩方面的工作：一是增加系統中常規發電系統靜態出力特性 行業深度研究 - 9 - 的靈活性的靈活性，有足夠的，有足夠的常規電源跟隨負荷變化常規電源跟隨負荷變化；二是；二是平衡平衡可再生可再生能源的出力能源的出力 波動波動，改善改善其其對電網擾動的動態響應。對電網擾動的動態響應。 圖表圖表11：酒泉風電基地事故脫網曲線酒泉風電基地事故脫網曲線 來源：高比例新能源電力系統的發展機遇、挑戰及對策（汪寧渤等，201

38、8） ，國金證券研究所 丹麥風電的逆勢崛起，提供高比例可再生消納經驗丹麥風電的逆勢崛起，提供高比例可再生消納經驗 丹麥成功實現高比例可再生，丹麥成功實現高比例可再生，2017 年風光發電占比超年風光發電占比超 50% 按照可再生能源發電占比，對電力系統影響分為四個階段。按照可再生能源發電占比，對電力系統影響分為四個階段。鴨子的胖瘦即 鴨子曲線的陡度隨著可再生能源發電量的增加曲線而變化，也對電力系統 運營穩定性等產生影響。國際能源署 2017 的研究從系統特性、對發電機 組和電網的影響以及對系統靈活性的挑戰等幾個方面，將非水可再生能源 發電量劃分為四個階段： 階段一階段一指當可再生能源在電網系統

39、總發電量中占比低于 3% 時，基本對電 力系統無影響。階段二階段二指當占比低于 15% 時，可以通過風電及光伏發電出 力精準預測等運行優化手段化解其對電力系統安全性影響。階段三階段三指當占 比在 15%-25%時，電力系統電源端和負荷端呈現較大的不確定性，運行形 態更加復雜，無法通過運行調節實現穩定運行，需要配備更多的調峰調頻 備用容量。階段四階段四指可再生能源占比在 25%-50%時，所有火電機組均不能 連續運行，都需要調峰促進可再生能源消納，同時還要建設以特高壓電網 為骨干網架、各級電網協調發展的堅強電網。 圖表圖表12：可再生能源并網規模對電力系統的影響程度可再生能源并網規模對電力系統的影響程度 階段一階段一 階段二階段二 階段三階段三 階段四階段四 特點特點 可再生能源發電量 占比小于 3% 可再生能源發電量 占比在 3%-15% 可再生能源發電量 占比在 15%-25% 可再生能源發電量占 比 25%-50% 系統特性系統特性 可再生能源電力容 量對系統完全無影 響 對系統運行產生明 顯影響 在供需平衡上產生 較大波動性 要求穩定性，在特定 時段電量需求完全由 可再生能源滿足