1、 证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号：证监许可（2009）1210 号 未经许可，禁止转载未经许可，禁止转载 证 券 研 究证 券 研 究 报 告报 告 计算机应用行业深度研究报告 推荐推荐（维持维持） 电力信息化专题研究之二电力信息化专题研究之二：他山之石他山之石-从海外从海外智能电网建设智能电网建设看看“双碳双碳”带来的带来的投资投资机会机会 “双碳”带来的风电和光伏占比提升将给电网改造带来很大挑战“双碳”带来的风电和光伏占比提升将给电网改造带来很大挑战。中国未来风电和光伏发电占比必然提高，但光伏的出力主要在中午，风电的出力随机不稳定性，风光对天气的依赖和对灾害的脆弱性，都将在占比大
2、幅提升后冲击电网的安全平稳运营；风光占比提升后，等量储能调节设施成为刚需。 为风光引入储能后对储能设备的激励成为核心矛盾， 用电方和电网不愿承担储能的额外成本，而发电方和储能运营方怎么交易，电网怎么控制也是难题。 他山之石他山之石-海外引入浮动电价海外引入浮动电价+智能电网解决新能源消纳智能电网解决新能源消纳。欧/澳/美等地区新能源发展较早，部分时间段风光占比已经达到 100%，其对消纳解决的答案是浮动实时电价+智慧电网调配。在风光占比高的时间段，由于风光 0 发电边际成本的特性，用竞价的方式压低电价，而风光出力较低时间段电价上升，储能在不同时间段赚取价差，通过市场手段解决了储能激励和风光不稳
3、定性的矛盾。 智慧电网改造则是引入浮动电价的前提： 智慧电网需要灵活预测并监测发电端和用电端的负荷，并主导浮动电价的供-需和报价，并对突发和异常现象及时响应，这意味着电网需要：1）提高终端感知和执行的智能化程度，对终端收集更多的信息并让终端自动执行一定的动作；2）电网的输，配，变都要具备更高的智能化和灵活性；3）电网需要建立给电价交易所需的信息系统。 海外海外智慧电网建设过程中一批公司受益并崛起智慧电网建设过程中一批公司受益并崛起： 我们研究了美国的智慧电网建设过程，首先起量的是智能电表 AMI，随后智慧配网行业开始起量，最后受益的是终端家庭能源管理，整个美国智慧电网改造超 2000 亿￥。
4、相应的，海外智能电表 Itron 在 0713 年受益于智能电表替换周期收入持续高增，股价走出了超额收益；西门子和 GE 等收益于智能电网改造长期业绩稳定增长，而家庭电源管理和家庭电价交易软件供应商 Enphase 等在 18 年后开始业绩高增，同时股价上涨超 30 倍，节奏上也和智能电网改造节奏相匹配。 中国中国智能电网改造潜在机遇更大智能电网改造潜在机遇更大： 国网从 2021 开始招标符合 IR46 标准的 AMI电表来支撑新能源消纳替代过去5年采购超过4.4亿只的AMR电表， 考虑AMI电表价值量相对于 AMR 提升 60%80%，预计智能电表市场空间超千亿；智慧变/配/输预计有较高成
5、长空间，但因涉及众多细分领域，没有单一爆款单品较难估算出潜在空间；家庭能耗管理是中国长期看有较大机会的市场，未来若有上亿户家庭采购家庭能耗管理的软硬件，则市场空间超千亿；中国电力消费约三万亿/年，仅 10%接入实时动态电价交易就将成为全球最大的电力交易市场，长期看弹性较大。 智慧电网投资短期看智能电表替换，长期看电网智能化，家庭能耗管理和电智慧电网投资短期看智能电表替换，长期看电网智能化，家庭能耗管理和电力交易相关标的：力交易相关标的：短期来看智慧电网第一步改造是终端感知智能化提升，IR46标准电表的普及，考虑国网等企业招标的分散性，威胜信息等行业龙头有望受益。国网的二次设备改造和智能化升级料
6、将给国电南瑞带来弹性；长期来看，用户售电侧智能化改造和动态电价交易料将给朗新科技等有一定数量用户入口，同时和国网有交易结算接口的企业带来新的变化；未来的动态电价交易可能由国网体系内公司建设并运营其信息结算平台， 远光软件积极参与项目的试点研究。 从时点和确定性上看，海外动态电价消纳新能源体系虽然有消纳率较高等优点，但也在极端天气冲击下展现出了脆弱性并对民生有很大影响，因此预计中国电价改革和智能电网建设会采取更稳妥的步骤推进更保险的方案， 因此家庭端和电价相关的标的受益时点可能更靠后，不确定性也更高。 风险提示风险提示：电价改革是涉及国计民生的重大改革，推进速度可能不及预期；电力信息化普及进度不
7、及预期。 占比% 股票家数(只) 178 4.43 总市值(亿元) 20,616.65 2.47 流通市值(亿元) 16,667.15 2.61 相关研究报告相关研究报告 银行信息化跟踪报告：从 20H1 上市银行中报看行业景气度 2020-09-01 华创证券研究所华创证券研究所 行业研究行业研究 计算机应用计算机应用 2022 年年 01 月月 19 日日 计算机应用计算机应用行业深度研究报告行业深度研究报告 证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号：证监许可（2009）1210 号 未经许可，禁止转载未经许可，禁止转载 投资投资主题主题 报告亮点报告亮点 本篇报告重点研究了海外为应对新能
8、源消纳做的智慧电网改造和电价交易改本篇报告重点研究了海外为应对新能源消纳做的智慧电网改造和电价交易改革， 并以此为依据推算了中国相关领域投资的力度和节奏：革， 并以此为依据推算了中国相关领域投资的力度和节奏：新能源风电和光伏与传统水火核电迥异的出力特性，随机性，对天气依赖高和抗自然灾害能力较差等特性均将冲击电网的安全平稳运营， 而风光占比提升后对应的储能建设和经济激励都成为难题。 本篇报告重点考察了海外系能源消纳的解决之道， 并以美国市场为例研究不同领域的建设总量，建设节点和相关受益标的，并以海外为样本估算了中国市场对应领域的建设规模，节奏时点，以他山之石为鉴推测了中国未来智慧电网建设和改革路
9、径以及影响。 投资投资逻辑逻辑 欧欧/澳澳/美等地区新能源发展较早，部分时间段风光占比已经达到美等地区新能源发展较早，部分时间段风光占比已经达到 100%，其解，其解决方案是决方案是引入浮动电价引入浮动电价+智能电网解决新能源消纳：智能电网解决新能源消纳：在风光占比高的时间段，由于风光 0 发电边际成本的特性，用竞价的方式压低电价，而风光出力较低时间段电价上升，储能在不同时间段赚取价差，通过市场手段解决了储能激励和风光不稳定性且与需求不匹配的矛盾。 以美国为例，其智能电网大致经历了三个阶段：首先起量的是智能电表 AMI，随后智慧配网行业开始起量，最后受益的是终端家庭能源管理，整个美国智慧电网改
10、造超 2000 亿￥。 相应的，海外智能电表 Itron 在 0713 年受益于智能电表替换周期收入持续高增，股价走出了超额收益；西门子和 GE 等收益于智能电网改造长期业绩稳定增长，而家庭电源管理和家庭电价交易软件供应商 Enphase 等在 18 年后开始业绩高增，同时股价上涨超 30 倍，节奏上也和智能电网改造节奏相匹配。 中国智能电网改造潜在机遇更大： 国网从 2021 开始招标符合 IR46 标准的 AMI电表来支撑新能源消纳替代过去 5 年采购超过 4 亿只的 AMR 电表， 考虑 AMI电表价值量相对于 AMR 提升 60%80%，预计智能电表市场空间超千亿；智慧变/配/输预计有
11、较高成长空间，但因涉及众多细分领域，没有单一爆款单品较难估算出潜在空间；家庭能耗管理是中国长期看有较大机会的市场，未来若有上亿户家庭采购家庭能耗管理的软硬件，则市场空间超千亿；中国电力消费约三万亿/年，仅 10%接入实时动态电价交易就将成为全球最大的电力交易市场，长期看弹性较大。 相关标的：相关标的：短期来看智慧电网第一步改造是终端感知智能化提升，IR46 标准电表的普及，考虑国网等企业招标的分散性，威胜信息等行业龙头有望受益。国网的二次设备改造和智能化升级料将给国电南瑞带来弹性；长期来看，用户售电侧智能化改造和动态电价交易料将给朗新科技等有一定数量用户入口， 同时和国网有交易结算接口的企业带
12、来新的变化； 未来的动态电价交易可能由国网体系内公司建设并运营其信息结算平台，远光软件积极参与项目的试点研究。 风险提示：风险提示：电价改革是涉及国计民生的重大改革，推进速度可能不及预期；电力信息化普及进度不及预期。 kYNBvXmPoOrRpP8OdN8OoMqQoMtRkPrRrQiNtRoO7NrQoOMYoPtRwMpPqM 计算机应用计算机应用行业深度研究报告行业深度研究报告 证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号：证监许可（2009）1210 号 3 目目 录录 一、智能电网一、智能电网-新能源消纳需求下新的建设方向新能源消纳需求下新的建设方向 . 6 （一）智慧电网：应对光伏和
13、风电新特性带来的冲击 . 6 （二）价格杠杆激励储能对解决新能源消纳的必要性 . 8 （三）欧美先行者的经验，教训和启示 . 9 二、海外智能电网改造历史和相关受益标的二、海外智能电网改造历史和相关受益标的 . 12 （一）美国智能电网改造以及电力市场建立回顾 . 12 （二）Itron：全球领先的智能电表制造商 . 15 （三）SIEMENS：电网自动化传统巨头 . 16 （四）Enphase Energy：家庭能源解决方案提供商 . 17 三、国内智能电网改革空间以及重点公司解析三、国内智能电网改革空间以及重点公司解析 . 20 （一）参考海外，中国电网智能化远期改造的空间 . 20 1、
14、智能电表：从 AMR 向 AMI 演进将产生千亿级替换需求. 20 2、电网二次设备：总量巨大，价值品类相对分散 . 21 3、家庭电能管理：C 端从零开始的全新市场 . 22 4、动态电力交易市场：B 端从零开始的全新市场 . 22 （二）威胜信息：中国智慧电表龙头厂商之一 . 23 （三）国电南瑞：国网体系内全产品线龙头企业 . 24 （四）朗新科技：用电信息化行业领军者 . 26 （五）远光软件：国网电商旗下电力交易软件领航者 . 28 风险提示风险提示 . 30 计算机应用计算机应用行业深度研究报告行业深度研究报告 证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号：证监许可（2009）1210
15、 号 4 图表目录图表目录 图表 1 中国未来电力结构占比预测 . 6 图表 2 光伏出力的时间和气象波动特性 . 7 图表 3 风电出力的波动特性 . 7 图表 4 智能电网发展原理图及各环节重点智能化产品 . 8 图表 5 主流储能方式技术原理、优缺点及主要应用场景介绍 . 8 图表 6 美国，欧洲，澳洲电力市场概况及储能参与市场模式 . 9 图表 7 1990-2019 年德国可再生能源占比 . 10 图表 8 1978-2020 年澳洲电力能源结构 . 10 图表 9 澳洲电力交易市场典型的价格波动 . 10 图表 10 澳洲自用分布式储能的总量 . 10 图表 11 德克萨斯州在 2
16、021 年寒潮期间发电变化 . 11 图表 12 德克萨斯州在 2021 年寒潮期间电价波动 . 11 图表 13 主流电力定价市场模式概述 . 11 图表 14 2008-2016 年美国智能电网投资规模（单位：Billions $） . 12 图表 15 AMR 与 AMI 全维度比较 . 12 图表 16 2016 年美国智能电表覆盖比例 . 13 图表 17 AMI 渗透率及预测 . 13 图表 18 美国电力市场结构 . 14 图表 19 2016 年美国消费者动态电价响应覆盖比例 . 15 图表 20 2011-2025 年家庭能源管理系统收入规模 . 15 图表 21 Itron
17、2005-2020 年营业收入及同比增长率 . 16 图表 22 SIEMENS 能源自动化与智能电网业务模块介绍 . 16 图表 23 Enphase2019 年北美地区营收大幅增长 . 17 图表 24 Enphase2014-2020 年营收及同比增长率 . 17 图表 25 2014-2021 年 Enphase 股价情况（收盘价/月度，单位：$） . 18 图表 26 Enphase 家庭能源管理方案 . 18 图表 27 Enphase 家庭能源管理方案模块数据 . 19 图表 28 Enphase 家庭能源管理方案图表视图 . 19 图表 29 澳大利亚主要家庭能源管理系统比较
18、. 19 图表 30 符合 IR46 标准的智能电表框架图 . 20 图表 31 2015-2021 年国家电网智能电表招标量 . 21 图表 32 新能源发电驱动二次设备需求增长 . 21 图表 33 HEMS 逻辑架构 . 22 计算机应用计算机应用行业深度研究报告行业深度研究报告 证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号：证监许可（2009）1210 号 5 图表 34 HEMS 全景图 . 22 图表 35 威胜信息主营业务概况 . 23 图表 36 2021 年第一批智能电表中标份额 . 24 图表 37 2017-2021H1 威胜信息电监测终端业务营收 . 24 图表 38 国电
19、南瑞业务板块、核心产品及其主要客户 . 24 图表 39 国电南瑞新一代调度技术支持系统概念图 . 25 图表 40 国电南瑞与国内主要竞争对手业务对比 . 25 图表 41 国电南瑞 2017-2021H1 营收及同比增幅 . 26 图表 42 国电南瑞 2017-2021H1 营收结构（单位：万元） . 26 图表 43 朗新科技业务模块、核心内容及主要客户 . 26 图表 44 朗新科技能源数字化平台运营与服务 . 27 图表 45 2011-2020 年我国电力消费结构（单位：亿千瓦时） . 27 图表 46 朗新科技 2016-2021H1 营收及同比增幅 . 28 图表 47 朗新
20、科技 2020 年营收结构 . 28 图表 48 国网电商规模 . 29 图表 49 远光综合能源服务推动电力市场化交易 . 29 图表 50 高度还原电网结构参数 . 30 图表 51 发电侧申报曲线、用电侧申报用电负荷 . 30 图表 52 远光软件 2016-2021H1 营业收入及同比增幅 . 30 计算机应用计算机应用行业深度研究报告行业深度研究报告 证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号：证监许可（2009）1210 号 6 一、一、智能电网智能电网-新能源消纳需求下新能源消纳需求下新的建设方向新的建设方向 随着中国“双碳”的政策和发展路径变得逐渐清晰，清洁能源和新能源的占比的提
21、升，以及火电占比的压降是一个确定性的趋势。在清洁能源中，水电，核电等具有出力稳定的特性，和传统的火电相比对电网的影响不大。但光伏和风电的发电能力受太阳光和风有较大的影响，呈现出较高的时间性和波动性，与传统火电和水电截然不同，将给电网稳定性带来较大冲击。 图表图表 1 中国未来电力结构占比中国未来电力结构占比预测预测 资料来源：中电联、全球能源互联网发展合作组织中国2060年前碳中和研究报告，华创证券 为了应对光伏和风电给电网的冲击，在新能源应用领域走的相对领先的欧美电网提出了“智能电网”这一概念，用信息化+储能让电网更好的适应新能源占比提升引发的问题，并引入了价格杠杆，用浮动电价去合理平衡各方
22、的利益，提升电网对新能源的消纳能力。 在欧美发展智能电网应对新能源消纳的过程中，他们有成功，但也有不足之处，也崛起了一批智能电网领域的领先公司，本篇报告将着重回顾海外智能电网建设，价格杠杆运作以及相对应的产业链变迁，并结合中国国情梳理投资机会。 （一）（一） 智慧电网：应对光伏和风电新特性带来的冲击智慧电网：应对光伏和风电新特性带来的冲击 电能的最大特点之一是其不易被大规模储存，因此传统电网运营管理上总是让发电端的输出功率和负载端的用电负荷尽可能匹配。用电端大致有两类负荷：1）白天工作时间工商业用电；2）夜晚居民照明和生活用电；虽然广大的工商用户和居民的行为有一定的随机性，但加总在一起就将保持
23、一个大体稳定的总数，并随着气候，日历等因素有规律的波动，而发电厂就可以按照规律安排电能生产，保持整个电网的稳定运作。 而光伏和风电这两种新能源的最大特点是出力的不稳定性和时间特性，导致其在生产端产生了和需求的时间错配，并有可能因为波动而威胁电网的安全。 光伏的出力明显从早开始从零增加，到中午达到最高，随后随着太阳落下减少，有着明显的时间规律，并不能像火电水电通过调节机组去匹配负荷变化。 光伏和风电均受天气影响较大，且不可控。光伏电厂在阴雨天出力将大幅度下降，风电场在遇到无风天将完全没有出力，这些均是火电/水电/核电所没有的挑战。 光伏和风电的另一个风险是大范围的相关性造成风险加大：火电厂和水电
24、厂往往有数十个机组，单一机组故障不太可能影响电网安全，但风电和光伏一旦遇到大范围0%20%40%60%80%100%2020203020502060火电水电核电风电太阳能发电 计算机应用计算机应用行业深度研究报告行业深度研究报告 证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号：证监许可（2009）1210 号 7 的天气事件则可能造成较大损失。 如 2021 年初美国德克萨斯冰灾中光伏板被冰雪覆盖，风力机组则被冻住，同时损失两大支柱成为德克萨斯州电网崩溃的主因之一。 图表图表 2 光伏光伏出力的出力的时间时间和气象波动特性和气象波动特性 图表图表 3 风电风电出力的波动特性出力的波动特性 资料来源：
25、王建学等光伏出力特性指标体系和分类典型曲线研究，华创证券 资料来源：焦杰等基于 SCADA 数据的风力发电机发电性能指标评估，华创证券 西方国家在积极推进新能源在电网中占比提升的同时，也提出了应对新能源占比提升带来挑战的答案：智能电网和电价浮动。智能电网通过先进的传感和测量技术、控制方法以及决策支持系统技术的应用，实现电网有效应对新能源消纳的挑战。 根据 International Energy Agency 发布的Smart Grid Roadmap对智能电网的演进定义： 早期的电网结构是由系统管理员统一调配发电厂、变电站、输电网，进而将电能输送至工业用户、商业用户以及住宅消费者，数据传输整
26、体而言是单向的，调度控制的灵活性与及时性都相对较差。 智能化改造以前的传统电网结构则是在早期电网结构的基础上引入传输控制中心与分布式控制中心，发电厂与控制中心之间存在一定的数据交互性，部分环节的数据传输实现了双向流动，一定程度上提升了电网调度的灵活性与及时性。 而智能电网则是在传统电网结构的基础上，实现了电能“发输配用”全环节的数据双向交互，电能控制、调度、储存等环节都得到了极大拓展，能够灵活根据用电端的电能消纳情况及时调度全环节的电能“发输配储”情况，真正达到电网智能化、自动化、弹性化。 此外，在电网不同环节上，广域监控设备、信息通讯集成化技术(ICT)、分布式可再生能源集成化技术、传输增强
27、应用、分布式电网管理、先进计量基础设施(AMI)、充电桩管理设施、消费者系统(CS)将成为建设智能电网的重点产品。 计算机应用计算机应用行业深度研究报告行业深度研究报告 证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号：证监许可（2009）1210 号 8 图表图表 4 智能电网发展原理图及各环节重点智能化产品智能电网发展原理图及各环节重点智能化产品 资料来源：华创证券 （二二）价格杠杆价格杠杆激励储能激励储能对解决新能源消纳的必要性对解决新能源消纳的必要性 价格的本质是供需的博弈。 传统电网具有社会公共事业属性， 运营价格往往由政府管制，采用成本加成法， 而发电的量也是按需定供。对于传统的水电， 核
28、电，火电等发电方法，由于供给调节较为简单，因此按需定供的实现并不需要太多成本。但是光伏和风电的引入则大幅度增加了供给端的不可控性。因此，当光伏和风电占比提升到一定比例之后，大规模的，与风/光装机容量相匹配的储能设施成为了刚需。 图表图表 5 主流储能方式技术原理、优缺点及主要应用场景介绍主流储能方式技术原理、优缺点及主要应用场景介绍 储能类别储能类别 技术原理技术原理 优点优点 缺点缺点 主要应用场景主要应用场景 化学类储能化学类储能 化学类储能主要是指利用氢或合成天然气作为二次能源载体。 储存热量很大 效率很低 可用于发电、汽车等。氢和合成天然气为分布式发电提供了充足的燃料 电化学类储能电化
29、学类储能 能量储存在溶解于液态电解质， 主要包括各种二次电池，有铅酸电池、 锂离子电池、 钠硫电池和液流电池等。 技术成熟、 结构简单、 价格低廉、 循环寿命达数千次、效率高。 少数存在发热问题等安全隐患。 常用于电力系统的事故电源或备用电源、电动汽车、计算机、手机、电能质量、削峰填谷、调频等。 机械类储能机械类储能 机械类储能的应用形式有抽水蓄可靠、 经济、 寿命周期长、厂址的选择依赖地理条可用于调峰、填谷、调频、调相 计算机应用计算机应用行业深度研究报告行业深度研究报告 证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号：证监许可（2009）1210 号 9 储能类别储能类别 技术原理技术原理 优点
30、优点 缺点缺点 主要应用场景主要应用场景 能、压缩空气储能和飞轮储能。 容量大、 技术最成熟、 运行灵活和反应快捷。 件， 有一定的难度和局限性。 投资成本高、 自放电损耗。 和事故备用等。 广泛应用于电力系统调峰调频。 资料来源：智能电力网、华创证券整理 但储能和其他调峰填谷手段的引入，则带来了额外的成本，这一成本由谁支付，支付多少，则成了新能源消纳和电网改革的核心。 对于电网和传统发电方而言，毫无疑问这一调峰成本不应该由其自身承担。 而对于新能源发电方和用电方而言，承担成本有逻辑上的合理性，但是由于新能源本身的波动特性，导致储能需要的量，以及成本怎么分摊无法精确预测。 因此西方普遍引入了价
31、格机制，放开了电价的管制并引入了某种竞价机制，再让储能方从电价的波动中获得合理的回报。 图表图表 6 美国，欧洲，澳洲电力市场概况及储能参与市场模式美国，欧洲，澳洲电力市场概况及储能参与市场模式 地区地区 电力市场概况电力市场概况 储能参与市场模式储能参与市场模式 美国美国 美国电力体系的市场化成熟，形成了由联邦层面的 FERC（美国联邦能源监管委员会）和 NERC（北美可靠电力公司）以及州层面的 PUC（公用事业委员会）监管的市场体系。美国的电力市场主体是RTO(区域传输组织)或 ISO（独立系统运营方）。RTO 负责组织电力市场内的电能买卖； ISO 负责管理最终市场， 组织平衡发电与用电
32、负荷的实时市场。 以加州为例， 储能参与市场模式主要包括代理需求响应资源（PDR）、分布式能源（DER）与非发电资源（NGR）。允许包含储能的不同分布式能源以聚合形式加入电力市场，通过调度协调员在能量市场和辅助服务市场竞标。 可参与日前和实时能源市场。 欧洲欧洲 欧盟建立电力市场的结构性改革措施的基础是拆分竞争性业务和自然垄断业务。在欧洲，发电、交易以向终端用户售电属于竞争性业务，而输配电则是天然垄断业务。商业线路连接相邻成员国市场的互联线路，不具有连接垄断权，由投资者自担开发风险。 在欧洲， 大规模储能的主要回报形式是向电网运营商提供调频服务和其他辅助服务。 澳洲澳洲 澳大利亚的电网互联程度
33、有限，没有一个统一的电力市场，每个州的市场规则都不相同，电价也不尽相同。另外，澳大利亚每个州的发、配、输和零售资产的所有制，其共有和私有的混合度不同。大部分州的输配电受到高度监管，且是政府运营，而大部分州的发电和零售是非管制的，且在大部分州都是私有制。澳大利亚的电力供应链在一定程度上影响了储能在电力市场中的应用。 澳大利亚有规定限制电网公司参与竞争市场，迫使他们将直接所有的储能资产的运营权出售给第三方公司。2020 年， 储能参与调频和辅助服务市场的盈利能力得到了证明，占市场总收入的 99。 此外， 由于澳洲部分地区正午前后的光伏电价接近 0 元，因此许多住宅用户有较大动力购置储能装置储存中午
34、时分低廉的电力，起到了良好的电力调蓄作用。 资料来源：State of California Energy CommissionFINAL PROJECT REPORT Analysis Report of Wholesale Energy MarketParticipation by Distributed Energy Resources in California、中欧能源合作平台中欧电力市场和电力系统、北极星储能网、华创证券整理 （三（三）欧美先行者的经验，教训和启示欧美先行者的经验，教训和启示 西方率先采用了智慧电网+电价开放交易的模式，探索了用科技+市场解决风光消纳的问题，取得了很
35、大成就；但同时也表现出了新模式在极端天气挑战下的脆弱性，有一些非常惨痛的教训。这些都给中国未来智能电网和新能源消纳提供了宝贵的“教材”。 在解决新能源消纳方面，德国，澳洲等国电网已经取得了较大的进展：2020 年德国风力发电厂（尤其是陆上发电厂）合计占到 27.4的发电总额；光伏发电占 9.7；其余的12.2由生物质能，水力发电和其他可再生能源构成的。澳洲的风力，光伏等新能源占 计算机应用计算机应用行业深度研究报告行业深度研究报告 证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号：证监许可（2009）1210 号 10 比持续攀升，而燃煤火电占比也在不断下降。 图表图表 7 1990-2019 年德国
36、可再生能源占比年德国可再生能源占比 图表图表 8 1978-2020 年澳洲电力能源结构年澳洲电力能源结构 资料来源：中德能源与能效合作德国储能发展现状及对中国的借鉴意义，华创证券 资料来源：Australian Government Department of Industry, Science, Energy and ResourcesAustralian Energy Update 2021，华创证券 在消纳如此大比例的新能源的过程中，价格激励和储能的建设功不可没，以澳大利亚为例，澳洲在中午时分由于光伏出力占比较高，通过竞价使得电费极低，反过来使得自用储能可以在中午以极低价格购买电力并在
37、晚上自用，通过价格激励提升了自用的分布式储能系统占比，较好的化解了光伏出力波动带来的冲击。 图表图表 9 澳洲电力交易市场典型的价格波动澳洲电力交易市场典型的价格波动 图表图表 10 澳洲自用分布式储能的总量澳洲自用分布式储能的总量 资料来源：Australian Energy Market OperatorQuarterly Energy Dynamics Q3 2021华创证券 资 料 来 源 ：Australian Energy Market OperatorNATIONAL ELECTRICITY AMENDMENT(INTEGRATING ENERGY STORAGE SYSTEMS
38、 INTO THE NEM) RULE 2021，华创证券 但新能源占比提升和价格放开后，西方国家的电网运营并非一帆风顺，在极端天气条件下暴露的一些问题也很严重。我们相信中国的智能电网建设和电价改革会吸取这些经验教训，结合中国国情合理稳步坚定推进。 美国得克萨斯州在 2021 年遭遇极端寒潮，光伏因冰雪覆盖无法出力，天然气发电因天然气井冻结减少；涡轮机结冰导致风力发电瘫痪；同时，取暖电力需求急剧上升，迫使德州电网不得不实施短期轮换停电。在供需的极端失衡下，德州电价疯狂飙升，一度上涨到 1 万美元/兆瓦时，相当于当地平时电价的 200 倍。 计算机应用计算机应用行业深度研究报告行业深度研究报告
39、证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号：证监许可（2009）1210 号 11 图表图表 11 德克萨斯德克萨斯州在州在 2021 年寒潮期间发电变化年寒潮期间发电变化 图表图表 12 德克萨斯德克萨斯州在州在 2021 年寒潮期间电价波动年寒潮期间电价波动 资料来源：The University of Texas at Austin Energy InstituteThe Timeline and Events of the February 2021 Texas Electric Grid Blackouts，华创证券 资料来源：The University of Texas at Au
40、stin Energy InstituteThe Timeline and Events of the February 2021 Texas Electric Grid Blackouts，华创证券 以上的失败给中国智能电网和电价改革的经验和教训是： 考虑全球气候变化，智能电网的建设和改造要越来越多考虑极端天气可能的冲击，系统要留有足够的冗余能力应对“百年一遇，千年一遇”的极端灾害。 价格改革也将采用比较稳定的方式，避免极端情况的“天价电价”出现伤害民生。定价机制上，相比实时电价，更可能采用有前瞻性的“提前一天电价”等较为温和的电价改革方式。 图表图表 13 主流电力定价市场模式概述主流电力
41、定价市场模式概述 电力市场类型电力市场类型 电力市场概述电力市场概述 日前电力现货市场日前电力现货市场 日前市场在世界上所有开放的电力市场中都存在，是开放电力市场整体利益的主要贡献者。在日前市场当中，发电商参与发电电能的竞标，交易中心根据公布的竞争负荷曲线及发电公司的申报数据，在满足电网安全约束的条件下给出最优的交易计划及结算电价。日前交易市场制定的交易计划称为预调度交易计划。 日内电力现货市场日内电力现货市场 电力现货交易根据达成交易与实际输送电力的时间间隔可以分为日前市场与日内市场。在实际电力输送前一天完成的电力交易称为日前交易，日内交易则最晚可在电力输送前 30 分钟内完成，最短的供应时
42、间可以是四分之一个小时。 长期电力交易市场长期电力交易市场 长期电力交易市场是指电力交易周期大于日前交易的市场，以双边合同与金融产品作为主要的交易工具，在某些地区由大型国际企业接管。电力购买协议（PPAs）双边合同是可再生能源发电的良好对冲工具。 电力平衡市场电力平衡市场 在电力市场发展的中后期，电力平衡市场的产生将有助于缓解可变可再生能源发电量的增加给电力系统带来的压力。该市场的重点工具是开发以下三种产品：替代备用（RR），手动频率恢复备用（mFRR）和自动频率恢复备用（aFRR）。允许输电系统运营商从平衡服务商中选择最佳出价的平台开展市场交易。 资料来源：黄永皓等电力日前交易市场的运作机制
43、及模型、中欧能源合作平台中欧电力市场和电力系统、华创证券整理 计算机应用计算机应用行业深度研究报告行业深度研究报告 证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号：证监许可（2009）1210 号 12 二二、海外智能电网改造历史和相关受益标的海外智能电网改造历史和相关受益标的 （一一）美国智能电网改造美国智能电网改造以及以及电力市场建立回顾电力市场建立回顾 2008 至 2016 年，U.S. utilities 共计投入 316 亿美元建设智能电网，其中，智能电表板块（智能电表及通讯、IT 基础设施建设）在智能电网建设前期投入比例较高且增速较快，2011 年达到顶峰；2010 年起，电网自动化板
44、块（馈线及变电自动化、配电管理、电压适配、节能降压、停电管理等）投资规模持续扩张，2017 年达 17 亿美元；先进智能电网板块（分布式发电集成、家庭能源管理及充电桩管理等）投入占比相对较低。但我们认为可能这一部分有相当成本是由发电方，用户和家庭自行承担而非电网投资改造。 图表图表 14 2008-2016 年美国智能电网投资规模（单位：年美国智能电网投资规模（单位：Billions $） 资料来源：U.S. Department of EnergySmart Grid System Report转引自Bloomberg New Energy Finance World Factbook、华创
45、证券 智能电表智能电表：从从 AMR 向向 AMI 的的全面迭代全面迭代 AMR 的主要功能是“自动抄表”，仅支持计量端发往公用事业公司的单向、低频通信，从而减少抄表、计费成本。 AMI 则是在“自动抄表”的基础上实现仪表和供应商之间实现双向高频通信。 一方面，公用事业公司可以实时无人化接收回传的仪表数据，另一方面，消费者能够通过 AMI 及其相关通信技术管理电能使用及相关成本；此外，电网运营建设部门也可依据实时电表数据开展电力调配及负载管理工作。因此，AMR 向向 AMI 的产品迭代本质上的产品迭代本质上是抄表工作单方受益向电网部门、消费者、公用事业公司三方是抄表工作单方受益向电网部门、消费
46、者、公用事业公司三方共同共同受益受益转变转变的进程。的进程。 图表图表 15 AMR 与与 AMI 全维度比较全维度比较 比较项目比较项目 AMR AMI 仪表名称仪表名称 自动抄表仪表 高级计量仪表 出现时间出现时间 出现于上世纪 80 年代中期，在 1990 年代初期开始广泛普及 2005 年左右开始出现，在 AMR 的基础上发展而来 采集频率采集频率 没有广播命令或控制消息的手段，通常仅支持每月或最多每天收集一次 允许使用计量端点进行实时、按需询问，能够支持每小时或更高频率的采集 0009200016Smart Meter
47、ingDistribution AutomationAdvanced Smart Grid 计算机应用计算机应用行业深度研究报告行业深度研究报告 证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号：证监许可（2009）1210 号 13 比较项目比较项目 AMR AMI 信息类型信息类型 通常仅能提供当月 kWh 读数和峰值 kW 需求 通常提供大量信息负载，包括：累积 kWh 使用量、每日 kWh 使用量、峰值 kW 需求、最后间隔需求、负载曲线、电压、电压曲线、电压骤降和骤升事件日志、电压事件标志、相位信息、断电计数、断电日志、篡改通知、功率因数以及使用时间 kWh 和峰值 kW 读数 功能特点功能
48、特点 自动抄取公用事业数据（水电燃等） 自动抄取公用事业数据（水电燃等），还可用于验证停电和服务恢复、执行远程服务断开和重新连接、允许自动网络计量、传输需求响应和负载管理消息、询问和控制配电自动化设备、促进预付费计量以及消费者能源消费决策支持 信息传输信息传输 计量端向公用事业公司单向传输 计量端与公用事业公司的双向通讯 受益方受益方 抄表工作、计费部门 电网规划、运营、施工方；消费者；资产管理部门；需求响应；抄表工作、计费部门 资料来源：Power Grid International、华创证券整理 智能电表智能电表普及率提升普及率提升是智能电网是智能电网前期前期布局布局关键关键。从 200
49、7 年到 2016 年，全美智能电表的数量增长了十倍。截至 2016 年，全美 1.513 亿个电表当中约有 7080 万只为智能电表，智能电表覆盖率达到 47%。AMI（Advanced Metering Infrastructure）技术驱动下智能电表规模化效应初步显现，未来仍然会以较高速度增长完成替换。 图表图表 16 2016 年美国智能电表覆盖比例年美国智能电表覆盖比例 图表图表 17 AMI 渗透率及预测渗透率及预测 资料来源：U.S. Department of EnergySmart Grid System Report转引自EIA 资料来源：U.S. Department o
50、f EnergySmart Grid System Report转引自EIAx 智能电网建设为电力市场发展奠定基础。智能电网建设为电力市场发展奠定基础。在智能电表、电网自动化、家庭能源管理三大智能电网核心板块的赋能之下，美国电力体系市场化进程成为可能，并逐渐形成了由联邦层面 FERC 以及州层面的 PUC 监管的市场体系。 美国的电力系统被划分为东部网、西部网和德州网三大区域电网。在电网内划分为多个区域市场。市场主体是 RTO（区域传输组织）或 ISO（独立系统运营方）。 RTO 负责组织电力市场内的电能买卖。 ISO 负责管理最终市场，组织平衡发电与用电负荷的实时市场。 电力的发、输、配、售
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