电力传输行业专题研究：GIL优势显著前景广阔-双线成长静待花开

电力传输行业专题研究：GIL优势显著前景广阔_双线成长静待花开

1、GIL性能优势显著，技术进步和成本下降打开市场需求

1.1、GIL性能优势显著，应用场景多元

GIL是一种地下输电方式，具备安全可靠、高效、集约、智能等优势。GIL指气体绝缘金属封闭输电线路，是由接地合金铝外壳和内置管状合金铝导体组成并采用六氟化硫等绝缘气体为绝缘介质的电力传输设备。GIL具有传输容量大、单位损耗低、布置灵活、运行可靠性高、寿命长、以及不受外界环境因素影响等优点，适用于恶劣气候环境或者廊道选择受限制的电力输送场合。

GIL输电相较于传统输电具有明显性能优势，随着成本下降逐步打开市场。GIL输电作为一种地下输电方式，相较于传统地下电缆（XLPE）和架空线均有多方面比较优势。性能方面，GIL安全性能更好、输电效率更高、智能化程度更高、电磁辐射更少、线路损耗更低、使用寿命更长，在多方面均有明显优势。成本方面，GIL的建造成本为每千米1300万左右，略高于架空线和地下电缆。架空线应用在地面，地下电缆和GIL主要应用下地下，需要建设管廊，需要额外的土建成本，更多适用于地下输电。目前GIL凭借输电容量大、可节约土地空间辐射少、可灵活敷设这三大特点正在不断开拓应用场景。未来随着GIL技术的进步，GIL建设成本有望进一步下降，市场需求将逐步打开。

GIL主要用途包括三大类：城区架空线入地改造、长距离大容量地下输电、极端环境电力供应保障。GIL由于性能优越，伴随着成本的快速下降在国内已经应用已经逐步推开，主要用途可分为三大类：一是城区架空线入地改造，如无锡荣巷街道220kV惠梁线迁改入地项目的实施去除了城市上空存在多年的电线“蜘蛛网”，完成架空线入地的城市风貌提升；二是长距离大容量输电，其中聊城鲁西化工220KVGIL项目的投产，首次实现GIL长距离高空敷设，为GIL输电技术的多元化行业应用开辟了先河；三是极端环境保障电力供应，苏通GIL工程和安靠智电内蒙高新项目的投产，证明了GIL在水下、低温等极端环境下的电力保障能力。未来伴随GIL输电技术的不断提升和成本的持续下降，应用场景将得到进一步拓展和丰富。

1.2、技术水平已处第三阶段，应用案例丰富且多年运行稳定

GIL起源于上世纪七十年代，近年来我国技术水平逐步实现赶超。20世纪七八十年代开始，美国、日本、加拿大、法国、俄罗斯、德国等国家陆续将GIL投入实际使用。1972年世界上第一条交流GIL输电系统在美国新泽西州Hudson电厂落成，该条输电线路电压等级为242kV，载流量1600A。1975年德国Siemens公司在德国的Wehr抽水蓄能电站建成了欧洲首个GIL输电工程，电压等级400kV。2001年Siemens公司在瑞士日内瓦PALEXPO机场建成了一条长420m的220kV电压等级的GIL线路。该GIL输电系统首次采用了Siemens公司开发的第2代GIL技术，通过减少SF6的使用量在降低成本的同时又进一步满足了环保要求。2019年，苏通GIL综合管廊正式投运，全长5468.5米，是世界上电压等级最高（1000KV）、输送容量最大、最长距离GIL创新工程，是当今世界上技术水平最高的GIL工程。苏通GIL综合管廊工程的落地，标志着我国GIL技术已经逐步实现了赶超。

技术水平已处第三阶段，案例丰富多年运行稳定。GIL的技术发展可分为是三个阶段：第一代GIL采用纯SF6气体作为绝缘介质，充气压力为0.3~0.4MPa；第二代GIL采用体积分数20%SF6-80%N2混合气体作为绝缘介质，充气压力为0.7~0.8MPa；第三代的干燥洁净压缩空气，充气压力为1~1.5MPa。第二代GIL与第一代GIL相比,较大程度上简化了绝缘概念，减少了绝缘材料的使用，通过增大气压使得SF6和N2气体可以混合稳定运行，且使用了新的焊接工艺，同时改善了敷设技术，在环保水平上得到加强。第三代GIL则在环保技术水平上进一步加强，降低污染。当前技术水平已达到第三发展阶段，市场上处于各阶段技术共存的局面。近年来，随着“西电东送”战略的实施和土地成本的上升，国内GIL应用案例开始增多，如苏通GIL管廊工程、华能济宁电厂220kVGIL工程、华能济宁电厂220kVGIL工程、华能济宁电厂220kVGIL工程、鲁西化工220kVGIL输电项目等多个案例成功投运，运行以来十分稳定。从世界范围内应用来看，Wehr抽水蓄能电站GIL工程1975年投运以来至今稳定运行，世界范围内在过去40年的运行中从未出现重大故障记录。随着技术水平的发展，GIL的安全性和可靠性已经非常成熟。

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GIL功能相当于更长的GIS母线，且结构更加简单。GIS是气体绝缘金属封闭开关设备的简称，由断路器、隔离开关、接地开关、互感器、避雷器、母线等元件组成，这些元件全部封闭在充有绝缘气体的金属接地外壳中。GIL与GIS母线相比标准单元长度和标准气室长度更长，安装允许土建误差更大，弯管段角度更广，且大修的时间周期也要更长，维护起来也要更加简单。同时，GIL主要由铝合金外壳、铝合金导体、SF6绝缘气体、环氧支撑件组成，相比于GIS的结构更加简单。

2、存量替代+增量扩张，双线成长静待花开

2.1、电网扩容与土地成本矛盾加剧，GIL将替代城区存量架空线

新能源车快速渗透，城市充电需求迫切。在“双碳”政策的推动下，我国新能源汽车渗透率迎来加速增长。根据《新能源汽车产业发展规划（2021-2035年）》，到2025年新能源汽车新车销售量将达到汽车新车销售总量的20%左右。2021年8月，我国新能源乘用车销售30.4万辆，渗透率即已达到了20%，中国电动汽车百人会秘书长张永伟预计20%渗透率的目标有望在2022-2023年提前达成。截至2021年中我国汽车保有量2.92亿辆，未来新能源汽车的替代空间广阔。真锂研究数据显示，2021年上半年我国新能源汽车用电量同比大幅增长。同时，未来随着快充和超充技术的进步，新能源汽车充电的功率需求将大幅提升。目前新能源汽车充电桩的最高功率为180KW，但以广汽埃安为代表的超倍速充电技术的充电功率最高可达480KW。考虑到新能源汽车数量快速增加以及对于快充的需求，城市充电需求增长迫切。

5G基站数量持续增加，用电量需求大。2021年是5G牌照正式发放两周年，根据《2021年上半年通信业经济运行情况》，截至2021年6月末，我国5G基站总数96.1万个，上半年新建19万个。根据Itu数据预测，我国2021年5G基站数量将达到131.8万站，到2025年将达到525万站，2022-2025年平均每年新增5G基站约100万站。在2020年底举行的“2020通信产业大会暨第十五届通信技术年会”上，国家电网能源研究院能源决策支持中心博士、高级研究员高洪达指出，2019年我国5G基站耗电量在全社会用电量的占比约为0.05%，到2026年，5G基站耗电量占全社会用电量的2.1%，超过数据中心的2%，用电量需求大。

城市大型化推动用电需求增长。近年来国内城市快速发展，以“京津冀”、“长三角”、“珠三角”为代表的城市群在经济体量、人口数量和产业规模等方面不断扩张，城市半径不断扩大。根据Wind数据显示，我国城市建成区面积不断扩大，已经从2009年的38107平方公里增加至2019年的60312平方公里，年均复合增长率4.70%，如武汉城市半径从10公里扩张到25公里，只用了3年时间。城市的大型化和“城市群化”，将带来城市用电需求的进一步增加。

电网扩容需求与城市土地成本上升矛盾加剧，推动架空线入地需求。城市不断增加的用电必须通过高电压等级的输电线路输送到城市中心的变电站，再通过周边的下级变电站输送到需要用电的企业、单位以及居民家中，电网扩容需求迫切。由于敷设简单且成本较低，目前国内外均主要采用架空线作为输送电能的主要方式。架空线由线路杆塔、导线、绝缘子等构成，架设在地面上，一般有两个回路，两个回路之间20m，左右各15m，合计占据50m宽的土地，每公里需占用土地5万平方米。近年来随着城市土地成本的不断攀升，根据金辉控股招股说明书数据显示，105个受监测城市平均土地成本已经从2015年的每平方5300元上涨至2019年的每平方7250元，年均复合增长率达到8%。在国内城市用电需求持续扩容背景下，继续使用架空线的土地成本不断上升，架空线的经济性不断下降，架空线入地的需求被打开。

架空线入地大势所趋，城区大容量输电场景下GIL可替代存量架空线。在电网需求扩容和架空线经济性下降的双重背景下，架空线入地成为大势所趋，各大城市输电的入地需求明显提升。以上海为例，2020年3月，上海市普陀区长寿路电力、信息等架空线入地工程正式开工，标志着上海市2020年架空线入地和合杆整治工程全面启动。截至2020年底，上海累计完成470公里道路相关整治，内环内架空线入地率从29%提升至62%，道路立杆减量不低于50%。

同时，《上海市城市总体规划(2016-2040)》中提出按照规划建设用地总规模“负增长”要求，锁定全市规划建设用地总规模在3200平方公里以内，预计未来各大城市将陆续开始推进城区架空线改造工作。地下输电有地下电缆和GIL两种形式，GIL相较于电缆具有电流容量大、使用寿命长、维护成本低等优点，且运营稳定性正在不断得到验证。电缆输电容量为1000A，而GIL容量可达到4000-5000A，虽然在单回路建设成本上GIL高于地下电缆，但是在高功率多回路的地下输电场景下，GIL的建设成本优于地下电缆。单GIL回路的输电容量即相当于4-5回路的地下电缆，超过2回路的输电需求GIL即体现出更强的经济性。因此，GIL在城区大容量输电场景下可逐步替代目前存量主流的架空线解决方案。

2.2、增量扩张：充分受益特高压建设，场景拓展贡献新增量

GIL属于输电环节，位于电力产业链中游。整个电力产业链包括发电、输电、配电、用电四大环节，电力产业链上游将各种类型一次能源通过对应的发电设备转换成电能，中游经由输电及配电网络把电能输送到最终用户处，下游再向最终用户提供不同的电压等级和不同可靠性要求的电能，满足用户用电需求。电力行业作为公共事业对于社会运行至关重要，而电力输送作为产业链中游，既需要配合上游在政府推动下进行电力体制改革，平衡各种新能源与传统能源之间的关系，又需要满足下游用电量波动而带来的电力调度需求。GIL作为各种输电方式之中极具经济价值和应用价值的技术，未来伴随城市运营经验进一步丰富和技术水平进一步提高，市场空间将逐步打开。

光伏和风电将成新能源主力军，特高压是输送新能源最佳选择。自2019年开始，风电、光伏实现平价上网后装机容量明显回升，2020年风电和光伏合计新增装机占比62.8%。2020年底风电和光伏的发电装机合计达5.34亿千瓦，根据《加快建设新型电力系统助力实现“双碳”目标》预计，2030年风电和太阳能发电装机达到12亿千瓦以上，规模超过煤电成为装机主体。“十四五”提出建设九大清洁能源基地，均位于西北、东北、西南等地区，而我国用电量和用电负荷主要集中在东南部地区，发电侧和负荷侧的逆向分布使得跨省跨区输电通道的建设具有必要性。根据全球能源互联网发展合作组织的研究，我国实现碳中和的路径必须要加快形成以特高压骨干网架为核心的全国清洁能源资源优化配置平台。特高压最大的特点是长距离、大容量、低损耗输送电力，可以较好解决新能源电力远距离运输的问题。

可再生能源电力消纳责任权重提高驱动特高压投资规模增长。根据国家电网数据显示，我国特高压投资规模2020年达到1128亿元，相比于2019年投资规模显著增长。主要原因为随着《国家发展改革委国家能源局关于建立健全可再生能源电力消纳保障机制的通知》（发改能源〔2019〕807号）的印发，国家发改委提出了各省级行政区域2020年可再生能源电力消纳责任权重，促使我国负荷主要地区，即东部省市开始重点关注通过特高压以输入西部电力。2021年消纳责任权重的继续提高进一步助推国内特高压投资建设规模增长，按照2020年特高压占比电网投资25%的比例推算，预计2021-2015年国内特高压年均投资1133亿元。同时，我国近5年特高压工程线路长度持续增加，根据中商产业研究院数据，2021年预计国内特高压线路新增总长度6292公里，远远超过2020年的1305公里。

国内特高压电网数量不足，将开启新一轮建设周期。特高压电网是指交流1000kV、直流正负800kV以上电压等级的输电网络。直流特高压，偏向于点对点的电力传输，一般用于超大容量、超远距离电力传输，而交流特高压在大面积的网状传输更有优势。一回路特高压直流电网可以送600万千瓦电量，相当于现有500千伏直流电网的5-6倍，而送电距离是后者的3倍。目前，我国已建成特高压交流线路12条，路径长约6000公里，总变电容量超过140GVA；已建成直流特高压线路17条，线路长度逾30000公里，输送容量接近140GW。目前特高压骨架电网数量不足，华中、华东等特高压交流环网建设迫在眉睫，截至2021年10月1日，国内特高压工程在建条数共4条。

GIL支持特高压大容量传输，有望取代GIS母线获得增量成长。2020年发改委发布各省可再生能源电力消纳责任权重以来，特高压投资规模、开工条数、审批进度均有提速趋势。未来随着特高压变电站输电容量和建设规模持续扩张，GIS母线长度将不断增加。GIL相当于更长的GIS母线，相比于GIS母线在结构、设计、安装、制造等方面均具有优势，尤其在长距离大容量输电时优势更加显著，传输损耗更低，且采用GIL取代GIS母线可以简化GIS母线结构、节省高压开关设备降低成本，提高可靠性。在2014年开始建设的淮南—南京—上海1000kV交流特高压输变电工程中，特高压南京站就已经采用GIL部分替代GIS母线，截至2021年中运行良好。根据中电联数据，GIS投资在特高压种占比约为3%，随着GIL技术逐渐成熟，成本不断下降，有望在特高压领域进一步扩大应用，使用量进一步提升。

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GIL应用场景不断拓展，化工钢铁等高能耗行业需求贡献新增量。2020年8月，鲁西集团220KV输变电工程项目在山东聊城投入运营。这是国内石化行业首条气体绝缘输电线路（GIL），也是全球第一个多回路高空布置GIL输电线路、全球最长的220KVGIL输电线路。该线路由安靠智电公司承建，采用三相共箱GIL，线路总长11.41千米，创造了多项领先记录，实现了产业园由35KV向220KV的跨越。对于化工行业来说，应用GIL更加的安全，同时高空敷设GIL的方式可节约大量的土建成本，使得在高压和特高压输电模式下GIL与架空线和电缆成本相近。同时，2020年上半年内蒙古包钢GIL项目实现了GIL产品在钢铁行业及低温环境下的首次运用。这两个行业项目的落地，标志着GIL产品可在各类高能耗行业的不同场景下得到应用，未来随着GIL成本的新一步下降，有望在各大行业应用领域贡献新增量。

2.3、政策支持+技术突破，国内GIL进入发展快车道

政策方面：政策不断加码，支持GIL行业发展。2011年至今，我国出台了多项关于智能电网、特高压输电等领域的支持性政策，经过上一轮的智能电网投资，目前智能电网建设已形成一定规模，政策导向目前有切换至特高压输电的倾向。2016年在《中华人民共和国国民经济和社会发展第十三个五年（2016-2020年）规划纲要》中提出“要优化建设电网主网架和跨区域输电通道，优化电力需求侧管理，加快智能电网建设，提高电网与发电侧、需求侧交互响应能力”，关于特高压输电内容相对较少，2021年《2021年能源工作指导意见》中明确提出“要加快多项特高压工程，提升新能源输送能力”，政策的持续加码利好GIL行业发展。

技术方面：苏通GIL工程成功投运，国内GIL技术水平达世界前列。2019年9月26日，世界上电压等级最高、输送容量最大、技术水平最高、最长距离GIL创新工程，华东特高压交流环网合环运行的控制性工程——苏通GIL综合管廊工程在江苏正式投运。苏通GIL综合管廊是淮南—南京—上海特高压输变电工程的‘咽喉’项目，目前已成功完成投运。苏通GIL综合管廊首次采用江底隧道输送特高压GIL形式，埋深最深处有-74.83米，这个深度的水土压力超过0.8兆帕，是中国国内江河埋深最深、水压最高的隧道。苏通GIL综合管廊工程于2016年8月开工建设，2017年6月盾构机顺利始发，2018年8月隧道成功贯通，2019年8月GIL设备安装收口，2019年9月工程调试投运。工程开工以来，多项建设指标创造了国内外同类工程施工新纪录：隧道掘进历时14个月，掘进速度世界第一;盾构机拆解用时33天，拆解速度行业第一;GIL总长相当于20个变电站母线长度，气室超过400个，SF6气体用量超过780吨，施工安装历时5个月，日安装量业界第一。

2.4、GIL市场需求广阔，潜在市场空间已超3000亿元

GIL产品目前主要用于城区架空线改造、特高压建设以及化工钢铁等高能耗产业园区的改造。经我们测算，目前城区架空线改造GIL的潜在市场空间即达2980亿元，未来五年特高压建设中GIL替代GIS以及部分场景替代电缆的市场潜在需求为44-144亿元，化工行业园区改造的潜在市场需求为40-120亿元。可以看到，目前已有开拓的应用场景市场潜在需求即超3000亿元，考虑到GIL的应用场景还处于持续拓展之中，未来GIL的市场前景广阔。

城区架空线存量改造对应GIL潜在市场空间约为2980亿元。根据中电联发布的《2020年一季度全国电力可靠性情况通报》，我国2020年一季度末架空线总长度为834366km，按照2019年年中751774km来推算，我们预计2020年底我国存量架空线总长度为916958km左右。根据安靠智电招股说明书，架空线迁入地比例取值为5%，地下输电方式中GIL选用比例取值为50%，结合行业已有数据和公司经营数据估算GIL单位造价为1300万元/公里，经测算，国内城市存量架空线入地改造需求带来的GIL市场空间规模即达2980亿元。

未来五年特高压建设对应GIL市场潜在需求约为44-144亿元。根据国家电网数据，2020年我国电网投资规模为4605亿元，其中特高压建设投资规模为1128亿元，占比25%。在2021能源电力转型国际论坛上，国家电网公司董事长辛保安表示，未来五年国家电网计划投入3500亿美元进行电网建设，约折合人民币2.26万亿元。按照2020年特高压投资占比电网投资规模的24.50%来推算，预计未来五年我国特高压投资规模为5536亿元。根据中电联数据显示，GIS投资占比特高压投资的3%，其中GIS母线投资占比GIS投资的20%，因此GIS母线在特高压投资中占比为0.6%。

同时，线缆一般在特高压投资中占比约为20%，由于GIL综合建设成本较高，目前仅在其他线缆不具备建设条件的极端环境，以及电压较高的发电机出口引出线才需要用到GIL。基于敏感性分析，在乐观、中性和保守的情景假设下，线缆中应用GIL的比例分别取值为10%、5%和1%，对应线缆中使用GIL的投资占比特高压总投资额的2%、1%和0.2%。因此，综合上述替代GIS母线和部分场景下需使用GIL的两种情况，在乐观、中性和保守的情景假设下，GIL投资占比特高压投资总额的2.6%、1.6%和0.8%，对应GIL市场空间分别约为144、89和44亿元。

化工园区改造对应GIL市场潜在空间约为40-120亿元。2020年1月2日，安靠智电公司公告披露与鲁西化工集团股份有限公司动力分公司正式签订《气体绝缘金属封闭输电线路承包合同》，工程地点为山东聊城高新技术产业开发区化工新材料产业园，工程造价1.76亿元，为全国化工行业首个应用GIL的案例。根据中商产业研究院数据显示，截至2020年底全国约有化工园区800家，基于敏感性分析，在乐观、中性和保守的情景假设下，全国应用GIL的化工园区在所有化工园区中的占比分别取值为15%、10%和5%，对应全国存在应用GIL需求的化工园区数量分别约为120家、80家和40家。由于聊城化工新材料产业园建设用地规模达到13.34平方公里，是我国最大的内陆化工园区之一，而一般化工园区面积在7.5平方公里左右，按相应比例推算，预计全国单个化工园区平均GIL投资额在1亿元左右，对应全国化工园区GIL需求约为40-120亿元。

3、行业处于发展初期，看好具备先发优势的龙头企业

3.1、行业发展初期，竞争格局良好

国内GIL市场仍处于发展初期，市场竞争较少。GIL最早于上世纪七八十年代在美国应用，在国内市场起步较晚，目前国内从事GIL系列产品研发和生产的企业主要包括江苏安靠智能输电工程科技股份有限公司、西安西电开关电气有限公司、河南平高电气股份有限公司、江苏南瑞恒驰电气装备有限公司等少数企业。除安靠智电以外其余公司均是国有企业。西安西电开关电气有限公司和河南平高电气股份有限公司主要生产高压、超（特）高压开关设备，主要产品均为72.5～1100kV气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）、SF6断路器（GCB）、全金属封闭管道母线（GIL）及发电机保护断路器装置（GCB）。江苏南瑞恒驰电气装备有限公司主要业务偏电力工程施工类。2021年9月中国电气装备制造集团有限公司成立，将西安西电开关电气有限公司、河南平高电气股份有限公司和江苏南瑞恒驰电气装备有限公司等均已统一并入。目前来看行业玩家还相对较少，竞争格局良好。

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3.2、技术研发构筑门槛壁垒，看好具备先发优势企业

GIL行业主要有两大壁垒：一是技术壁垒，产品需要通过行业专业监测；二是经验壁垒，对于GIL最大应用领域架空线改造，已有样板工程效果至关重要，具备先发优势的企业有望在行业竞争中进一步巩固并扩大先发优势。

技术壁垒：产品合格认定是入行门槛，技术水平决定成本下降曲线。由于电力运输属于涉及民生的重要公共事业，因此GIL新产品需要通过行业专业认定方可投入使用。以安靠智电为例，公司于2020年通过了“GXL7-252/3150-50(AK-GS1-252)型刚性气体绝缘输电线路、GXL6-252/3150-50(GXL-252)型刚性气体绝缘输电线路及GXL6-550/5000-63(AK-GD2-550)型刚性气体绝缘输电线路”三个新产品鉴定，其中252kV三相共体式GIL为国际首创，产品的综合性能指标达到国际领先水平，252kV单相及550kV单相产品的综合性能指标达到国际先进水平。GIL相对地下电缆的性能优势十分显著，对于下游应用场景的打开更多需要的是成本的持续下降，而成本的下降核心同样在于技术水平的高低。安靠智电的三相共箱技术可使GIL成本降低20%左右，从而推动了GIL在城市架空线入地以及化工钢铁等高能耗行业产业园区的应用，提升了公司的核心竞争力。

经验壁垒：城区架空线入地改造的已有样板工程效果至关重要，看好具有先发优势的企业进一步提高市场竞争力。电力行业是由于关乎居民用电和工业生产，线路建成后出现问题将会对整个城市电力供应产生很大影响，对于新进入的没有工程业绩的企业而言，在2-3年时间内难以真正切入这个领域。在城市架空线入地改造领域，对于已有工程业绩和运营经验的要求更为苛刻。安靠智电目前先后为江苏中关村220kVGIL工程程（江苏时代新能源-余桥变220kV线路工程）、无锡荣巷街道220kV惠梁线迁改入地工程、常州武进瓶武线500kVGIL输电项目、鲁西化工220kVGIL输电项目等提供了相关服务，在工程业绩方面树立了先发优势。GIL行业的经验壁垒决定了行业内具有先发优势，已经初具一定规模的企业在后续市场竞争中仍将保持有利地位，有望巩固并扩大原有先发优势。

安靠智电是GIL行业龙头。安靠智电在传统电缆连接件主业技术基础上，进一步通过研发投入，延伸扩展到GIL输电业务，2020年GIL收入为1.59亿元，毛利率55.61%。截至2020年底安靠智电GIL产能为50千米每年，募投后产能处于扩张期，根据公司公告信息披露，募投项目两年建设时间，建成后分4年完全达产。主要从开关设备和产品领域切入