智能电网产业专题研究从海外智能电网建设看双碳带来的投资机会

智能电网产业专题研究-从海外智能电网建设看双碳带来的投资机会一、智能电网-新能源消纳需求下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。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）

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。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。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。（二）价格杠杆激励储能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。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。（三）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。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