中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：2024年，我國(guó)電網(wǎng)投資額預(yù)計(jì)超過(guò)6000億元，較去年增加700億元左右，達(dá)到兩位數(shù)的增長(zhǎng)，且投資額還在不斷提高中。其中，特高壓建設(shè)貢獻(xiàn)了一半的增量，增速顯著。
在今年二三季度經(jīng)濟(jì)增速放緩、各行各業(yè)紛紛縮減投資的背景下，特高壓建設(shè)卻開(kāi)啟了一路狂飆的模式。我們預(yù)計(jì)2024-2026年特高壓投資額都將保持兩位數(shù)以上的增長(zhǎng)，數(shù)值將達(dá)到千億規(guī)模。
迅速增長(zhǎng)的背后是什么原因？增長(zhǎng)的持續(xù)性如何？細(xì)分領(lǐng)域內(nèi)又有哪些機(jī)會(huì)？今天，我們就來(lái)聊一聊特高壓。
1.何謂特高壓
特高壓（Ultra High Voltage, UHV）是指電壓等級(jí)在1000千伏及以上的交流輸電，或者±800千伏及以上的直流輸電技術(shù)。
簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是輸電線(xiàn)路的電壓非常高，遠(yuǎn)高于普通高壓的220kV和超高壓的500kV。
它的原理其實(shí)很簡(jiǎn)單。我們知道，輸電損耗主要由電流引起的電阻損耗決定，損耗功率與電流的平方成正比，即損耗功率P = I2 · R。由于功率P = V · I，在功率一定的情況下，提高電壓可以顯著降低電流，從而減少線(xiàn)路損耗。因此，在超長(zhǎng)距離輸電的場(chǎng)景下，提升電壓能夠有效地降低輸電過(guò)程中的電能損耗。
那么，特高壓的技術(shù)路徑又有哪些呢？我們按照電流的流動(dòng)方式，可以把特高壓分為特高壓直流輸電（UHVDC）和特高壓交流輸電（UHVAC）。
直流特高壓通常是指±800千伏及以上的直流輸電，適合長(zhǎng)距離（超過(guò)1500公里）、大容量的電力傳輸，損耗更低。一般三北地區(qū)和西南地區(qū)送往中東部的電都是直流，典型的特高壓直流項(xiàng)目包括哈密-重慶、寧夏-湖南等工程。交流特高壓通常指1000千伏及以上的交流輸電，一般用在省內(nèi)/省間短距離地區(qū)。典型應(yīng)用如張北-勝利、阿壩-成都東等特高壓交流工程。
二者的本質(zhì)區(qū)別在于，直流電的電流方向單向穩(wěn)定，而交流電的電流方向會(huì)按照一定頻率不斷往復(fù)變化，由此就產(chǎn)生了同步性的問(wèn)題。如果交流電電壓和電流的波形不一致，或者不同發(fā)電站、不同線(xiàn)路的傳輸電流不同步，電力的傳輸效率就會(huì)降低，進(jìn)而影響整體電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性。
由于交流電的以上特性，輸電的無(wú)功功率損耗就會(huì)增加，需要進(jìn)一步提高電壓來(lái)降低損耗，這也是交流特高壓需要達(dá)到1000kV的原因。當(dāng)然，這就帶來(lái)了建設(shè)成本和安全性方面的問(wèn)題。因此，業(yè)內(nèi)對(duì)直流特高壓的認(rèn)同度是相對(duì)較高的。
在直流特高壓中，還有一個(gè)最近熱度很高的細(xì)分概念叫做柔性直流輸電（High Voltage Direct Current Flexible，HVDC），簡(jiǎn)稱(chēng)柔直。通俗的說(shuō)，就是讓直流輸電更加智能，遇到復(fù)雜的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和電力流動(dòng)可以更“柔和”的處理。這里面的核心設(shè)備是采用IGBT的電壓源換流器，能夠更精確地控制電能的流向和大小。
柔直一般用于受端交流電網(wǎng)還沒(méi)成型的情況下，用來(lái)隔離輸受兩端，二者互不影響，是一種可以選擇的技術(shù)。像白鶴灘、甘浙、蒙西到京津冀的輸電線(xiàn)路，都是采用柔性直流，預(yù)計(jì)未來(lái)將有1/3左右的直流線(xiàn)路采用柔直的技術(shù)，當(dāng)然造價(jià)也相對(duì)較高。
2.與新能源的因果
了解了特高壓的概念后，我們來(lái)看這一輪的加速建設(shè)。實(shí)際上，23-24年迅速推進(jìn)的特高壓建設(shè)起因于新能源。
公開(kāi)資料顯示，此前已經(jīng)有過(guò)兩輪集中的特高壓建設(shè)，分別是2014-2016年的“五直四交”和2018-2022年的“七直七交”，總投資額分別超過(guò)了1800億和2000億。早期輸送的主要是火電和水電，將中西部和西南地區(qū)豐富的傳統(tǒng)電力資源輸送至東部用電區(qū)；而18-22年的建設(shè)更多的是以?xún)?yōu)化電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、調(diào)節(jié)區(qū)域間電力資源、推進(jìn)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)為出發(fā)點(diǎn)，存在半數(shù)左右?guī)资畠|投資額、省間短距離的特高壓輸送，線(xiàn)路更多的是偏向于優(yōu)化與調(diào)節(jié)，而非新增需求。
那么，2022年以后新能源發(fā)生了什么？
我們先把時(shí)間往前倒一倒。2020年9月，我國(guó)在第七十五屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)上明確提出2030年“碳達(dá)峰”與2060年“碳中和”目標(biāo)，風(fēng)光裝機(jī)開(kāi)始顯著增長(zhǎng)。隨著2022-2023年的資本涌入與技術(shù)迭代，光伏發(fā)電降本增效進(jìn)程突飛猛進(jìn)，度電成本顯著下降。集中式地面電站的初始建設(shè)成本由2019年的4.55元/瓦降至2023年的3.4元/瓦，同安裝面積下的組件功率更是接近翻倍。光伏發(fā)電成為了能源轉(zhuǎn)型最直接、最方便的路徑選擇，新增裝機(jī)在2023年達(dá)到了驚人的216.88GW。
但是，裝機(jī)增長(zhǎng)突出，帶來(lái)的問(wèn)題也同樣突出。
光伏發(fā)電的本質(zhì)問(wèn)題在于消納，消納最核心的就是發(fā)電與用電、時(shí)間與空間錯(cuò)配的問(wèn)題。一方面，光伏集中在午間發(fā)電、波動(dòng)較大，與用電高峰的時(shí)段是錯(cuò)位的，這部分矛盾目前我們暫時(shí)選擇了新型儲(chǔ)能的技術(shù)路徑，通過(guò)電力的短期儲(chǔ)存來(lái)平滑發(fā)電/用電的時(shí)差，削峰填谷；另一方面，光照條件充足、場(chǎng)地資源豐富的三北地區(qū)和西南地區(qū)是建設(shè)光伏發(fā)電的第一選擇，但這類(lèi)地區(qū)與東部用電負(fù)荷中心存在空間上的錯(cuò)位，這部分矛盾我們選擇的就是建設(shè)長(zhǎng)距離的特高壓通道來(lái)進(jìn)行電力輸送。
3.箭在弦上
最早，我們計(jì)劃的是隨著三北及西南地區(qū)沙戈荒風(fēng)光大基地的建設(shè)，同步進(jìn)行特高壓通道的建設(shè)。當(dāng)前風(fēng)光大基地二期已經(jīng)過(guò)半，三期尚在起步之中，但是特高壓通道的建設(shè)卻遲遲沒(méi)有推進(jìn)。
特高壓的難點(diǎn)在于前期的規(guī)劃核準(zhǔn)。由于特高壓通道需要跨越多個(gè)省市，線(xiàn)路的走向需要前期規(guī)劃的多輪設(shè)計(jì)、多個(gè)層級(jí)部門(mén)的合作確定，穿越部分民用區(qū)域可能還需要進(jìn)行一定的征收補(bǔ)償；同時(shí)，特高壓技術(shù)路徑的選擇在當(dāng)時(shí)還存在一定爭(zhēng)議；再加上過(guò)去幾年疫情的影響，跨區(qū)域的工作很難推進(jìn)。因此，2022年之前，特高壓的核準(zhǔn)和建設(shè)都是非常滯后的。
建設(shè)周期方面，光伏電站一般在半年左右，風(fēng)電在一年左右，但特高壓光是建設(shè)周期就達(dá)到1.5-2年，這里還沒(méi)有加上前期的規(guī)劃準(zhǔn)備階段。所以說(shuō)，如果是理想情況，特高壓通道的建設(shè)反而應(yīng)該先行，才能將風(fēng)光電站所發(fā)電力“應(yīng)送盡送”。
當(dāng)前時(shí)段，已投運(yùn)的特高壓通道容量遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足新能源的外送需求，風(fēng)光大基地三期的延遲就是側(cè)面印證。就直流特高壓來(lái)說(shuō)，去年已經(jīng)開(kāi)工了4條線(xiàn)路，今年已經(jīng)開(kāi)工3條，預(yù)計(jì)能夠開(kāi)工5條，正在加快建設(shè)當(dāng)中。
可以說(shuō)，特高壓建設(shè)已經(jīng)箭在弦上。
4.九直五交？還不夠！
我們來(lái)算算還需要多少條特高壓線(xiàn)路。
“十四五”期間，我們最早的規(guī)劃是“九直五交”，共14條。其中柔直為3條，占直流條數(shù)的1/3。14條中，僅2條在2022年開(kāi)工，其余12條集中于2023-2024年開(kāi)工，并爭(zhēng)取2025年年底前投入運(yùn)營(yíng)。
隨后，特高壓的中期調(diào)整又新規(guī)劃了13條交直流線(xiàn)路，在“十四五”期間滾動(dòng)增補(bǔ)。加上原先“九直五交”遺留下的4-5條待開(kāi)工項(xiàng)目，以及中期調(diào)整預(yù)估新增的4-5條待開(kāi)工直流項(xiàng)目，業(yè)內(nèi)預(yù)計(jì)2025年開(kāi)工的直流項(xiàng)目至少有7-8條，交流5條。預(yù)計(jì)明年單年開(kāi)工項(xiàng)目就達(dá)到了八直五交，共13條，是開(kāi)工數(shù)量最高的一年。
那么，這些數(shù)量的特高壓通道能否滿(mǎn)足沙戈荒風(fēng)光大基地的外送需求呢？
風(fēng)光大基地目前總共三期，一期基本已經(jīng)建成，二期部分項(xiàng)目已經(jīng)并網(wǎng)，三期的項(xiàng)目清單已經(jīng)發(fā)布。一期是利用在運(yùn)特高壓通道送出，而二三期總共規(guī)劃的450GW當(dāng)前還沒(méi)有足夠的通道容量進(jìn)行外送。
簡(jiǎn)單計(jì)算一下，一條±800kV的特高壓直流能夠支撐12GW，十四五規(guī)劃的“九直五交”14條線(xiàn)路其中有5條是水電和閩粵聯(lián)網(wǎng)，剩下9條共100GW左右，剩下350GW的需求需要納入“十四五”中期調(diào)整以及“十五五”期間。若按70%外送計(jì)算，則需要250GW，相當(dāng)于20條特高壓線(xiàn)路。
更何況，“十五五”期間可能還將規(guī)劃四期、五期的風(fēng)光大基地，再加上西南水電（雅魯藏布江、金沙江、瀾滄江）的外送需求，此前計(jì)算的20條肯定屬于保守值?？傊笆逦濉逼陂g的特高壓建設(shè)不會(huì)停下，數(shù)量將超過(guò)“十四五”期間，增速也將更快。
5.嘗試抽絲剝繭
確定了整體的增長(zhǎng)趨勢(shì)后，我們來(lái)對(duì)特高壓內(nèi)部進(jìn)行細(xì)分拆解。
一條特高壓線(xiàn)路的投資額根據(jù)線(xiàn)路的長(zhǎng)短和穿越的具體區(qū)域而有所不同，其中穿越區(qū)域帶來(lái)的變量最大，穿越大山大河等復(fù)雜地形明顯需要更大的建設(shè)支出。
舉個(gè)例子，去年開(kāi)工的金上到湖北的特高壓直流工程是從西藏下來(lái)的，穿越四川、湖北等多山省份，全長(zhǎng)2107公里，預(yù)計(jì)動(dòng)態(tài)投資343億，相對(duì)較高；另一條去年開(kāi)工的川渝交流環(huán)網(wǎng)達(dá)到1300+公里，跨越多山地區(qū)且為長(zhǎng)距離交流，預(yù)計(jì)投資額286億，相對(duì)較高；還有一條去年開(kāi)工的隴東到山東的特高壓直流共1008公里，會(huì)穿過(guò)河南等平原地區(qū)，預(yù)計(jì)投資額202億，相對(duì)較低；而今年開(kāi)工的蒙西到京津冀的直流工程700公里投資額僅174億元，就是因?yàn)榇┰降匦蔚氖┕l件比較好。大體上看，一條1000公里以上的特高壓直流線(xiàn)路的投資額一般在200-300億元左右。
直流和交流的成本構(gòu)成有所不同。
根據(jù)產(chǎn)業(yè)調(diào)研，直流特高壓整體項(xiàng)目投資額中，有一部分投資額是相對(duì)固定的，就是兩端的換流站，每個(gè)站大約50-80億元。剩下每公里的線(xiàn)路投資額根據(jù)跨越區(qū)域的實(shí)際情況確定，平均造價(jià)一般在500萬(wàn)元左右，波動(dòng)較大。以上數(shù)據(jù)為總體投資額，并非單獨(dú)的設(shè)備成本。換一個(gè)角度，單條直流特高壓的設(shè)備投資占比約為25%-35%，電線(xiàn)電纜和鐵塔等線(xiàn)路相關(guān)的投資占比約為30%，剩下40%左右的投資占比為土建及其他項(xiàng)目。設(shè)備方面毛利率較高，所占價(jià)值量較大，是可以重點(diǎn)關(guān)注的。
交流特高壓的成本特性則相反。其兩端變電站的單位容量設(shè)備成本僅為直流特高壓換流站的一半不到，而線(xiàn)路的每公里造價(jià)卻達(dá)到數(shù)千萬(wàn)元，是直流特高壓的三倍。這也從另一方面印證了直流特高壓在長(zhǎng)距離輸電中的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。
這里我們僅討論占多數(shù)的特高壓直流工程。
具體到換流站內(nèi)，其主要設(shè)備可大致分為直流場(chǎng)、換流閥、換流變壓器、交流場(chǎng)和交流濾波器。以受端為例，輸送過(guò)來(lái)的直流電通過(guò)直流場(chǎng)進(jìn)入換流閥，換流閥將直流電變?yōu)榻涣麟姾?，通過(guò)換流變壓器并到交流場(chǎng)內(nèi)，最后并到當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)中。另外，在交流場(chǎng)里還并了一個(gè)交流濾波器，來(lái)過(guò)濾頻率中多余的部分。
換流閥和換流變壓器占換流站設(shè)備投資的大頭。換流閥分為整流器和逆變器，分別用于送受兩端，一個(gè)特高壓換流站包括4個(gè)閥廳，整體設(shè)備投資額在8億元左右。換流變壓器是為交直流轉(zhuǎn)換提供必要電壓轉(zhuǎn)換和隔離的設(shè)備，每個(gè)換流站大概28臺(tái)，單個(gè)定價(jià)在4000-5000萬(wàn)元，合計(jì)約14億元。這兩項(xiàng)加起來(lái)已經(jīng)超過(guò)20億元，占換流站設(shè)備投資的絕大部分，是設(shè)備價(jià)值量最高的部分，后續(xù)可以保持關(guān)注。
6.尾聲
前文已述，特高壓的建設(shè)周期在1.5-2年，而相關(guān)電力設(shè)備的訂單交付驗(yàn)收也將跟隨特高壓的建設(shè)周期。一般而言，設(shè)備訂單的付款方式遵循3-3-3-1的原則，即新簽訂單支付30%、發(fā)貨前支付30%、驗(yàn)收后支付30%以及最后10%的后期服務(wù)費(fèi)用，當(dāng)然，不同企業(yè)雙方的協(xié)定會(huì)有所差別。那么，自2023年特高壓加速建設(shè)以來(lái)，一年多的時(shí)間已經(jīng)過(guò)去，當(dāng)前已經(jīng)來(lái)到了過(guò)往訂單交付驗(yàn)收和新簽訂單陸續(xù)到來(lái)的雙重共振時(shí)期，相信當(dāng)前階段相關(guān)企業(yè)的業(yè)績(jī)能夠得到有效兌現(xiàn)，特高壓建設(shè)及電力設(shè)備公司在“十五五”期間的未來(lái)依然可期。
