特高压工程即将获准开工,柔性直流输电技术站上“顶流”,市场空间有多大?

能源投资喵 2022-08-04

直流输电特高压换流站

3191 字丨阅读本文需 8 分钟

8月3日,国家电网公司重大项目建设项目公布,年内将再开工建设“四交四直”特高压工程,加快推进“一交五直”等特高压工程前期工作,争取早核准早开工。

具体看,国家电网计划下半年陆续开工建设金上—湖北、陇东—山东等“四交四直”8项特高压工程,总投资超过1500亿元。同时,加快推进大同—天津南交流以及陕西—安徽、陕西—河南等“一交五直”6项特高压工程前期工作,总投资约1100亿元。

另外还加快推动超高压电网项目建设,年内将再投产1002项110千伏-750千伏工程,同时加快开工1004项110千伏-750千伏工程。

据悉,目前国家电网在建项目总投资8832亿元。到年底前,预计再完成近3000亿元电网投资,开工一大批重大工程,项目总投资4169亿元。届时在建项目总投资有望创历史新高,达到1.3万亿元,带动上下游产业投资超过2.6万亿元。

特高压新一轮投产高峰即将到来

本次国家电网重大项目推进会,特高压直流输电项目最为关注。国家电网在“十四五规划”中提出的新特高压规划是“三交九直”。根据媒体此前报道,“九直”工程此前尚未得到批准,从本次推进会可以确认,“九直”中的“四直”已经获得核准且下半年开工建设。另外“五直”还处于推进阶段。

申银万国7月11日研报指出,特高压直流首批工程预计2023年初开工,预计下半年至明年上半年特高压直流工程将密集核准,核准强度将远超历史水平。从目前情况看,特高压直流输电工程开工及核准时间比券商预期的要提前。

申银万国还表示,为保证第二批风光大基地如期并网,“九直”均会在2024年和2025年建成投运,特高压新一轮投产高峰即将到来。特高压设备供应商的收入体现基本与投运年份一致,2024年、2025年相关设备供应商业绩有望迎来高增。

特高压直流输电线路主要用于新能源远距离、大规模输送以及区域间非同步连接。风电、光伏大基地建设提高了跨区域、跨省大规模输送新能源电力需求,对电网输送和安全可靠运行能力提出新的要求,特高压交直流输电工程建设需求随之增加。

柔性直流站上高峰

柔性直流输电技术是当今电网科技领域具革命性和挑战性的一项崭新技术,其可控性好、适应性强、运行方式灵活、适用场合多,在新能源消纳和智能电网建设中具有广阔的应用前景。

柔性直流输电是采用可自关断的全控型电力电子器件(如IGBT等)的新一代直流输电技术。在电网中应用柔性直流输电技术,相当于在电网中接入了电源和阀门,不仅能有效控制系统中的电流,快速切除和隔离故障,还可以更加灵活地响应电网需求。

与传统直流输电技术相比,柔性直流输电技术的“柔性特质”有哪些具体表现?一是具有动态无功支撑能力,可有效抑制电压波动;二是不存在换相失败问题,可接入弱电网,可为无源系统供电,适用于孤岛、海上新能源并网;三是可实现有功功率和无功功率的独立控制,控制方式更加可靠灵活;四是潮流反转迅速,易于构建多端直流系统或直流电网;五是在同等电压容量的条件下占地面积小,且规避了谐波大、交直流滤波器占地大等缺点。然而,由于元器件和调制技术的限制,柔性直流输电技术也存在损耗较大、设备成本较高及容量相对较小等不足。

综合考虑上述技术特点,柔性直流输电技术在提升电力系统稳定性、提高配电网的灵活性、增强电网对清洁能源的消纳能力等方面有显著优势,为解决多端直流联网、缓解城市集群负荷压力等提供了全新的技术方案。这一技术是实现孤岛供电、海上风电传输的可靠和有效技术手段,也是构建多种形态能源互联网与智能电网的有力选择。

国家电网公司于2006年提出柔性直流输电技术总体规划,正式启动柔性直流输电重大科技专项。在这一规划的指导下,国网经济技术研究院迅速响应并组建了柔性直流技术攻关团队,针对柔性直流输电成套技术开展系统化研究。历经十余年科研攻关与创新实践,我国已完全掌握了柔性直流成套技术,并不断在实际工程中应用实践,取得多个“世界首创”,有力推动了柔性直流装备国产化及相关产业链的全面进步。

重要环节市场空间测算

直流输电工程总投资与线路长度有关。直流输电工程总投资可分为换流站投资部分和 线路投资部分,其中线路部分投资和线路长度成正比,而换流站部分则相对固定。由于线 路部分技术含量较低,竞争激烈,我们主要分析换流站部分。 常规换流站——电力设备是换流站最主要投资部分,其中换流变和换流阀占比最高。 我们以今年投产的一座典型换流站投资参考分析,单个常规换流站静态投资 49.6 亿元,其 中设备购置费达到 34.6 亿元,整个换流站投资的 69.8%。其中换流变和换流阀投资分别为 16 亿元和 7.2 亿元。其它占比较高的设备包括直流及控制系统(1.58 亿元)、GIS(1.33 亿元)、直流穿墙套管(0.7 亿元)等。

柔性换流站——投资大幅增长,换流阀成为占比最高的设备。但是如果采用柔性换流 站,投资就会大幅上涨。柔性换流站和常规换流站最主要的区别是采用柔性换流阀,并且 无需直流滤波设备和交流滤波设备。 以乌东德工程为例,该工程设有两个受端换流站,容量分别为 5000MW 和 3000MW, 两个受端换流站总投资约 89.3 亿元。其中柔性换流阀和换流变的投资最高,分别达到 31.3 亿元和 14.8 亿元,其它重要设备包括直流控保(3 亿元)和直流电抗器(2.0 亿元)等。

而对于白鹤滩—江苏工程,由于技术路线不同,于乌东德工程投资构成差别较大。该 工程的受端换流站静态投资高达 90.3 亿元,设备购置费 56.3 亿元,占比为 62.4%。其中柔性换流阀、换流变和常规换流阀投资最高,分别为 17.1 亿元、18 亿元、3.8 亿元。其它 重要设备包括直流控保(2.2 亿元)、平波电抗器(2.9 亿元)、GIS(3.4 亿元)等。

对于存量常规直流改造为柔性直流,我们以张北工程作为参考。张北工程单个± 500kV/3000MW 换流站总投资约为 27 亿元,设备购置费占比达到 73.5%。其中换流阀和 换流变的占比最高,分别达到 24.8%(6.79 亿元)和 13.2%(3.61 亿元)。对于背靠背柔直,由于技术路线相对较多,我们以渝鄂工程单 GW 投资进行估算。渝 鄂工程单站换流阀投资约 6 亿元。背靠背工程通常采用对称单极路线,变压器技术含量低, 价值量相对前面的工程也不高。

风光建设要靠特高压“支持”

今年 3 月国家发改委、国家能源局印发了《以沙漠、戈壁、荒漠为重点的大型风电光 伏基地规划布局方案》,2030 年规划建设风光基地总装机约 455GW,其中库布奇、乌兰 布和、腾格里、巴丹吉林沙漠基地规划装机 284GW,采煤沉陷区规划装机 37GW,其它 沙漠和戈壁地区规划装机134GW。其中,十四五时期规划建设风光基地总装机约 200GW, 外送 150GW;十五五时期规划建设风光基地总装机约 255GW,外送 165GW。

十四五的大基地的外送尚可以利用少量存量通道,但到十五五基本只能依赖新建通道, 我们从可再生能源输送需求的角度对十五五期间所需特高压直流的数量进行测算。在进行 测算之前,我们进行如下假设: (1) 以第二批风光大基地作为特高压外送的主要电源,共约 455GW,假设风、光 分别占 60%、40%;第二批风光大基地主要将以跨省跨区的方式送出,其中 十四五期间外送 150GW,十五五期间外送 165GW。

(2) 根据要求,新能源消纳率取 95%; (3) 特高压直流通道利用率,按照能源局要求利用小时数不低于 4500 小时,即 51%,我们按 55%考虑; (4) 新能源电量占比,现有工程最高约 50%(非水电电源),按能源局要求需进 一步提高,取 55%较为合适; (5) 特高压直流电压等级和输送容量一律按照±800kV/8000MW 考虑; (6) 风电利用小时数按 2500h,光伏利用小时数按 1400h,每条特高压配置 400 万千瓦火电(即无风无光时可保证一半的输送能力)。

第二批以上项目进度需要与第二批大基地建设相匹配,即全部在 2030 年前投产。按一 条特高压建设周期 2 年计算,2028 年最后一批就需要开工,年均开工 4~5 条。 考虑上述大基地并非外送电力的全部,西南水风光基地也有一定的外送需求,此外电 源在碳达峰目标下电源和相关工程推进有加快的可能性,按 2030 年前年均 4~5 条特高压 直流的开工建设数量来测算市场空间我们认为是偏保守和可靠的。

从更长远看,特高压直流建设将贯穿碳中和始终。根据相关机构研究成果,为达成碳 中和,我国仍需要大幅度增加区域间电力流规模,若要达成碳中和,2050 年区域间每年电 力流需达到约 2410TWh(两个区域双向电力流仅计算较大一方,下同),相比之下 2021 年我国跨区输电规模为 509TWh,也就是说到 2050 年前,我国跨区输电规模仍需继续扩 大 4 倍,此项功能将主要由特高压直流来承担。目前我国已建跨区输电规模为 208GW,意 味着到 2050 年仍需新建约 800GW 通道,对应 100 条特高压,平均每年新建近 3~4 条。 也就是说特高压直流高强度建设将贯穿碳中和始终。

文章来源: 未来智库,数据宝

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