作者：招商银行研究院 授信审批部 战略客户部
原标题：碳达峰碳中和系列研究之电力设备篇 ——电网投资内外需共振，特高压核心设备和智能电 表有望受益
■ 国内电网投资规模有望稳步增长，“十四五”末期特高压骨干网建设是主要方向。全社会用电需求的持续增长和未来新型电力系统建设驱动电网投资规模不断增加。国内电网投资主体主要是国网和南网，“十四五”期间二者计划总投资金额达到近3万亿元，较“十三五”总量增加12.4%。考虑到2021-2023年国内电网工程累计投资金额仅1.52万亿，未来2年电网投资CAGR或将达到4%以上。未来2年为保障国内第二批风光大基地项目新增外送通道的建设，特高压主网将成为电网投资的增长点。
■ 海外电网投资市场空间广阔，欧美和新兴经济体电网投资需求旺盛。根据IEA的数据，2022年全球电网投资规模达到约3320亿美元，除中国外的海外市场空间约是国内电网投资规模的3倍左右。未来全球电网投资的增量看点主要在欧美和新兴国家市场，其中欧洲市场可再生能源并网需求高涨，电网投资亟待跟上新能源并网步伐，预计2030年前欧盟年均电网投资规模较过去增长10%左右；美国市场增长主要来自于存量老旧电网升级改造以满足算力、AI和智能电动车等增长的用电需求；新兴国家电网投资增长主要为保障电力的可靠供应。
■ 国内电网投资产业链成熟，特高压主网设备采购放量，竞争格局基本稳定。随着国内特高压交直流项目陆续核准开工，设备招标采购也逐步放量。根据特高压交直流项目设备采购的价值量占比可以看出，变压器、换流阀和组合电器是核心设备。特高压核心设备基本由重组后的中国电气装备集团成员企业稳定供货，整体市场集中度高。未来柔性直流输电技术导入特高压输电项目，对换流阀的IGBT提出更高的性能要求，这也是目前特高压设备中唯一需要国产替代的方向。
■ 国内变压器和智能电表等产品迎来出海良机。国内电力设备出口正处于“低价值”往“高价值”切换的阶段，未来附加值更高的变压器和智能电表等产品有机会加快出海步伐。变压器海外供给短期存在缺口，国内厂商可通过产品认证+渠道销售、合作打捆和海外建厂等方式出海。智能电表全球市场格局分散，国内电网招标竞争日趋激烈，国内头部电表企业积极解决出海中面临的产品认证、渠道布局和本土化制造等问题寻求新的增长极。
正文
今年两会政府工作报告提出了“加强大型风光基地和外送通道建设”，结合近期我们关注到电力设备行业或将迎来内外需共振，相应的供给端特高压主网核心设备和智能电表等细分领域有望充分受益。对于商业银行而言，需要提前把握本轮电力设备行业的景气度上行周期，积极布局特高压核心设备等高端市场和智能电表等中端市场的业务机会。
国内电网投资金额有望稳步增长，特高压主网是“十四五”末期主要投资方向
（一）电力需求持续增长，叠加新型电力系统建设驱动电网投资不断增加
电力需求持续增长使得电网投资始终保持同步增长。全球电力需求的增长与宏观经济的发展密不可分，以中国市场为例，国内的全社会用电量增速与GDP增速呈现高度耦合的关系。随着新冠疫情走向结束，全球主要经济体国家在经过疫情冲击经济衰退后逐步迎来了温和复苏，整体的用电需求较过去几年有了一定的增长。2023年全球电力需求同比增长2.2%，中国全社会用电量增速更是达到了6.7%的水平，根据IEA的预测，未来3年全球经济增长将带动电力需求的快速增加。考虑到居民和交通领域终端用能的电气化水平还在不断提升，数据中心建设和工业化生产对于电力的需求更为强劲，未来电力需求年均增速可能会超出市场的预期。持续增长的用电需求促使电网增加设备投资，以保证全体电力用户基本用电需求得到及时满足。
图1：全球不同区域用电需求增速预测情况
资料来源：IEA、招商银行研究院
图2：中国名义GDP与全社会用电量的同比增速
资料来源：Wind、招商银行研究院
电力系统深度脱碳转型需要电网侧持续增加投资以实现源网端的友好互联。实现“碳达峰碳中和”的根本路径之一在于电力行业深度脱碳，电源结构需要在过去以火电为主力电源的供应体系的基础上，逐步往以风电光伏为代表的新能源发电为主力电源转变。
而电力系统中当新能源发电的渗透率逐步提升至13%甚至更高水平时，新能源发电出力的随机性、波动性对电网实时平衡能力造成较大的冲击，电网对于接入更高比例的新能源需要付出更高的消纳成本。电力系统在实现高比例、大规模新能源接入的同时，需要电网侧持续增加储能、电力电子设备、外送通道、配网和软件信息化相关的投资升级，以实现电源端与电网端的友好互联。
图3：新型电力系统“三步走”发展路径
资料来源：《新型电力系统发展蓝皮书》、招商银行研究院
图4：新能源渗透率提升增加电网灵活性资源需求
资料来源：国际能源署、招商银行研究院
（二）“十四五”期间国网和南网计划投资总量增长显著，预计未来2年电网投资保持高位运行
国内电网投资金额每五年规划不断上调，上一轮投资高峰在“十三五”初期。国内电网投资主体主要为国家电网、南方电网和内蒙古电力公司，其中国家电网年度投资金额占比最高约77%左右，其次是南方电网占比约18%。
国内电网投资金额自“十二五”以来不断增加，2011-2015年期间国内电网累计投资达到2万亿元，主要投向特高压线路、智能电网建设和农网配网改造；2016-2020年电网累计投资总额2.58万亿元，其中16-18年三年电网年均投资金额在5381亿元，达到了历史顶峰水平，主要为加大特高压外送通道的投资力度，解决西部地区严重的新能源消纳问题。
图5：国内电网工程投资金额及增速复盘
资料来源：国家能源局、招商银行研究院
“十四五”国网和南网合计规划投资继续增长，24-25年国内电网投资有望迎来集中兑现。电网投资一般在每个五年规划的初期就已制定完成，五年期间之内按照年度分解投资目标，因此电网投资在一个五年时间期内存在显著的节奏特征。
根据“十四五”初期国网和南网的投资规划，国家电网计划累计投资约2.23万亿元，南方电网计划累计投资6700亿元，二者合计达到2.90万亿元，而2021-2023年国内电网累计投资金额才达到1.52万亿元，因此24-25年将成为电网投资集中兑现期。根据年初的国网工作会议，2024年国家电网计划投资金额在5000亿元以上，叠加南网的投资体量，预计今年全年国内电网工程投资规模有望增加至5500亿元左右，2023-2025年国内电网工程投资规模年均复合增速在4%左右。
图6：国家电网年度电网投资金额变化情况
资料来源：国家电网社会责任报告、招商银行研究院
图7：南方电网年度电网投资金额变化情况
资料来源：南方电网社会责任报告、招商银行研究院
（三）保障大基地外送通道建设是“十四五”末期国网投资的重点
国内电网投资结构上主要聚焦于特高压主网、配电网、信息化和其他主网等方面。特高压主网建设是国家电网完善电网骨干架构的核心任务，可以有效解决我国集中式新能源发电与主要用电负荷在时间与空间上的错配问题，推动新能源的大规模消纳。
同时特高压主网建设可以有效拉动电气装备制造产业链的投资，在经济下行压力较大时期可以起到逆周期调节的作用，“十四五”期间国内特高压主网年均投资金额在700-1000亿元左右，占国网“十四五”投资总额的25%左右。随着国内分布式新能源电源快速增长以及高比例电力电子设备接入电网，配电网的可接入容量和承载能力受限，因此“十四五”期间国内电网投资大部分比例开始往配电网侧倾斜，年均投资金额高达2400-3000亿元左右，占五年总投资金额的60%左右。
2024年初国网工作会议上提出要致力于打造“数智化坚强电网”，这其中就包括了电力信息化和其他主网投资，未来新型电力系统对于电网调度调节的稳定性和安全性要做到“可观可测可控”，“十四五”国家电网在电力信息化和其他主网侧方面的投资力度有所增加，年均投资金额在600-700亿元左右。
图8：国内电网投资金额年度分拆结构情况（2016-2021年）
资料来源：国家电网、南方电网、招商银行研究院
特高压投资是拉动电网增量投资的关键，未来国内风光大基地项目规划需要持续配套特高压外送通道建设。国内电源与电网侧的投资存在一定时间上的错配，电源侧投资从建设投产到并网整体时间间隔相对较短，基本上1-1.5年之内能够实现快速增长放量，而电网侧尤其是特高压输电通道建设通常需要1.5-2年左右，显著滞后于电源侧投资。
上一轮电网投资高峰正是西部地区新能源发电装机快速增加面临弃电率居高不下的时期，在特高压外送通道批复建设到完工运行后，西北五省的弃电率明显好转。“十四五”期间国家规划了一二期的风光大基地项目，其中一期97.05GW风光项目在2023年底大多实现并网发电，二期沙戈荒基地项目合计规划450GW左右，分别在十四五末期和十五五期间建成并网，外送比例分别为75%和65%，高度依赖特高压外送通道的建设。
截至2024年一季度，国内弃风和弃光率分别达到4.0%和3.9%，较2023年底有明显回升，西北地区由于新能源渗透率较高消纳问题更加严峻，因此需要未来持续新增特高压投资保障新能源发电的高质量消纳。
图9：2015-2024Q1我国弃风弃光率变化情况
资料来源：国家能源局、招商银行研究院
表1：“十四五”第二期风光大基地项目规划情况
资料来源：国家能源局、招商银行研究院
国网“十四五”高压规划目标亟待完成，24-25年需发力密集建设。国家电网在“十四五”期间规划建设“24交14直”合计38个特高压工程项目，总投资金额约3800亿元，但“十四五”初期由于疫情等因素影响，部分项目存在核准开工建设进度延迟的情况。
根据统计2021-2023年直流和交流特高压工程分别开工5条和8条（单条交流项目中含有多个工程），24-25年特高压直流和交流项目待核准开工的至少有5条和2条，对应增量投资金额约1700亿元左右。根据近期国家能源局《关于做好新能源消纳工作，保障新能源高质量发展的通知》来看，新能源配套的送出电网工程项目存在明确的加速预期。
图10：特高压工程招标数量情况
资料来源：国家电网、南方电网、招商银行研究院
表2：国内第二批大基地项目新增外送通道情况
资料来源：
国家能源局、招商银行研究院
图11：截至2020年底国网特高压已经建成的路线图
资料来源：国家电网、招商银行研究院
全球电网投资保持稳定增长，海外市场空间广阔，欧美和新兴国家市场电网投资需求旺盛
（一）扣除中国电网投资规模外，海外市场空间广阔
全球电网投资规模巨大，海外市场空间广阔，投资结构与国内市场类似，以配电网为主。根据IEA的数据，2022年全球电网投资总额约3320亿美元，其中中国电网投资金额约830亿美元，尽管中国电网投资已经连续多年位居全球前列，但是除中国之外的海外电网投资金额是国内电网投资金额的3倍左右，海外市场空间广阔。全球电网投资分结构来看基本呈现与国内电网投资类似的特点，主要以配用电环节投资为主，根据2022年全球电网投资的结构分拆情况，输变电和配用电环节的投资金额占比分别为46%和54%。
图12：全球电网投资金额变化情况（亿美元）
资料来源：IEA、招商银行研究院
图13：全球电网投资金额分区域市场占比（%）
资料来源：IEA、招商银行研究院
未来全球电网投资或将保持稳定增长，除增量驱动因素外存量电网线路更新换代需求不可忽视。根据BNEF的数据预测，按照海外重点国家规划的净零排放目标来算，未来30年全球的电网投资累计市场规模或将达到21.4万亿美元，预计2050年全球电网的投资规模达到8710亿美元，这一规模相当于2022年全球电网投资总额的3倍左右，未来全球电网投资的增量空间还有2倍左右。
按照上述的预测数据，2022-2050年全球电网投资的年均复合增速在8%左右，未来要想实现这一增速还需要全球各国在电网投资的政策、监管、技术许可和配套供应链等方面加以支持。全球电网投资稳定增长除了用电需求增加和新能源并网驱动外，存量电网线路更新换代需求潜力巨大，尤其是发达地区的电网线路老龄化严重可能给电力系统带来安全和可靠性的问题。根据IEA的数据，发达国家中美国、欧盟和日本等地50%以上的电网基础设施已经运营超过20年，未来存量服役到期的电网基础设施在全球能源转型的趋势下势必会迎来退役更新期。
表3：全球主要国家和地区电网投资增速预测
资料来源：IEA、招商银行研究院
图14：发达地区电网系统老龄化问题严重
资料来源：IEA、招商银行研究院
（二）海外市场电网投资增量看点主要在欧美和新兴国家市场
欧盟推出电网投资行动计划以保障新能源并网消纳是未来欧洲电网投资增长的主要动力。过去欧洲能源结构对从俄罗斯进口的天然气依赖度较高，2022年俄乌冲突使得欧洲也开始认识到能源电力保供的重要性并加速清洁能源转型。随着欧洲新能源发电装机爆发式增长，欧洲当地出现了新能源并网接入容量受限、存量输配电线路堵塞等问题，众多新能源项目并网延期滞后。
2023年11月欧委会正式发布《欧盟电网投资行动计划》，规划在2030年前投入5840亿欧元加速电网投资，重点投向配电网、数字化和欧盟成员国跨境输电项目等，预计未来欧洲电网投资存在加速预期。
图15：欧盟电网投资行动计划年均投资增长10%
资料来源：EU、招商银行研究院
图16：欧洲各类电力装机量变化情况预测
资料来源：EMBER、招商银行研究院
美国输电线路更新改造投资潜力巨大，未来或成为美国电网投资的增量看点。近年来美国公布了《通货膨胀削减法案》开始走向能源转型之路，同时还存在光伏等清洁能源制造业回流的诉求，而美国存量输配电线路大多建设于19世纪60-70年代，众多老旧配电线路严重制约了美国本土制造业用电供应和清洁能源并网消纳，美国电网基础设施升级改造迫在眉睫。
根据Brattle预测，美国2016-2050年间输电线路改造投资年均在100亿美元左右。美国政府开始通过《基础设施投资与就业法案》的立法和出台《建设更好电网计划》，升级整合洲际间的输电线路，以最大限度保障自身的电力供应和利用可再生能源，实现2050年净零排放目标。根据BNEF的预测，2022-2050年美国电网投资或将累计达到3.8万亿美元。
图17：美国输电线路更新带来的投资需求预测
资料来源：Brattle estimate、招商银行研究院
图18：美国电力建设投资加快
资料来源：US Census Bureau、招商银行研究院
发展中国家等新兴经济体电网投资亟待加速保证电力供应能够满足日益增长的用电需求。发展中国家等新兴经济体目前仍处于经济快速增长时期，同时也处于清洁能源转型的初级阶段，当地的用电需求旺盛，比如中东、东南亚、北非等国家。然而新兴经济体国家电网存在覆盖率低、可靠性差、损耗大等供应问题，电网投资仍需加快步伐缓解国内的电力供需矛盾。
图19：发展中国家电力需求增长迅速
资料来源：IEA、招商银行研究院
国内电网投资产业链成熟，特高压主网设备采购放量，竞争格局基本稳定
电网投资主要包括电力设备的采购支出，电力系统中使用到的电力设备门类繁杂，一般可以分为一次设备和二次设备。其中一次设备是指用于生产、输送、变换、分配和使用电能的设备，主要包括了变压器、开关、电抗器、电容器、互感器、换流阀、组合电器、绝缘子和电线电缆等。而二次设备是指对电力系统发输变配用五大环节中一次设备系统的运行状态进行测量、监控、控制和调节等，主要包括了电表、继电保护装置、控制系统和调度系统等。
图20：电力设备分类情况
资料来源：招商银行研究院
我国电网设备技术水平已经处于全球领先地位。得益于我国独有的特高压输电工程投资建设，我国高压直流输电总距离保持在全球领先水平，同时国内特高压输配电项目形成了一套成熟且完备的供应链体系。2016年左右我国特高压电网的电气设备就实现了将近100%的国产化，目前仅有个别细分零部件环节（比如柔性直流换流阀的IGBT）尚未完全国产化突破。考虑到未来2年国网主要投资重心在特高压主网环节，本篇报告主要分析国内的特高压核心设备及其市场竞争格局情况。
图21：中外各等级输电线路建设历程对照
资料来源：北极星输配电网、招商银行研究院
图22：特高压关键技术零部件国产化情况
资料来源：Asplund、招商银行研究院
（一）特高压主网设备中变压器、换流阀和组合电器是核心
特高压直流输电线路更适用于长距离、大容量的超高压输电。特高压项目一般可分为交流项目（1000千伏）和直流项目（±800千伏），二者都是高压输电技术但是它们的输电方式、输电距离和输电损耗等方面差异显著。其中特高压交流输电是通过变电站将电能从发电厂通过变压器升压为特高电压1000千伏，再由输电线路将电能输送到目的地，最后由变压站降压送至用户电网，最大传输距离约1600公里，需要3条以上的导线输电损耗较高。而特高压直流输电则是将发电厂升压后经过整流器变为直流，再由输电线路将直流电输送至目的地，最后经过逆变器将直流转换为交流送入用户电网，其最大传输距离可达3000公里，需要2条导线输电损耗相对较低。特高压交流输电多应用于短距离输电，如城市主干线路和地区间的高压输电，特高压直流输电更适合长距离大容量的场景，如跨越国家或者跨越大陆的超长距离高压输电。
表4：特高压直流与交流项目特点对比
资料来源：招商银行研究院
特高压直流项目单线投资金额相对更高，未来国内规划建成的以直流项目为主。我国单条1000千伏特高压交流项目投资金额在100亿元左右，其中设备投资占比约20%-30%；单条±800千伏的特高压直流项目的投资金额通常在200-300亿元左右，其中设备投资占比在25%-35%左右，电线电缆和铁塔的投资与线路长度相关，投资占比约30%，剩下的35%左右的投资为基建和其他项目。根据“十四五”国家电网特高压“三交九直”的项目规划情况来看，未来2年要想满足第二批大基地项目的外送通道建设需求，特高压直流工程的项目将占据主导地位。
图23：特高压项目投资的综合经济社会效益显著
资料来源：国家电网、招商银行研究院
图24：国内特高压输电线路开工数量情况
资料来源：国家电网、国家能源局、招商银行研究院
特高压交直流设备供应链略有差异，整体看变压器、换流阀和组合电器是核心设备。特高压交流项目设备采购中组合电器和交流变压器价值量最高，而直流项目设备采购中换流变压器和换流阀价值量占比最高。根据电规总院和国家电网特高压项目招标项目为例，特高压交流工程的设备投标金额占比中，1000千伏组合电器占比48%，其次是1000千伏交流变压器占比23%；特高压直流工程的设备投标金额占比最高的是换流变压器（占比47%）和换流阀（19%）。基本上一次设备价值量显著高于二次设备，一次设备中交流变压器、换流变压器、换流阀和组合电器是特高压项目的核心设备。
图25：特高压交流项目设备采购金额占比
资料来源：电规总院、招商银行研究院
图26：特高压直流项目设备采购金额占比
资料来源：国家电网、招商银行研究院
（二）特高压核心设备市场集中度高，竞争格局稳定
特高压设备市场集中度高，主要由重组后的中国电气装备集团成员企业稳定供货。根据2023年国家电网特高压设备批次企业中标金额占比情况，前十大厂商合计占比高达76.8%，其中中国西电、平高电气、山东电工集团和许继电气均位于前十。国网特高压设备招标情况多年来保持稳定，基本上考量企业的产品质量、价格、历史业绩表现以及与国网电科院的合作研发情况等因素，头部企业的竞争优势明显。2021年上述四家企业经过重组整合成立了中国电气装备集团，旨在整合内部产能优化同业竞争，集中资源大力拓展海外市场提高央国企电力设备企业的全球竞争力。
图27：2023年特高压设备批次企业中标金额排序
资料来源：国家电网新一代电子商务平台、招商银行研究院
图28：中国电气装备集团股权架构图
资料来源：公司债券募集说明书、招商银行研究院
交流变压器与换流变压器市场竞争格局类似均呈现“四家独大”的特点。变压器是在电力系统中利用电磁互感应原理变换电压、电流和阻抗的器件。而换流变压器是直流输电场景中是关键一次设备，与常规交流变压器相比，它具备交直流整流、逆变换流以及耐受直流电压等功能，其制造成本高、工艺相对复杂，质量控制难度较大。国网特高压交流变压器和换流变压器的市场集中度非常高，CR4分别高达95%和86%，市场基本被特变电工、保变电气、中国西电和山东电工集团四家企业瓜分。
图29：2023年交流变压器市场份额特高压批次
资料来源：国家电网新一代电子商务平台、招商银行研究院
图30：2023年换流变压器市场份额特高压批次
资料来源：国家电网新一代电子商务平台、招商银行研究院
换流阀竞争格局高度集中，未来柔性直流输电技术对换流阀功能要求更高。换流阀的主要功能在于把交流电变换为直流或实现电流的逆变换，是特高压直流输电的核心设备，其结构包括了晶闸管级、阀组件阀模块、相关的均压阻尼和冷却部件等。国内特高压换流阀市场被国电南瑞、许继电气、中国西电和北京ABB电力系统公司瓜分，市场份额占比分别为50%、23%、17%和10%。未来为了保障特高压直流输电线路更加高效地传输和消纳可再生能源，具备高度灵活性的柔性直流技术有望逐步导入，对于换流阀的核心元器件IGBT提出了更高的要求，由半控型往全控型转变，同时价值量较过去增加3倍左右。换流阀的核心IGBT的国产化推进将会持续降低柔性直流输电成本，加速特高压柔性直流技术的商业化落地进程。
图31：柔性直流输电技术导入后对换流阀带来的变化
资料来源：中国电气装备公众号、招商银行研究院
组合电器（GIS）市场集中度高但因其在交直流项目都有应用，参与者相较其他环节更多。气体绝缘全封闭组合电器是将2种或2种以上的高压电器按照电力系统主接线要求组成一个有机的整体，而各电器仍然保有原规定的功能装置，主要包括了断路器、隔离开关、接地开关、互感器、避雷器、母线等。组合电器在特高压交直流项目中都有应用，交流项目中价值量占比更高，目前已经形成平高电气、中国西电、新东北电气、山东电工集团四家为主的竞争格局，CR4合计达93%，剩下7%左右的市场份额因参与者较多面临较为激烈的竞争。
图32：2023年换流阀市场份额特高压批次
资料来源：国家电网新一代电子商务平台、招商银行研究院
图33：2023年组合电器市场份额特高压批次
资料来源：国家电网新一代电子商务平台、招商银行研究院
国内变压器和智能电表等产品迎来出海良机
（本部分有删减，招商银行各行部如需报告原文，请参照文末方式联系研究院）
-END-
风险提示：本文内容由招商银行股份有限公司提供，仅供参考，不构成任何业务的宣传推介材料、投资建议或保证，亦不作为任何法律文件。文中所包含的数据信息、观点、得出的结论和建议等仅供参考，也不做任何投资建议或收益暗示、承诺及担保。理财非存款，基金有风险，投资须谨慎。