2022年电力信息化行业研究.docx
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1、2022年电力信息化行业研究1.电网改革:新能源革命1.1.为什么要进行电网改革电网改革的目标是构建以新能源为主体的新型电力系统。践行碳达峰碳中和战略,能源是主战场,电力是主力军。2020 年电力行业占能源行业二氧化碳排放总量达 42.5%,是我国碳排放占比最大的单一行业, 减排效果对实现“双碳”目标至关重要。“十四五”是碳达峰的关键期、窗口期,要深化 电力体制改革,构建以新能源为主体的新型电力系统。构建新型电力系统保障能源供应安全、带动新能源技术和全产业链发展。近年来, 我国能源对外依存度呈上升趋势,2020 年石油对外依存度达到 73.6%,2021 年略降至 72%。2020 年天然气对
2、外依存度达到 43%,2021 年增长至 46%。国家能源安全形势日 趋严峻。发展风、光等新能源对保障能源安全具有积极意义。此外,近年来我国陆上风 电、光伏发电装机规模均位列世界第一,海上风电装机规模 2021 年从世界第二跃居至 第一,形成了完整的具有领先技术水平和全球竞争力的新能源产业链与供应链,然而, 新能源装机仅仅是一个开端,围绕新能源,发电、输电、配电、售电等环节都需要做出 调整。新能源将成为新增电源的主体,并在电源结构中占主导地位。随着能源革命进程加 快推进,新能源将迎来快速增长。根据国家发改委等制定的“十四五”可再生能源发展 规划,“十四五”期间,可再生能源发电量增量在全社会用电
3、量增量中的占比要超过 50%,风电和太阳能发电量实现翻倍。预计到 2030 年,我国新能源发电量占比将超过 25%。我国可再生能源将进入高质量跃升发展新阶段。1.2.电网改革的关键:提升新能源消纳能力构建以新能源为主体的新型电力系统,核心在于统筹新能源与电力保障、电网安全 的关系,以及统筹新能源与供电成本的关系。 新能源电力具有波动性和不稳定性,而电力系统需要发电出力和用电负荷的实时平 衡。新能源发电量的大小与风力的大小、太阳光照的强弱有着很大的关系,而自然现象 很难人为控制,不确定性较大,因此导致了风力发电和光伏发电的波动性和间歇性特征。 电力系统需要保持发电出力(功率)和用电负荷(功率)的
4、实时平衡。由于电能不易存 储,且电能的传输速度与光速相同,因此在电力系统中“发电输电用电”是在一瞬 间完成的,电能的这一特点对电力系统提出了很高的要求,发电出力(功率)与用电负 荷(功率)要基本实现实时平衡(偏差不能超出一定范围)。解决新能源消纳的问题,主要方法包括: 1)就地消纳,推动绿色电力在交易组织、电网调度、价格形成机制等方面体现优先 地位,为市场主体提供功能健全、友好易用的绿色电力交易服务。同时,在具备条件的工业企业、工业园区,加快发展分布式光伏、分散式风电等新能源项目,提高终端用能 的新能源电力比重。 2)加快外送通道建设。在新能源就地消纳能力有限的情况下,通过外送通道将新 能源电
5、力输送至用电负荷较高的发达地区。从长远看,提高新能源消纳水平,需要加快 构建新型电力系统,突破省际壁垒,从电网技术、交易机制、基础设施等多方面发力, 实现新能源电力在全国范围内的合理配置。3)探索多渠道储能路径。近年来,不少新能源富集地区实施了抽水蓄能、绿电制氢 等储能项目,一定程度上提高了新能源的利用水平。通过将暂时富余的风电、光电转化 成其他形式的能源,在用电高峰时再次转化成电能输出,可以有效实现新能源电力的“错 峰上市”。2.电力信息化:电网改革的基础解决新能源消纳问题,首先必须实现电力信息化。由于新能源具有随机性、波动性 以及间歇性等特点,与传统能源的电力特性具有较大差异,“十四五”现
6、代能源体系规 划明确提出要推动电力系统向适应大规模高比例新能源方向演进,统筹高比例新能源 发展和电力安全稳定运行,加快电力系统数字化升级和新型电力系统建设迭代发展。新 能源消纳对发电、输变配电、售用电侧的信息采集、感知、处理、应用等环节建设都提 出了更高要求,因此首先必须实现电力信息化,从而实现电网、设备、客户状态的动态 采集、实时感知和在线监测,推动电网主动适应集中式和分布式能源发展。电网改革的思路:管住中间,放开两头。由于输配电环节具有自然垄断特性,主要 通过强化政府监管来厘清成本、制定价格,因此电力体制改革的基本思路是“管住中间, 放开两头”,也是改革要确立的新的电力体制架构。“管住中间
7、,放开两头”针对的主要 是电力系统的物理环节,而不仅仅是电力交易。发电、输电、配电是电力系统的三个子 系统,输电网居中,发电厂和配电网处于两侧。因此,电网改革的主要思路是,管住输 电网,放开发电、以及配售电环节。过去,电网重输、次配、轻用。随着分布式资源大 量出现,用电负荷的峰谷波动性增加,导致配网资源不足,因此国网和南网的十四五配 网投资占比基本都超过 50%。因此,我们认为,输电侧主要看电网的投资进展,而放开的发电、配电、售电环节 是最有可能发生格局变化的环节,需要关注市场化的推进情况。 我们从电源、电网、辅助服务、电力交易几个方面来看电力信息化的变化。2.1.电源:强制配备功率预测和并网
8、控制发电侧信息化主要包括:1)功率预测,2)并网控制,3)电站综合管理。 功率预测、并网控制为电站必备功能。由于风能和太阳能的间歇性和波动性特征, 新能源发电的稳定性较差,发电电量较难预测,新能源电力的大规模集中并网会对电网 的稳定运行产生较大的冲击。而电力系统要求实时平衡,因此电网需要根据下游的用电 需求(一般下游用电需求相对稳定且可预测)提前作出发电规划(根据用电需求,按时 间段安排火电、水电、新能源电力等多种电源的发电出力),并根据实时的电力平衡情况 做出实时的电力调节和控制,由此产生了对新能源发电功率预测、并网控制的需求。考核要求逐渐加强,范围逐渐扩大。2018 年 2 月,国家发改委
9、和国家能源局发布 了关于提升电力系统调节能力的指导意见,意见提出“实施风光功率预测考核,将风 电、光伏等发电机组纳入电力辅助服务管理,承担相应辅助服务费用”。在这一背景下, 自 2018 年起,各地区能源局纷纷更新了本区域的发电厂并网运行管理实施细则和 并网发电厂辅助服务管理实施细则(“双细则”),加强了考核,要求新建电站必须具 备功率预测、并网控制功能,且未达标会对电站进行罚款。2021 年 12 月,国家能源局 发布新版“双细则”,明确新型储能和抽水蓄能等可调节负荷作为新增独立主体参与新 版“两个细则”考核和辅助服务,分摊机制由并网电厂内分摊变为发电企业与电力用户 共同分摊,考核范围进一步
10、扩大。2024 年功率预测市场规模 13.4 亿元。根据沙利文报告,2019 年我国发电功率预测 市场的市场规模约为 6.34 亿元,2019 年至 2024 年我国新能源发电功率预测市场年均复 合增长率将达到 16.2%,到 2024 年市场规模将增长至约 13.41 亿元,其中光伏发电功率 预测市场规模预计为 6.51 亿元,风力发电功率预测市场规模预计为 6.90 亿元。由于功 率预测系统需要结合当地地貌和气象条件不断调优,客户如果替换其他厂商系统还需要 经历较长的调试过程,因此客户黏性较高。并网控制系统:为了保障电网安全稳定运行,提高发电消纳能力,电站并网运行后 需要根据电网运行要求进
11、行功率控制。根据控制方式的不同,分为自动发电控制系统 (AGC 系统)、自动电压控制系统(AVC 系统)和快速频率响应系统。AGC 系统主要 控制并网有功功率,AVC 系统主要控制无功功率,快速频率响应系统主要调控电力系统 频率。并网智能控制系统 2024 年市场规模约 4.66 亿元,下游较为分散。根据沙利文的研 究,截至 2019 年,我国新能源并网智能控制系统的市场规模约为 2.61 亿元,预计 2019 年至 2024 年我国新能源并网智能控制系统市场的年均复合增长率为 12.30%,到 2024 年 市场规模将增长至约 4.66 亿元。目前国电南瑞、国能日新、金风科技等电力行业主要设
12、 备以及控制厂商均有参与,技术门槛相对不高,且不存在强者愈强的逻辑,市场较为分 散。 电站综合管理系统:系统具备智能监测、告警管理、运维管理、统计分析、日常办 公等多个模块,可实现电站远程监控、数据统一管理、智能运维、运营指标分析等功能, 可减少电站的人员配置,提高电站的运营效率和管理效率。电站综合管理系统一般主要 由金风科技等大型发电集团,或者国能日新等第三方软硬件服务提供商开发,竞争格局 较为分散。2.2.电网:核心调度首看国家队,智能运维蓝海市场开启2.2.1.调度系统:国家队优势显著电力调度系统是指直接为电网运行服务的应用软件,为各级电力调度机构生产运行 人员提供电力系统运行信息、分析
13、决策工具和控制手段工具。系统调度的主要工作有以 下几方面:1)预测用电负荷:对未来 24 小时或 48 小时进行全系统负荷预测,编制预 计负荷曲线,配备好相适应的发电容量(包括储备容量)。2)制订发电任务、运行方式 和运行计划:根据预测的负荷曲线,按经济调度原则,对水能和燃料进行合理规划和安 排,分配各发电厂发电任务(包括水电站、火电厂的负荷分配),提出各发电厂的日发电 计划;指定调频电厂和调频容量,安排发电机组的起停和备用,批准系统内发、输、变 电设备的检修计划;对系统继电保护及安全自动装置进行统一整定和考核,进行系统潮 流和稳定计算等工作,合理安排运行方式。3)进行安全监控和安全分析:收集
14、全系统主 要运行信息,监视运行情况,保证正常的安全经济运行。通过安全分析(采用状态估计 和实时潮流计算等应用技术)进行事故预想和提出反事故措施,防范于未然。4)指挥操 作和处理事故:对所辖厂、站和网络的重要运行操作进行指挥和监督。在发生系统性事 故时,采取有力措施及时处理,迅速恢复系统至正常运行状态。新一代调度系统开始迭代,市场空间 200 亿左右,分 5-10 年确认。电力调度系统 更新周期为 5-10 年,上一代调度系统 D5000 于 2010 年开始试点,随着新型电网建 设,更为复杂的应用场景对调度系统计算能力等提出了更高需求。2020 年新一代调度 系统开始试点,目前新一代调度系统已
15、经在华东网调,江苏、浙江、河北、青海等地实 施试点应用。总体市场空间在 200 亿元左右。国电南瑞市占率领先。国网采用和南瑞联合研发的模式,南瑞在中调中基本保持垄 断地位,地调、县调南瑞市占率也维持较高水平,其余东方电子、积成电子等能拿到少 量订单。2.2.2.智能运维:700亿市场空间,竞争格局分散电力智能运维:电力运维指专业队伍对电力线路,电力运行,电力抢修的维护。电 力智能运维是在此基础上进行智能化的运作,在当前的电力系统各业务处理中,逐渐投 入计算机互联网、大数据处理以及视频传送等先进技术。它需要融合电力设备状态检测 技术,整合变电站,输电线路,电缆管廊,开闭所等各类在线检测数据,以大
16、数据平台 为基础,以物联网为纽带,关联其它异构数据,进而形成电力设备状态智能运维系统。电力可视化运维存量市场:根据立鼎产业研究院基于输电线路长度、变电站及配电 站的存量数据预测,全国电力可视化为运维领域的静态市场容量约为 700 亿元,主要包 括输电、变电、配电三个环节。其中输电环节运维主要为线路智能巡视等,变电环节主 要为变电所/站设备运维、巡检、用电和调度监控等,配电环节主要为对配电房的电气设 备运行状态、电能质量、用电情况、环境、火灾、防盗等进行实时的动态数据监测。存量输电线路智能可视化运维市场规模约为 445 亿元。输电线路的智能可视化运维 与输电线路里程紧密相关。近年来我国输电线路里
17、程呈持续增长态势。根据国家电网 2020 年度社会责任报告显示,全国 110kv 及以上输电线路约为 148.3 万千米(国网 占比约为 77%)。由于输电线路维护难度较高,而线路安全关系国计民生,电网公司对 输电线路智能巡视需求日益增长。以 110kV 输电线路为例,输电线路杆塔间距约为 250 米,假定设备安装间距为 250-500 米,全国输电线路需安装 300-590 万个智能巡检设备, 对应市场规模总量为 300-590 亿元,取中值约 445 亿元(假设单套设备售价约为 1 万 元)。变电领域智能可视化运维的存量市场容量达 75 亿元。据中国电力企业联合会统计 及预测,国内 110
18、kV 及以上变电站数量至 2020 年超过 3 万座。根据立鼎产业研究测算, 变电站智能系统(含智能辅助系统、直流电源智能监控管理系统、智慧消防系统等)均 价约为 25 万元,则变电领域智能可视化运维的存量市场容量达 75 亿元。配电可视化运维领域市场规模约 176 亿元。2014-2021 年,电网在配电网投资已经 连续 7 年超过输电网,电网投资总体向配电网倾斜。在以新能源为主体的新型电力系统 发展新格局下,组成配电网的元素日益多样化,网架结构日益庞杂,配电系统中的多元 源-荷-储呈现出非线性、随机性等特征,我国配电网智能运维潜在市场空间广阔。当前 配电站广泛分布在住宅小区、商业办公楼宇中
19、。根据立鼎产业研究测算,假设平均每个 地级市 2000 座配电室,全国 293 个地级市则拥有约 58.6 万个配电室,一套配电可视化 运维设备约 3 万元,则我国配电智能可视化运维市场规模约 176 亿元。迭代增量市场:智能可视化运维产品生命周期一般在 5-8 年,考虑每年都会有部分 设备到达更换周期,未来动态市场容量每年有望达到 100 亿元。市场格局较为分散。输电、变电、配电的智能可视化运维管理是国家智能电网建设 背景下快速发展起来的新兴细分行业,行业企业规模普遍偏小,且需要多个学科知识, 具有一定技术壁垒,因此市场参与者数量不多,按巡检方式可分为通道可视化及本体状 态监测、无人机巡检及
20、机器人巡检等细分市场,不同巡检方式之间相互补充,市场格局 较为分散。2.3.辅助服务:从储能管理到虚拟电厂由于电力供给和需求侧目前不可能做到完全随发随用,因此诞生了电力辅助服务。 即为维持电力系统安全稳定运行,保证电能质量,促进清洁能源消纳,除正常电能生产、 输送、使用外,由发电侧并网主体、新型储能和能够响应电力调度指令的可调节负荷提供的调频、调峰、调压、备用、黑启动等服务。辅助服务分为基本辅助服务与有偿辅助 服务。2.3.1.储能管理:走向市场化储能指的是将电能通过物理或者化学的手段转化为其他形式的能量存储起来,在需 要的时候将能量转化为电能释放出来,类似于一个大型“充电宝”。储能最重要的用
21、途 是解决电力供需的时间错配问题,即调峰问题。当前储能方式主要分为两类,一类是物 理储能,一类是化学储能。物理储能主要包括抽水蓄能,压缩空气储能,蓄冷蓄热和飞 轮储能等,化学储能主要包括锂电池、铅酸电池、液流电池、钠离子电池以及超级电容 等。新型储能项目是除抽水蓄能外的储能项目。储能利好政策密集出台,走向市场化。为鼓励储能产业发展,利好政策密集出台。 此前,国家发展改革委、国家能源局发布关于加快推动新型储能发展的指导意见明 确,到 2025 年,实现新型储能从商业化初期向规模化发展转变。到 2030 年,实现新型 储能全面市场化。指导意见还从国家层面首次提出装机规模目标:预计到 2025 年,
22、 新型储能装机规模达 30GW 以上,而 2021 年底仅为 5.76GW。新型储能累计装机规模 CAGR 近 70%,将带动储能信息化快速增长。根据储能 产业研究白皮书 2022,理想场景下 2026 年我国储能市场规模将达 79.5GW,2022 年2026 年将保持近 70%复合增长率持续高速增长,将带动储能信息化快速增长,彭博预计 2020-2025 年,全球能量管理系统(EMS)的市场规模预计增长 660%。 完整的电化学储能系统主要由电池组、电池管理系统(BMS)、能量管理系统(EMS)、 储能变流器(PCS)以及其他电气设备构成。电池组是储能系统最主要的构成部分;电 池管理系统(
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- 2022 电力 信息化 行业 研究
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