国泰君安：以美国为鉴，平抑电网负荷“鸭型曲线”

导读

(资料图)

以美国电网为鉴，新能源带来的随机性提升倒逼常规电源日内出力波动加大，呈现出“鸭型曲线”特征，显示出消纳难题，电改有望加速，鼓励储能+灵活性电源模式。

摘要

投资建议

伴随新能源装机及发电量占比提升，电网调节的随机性快速提升，以山东省为例，日内实时用户侧价格已初步出现“鸭型曲线”趋势，市场化交易机制之下，电价波动也在一定程度上反映了电源侧出力波动的情况。我们认为，我国将加速完善电力市场交易机制，鼓励灵活性电源参与辅助服务市场交易。推荐：1）推荐具备低温烟气脱硝技术的青达环保、龙净环保、清新环境。2）灵活性改造设备需求开始凸显，推荐引入重力储能技术并已开展示范性项目的中国天楹，锅炉设备提供商华光环能为受益标的。3）电力现货市场辅助交易需求将会显现，受益标的为国能日新。

以美国电网为鉴：加州电网光伏装机增加导致日内出力“鸭型曲线”现象，倒逼市场化机制完善。

1）美国形成多个区域性电网系统。加州输电运营商（CAISO）作为独立电网，包含日前&实时电力现货市场、辅助服务市场以及电量平衡交易市场等模式。2）加州设定2045年碳中和目标，计划实现100%绿色电网。伴随加州光伏装机提升，日内负荷“鸭型曲线”现象逐渐明显，显示电网调节难度提升。CAISO通过规划储能装机，设立容量市场、电能量及辅助服务市场交易规则，通过电源侧调节负荷出力、电网侧提供辅助服务、用户侧调节等方式平滑出力曲线、保证电网稳定。

国内电力数据：新能源大省电源随机性提升，日内实时交易数据初显“鸭型曲线”特征。

1）我国能源进入低碳转型期，根据国家能源局，截至2023年第一季度，我国风电、光伏累计装机规模分别达到3.76、4.25亿千瓦，较2020年末分别提升34%、70%。2）以新能源大省山东为例，“十四五”新能源装机目标达8000万千瓦以上，占全省电力装机比例42%，新能源发电量占比达19%。3）我们整理山东电力现货交易日内实时交易用户侧价格发现：2023年6月山东省实时用户侧价格数据已出现“鸭型曲线”特征，虽无直接的功率数据，但是电价波动也在一定程度上反映了电源侧出力的情况，表明新能源装机出力的随机性明显增加，电网调节压力加大。

展望未来：平抑“鸭型曲线”需完善市场化电力交易顶层制度设计，鼓励储能+灵活性电源发展。

虽然我国电力现货市场处于试点阶段，但是电力辅助服务市场已实现区域、省级覆盖。调频辅助服务已进入市场化交易阶段，根据调节性能指标决定调频补偿价格。山东、甘肃已探索补偿式容量电价，鼓励灵活性电源以及电网侧配储参与现货以及辅助服务市场。我们认为，电力保供压力将倒逼我国电力交易市场机制加速完善，多重政策将进一步鼓励储能+灵活性电源参与，实现电力保供+新能源消纳平衡。

风险提示：新能源装机并网进度不及预期、行业政策变化、重力储能技术尚未通过示范性项目进行商业化验证的风险。

正文

1. 国内现状：电源侧随机性增大，保供+消纳难度陡增

我国能源开启低碳转型，“十四五”风电、光伏等可再生能源进入投产并网期。1）我国能源消费结构由化石能源煤炭为主，向提升非化石能源消费比重低碳转型。据“十四五”现代能源体系规划，至2025年，我国非化石能源消费比重目标提升至20%左右，非化石能源发电量比重达到39%左右。2）“十四五”期间，可再生能源进入并网投产期。根据国家能源局，截至2023年第一季度，我国风电、光伏累计装机规模分别达到3.76、4.25亿千瓦，较2020年末分别提升34%、70%。

全国新能源消纳监测预警中心评估分析报告表示，第一批大型风电光伏基地项目于2022、2023年陆续并网投产，第二批、第三批基地项目陆续开工，预计第三批大基地项目2024年底前并网。

风光并网增加了电源侧随机性，为保证安全稳定运营，电力源网荷储互补提升灵活性调节能力的迫切性提升。日内以及季节上，风电、光伏出力与气象条件相关，呈现波动性、随机性，与用户侧需求曲线存在一定的时滞性。为保证可再生能源利用率、实现可再生能源消纳责任，同时满足电力电量平衡稳定运行，通过源网荷储一体化互补可提升电源侧灵活调节能力，火电灵活性改造结合水电、储能提供调峰、调频等辅助服务保障输配平稳运行。

我们梳理了美国加州应对新能源装机提升对日内出力曲线影响所采取措施为电源侧鼓励储能平滑日内出力波动，电网侧鼓励灵活性电源提供辅助服务，用户侧通过价格机制引导需求曲线变动，配套电能量、辅助服务以及容量市场机制。我们认为，海外输电运营商在碳中和目标下的电源、电网、用户侧规划对我国新型电力系统发展趋势有借鉴意义。

2.放眼海外：美国电改造就多个区域性电网运营共存模式

美国已经历电力市场改革，由垂直综合管理改革为区域性输电运营体系。美国电改前，批发电力市场主要以地方公用事业企业负责电力系统运营，通过垂直综合管理的方式承担发电、输电以及配电。为提升电网运营效率、保障电网运营稳定性，1996年，美国联邦能源管理委员会（FERC）第888号指令引导电力市场改革，提出独立运营商（ISO）体系。在此基础上，1999年，FERC第2000号指令提出地区输电运营商（RTO）体系，完善区域州际间输电运营市场化模式。

区域/独立输电运营商均为批发电力市场，在设置电力现货、容量市场以及辅助服务市场规则略有差异，典型代表为加州输电系统运营商(CAISO)、宾州-新泽西-马里兰独立系统运营商（PJM）以及德州电力可靠性委员会（ERCOT）。

CAISO：包含日前&实时电力现货市场、辅助服务市场以及电量平衡交易市场等模式。PJM：作为美国东北地区13个州部分地区批发电力市场主体，承担输送和调度的职能。包含日前&实时电力现货市场、辅助服务市场和容量市场。ERCOT：通过日前&实时电力现货市场进行电力以及辅助服务交易，不单独设立容量市场及辅助服务市场。

加州输电体系独立的电能量与容量市场以及具备调频备用产品，与我国新型电力系统有一定可比性。美国德州与加州共同面临新能源并网比例提升的背景下，平衡电网稳定运行及电源侧经济性的挑战。与ERCOT通过电能量市场定价、不单独设立容量市场相比，CAISO稀缺定价下通过电能量市场与辅助服务市场联合出清进行结算。因此，在价格上限设置方面，ERCOT电能量&备用价格增量出清价格上限9000美元/MWh，远高于CAISO、PJM等根据FERC法令设立的电能量稀缺价格报价上限2000美元/MWh。

由于美国德州价格上限与实时市场报价差距过大、并未单独设立容量市场以及备用种类相对单一，我们认为，CAISO在分别设立电能量及辅助服务市场及调频备用产品方面与我国新型电力系统有一定的参考性。

3.加州现状：出力波动呈现“鸭型曲线”，依靠灵活性电源+需求侧调节削峰填谷

加州设定2045年碳中和目标，计划实现100%绿色电网。1）加州目标至2045年实现碳中和，2045年温室气体排放量相较1990年下降85%。绿色电网方面，分阶段提升可再生能源发电量比例，目标至2035年可再生能源发电量占90%，至2045年可再生能源发电量占比达100%。2）CASIO根据加州2045碳中和目标，与加州公用事业委员会、加州能源委员会共同设置以2021年为基准的20年输电运营规划。2040年，电化学储能装机将提升至37GW，集中式光伏装机提升至53GW。

加州光伏装机提升，产生日内负荷“鸭型曲线”现象。CAISO将日内总出力负荷与光伏出力负荷之差，即净负荷，根据日内时间顺序绘制净负荷出力曲线。光伏装机提升导致日内：①白天为光伏出力峰值，净负荷为日内低谷；②傍晚以后光伏受日照影响出力下降，净负荷由于用电需求快速攀升，形成“鸭型曲线”。这样的“鸭型曲线”体现了加州光伏装机增加的背景下，电量超发以及光伏消纳的挑战。

“鸭型曲线”日内午时电量超发及保障稳定运行平衡，可通过电源侧调节负荷出力、电网侧提供辅助服务、用户侧调节等方式平滑“鸭型曲线”、保证电网稳定运行。

电源侧：午时超发电量通过储能方式削减“鸭型曲线”的“腹部”，傍晚储能可响应电量需求攀升，“鸭型曲线”曲线。

电网侧：飞轮、电化学储能以及快速响应爬坡火电等灵活性电源通过快速响应保障电压、功率稳定。

用户侧：需求侧采用分时价格等激励机制可调节日内需求曲线，平滑午时净负荷低谷。

4.回看山东：电网随机性波动增大，“鸭型曲线”初显

山东省“十四五”新能源装机目标达8000万千瓦以上，占全省电力装机比例42%，新能源发电量占总发电量比例达19%。山东省作为我国的新能源大省，“十四五”期间进一步较大幅度提升光伏装机占比。根据山东省能源发展“十四五”规划，至2025年，可再生能源装机规模达到8000万千瓦以上，其中光伏装机规模目标达5700万千瓦，占可再生能源装机比例71%，可再生能源发电量达19%。2025年目标可再生能源装机占全省电力总装机的比例由2015年的11.5%提升至42%。

山东省电力现货市场已开始不间断结算试运行，中长期以及现货市场可进行电能量与辅助服务产品交易。山东省作为我国第一批电力现货试点省市，已于2021年12月开始不间断结算试运行，目前仍然处于试运行的阶段。山东电力市场体系包括电力中长期市场、现货市场、辅助服务市场和零售市场。发电侧，直调公用电厂、地方公用电厂、集中式新能源、独立储能电站参与市场交易。用户侧，全部工商业用户通过售电公司代理或者作为批发用户参与市场交易。

中长期市场：以年、月、日为周期。

现货市场：日前、实时市场，采用全电量申报，集中优化出清的方式。

交易品种：包括电能量、辅助服务等。

山东省日内实时交易价格“鸭型曲线”问题初显。由于山东省风电、光伏装机进入快速上升期，午间光伏以及夜间风电出力增加新能源消纳压力。我们对比山东电力现货市场2022年6月15日与2023年6月13日实时交易发现，2023年6月山东电力市场实时价格在午时进入日内低谷，傍晚价格攀升至日内峰值。我们认为，山东电力现货市场价格趋势与美国加州出力“鸭型曲线”形状相似的原因在于山东“十四五”新能源进入装机快速上升期，日内光伏出力增加致使日内午时实时交易价格呈现低谷。

山东省电力市场鼓励集中式新能源、独立储能参与市场交易，通过市场机制保障消纳+稳定运行。1）为保障新能源消纳，提升系统灵活性，山东省鼓励集中式新能源、独立储能参与市场，截至2023年7月1日，山东省电力现货市场共14家独立储能电站自主参与交易，34家集中式新能源场站自主签订中长期合约、参与现货市场交易。2）市场交易机制方面，山东省探索明确电能量市场报价上限与负电价下限，完善容量补偿电价机制。

5.展望未来：储能+灵活性电源有望平抑“鸭型曲线”峰值

我国电力现货市场处于早期地区试点阶段。2017年8月，国家发改委、国家能源局选取南方（以广东起步）、蒙西、浙江、山西、山东、福建、四川、甘肃8个地区作为第一批电力现货交易试点。2021年5月，电力现货试点范围扩大，上海、江苏、安徽、辽宁、河南、湖北等6省市为第二批电力现货试点。

电力辅助服务市场已实现区域、省级全覆盖。2017年，国家能源局印发《完善电力辅助服务补偿（市场）机制工作方案》，计划通过地区改革试点，分三阶段在“十三五”期间完善电力辅助服务补偿（市场）机制。自2017年起，东北、福建、山西、甘肃等地相继正式运行地方电力辅助服务市场，截至2020年底，全国6个区域电网和30个省级电网启动电力辅助服务市场，实现各区域、省级辅助服务市场全面覆盖。

调频辅助服务已进入市场化交易阶段，根据调节性能指标决定调频补偿价格。1）根据《电力辅助服务管理办法》，电力辅助服务可分为有功平衡服务、无功平衡服务和事故应急及恢复服务。其中，调频、调峰等有功平衡服务已进入市场化交易阶段。2）各区域根据其设立的规则，参考调频性能指标中的调节速率、调节精度、响应时间三个参数计算调频补偿价格。调节速率较高、调节精度较高、响应时间较短的主体将获得较高的调频补偿价格。

山东、甘肃探索适用于现货市场建设早期的补偿式容量电价，鼓励灵活性电源以及电网侧配储参与现货以及辅助服务市场。1）目前我国电力现货仍处于早期建设阶段，交易以中长期为主。补偿式容量市场相较于纯能量市场具有稳定的容量价格机制，适用于现货市场开展早期的电力交易体系。2）我国山东、甘肃在电力现货市场以及调峰辅助服务市场中探索采用容量补偿的方式，鼓励灵活性火电机组以及电网侧储能获得对应发电及调峰容量补偿。

6.投资建议

我国电力系统进入低碳转型期，新能源装机以及发电量提升对电力保供+新能源消纳二者平衡提出挑战。参考加州输电运营商应对光伏日内出力增加的措施，可在电源侧鼓励储能平滑日内出力波动，电网侧鼓励灵活性电源提供辅助服务，用户侧通过价格机制引导需求曲线变动。同时，配套电能量、辅助服务以及容量市场机制起到激励作用。我国山东“十四五”期间新能源装机进入上升期，日内实时交易用户侧现货价格已出现“鸭型曲线”现象。我们认为，我国电力市场交易市场将加速完善，鼓励灵活性电源参与辅助服务市场交易，保障日内出力稳定、促进新能源消纳。

投资建议：

1） 火电灵活性宽负荷改造将带来火电机组烟气治理设备的更新需求，推荐具备低温烟气脱硝技术的青达环保、龙净环保、清新环境。具有灵活性燃煤锅炉技术的华光环能为受益标的。

2） 储能具有响应时间短、调节速率快的特点，可协助火电厂进行联合调频。推荐：转型引入重力储能技术并已开展示范性项目的中国天楹。

3） 加速完善我国的电力市场化机制是必然趋势，电力交易的SaaS系统搭建需求释放，受益标的为国能日新。

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