重磅深度：特高压专题 天堑变通途 送电达四方

特高压已成为我国能源安全的重要保障。区域输电工程的投运，西电东送北电南输，在确保资源充分调配的基础上，也成为我国的能源安全的重要一环。以2009年开建2012年投运的锦屏-苏南±800kV特高压直流输电工程为例，该工程额定输电容量达到720万千瓦，约占苏州电网用电负荷的1/3。而在建的苏通特高压GIL综合管廊工程，将大幅提高华东地区的受电能力和电网安全运行能力。预计2019年投运后，以苏州电网为接入点的华东电网将新增特高压受电能力3,500万千瓦，相当于接入1.5座三峡水电站，并给华东地区带来显著的经济效益和社会效益。

2.2. 特高压为可再生能源发展保驾护航

可再生能源在我国电源装机中已经从补充能源上升为替代能源。经过十多年的发展，我国风能和太阳能发电技术均取得长足进步。2017年度，风电和光伏在我国电源结构中的占比分别达到了9%和8%；在发电量占比分别达到了4.5%和1.5%。到2018年中，我国可再生能源发电装机规模已经达到3.26亿千瓦，风电和光伏发电累计装机规模分别达到了1.55亿千瓦和1.72亿千瓦；风电光伏在我国电源结构中的占比达到了17.8%，在发电量中的占比超过了6%。风电光伏已经从最初的补充能源上升为替代能源，随着未来其发电成本进一步降低达到平价，可再生能源将扮演更加重要的角色。

我国可再生能源资源禀赋也表现出逆向分布特征。根据国家气候中评估测算，我国风能资源总储量约32.3亿千瓦，可开发利用的风能资源约10亿千瓦，在等效满发的情况下，每年可提供2.3亿千瓦时电量。内蒙古、甘肃北部、黑龙江、吉林东部以及辽东半岛等区域是我国风力资源丰沛区域，风能密度一般都在200～300W/m2，年发电小时数均在3,000小时以上。到2017年底，我国累计风电装机规模达到了1.72亿千瓦，其中华北、西北和东北地区（三北区域）装机占比合计超过67%。

根据国家气候中评估测算，按照可利用土地、开发成本、送出条件等因素，我国光伏发电开发潜力超过35亿千瓦，其中集中式和分布式可开发潜力分别约为26亿千瓦和9.5亿千瓦。青藏高原、甘肃、宁夏、新疆、河北西北部、山西北部、内蒙古南部等三北区域是我国太阳能资源丰富或较丰富的地区，年日照时数均大于2200小时。到2017年底，我国光伏并网规模达到1.55亿千瓦，其中西北和华北装机占比分别为26%和18%。由于2016/17年分布式光伏装机规模快速上升（423万千瓦和1,945万千瓦）且主要集中在华东和华中区域，如仅看地面集中式电站，三北区域的光伏装机规模占比超过70%。

可再生能源同样面临严重的消纳调配问题。由于风电场/光伏电站与输电通道的建设周期不匹配，再加上跨省跨区消纳受限，可再生能源富集的三北地区同样存在着不同程度的跨省、跨区输送通道能力不足的问题，成为制约新能源消纳的刚性约束。2016年三北地区的弃风率攀升到16.3%，西北地区的弃光率达到了19%。随着2016/17年12条特高压工程陆续投产的拉动下，全国分别完成跨区、跨省送电量2,001和5,736亿千瓦时，同比分别增长20.3%和19.4%，助力可再生能源实现全国大范围优化配置。弃风和弃光率也呈现出持续大幅下降，2017年我国三北地区的率风率已经下降到11%，2018年上半年进一步下降到了9.5%；同期，在我国西北地区的弃风率和弃光率也分别下降到了13.7%和12.1%。

特高压具有网络规模效应，成网后将显著降低电力供应成本。目前我国风电、光伏发电成本分别为0.4元/千瓦时、0.5元/千瓦时左右，预计到2020年将逐步达到发电侧平价，到2025年发电成本均可降至0.3元/千瓦时以下。国家电网公司已经提前为可再生能源大规模接入调度做好输送通道准备，预计到2020年、2025年和2035年，国家电网跨区跨省输电能力将分别达到2.5亿、3.6亿和6亿千瓦，可满足可再生能源装机6.5亿、9亿和15亿千瓦的发展需要。

2.3.特高压带来显著的环境和经济效益

环境问题加速能源发展战略调整。我国东中部地区人口密集用电需求量大，密集分布着大量的燃煤电厂。而东中部本身缺乏一次能源，过度依赖远距离输煤，在运储发各环节造成多重大气污染。实施“以电代煤、以电代油、电从远方来、来的是清洁电”已成为我国能源发展的战略方向。在西部、北部能源基地集中建设大容量燃煤坑口电站及新能源电厂，通过特高压工程外送，煤炭综合利用效率和排放治理效果均远好于在东中部分散式煤电。

2014年集中核准4交5直特高压治霾通道，打响蓝天保卫战。2014年5月，发改委、能源局、环保部联合发布《关于印发能源行业加强大气污染防治工作方案的通知》，将12条重点输电通道纳入国家大气污染防治行动计划，其中包含4交5直共9条特高压线路。这12条线路于2014/15年陆续启动，并于2017年底全面建成投运，形成了一幅自北向南、自西向东的清洁电能输送蓝图。这12条重点输电线路，新增跨区输电能力7，560万千瓦，每年可减少燃煤运输约1.9亿吨，减排二氧化碳约3.2亿吨、二氧化硫约100万吨、氮氧化物约94万吨。

特高压跨区送电对于环境改善的作用显著。根据Green Peace统计，特高压每输送1亿千瓦时电力，可使负荷中心减排PM2.5约7吨，PM10约17吨，减排二氧化硫、氮氧化物约450吨。南方电网公司通过西电东送将云南的水电送到用电负荷中心的广东，减少当地对于一次能源的消耗，为广东治理空气污染做出积极贡献。2007年广东省全年灰霾天数为75.2天，到2016年灰霾天数已下降到29天。

到2017年底，国家电网公司已投运“8交10直”共18条特高压工程，累计跨区跨省输送电力9,307亿千瓦时。2017年度，国网实现跨区跨省输送电能2,326亿千瓦时，相当于减少东中部地区煤炭消耗量4亿吨，为国网辖区省市减排二氧化硫140万吨，减排氮氧化物141万吨，分别减排烟尘和二氧化碳22万吨和8万吨。

除环境效益外，特高压也具备显著的经济效益。从过往的基建投资来看，电网投资一直是拉基建稳增长的主力军之一。过往特高压项目出现两拨集中核准与建设期，第一拨集中在2008/09年，4条特高压线路启动，2010年特高压项目总投资规模达到了1,118亿元；第二拨是在14/15年，能源局集中批复4交5直9条特高压治霾输电通道，并在16/17年陆续投运。对应到投资来看，16/17年特高压投资规模则分别达到了886亿元和1,080亿元。根据国家电网公司测算，“十三五”期间，包括特高压工程在内的电网工程规划总投资2.38万亿元，带动电源投资3万亿元，年均拉动GDP增长超过0.8Pct。

特高压推动装备制造业转型升级。特高压输电工程建设有力带动了电源装备、电工装备、用能设备、原材料等上下游产业，在促进区域经济协调发展的同时，推动了我国电工装备制造业转型升级。以特高压±800千伏直流为例，其输电技术极其复杂，设备制造技术难度大，特别是换流变压器、平波电抗器、直流套管、换流阀等重要换流设备，国内外没有可借鉴的经验。国网、南网联合科研院所、高校、设备制造厂商等160多家单位协同攻关，共完成关键技术研究141项，创造了37项世界第一，攻克了特高电压、特大电流下的绝缘特性、电磁环境、设备研制、试验技术等世界级难题。2018年1月，“特高压±800千伏直流输电工程”荣获国家科学技术进步奖特等奖。特高压成套输电设备的研制成功，改变了中国在电气设备制造领域长期从发达国家“引进技术、消化吸收”的发展模式，实现了从基础研究到工程实践的全面突破，全面提升了我国电工装备企业的技术实力和综合竞争力。

3特高压关键设备与产业链

特高压工程大规模建设，核心装备是关键。由于特高压项目涉及到能源与电力安全，2006年国家发改委就明确提出我国特高压工程所需设备要立足国内，走自主化开发研制和国内供货的道路。经过十多年的发展，我国特高压设备企业已形成自具备主知识产权的研发体系和核心制造能力。目前我国特高压交直流输电工程中的设备国产化率达到90%以上，特高压交流电压成为国际标准。同时，我们领先于国外电工装备企业在1000kV特高压交流GIL管廊、1500MVA特高压变压器、±800kV、±1100kV特高压换流变、换流阀、穿墙套管等设备领域取得率先突破。

3.1. 特高压交流关键设备

特高压交流中的关键设备是变压器和GIS。在特高压交流线路中，主要的电气设备包括变压器、并联电抗器、开关、串联补偿装置、互感器、电容器、避雷器、绝缘子、套管、导地线、金具和杆塔等。电抗器和变压器在技术原理和产品结构上有共同之处，但变压器用于升压或降压，电抗器则用于抑制谐波或无功补偿。电抗器以串联或并联形式接入输电线路，串联电抗器用于抑制电网中的高次谐波和限制合闸电流，并联电抗器用于无功补偿。断路器、开关、互感器等高压配电装置通常以组合电器产品形式出现。

在特高压交流中，关键的设备主要为变压器/电抗器和气体绝缘金属封闭开关电器（GIS)。我们参考2016年招标的锡盟-胜利1000kV特高压交流工程来看，主设备占线路总投资额的比重为26%，其中分别为变压器、电抗器和GIS的投资占比分别为4.2%、3.2%和18.5%。

1、变压器

特高压交流变压器是特高压交流输电工程的核心设备之一。我国特高压交流输电工程使用的特高压变压器一般可为单相、油浸和自耦变压器，采用分体结构，由主体变压器和调压补偿变压器两部分组成，主变和调变之间通过油-空气套管进行外部连接。依托特高压输电工程实践，我国已具备了1000kV特高压交流变压器自主设计制造能力，研制出特高压大容量变压器系列产品，达到了世界领先水平。

目前，我国主要变压器企业已研制出单柱容量为500MVA的1000MVA、1000kV变压器(两柱结构)和1500MVA、1000kV变压器（三柱结构）。到2017年底，在我国已经投运的8条特高压交流输电工程上已经有160多台特高压变压器投入使用，国产化率达到90%以上。在电抗器方面，我国已相继成功研制了1000kV 的200Mvar、240Mvar和320Mvar特高压并联电抗器，其中320Mvar单体容量为世界最大。

2、GIS

GIS（Gas Insulated Switchgear）是将一座变电站除变压器外的一次设备，包括断路器、母线、隔离开关、电压互感器、电流互感器、避雷器、套管、母线等高压电器组合一个的整体的高压配电装置，内部充有一定压力的SF6气体用于绝缘和断路器消弧。高压配电装备包括三种：AIS（空气绝缘的常规配电装置）、H-GIS（混合 式配电装置）和GIS（六氟化硫气体绝缘金属封闭开关电器）。与敞开式高压电器装备相比，GIS结构紧凑、占地面积小、可靠性高、环境适应能力强，我国特高压线路变电站均采用特高压GIS。特高压建设初期，国内制造企业和国外企业合作研发了特高压GIS。2011年后，国内开始着手特高压GIS国产化和技术提升工作，目前我国特高压GIS产品技术参数达到国际领先水平。

3.2. 特高压交流市场格局

由于特高压项目涉及到能源与电力安全， 2006年国家发改委就明确提出我国特高压工程所需设备要立足国内，走自主化开发研制和国内供货的道路。同时要求1000千伏交流试验工程均采用GIS 或H-GIS，由中方控股企业制造，设备国产化率不应低于70%。经过十多年的发展，我国特高压设备企业已形成自具备主知识产权的研发体系和核心制造能力。

目前在特高压变压器领域，国内的厂商主要是中国西电、特变电工、天威保变；国外的厂商主要有ABB、西门子和阿海珐等。根据过往特高压项目招标的统计数据及上市公司公告信息来看，特高压交流变压器竞争格局比较稳定。通常变压器招标中，中国西电、特变电工、天威保变三家企业的中标份额基本拉近；在电抗器产品的招标中，通常以中国西电和特变电工为主。

在特高压GIS领域，国内具备研制生产的企业主要为平高电气、中国西电、新东北电气、山东日立；国外生产厂家主要有ABB，东芝、三菱、日立、西门子和阿尔斯通等。

根据过往特高压项目招标的统计数据及上市公司公告信息来看，平高电气在GIS设备的竞争优势比较明显。平高电气在特高压GIS设备领域的中标占比一直保持在40-45%左右，同时特高压直流场开关设备领域保持较高的市场占有率。

3.3. 特高压 特高压 直流关键设备 流关键设备

特高压直流输电工程涉及的气装备有 换流变压器、 阀及其控制保护系统，平波电抗换流变压器、 阀及其控制保护系统，平波电抗换流变压器、 阀及其控制保护系统，平波电抗直流 滤波器、直流 滤波器、场开关设备 、直流测量开关设备 、直流测量、直流避雷器 、直流穿墙套管杆架等 、直流穿墙套管杆架等 、直流穿墙套管杆架等 。其中， 直流特高压关键设备主要包括换变器，阀控制保护系统和平波电抗。 直流特高压关键设备主要包括换变器，阀控制保护系统和平波电抗。 直流特高压关键设备主要包括换变器，阀控制保护系统和平波电抗。 直流特高压关键设备主要包括换变器，阀控制保护系统和平波电抗。 直流特高压关键设备主要包括换变器，阀控制保护系统和平波电抗。 直流特高压关键设备主要包括换变器，阀控制保护系统和平波电抗。直流特高压关键设备主要包括换变器，阀控制保护系统和平波电抗器。

1、换流变压器

换流变用于长距离直流输电或电网之间联网的电能转换，换流变除了承受交流电压外，还要承受交流转换成直流过程中的直流电压。随着我国特高压直流工程输送容量的逐步提高，单台换流变压器的容量从云南-广东工程的250MVA提升至锡盟-泰州工程的509.3MVA；电压等级也提升到±1100kV。2018年6月，世界首台送端±1100kV特高压换流变压器在昌吉换流站进行安装。

2、换流阀

换流阀是交直流电能转换的核心单元，通过依次将三相交流电压连接到直流端得到期望的直流电压和实现对功率的控制。换流阀体由晶闸管、阻尼电容、均压电容、阻尼电阻、均压电阻、饱和电抗器、晶闸管控制单元等零部件组成。其中，晶闸管是换流阀的核心部件，决定了换流阀的通流能力。目前，我国自主研制的±800kV/6250A换流阀已在上海庙-山东等工程应用。2017年8月，国家电网公司联合华北电力大学和中车时代电气成功研制具有自主知识产权的±1100kV/5500A特高压换流阀研发。与此同时，我国还完成了全球电压等级最高、容量最大的±800kV/5000MW特高压柔性直流输电换流阀研制工作。

3、直流穿墙套管

直流穿墙套管是连接换流站阀厅内部和外部高电压大容量电气装备的唯一电气贯通设备，单体承载着全系统的电压和电流，堪称直流输电系统的“咽喉”。2017年7月，由公司与中国西电、清华大学、西安交通大学等共同研制的两种结构的±1100千伏直流穿墙套管全套试验完成并通过科技部验收。2018年上半年，世界首支±1000kV级直流纯SF6气体绝缘穿墙套管交付。

除换流变场区和阀厅控制区外，在特高压直流输电站还有直流开关场区和交流开关场区，主要的设备包括以下：

3.4. 特高压直流市场格局

在特高压直流换流变领域，国内的厂商主要是中国西电、特变电工、天威保变；国外的厂商主要有ABB、西门子和阿海珐等。其竞争格局与特高压交流变压器领域的竞争格局基本相同。特直领域最主要的产品为换流阀及其控保系统，根据过往特高压项目招标的统计数据及上市公司公告信息来看，在常规直流阀领域国电南瑞和许继电气竞争优势明显，占比分别达到50%和30%；控保领域的参与者则主要是国电南瑞子公司继保电气和许继电气。

4拉基建稳增长，掀起第三轮特高压建设高潮

4.1. 拉基建稳增长，9大输电工程获批

拉基建稳增长大背景下，第三轮特高压集中建设潮即将到来。当前来看，我国经济面临一定的下行压力和外部贸易环境恶化，因此能源局再次启动了大规模电网投资。2018年9月7日，国家能源局下发《关于加快推进一批输变电重点工程规划建设工作的通知》。通知指出，为加大基础设施领域补短板力度，发挥重点电网工程在优化投资结构、清洁能源消纳、电力精准扶贫等方面的重要作用，将加快推进青海-河南特直、张北-雄安特交等9项重点输变电工程建设。

9项重点输变电工程核准节奏与数据均超预期。此次能源局规划建设的9项重点输变电工程包含5条特高压直流、7条特压交流和2条直流互联工程（云贵、闽粤），项目合计输电能力5,700万千瓦。其中，特高压3直6交项目将在2018Q4核准开工，其余项目将在2019年核准开工。这9项输电变工程中大部分线路已列入两家电网公司的年度工作计划，但此次批复的节奏比预期要快，同时还额外增加了特直配套交流特高压线路的规划。

华中特高压交流环网雏形初显，云贵/闽粤构建互联互通。华中电网省间联络薄弱，难以满足省间水火互济。此次特高压规划中，为配套青海-河南、陕北-湖北、雅中-江西等特高压直流工程高效落地，在落地点驻马店、武汉、南昌三地配套建设驻马店-武汉、南昌-长沙等5条特高压交流工程。这5条特高压工程加上规划的“1000 kV南阳-荆门-长沙双回特高压交流工程”将与在运的1000kV“晋东南-南阳-荆门”特高压交流工程，形成覆盖河南、湖北、湖南、江西四省的“日”字形的华中特高压交流环网。闽粤背靠背将联接国网和南网所辖的广东福建两省；云贵±500 kV直流工程将实现云南贵州水火互济，促进云南富余水电消纳。

提前准备清洁能源输送大通道。此次核准的白鹤滩-江苏和白鹤滩-浙江±800KV特高压直流工程，加上此前开工的昆柳龙±800KV直流工程则是为金沙江下游两个大型水电站乌东德和白鹤滩水电站提前备好电力输送通道。乌东德水电站装机规模1020万千瓦，首台机组将于2020年8月投产生发电；装机规模仅次于三峡的白鹤滩水电站也将于2021年5月下闸蓄水，同年6月首台机组投产发电。能源局此次加快对特高压项目审批节奏也有提前做好电源通道建设的必要性。