电力设备与新能源行业火电灵活性改造深度报告：十四五拐点已至，助新能源消纳再上台阶

十四五拐点已至，助新能源消纳再上台阶——火电灵活性改造深度报告长江证券研究所电力设备与新能源研究小组2023-12-01%%%%%%%%research.95579.com1分析师邬博华分析师曹海花分析师司鸿历SAC执业证书编号：S0490514040001SAC执业证书编号：S0490522030001SAC执业证书编号：S0490520080002分析师及联系人证券研究报告评级看好首次• 证券研究报告 •%%%%%%%%research.95579.com201意义：灵活调节资源重要构成，促进新能源消纳02现状：多重边际变化推动，“十四五”进度加快03展望：技术路线多样，未来前景可期目 录%%%%%%research.95579.com301意义：灵活调节资源重要构成，促进新能源消纳%%%%%%%%research.95579.com4新能源快速发展为电力系统安全运行带来挑战01图：中国风电和太阳能累计装机量快速增长资料来源：中电联，长江证券研究所图：新能源出力具有显著波动性资料来源：兰木达电力现货公众号，长江证券研究所近年来，风电、光伏装机规模保持较快增长态势，截至2022年底，我国风电、光伏累计装机规模分别达到了3.7、3.9亿千瓦，占总装机规模的14.3%、15.3%。新能源发电具有波动性、随机性、间歇性的特点，再考虑到负荷侧接入大量电力电子设备，保持发用电两端实时平衡的难度增大，为电力系统安全运行带来挑战。0%20%40%60%80%100%010,00020,00030,00040,00050,0002016201720182019202020212022风电累计装机（万千瓦）太阳能累计装机（万千瓦）风电装机增速（右轴）太阳能装机增速（右轴）-60%-40%-20%0%20%40%60%80%0200040006000800010000120002021/052021/092022/012022/052022/092023/012023/05山西新能源平均出力（MW）环比（右轴）%%%%%%%%research.95579.com5解决新能源消纳问题需要提升电力系统调节能力01图：中国历年弃风率和弃光率情况资料来源：国家能源局，中电联，长江证券研究所图：新能源消纳空间示意图资料来源：《基于电力系统承载力指标的新能源装机规划方法》张振宇等著，长江证券研究所中国曾在2009-2012年和2015-2016年发生过严重的弃风弃光现象，主要是外送通道建设缓慢、系统调节能力不足等因素导致，消纳问题成为新能源发展道路上的隐患。从电力系统平衡来看，电源调节性能、电网互联互通、负荷规模及峰谷差是影响新能源消纳的关键因素，本文主要从电源调节性能出发研究火电灵活性改造。0%4%8%12%16%20%201120122013201420152016201720182019202020212022弃风率弃光率%%%%%%research.95579.com6火电灵活性与启动时间、最低出力、爬坡速率有关01图：火电关键灵活性参数资料来源：Agora Energiewende，长江证券研究所表：灵活性改造对煤电运行参数的影响资料来源：《电力系统灵活性提升：技术路径、经济性与政策建议》袁家海等著，长江证券研究所注：Pn表示煤电额定功率火电灵活性是指机组运行的灵活性，主要与启动时间、最低出力和爬坡速率这三个参数有关。通过开展灵活性改造，常规煤电机组的最低出力可以从额定功率的50%降到30%，热电联产机组从80%降到50%；爬坡速率从额定功率的1%-2%提升到3%-6%；启停时间从6-10小时下降到4-5小时。机组类型常规煤电热电联产未改造已改造未改造已改造运行范围（%Pn）50-10030-10080-10050-100爬坡速率（%Pn/min）1-23-61-23-6启停时间（h）6-104-56-104-5%%%%%%%%research.95579.com7中国火电装机占比高但调节能力落后国外先进水平01图：中国历年电力装机结构资料来源：中电联，长江证券研究所表：中国煤电机组调节能力与国际先进水平对比中国的资源禀赋可以用“富煤、贫油、少气”来概括，这使得煤电是我国发电装机的主力军，虽然装机占比呈逐年下降趋势，但2022年仍然占到总装机量的43.8%。我国煤电机组在最小出力、爬坡速率、启动时间这些运行参数上均落后国际先进水平，可以在提升新能源消纳空间上发挥更大作用。0%20%40%60%80%100%2013201420152016201720182019202020212022火电水电核电风电太阳能资料来源：《电力系统灵活性提升：技术路径、经济性与政策建议》袁家海等著，长江证券研究所注：Pn表示煤电额定功率；括号外为常规机组参数，括号内为热电联产机组参数运行参数单位中国煤电机组国际先进水平已建机组改造潜力已建机组最小出力%Pn50（80）30（50）20（40）爬坡速率%Pn/min1-23-64-5热态启动时间h3-54 1.5-2.5冷态启动时间h10 5 <0.1%%%%%%%%research.95579.com8火电灵活性改造技术成熟而且投资成本较低01表：各类灵活性电源优缺点比较资料来源：《中国电力系统灵活性的多元提升路径研究》袁家海等著，长江证券研究所图：各类灵活性电源投资成本比较资料来源：《面向新型电力系统灵活性提升的调峰容量补偿机制设计》刘学等，长江证券研究所除了火电灵活性改造，气电、抽水蓄能、新型储能也是重要的灵活性电源，气电受制于高昂的天然气成本，抽蓄蓄能受选址条件约束，新型储能技术还不成熟。火电灵活性改造是目前投资成本最低的在电源侧提升调节能力的手段，因此无论是从技术成熟度还是经济性来看，火电灵活性改造都是目前最具性价比的选择。类型煤电深度调峰改造气电抽水蓄能新型储能优点深度调峰技术手段成熟，可普遍适用于煤电机组，改造后的机组最小出力可达到额定出力的20%-30%① 启 停 速 度 快 ，100%全负荷启动只需9-10min；②占地少，用水量少；③适合在可再生能源富集区对系统进行调节；④适合在负荷中心建设100%全负荷启动需2-3min①响应速度快，充放电时间为毫秒级；②可多次调节缺点①响应调节速度慢，冷启动需5小时；②改造后的机组煤耗增加，寿命缩短，污染增加①建设投资成本高；②天然气价格高受选址条件约束和经济性限制，建设规模有限①受技术条件限制，目前尚不具备大规模建设条件；②建设投资成本高01000200030004000500060007000火电灵活性改造燃气电站抽蓄电站电化学储能投资成本（元/kW）%%%%%%research.95579.com902现状：多重边际变化推动，“十四五”进度加快%%%%%%%%research.95579.com10火电灵活性改造从国家下发两批试点项目开始启动02图：火电灵活性改造试点项目情况（单位：个）资料来源：国家能源局，长江证券研究所注：图中数字表示试点项目数量我国火电灵活性改造是从2016年启动的，国家先后发布了《关于下达火电灵活性改造试点项目的通知》和《关于下达第二批火电灵活性改造试点项目的通知》。从前