发达经济体电网建设规划
思瀚产业研究院    2024-05-29

欧盟电网未来建设规划（主网-跨境需求）

资源禀赋推动跨境输电需求，跨海输电将主要采用柔直：北欧三国、英国具有突出的风电资源优势，西班牙、希腊、意大利南部、土耳其具有突出的光照资源优势，是电力输出国，而中欧、东欧国家是电力输入国。从跨国电力传输形式看，欧洲北部、南部跨海传输以直流输电为主，跨越北海、波罗的海和亚得里亚海，陆上传输以220kV以上交流输电为主。未来随着北海、波罗的海地区海上风电的开发，现有跨海直流输电通道无法满足电能传输需求，新的跨海直流输电通道正在规划中；而随着地中海两岸光伏资源的快速开发，跨越北非和欧洲的跨海直流输电通道有望快速发展。

欧洲跨境输电工程投资规划：2022年欧洲输电网运营商协会（ENTSO-E）提出10年发展规划（TYNDP）。发展规划为欧盟国家带来的产值可达到2400亿欧元（约2540亿美元）。该发展计划共包含投资285个投资项目（分属141个输电工程）。其中63%的项目为陆上输电工程，19%的项目为海上输电工程，建设超过4.3万km输电线路，其中1.8万km为交流线路，2.5万km为直流线路。2030年欧洲跨境输电容量较2023年实现翻倍。在最新版的主网建设规划当中，海上输电工程占据主要的增量部分。

目前共有52个海上输电工程，占整个建设规划的三分之一。在2022年版建设规划相较2020年新增了29个输电工程，其中17个位海上输电工程。海底电缆的价值量明显高于陆上工程。全球能源互联网合作组织根据欧洲投运项目（100米以内浅海区域）合理推算，500k千伏直流海缆电价单价为250万美元/公里，而陆上成本仅为57万美元/公里。

欧洲是全球海底电网互联工程的主要阵地，2030年占全球需求70%。过去十五年，海外海底电网互联工程主要分布在欧洲地区。随着北海、波罗的海地区海上风电的开发和地中海沿岸光伏发电的开发，欧洲海底电网互联工程需求快速增长。根据住友电工预测，2030年全球海底直流互联电缆需求将较2022年增长300%，其中欧洲占全球需求的比例约为70%。

欧洲跨海互联线路电压等级/线路长度持续提升。与交流输电相比，直流输电具有成本低、通道占用少、无电容效应等突出优势，已成为海底电网互联的主要方式。此外，随着海底电缆技术的不断进步，互联工程海缆电压等级和线路长度持续提升。截至目前，已投运互联工程的电压等级达到±525kV，2023年投产的Viking Link输送长度高达764公里。由于输送距离普遍超过100km，目前已投运项目主要采用高压直流方式。

欧洲海底电网互联直流输电渐成主流方式，已披露传输容量超30GW。据不完全统计，2023-2033年欧洲已披露的规划或在建海底电网互联项目达31个，合计输送容量高达30.8GW，传输距离超过6700公里；项目中绝大部分输送距离超过200公里，优先采用±525kV直流海缆送出，据此估计高压海缆需求量超1万公里。

电能跨境传输带动变压器、换流阀、海缆等设备需求，主要企业订单创历史新高。根据普睿司曼、耐克森、NKT数据，受欧洲海底电网互联项目和远距离海上风电招标放量影响，2023年海缆在手订单均创历史新高，未来3年排产基本处于饱和状态。我们预计，随着更多跨境输电工程启动设备招标，变压器、换流阀、组合电器、海缆等设备需求有望保持高景气，供应链将持续处于供给紧张状态。

22-30年欧洲用电量有望增长60%，供应链已成为重要瓶颈：2023年11月欧洲委员会发布“电网行动法案”，指出当前欧洲新能源发展面临新能源接入等待队列积压，通胀和高利率影响电网投资回报、电力设备交付周期长、熟练工人短缺等问题，其中供应链已成为欧洲电网建设的重要瓶颈。在新能源装机、采暖与制冷负荷、用能电气化和制氢等需求推动下，预计2030年欧洲用电量较2022年增长60%。

新建与改造共同带动欧洲国内电网投资需求：2023-2026年欧洲各国新建国内线路长度预计2.5万km，增长5.3%，2026年欧洲国内输电线路长度将达到52.3万km；2030年欧洲国内输电线路长度较2022年预计增长10%。配网需要接入大量分布式能源和灵活负荷（热泵、充电桩等），需要实现数字化、智能化，实时监控、快速远程控制。截至22年底，欧洲超过40%的配电网使用年限已超过40年，继续升级改造；欧洲高压电网主要建设于1950-1980年，部分线路使用年限已超过70年；老旧电网升级改造也是欧洲电网投资的重要需求来源。

德国、荷兰、意大利等国是国内输电网投资重心：根据EMBER统计，2023年起欧洲输电网年均投资金额至少超过300亿欧元（约2340亿元人民币），从历史投资额看，德国、荷兰、意大利、英国、丹麦投资金额位列前五名。

近年来，电力数字化的发展步伐正在加快，全球电力企业对数字技术的投资规模不断增加。国际能源署（IEA）统计，2014-2019年全球对数字电力基础设施和软件的投资每年增长在20％以上。未来电力系统将以数据为核心生产要素，通过海量数据分析和高性能计算技术，打通源网荷储各环节，通过数据关系发现电网运行规律和潜在风险，以应对清洁能源比例快速提升、电力电子设备大量接入和用电精细化管理等新挑战，实现电力系统安全稳定运行和资源大范围优化配置，促进能源生产、运输、消费统一调配和协同发展。

为了更好的拜托对化石能源的依赖，欧盟在2022年10月提出了《欧洲能源数字化行动草案》，欧盟预计将需要对电网投资5840亿欧元，其中4000亿欧元用于建设配电网，并且明确1700亿欧元用于配电网的数字化建设。2025-2030年将新增64GW跨境输电容量，至2040年欧洲跨境输电容量达到142GW。

欧盟发电装机容量现状：截至2022年底，欧盟成员国合计发电装机总量达920.8GW，其中火电装机占比33.1%；太阳能光伏装机占比14.7%；水电装机占比12.1%；风电装机占比20.1%，核电装机占比10.7%。根据欧电联数据，2022年欧洲配电网投资额约为350亿欧元；根据欧盟委员会和欧电联预测，2031-2050年欧洲配电网年均投资额需要达到650-700亿欧元，投资强度有望实现翻倍。

美国电网发展现状

美国电力系统是由包括加拿大、美国本土以及墨西哥部分地区在内的东部、西部、魁北克和ERCOT（德克萨斯）四个区域电网组成，区域电网之间交流线路电力传输受限，通过直流线路连接。

根据WECC（美国西部电力协调委员会）数据，美国现有超过97万公里交流输电线路（>69kV），其中高压交流输电线路（>230kV）39万公里；直流输电线路（400-600kV）约2900公里。美国拥有超过885万公里配电线路（<69kV）。美国2010年以来电网（主网架）建设资本开支呈现下滑趋势，10年输电网络累计投入资本开支690亿美元。

美国电网公司：美国的电力产业结构复杂，电网的产权结构分散掌握在超过五百家的公司与组织手中。其中，美国最大的电网运营商为PJM Interconnection，负责美国大西洋沿岸13个州及哥伦比亚特区的电力系统运行与管理。

美国电网建设需求：新能源装机带动需求，跨区电网建设滞后

截至2022年底，美国本土大约有2,000GW的新增电力装机等待获得并网许可，其中以光伏及储能为主；开发商从提出并网申请到投入运营的等待期在延长，等待时长从2015年的3年延长至2022年的5年。尽管大量新建电力需要电网配套建设，但是2011-2020年美国电网投资主要集中在设备更新消除运行故障方面，而服务于新增电力需求的投入占比极小。

EIA数据显示截至2022年末，美国发电装机容量1254GW，其中天然气发电装机45%；煤电装机占比16.4%；风电装机占比11.3%；水电装机占比6.4%；光伏占比5.7%。由于天然气发电占比较高，因此美国电网的灵活性调节能力比较强。尽管如此，根据美国能源局数据，2011-2020年美国输变电年均新增线路长度中仅2%用于跨区域线路建设。

美国电网公司：美国的电力产业结构复杂，电网的产权结构分散掌握在超过五百家的公司与组织手中。其中，美国最大的电网运营商为PJM Interconnection，负责美国大西洋沿岸13个州及哥伦比亚特区的电力系统运行与管理。

美国电网建设需求：电网老旧，升级改造需求迫切

根据Brattle估计，大多数美国电网基础设施已运营超过40年，早已超过其使用寿命。以变压器为例，变压器的典型设计寿命为30-40年，实际操作中可延长至70年以上。美国用于电网传输的大型变压器上一轮密集投运期大约在20世纪50-70年代，距今约50-70年，大量现役变压器或已进入生命周期末端，存量电网升级更新需求巨大。2020-2040年美国老旧电力设备更新换代需求进入高峰。

 为应对老旧电网升级改造、制造业回流、能源转型等因素所带来的潜在用电需求增长，电网企业计划提高资本开支长期增长率。根据Bernstein Analysis统计，美国主要输电网企业年化增长率从2023年的6%提高到2024年的19%。

美国电网建设需求：电气化/再工业化/数据中心推动用电量较快增长

美国的再工业化也会带来用电需求的增长。随着制造业回流，美国对于进口货物的依赖程度也将逐步降低，但工业用电需求会迎来显著增长。根据测算，若美国进口货物金额占GDP的比重回到上世纪90年代的水平，美国用电需求预计会增长接近10%或者350TWh，相当于7个纽约市的用电量。

刺激政策推动制造业投资爆发式增长。为推动美国再工业化，拜登政府推出IRA、IIJA、CHIPS等法案，推动美国制造业投资在过去三年实现大幅增长。自IRA宣布以来，美国新增超过200个工业制造项目。2023年美国制造业建设投资金额达1940亿美元，创历史新高。

电气化也是重要驱动力。根据测算，美国电动车的渗透率预计将从目前的不到10%提高到2040年的60%，在此期间用电需求将增长25%。

根据Bernstein Analysis，2005-2022年美国全社会用电量年均复合增长率为0.3%；在多重因素推动下，2023-2028年用电量复合增速预计将达到2.0%。

美国电网投资展望

根据美国能源部《国家输电网需求研究2023》分析，在电网可靠性提升、阻塞缓和、新增发电装机并网和负荷增长都多重因素带动下，2020年美国区内输电容量约为85TW-mi，中性场景下2035年输电容量需要增长65%；2020年美国电网跨区输电容量为109GW，乐观预计至2030年增加151.5GW（+139%），至2035年增加449G（+412%），至2040年增加509.5GW（+467%）。

 根据美国能源部估计，到2030年美国输电系统容量较当前将增加60%，预计增加投资额1.9万亿人民币；2050年输电系统容量将增加300%，预计增加投资额9.5万亿人民币。➢ 美国电网投资情况：电网弹性和创新伙伴合作关系计划(GRIP)。

2023年，美国能源部电网部署办公室(GDO)发起了电网弹性和创新伙伴合作关系计划(GRIP)，GRIP 计划旨在提高美国电网的可靠性、韧性与灵活性，包括三种资助机制，合计投资总金额达到105亿美元，其中联邦资助的额度预计为38.3亿美元。

2024年5月，美国联邦能源监管委员会（FERC）批准了十多年来首次重大输电网络更新政策，旨在加快新的输电线路的建设，输送更多清洁能源，以满足车辆、数据中心和人工智能电力爆炸式增长的需求，并提高电网对极端天气事件的抵御能力。最终规则要求输电业主制定20年计划，评估区域输电需求，并需要每五年重新评审一次。

美国电网建设三大瓶颈——劳动力/审批/产能

熟练工人短缺、审批过程缓慢、变压器产能不足是美国电网建设的主要制约因素：

 美国劳动力供应受限，本土制造能力不足。变压器行业所需的工人技能和工资水平较低，美国本土制造商雇佣劳动力年流动率高达10%，吸引和留住足够工人的难度越来越大；培养熟练工人耗时较长，5-7年才能出师，之后更需要10多年的经验积累才能成为熟练技术工人。根据变压器制造商报告，通过增加班次和扩大员工人数可提高配电变压器产量10%-25%或更多。而据估算，到2035年，熟练输变电技术工人的需求量将达到17.8万人，较当前数量增长超过50%。

 审批流程缓慢也是电网建设的主要瓶颈之一。一般而言，美国输变电项目建设周期为1-2年，在提出并网申请后，需要耗费2-3年时间完成并网可行性研究，最后等待最多高达5年左右的时间来通过审批并实现并网。由于审批流程的缓慢，等待审批的输变电项目不断累积，目前排队中的输变电项目规模较2010年增加约350%。

美国电力设备需求：需求旺盛，开启长期景气周期

据美国能源部调查，公用事业公司配电变压器的平均交付时长从2022年前的3-6个月增加到目前的1-2年；大型电力变压器平均交付时长超过2年。目前美国90%以上的电力消耗需通过配电变压器，美国配电变压器进口占比较高。

大型电力变压器产能缺口巨大。建筑及交通的电动化、极端天气频率和强度增加、电力基础设施老化、可再生能源装机增长等诸多因素推动美国变压器需求不断增长。由于变压器产能扩张缓慢，巨大的供给缺口目前主要由进口弥补，并且供需失衡的局面在2030年之前将一直存在。

根据Wood Mackenzie的统计，美国大型电力变压器和发电升压变压器的平均交付周期从2022年一季度开始持续上行，截至2023年四季度已经接近120周。变压器价格也在过去三年时间增长了4-9倍。

美国电力设备需求：需求旺盛，开启长期景气周期

根据伊顿电气数据，21-23年北美宣布的“超级工程”（单项目投资金额超过10亿美元）投资金额已达9330亿美元，其中55%的项目与政府刺激政策有关，如削减通胀法案、基础设施法案和芯片制造法案，其中仅有18%的项目已经开工。

 “超级工程”具有较长的施工周期。根据伊顿电气数据，动力电池、半导体、医疗健康类项目从公告至设备交付周期分别可长达54、60和81个月，较长的项目周期和巨量的项目储备为相关电力设备企业远期业绩确定性提供支撑。

 根据现代电气数据，北美地区2022年受新能源上下游资本开支和电网投资带动，2023年受持续增长的长期合同带动，新增订单持续增长。2023年新增订单达11.8亿美元，再创历史新高。