(报告出品方/作者:开源证券,任浪)
1、GIL性能优势显著,技术进步和成本下降打开市场需求
1.1、GIL性能优势显著,应用场景多元
GIL是一种地下输电方式,具备安全可靠、高效、集约、智能等优势。GIL指气体绝缘金属封闭输电线路,是由接地合金铝外壳和内置管状合金铝导体组成并采用六氟化硫等绝缘气体为绝缘介质的电力传输设备。GIL具有传输容量大、单位损耗低、布置灵活、运行可靠性高、寿命长、以及不受外界环境因素影响等优点,适用于恶劣气候环境或者廊道选择受限制的电力输送场合。
GIL输电相较于传统输电具有明显性能优势,随着成本下降逐步打开市场。GIL输电作为一种地下输电方式,相较于传统地下电缆(XLPE)和架空线均有多方面比较优势。性能方面,GIL安全性能更好、输电效率更高、智能化程度更高、电磁辐射更少、线路损耗更低、使用寿命更长,在多方面均有明显优势。成本方面,GIL的建造成本为每千米万左右,略高于架空线和地下电缆。架空线应用在地面,地下电缆和GIL主要应用下地下,需要建设管廊,需要额外的土建成本,更多适用于地下输电。目前GIL凭借输电容量大、可节约土地空间辐射少、可灵活敷设这三大特点正在不断开拓应用场景。未来随着GIL技术的进步,GIL建设成本有望进一步下降,市场需求将逐步打开。
GIL主要用途包括三大类:城区架空线入地改造、长距离大容量地下输电、极端环境电力供应保障。GIL由于性能优越,伴随着成本的快速下降在国内已经应用已经逐步推开,主要用途可分为三大类:一是城区架空线入地改造,如无锡荣巷街道kV惠梁线迁改入地项目的实施去除了城市上空存在多年的电线“蜘蛛网”,完成架空线入地的城市风貌提升;二是长距离大容量输电,其中聊城鲁西化工KVGIL项目的投产,首次实现GIL长距离高空敷设,为GIL输电技术的多元化行业应用开辟了先河;三是极端环境保障电力供应,苏通GIL工程和安靠智电内蒙高新项目的投产,证明了GIL在水下、低温等极端环境下的电力保障能力。未来伴随GIL输电技术的不断提升和成本的持续下降,应用场景将得到进一步拓展和丰富。
1.2、技术水平已处第三阶段,应用案例丰富且多年运行稳定
GIL起源于上世纪七十年代,近年来我国技术水平逐步实现赶超。20世纪七八十年代开始,美国、日本、加拿大、法国、俄罗斯、德国等国家陆续将GIL投入实际使用。年世界上第一条交流GIL输电系统在美国新泽西州Hudson电厂落成,该条输电线路电压等级为kV,载流量A。年德国Siemens公司在德国的Wehr抽水蓄能电站建成了欧洲首个GIL输电工程,电压等级kV。年Siemens公司在瑞士日内瓦PALEXPO机场建成了一条长m的kV电压等级的GIL线路。
该GIL输电系统首次采用了Siemens公司开发的第2GIL技术,通过减少SF6的使用量在降低成本的同时又进一步满足了环保要求。年,苏通GIL综合管廊正式投运,全长.5米,是世界上电压等级最高(KV)、输送容量最大、最长距离GIL创新工程,是当今世界上技术水平最高的GIL工程。苏通GIL综合管廊工程的落地,标志着我国GIL技术已经逐步实现了赶超。
技术水平已处第三阶段,案例丰富多年运行稳定。GIL的技术发展可分为是三个阶段:第一代GIL采用纯SF6气体作为绝缘介质,充气压力为0.3~0.4MPa;第二代GIL采用体积分数20%SF6-80%N2混合气体作为绝缘介质,充气压力为0.7~0.8MPa;第三代的干燥洁净压缩空气,充气压力为1~1.5MPa。第二代GIL与第一代GIL相比,较大程度上简化了绝缘概念,减少了绝缘材料的使用,通过增大气压使得SF6和N2气体可以混合稳定运行,且使用了新的焊接工艺,同时改善了敷设技术,在环保水平上得到加强。
第三代GIL则在环保技术水平上进一步加强,降低污染。当前技术水平已达到第三发展阶段,市场上处于各阶段技术共存的局面。近年来,随着“西电东送”战略的实施和土地成本的上升,国内GIL应用案例开始增多,如苏通GIL管廊工程、华能济宁电厂kVGIL工程、华能济宁电厂kVGIL工程、华能济宁电厂kVGIL工程、鲁西化工kVGIL输电项目等多个案例成功投运,运行以来十分稳定。从世界范围内应用来看,Wehr抽水蓄能电站GIL工程年投运以来至今稳定运行,世界范围内在过去40年的运行中从未出现重大故障记录。随着技术水平的发展,GIL的安全性和可靠性已经非常成熟。
GIL功能相当于更长的GIS母线,且结构更加简单。GIS是气体绝缘金属封闭开关设备的简称,由断路器、隔离开关、接地开关、互感器、避雷器、母线等元件组成,这些元件全部封闭在充有绝缘气体的金属接地外壳中。GIL与GIS母线相比标准单元长度和标准气室长度更长,安装允许土建误差更大,弯管段角度更广,且大修的时间周期也要更长,维护起来也要更加简单。同时,GIL主要由铝合金外壳、铝合金导体、SF6绝缘气体、环氧支撑件组成,相比于GIS的结构更加简单。
2、存量替代+增量扩张,双线成长静待花开
2.1、电网扩容与土地成本矛盾加剧,GIL将替代城区存量架空线
新能源车快速渗透,城市充电需求迫切。在“双碳”政策的推动下,我国新能源汽车渗透率迎来加速增长。根据《新能源汽车产业发展规划(-年)》,到年新能源汽车新车销售量将达到汽车新车销售总量的20%左右。年8月,我国新能源乘用车销售30.4万辆,渗透率即已达到了20%,中国电动汽车百人会秘书长张永伟预计20%渗透率的目标有望在-年提前达成。截至年中我国汽车保有量2.92亿辆,未来新能源汽车的替代空间广阔。真锂研究数据显示,年上半年我国新能源汽车用电量同比大幅增长。同时,未来随着快充和超充技术的进步,新能源汽车充电的功率需求将大幅提升。目前新能源汽车充电桩的最高功率为KW,但以广汽埃安为代表的超倍速充电技术的充电功率最高可达KW。考虑到新能源汽车数量快速增加以及对于快充的需求,城市充电需求增长迫切。
5G基站数量持续增加,用电量需求大。年是5G牌照正式发放两周年,根据《年上半年通信业经济运行情况》,截至年6月末,我国5G基站总数96.1万个,上半年新建19万个。根据Itu数据预测,我国年5G基站数量将达到.8万站,到年将达到万站,-年平均每年新增5G基站约万站。在年底举行的“通信产业大会暨第十五届通信技术年会”上,国家电网能源研究院能源决策支持中心博士、高级研究员高洪达指出,年我国5G基站耗电量在全社会用电量的占比约为0.05%,到年,5G基站耗电量占全社会用电量的2.1%,超过数据中心的2%,用电量需求大。
城市大型化推动用电需求增长。近年来国内城市快速发展,以“京津冀”、“长三角”、“珠三角”为代表的城市群在经济体量、人口数量和产业规模等方面不断扩张,城市半径不断扩大。根据Wind数据显示,我国城市建成区面积不断扩大,已经从年的平方公里增加至年的平方公里,年均复合增长率4.70%,如武汉城市半径从10公里扩张到25公里,只用了3年时间。城市的大型化和“城市群化”,将带来城市用电需求的进一步增加。
电网扩容需求与城市土地成本上升矛盾加剧,推动架空线入地需求。城市不断增加的用电必须通过高电压等级的输电线路输送到城市中心的变电站,再通过周边的下级变电站输送到需要用电的企业、单位以及居民家中,电网扩容需求迫切。由于敷设简单且成本较低,目前国内外均主要采用架空线作为输送电能的主要方式。架空线由线路杆塔、导线、绝缘子等构成,架设在地面上,一般有两个回路,两个回路之间20m,左右各15m,合计占据50m宽的土地,每公里需占用土地5万平方米。近年来随着城市土地成本的不断攀升,根据金辉控股招股说明书数据显示,个受监测城市平均土地成本已经从年的每平方元上涨至年的每平方元,年均复合增长率达到8%。在国内城市用电需求持续扩容背景下,继续使用架空线的土地成本不断上升,架空线的经济性不断下降,架空线入地的需求被打开。
架空线,城区大容量输电场景下GIL可替代存量架空线。在电网需求扩容和架空线经济性下降的双重背景下,架空线入地成为大势所趋,各大城市输电的入地需求明显提升。以上海为例,年3月,上海市普陀区长寿路电力、信息等架空线入地工程正式开工,标志着上海市线入地和合杆整治工程启动。截至年底,上海累计完成公里道路相关整治,内环内架空线入地从29%提升至62%,道路立杆减量不低于50%。
同时,《上海市城市总体规划(-)》中提出按照规划建设用地总规模“负增长”要求,锁定全市规划建设用地总规模在平方公里以内,预计未来各大城市将陆续开始推进城区架空线工作。地下输电有地下电缆和GIL两种形式,GIL相较于电缆具有电流容量大、使用寿命长、维护成本低等优点,且运营稳定性正在不断得到验证。电缆输电容量为A,而GIL容量可达到0-A,虽然在单回路建设成本上GIL高于地下电缆,但是在高功率多回路的地下输电场景下,GIL的建设成本优于地下电缆。单GIL回路的输电容量即相当于4-5回路的地下电缆,超过2回路的输电需求GIL即体现出更强的经济性。因此,GIL在城区大容量输电场景下可逐步替代目前存量主流的架空线解决方案。
2.2、增量扩张:充分受益特高压建设,场景拓展贡献新增量
GIL属于输电环节,位于电力产业链中游。整个电力产业链包括发电、输电、配电、用电四大环节,电力产业链上游将各种类型一次能源通过对应的发电设备转换成电能,中游经由输电及配电网络把电能输送到最终用户处,下游再向最终用户提供不同的电压等级和不同可靠性要求的电能,满足用户用电需求。电力行业作为公共事业对于社会运行至关重要,而电力输送作为产业链中游,既需要配合上游在政府推动下进行电力体制改革,平衡各种新能源与传统能源之间的关系,又需要满足下游用电量波动而带来的电力调度需求。GIL作为各种输电方式之中极具经济价值和应用价值的技术,未来伴随城市运营经验进一步丰富和技术水平进一步提高,市场空间将逐步打开。
光伏和风电将成新能源主力军,特高压是输送新能源最佳选择。自年开始,风电、光伏实现平价上网后装机容量明显回升,年风电和光伏合计新增装机占比62.8%。年底风电和光伏的发电装机合计达5.34亿千瓦,根据《加快建设新型电力系统助力实现“双碳”目标》预计,年风电和太阳能发电装机达到12亿千瓦以上,规模超过煤电成为装机主体。“十四五”提出建设九大清洁能源基地,均位于西北、东北、西南等地区,而我国用电量和用电负荷主要集中在东南部地区,发电侧和负荷侧的逆向分布使得跨省跨区输电通道的建设具有必要性。根据全球能源互联网发展合作组织的研究,我国实现碳中和的路径必须要加快形成以特高压骨干网架为核心的全国清洁能源资源优化配置平台。特高压最大的特点是长距离、大容量、低损耗输送电力,可以较好解决新能源电力远距离运输的问题。
可再生能源电力消纳责任权重提高驱动特高压投资规模增长。根据国家电网数据显示,我国特高压投资规模年达到亿元,相比于年投资规模显著增长。主要原因为随着《国家发展改革委国家能源局关于建立健全可再生能源电力消纳保障机制的通知》(发改能源〔〕号)的印发,国家发改委提出了各省级行政区域年可再生能源电力消纳责任权重,促使我国负荷主要地区,即东部省市开始重点