一、智能電網-新能源消納需求下新的建設方向
隨著中國“雙碳”的政策和發展路徑變得逐漸清晰，清潔能源和新能源的占比的提升， 以及火電占比的壓降是一個確定性的趨勢。在清潔能源中，水電，核電等具有出力穩定 的特性，和傳統的火電相比對電網的影響不大。但光伏和風電的發電能力受太陽光和風 有較大的影響，呈現出較高的時間性和波動性，與傳統火電和水電截然不同，將給電網 穩定性帶來較大沖擊。
為了應對光伏和風電給電網的沖擊，在新能源應用領域走的相對領先的歐美電網提出了 “智能電網”這一概念，用信息化+儲能讓電網更好的適應新能源占比提升引發的問題，并 引入了價格杠桿，用浮動電價去合理平衡各方的利益，提升電網對新能源的消納能力。
在歐美發展智能電網應對新能源消納的過程中，他們有成功，但也有不足之處，也崛起 了一批智能電網領域的領先公司，本篇報告將著重回顧海外智能電網建設，價格杠桿運 作以及相對應的產業鏈變遷，并結合中國國情梳理投資機會。
（一） 智慧電網：應對光伏和風電新特性帶來的沖擊
電能的最大特點之一是其不易被大規模儲存，因此傳統電網運營管理上總是讓發電端的 輸出功率和負載端的用電負荷盡可能匹配。用電端大致有兩類負荷：1）白天工作時間工 商業用電；2）夜晚居民照明和生活用電；雖然廣大的工商用戶和居民的行為有一定的隨 機性，但加總在一起就將保持一個大體穩定的總數，并隨著氣候，日歷等因素有規律的 波動，而發電廠就可以按照規律安排電能生產，保持整個電網的穩定運作。
而光伏和風電這兩種新能源的最大特點是出力的不穩定性和時間特性，導致其在生產端 產生了和需求的時間錯配，并有可能因為波動而威脅電網的安全。
光伏的出力明顯從早開始從零增加，到中午達到最高，隨后隨著太陽落下減少，有 著明顯的時間規律，并不能像火電水電通過調節機組去匹配負荷變化。
光伏和風電均受天氣影響較大，且不可控。光伏電廠在陰雨天出力將大幅度下降， 風電場在遇到無風天將完全沒有出力，這些均是火電/水電/核電所沒有的挑戰。光伏和風電的另一個風險是大范圍的相關性造成風險加大：火電廠和水電廠往往有 數十個機組，單一機組故障不太可能影響電網安全，但風電和光伏一旦遇到大范圍的天氣事件則可能造成較大損失。如 2021 年初美國德克薩斯冰災中光伏板被冰雪覆 蓋，風力機組則被凍住，同時損失兩大支柱成為德克薩斯州電網崩潰的主因之一。西方國家在積極推進新能源在電網中占比提升的同時，也提出了應對新能源占比提升帶 來挑戰的答案：智能電網和電價浮動。智能電網通過先進的傳感和測量技術、控制方法 以及決策支持系統技術的應用，實現電網有效應對新能源消納的挑戰。
早期的電網結構是由系統管理員統一調配發電廠、變電站、輸電網，進而將電能輸 送至工業用戶、商業用戶以及住宅消費者，數據傳輸整體而言是單向的，調度控制 的靈活性與及時性都相對較差。
智能化改造以前的傳統電網結構則是在早期電網結構的基礎上引入傳輸控制中心與 分布式控制中心，發電廠與控制中心之間存在一定的數據交互性，部分環節的數據 傳輸實現了雙向流動，一定程度上提升了電網調度的靈活性與及時性。
而智能電網則是在傳統電網結構的基礎上，實現了電能“發輸配用”全環節的數據 雙向交互，電能控制、調度、儲存等環節都得到了極大拓展，能夠靈活根據用電端 的電能消納情況及時調度全環節的電能“發輸配儲”情況，真正達到電網智能化、 自動化、彈性化。
此外，在電網不同環節上，廣域監控設備、信息通訊集成化技術(ICT)、分布式可再 生能源集成化技術、傳輸增強應用、分布式電網管理、先進計量基礎設施(AMI)、充 電樁管理設施、消費者系統(CS)將成為建設智能電網的重點產品。
（二）價格杠桿激勵儲能對解決新能源消納的必要性
價格的本質是供需的博弈。傳統電網具有社會公共事業屬性，運營價格往往由政府管制， 采用成本加成法，而發電的量也是按需定供。對于傳統的水電，核電，火電等發電方法， 由于供給調節較為簡單，因此按需定供的實現并不需要太多成本。但是光伏和風電的引 入則大幅度增加了供給端的不可控性。因此，當光伏和風電占比提升到一定比例之后， 大規模的，與風/光裝機容量相匹配的儲能設施成為了剛需。
但儲能和其他調峰填谷手段的引入，則帶來了額外的成本，這一成本由誰支付，支付多 少，則成了新能源消納和電網改革的核心。對于電網和傳統發電方而言，毫無疑問這一調峰成本不應該由其自身承擔。而對于新能源發電方和用電方而言，承擔成本有邏輯上的合理性，但是由于新能源 本身的波動特性，導致儲能需要的量，以及成本怎么分攤無法精確預測。因此西方普遍引入了價格機制，放開了電價的管制并引入了某種競價機制，再讓儲能方 從電價的波動中獲得合理的回報。
（三）歐美先行者的經驗，教訓和啟示
西方率先采用了智慧電網+電價開放交易的模式，探索了用科技+市場解決風光消納的問 題，取得了很大成就；但同時也表現出了新模式在極端天氣挑戰下的脆弱性，有一些非 常慘痛的教訓。這些都給中國未來智能電網和新能源消納提供了寶貴的“教材”。
在解決新能源消納方面，德國，澳洲等國電網已經取得了較大的進展：2020 年德國風力 發電廠（尤其是陸上發電廠）合計占到 27.4％的發電總額；光伏發電占 9.7％；其余的 12.2％由生物質能，水力發電和其他可再生能源構成的。澳洲的風力，光伏等新能源占
在消納如此大比例的新能源的過程中，價格激勵和儲能的建設功不可沒，以澳大利亞為 例，澳洲在中午時分由于光伏出力占比較高，通過競價使得電費極低，反過來使得自用 儲能可以在中午以極低價格購買電力并在晚上自用，通過價格激勵提升了自用的分布式 儲能系統占比，較好的化解了光伏出力波動帶來的沖擊。
但新能源占比提升和價格放開后，西方國家的電網運營并非一帆風順，在極端天氣條件 下暴露的一些問題也很嚴重。我們相信中國的智能電網建設和電價改革會吸取這些經驗 教訓，結合中國國情合理穩步堅定推進。
美國得克薩斯州在 2021 年遭遇極端寒潮，光伏因冰雪覆蓋無法出力，天然氣發電因天然 氣井凍結減少；渦輪機結冰導致風力發電癱瘓；同時，取暖電力需求急劇上升，迫使德 州電網不得不實施短期輪換停電。在供需的極端失衡下，德州電價瘋狂飆升，一度上漲 到 1 萬美元/兆瓦時，相當于當地平時電價的 200 倍。
以上的失敗給中國智能電網和電價改革的經驗和教訓是：考慮全球氣候變化，智能電網的建設和改造要越來越多考慮極端天氣可能的沖擊， 系統要留有足夠的冗余能力應對“百年一遇，千年一遇”的極端災害。價格改革也將采用比較穩定的方式，避免極端情況的“天價電價”出現傷害民生。定 價機制上，相比實時電價，更可能采用有前瞻性的“提前一天電價”等較為溫和的電 價改革方式。（報告來源：未來智庫）
二、海外智能電網改造歷史
（一）美國智能電網改造以及電力市場建立回顧
2008 至 2016 年，U.S. utilities 共計投入 316 億美元建設智能電網，其中，智能電表板塊 （智能電表及通訊、IT 基礎設施建設）在智能電網建設前期投入比例較高且增速較快， 2011 年達到頂峰；2010 年起，電網自動化板塊（饋線及變電自動化、配電管理、電壓適 配、節能降壓、停電管理等）投資規模持續擴張，2017 年達 17 億美元；先進智能電網 板塊（分布式發電集成、家庭能源管理及充電樁管理等）投入占比相對較低。但我們認 為可能這一部分有相當成本是由發電方，用戶和家庭自行承擔而非電網投資改造。
智能電表：從 AMR 向 AMI 的全面迭代
AMR 的主要功能是“自動抄表”，僅支持計量端發往公用事業公司的單向、低頻通 信，從而減少抄表、計費成本。
AMI 則是在“自動抄表”的基礎上實現儀表和供應商之間實現雙向高頻通信。一方面，公用事業公司可以實時無人化接收回傳的儀表數據，另一方面，消費者能夠通 過 AMI 及其相關通信技術管理電能使用及相關成本；此外，電網運營建設部門也可依 據實時電表數據開展電力調配及負載管理工作。因此，AMR 向 AMI 的產品迭代本質上 是抄表工作單方受益向電網部門、消費者、公用事業公司三方共同受益轉變的進程。
智能電表普及率提升是智能電網前期布局關鍵。從 2007 年到 2016 年，全美智能電表的 數量增長了十倍。截至 2016 年，全美 1.513 億個電表當中約有 7080 萬只為智能電表， 智能電表覆蓋率達到 47%。AMI（Advanced Metering Infrastructure）技術驅動下智能電表 規模化效應初步顯現，未來仍然會以較高速度增長完成替換。
智能電網建設為電力市場發展奠定基礎。在智能電表、電網自動化、家庭能源管理三大 智能電網核心板塊的賦能之下，美國電力體系市場化進程成為可能，并逐漸形成了由聯 邦層面 FERC 以及州層面的 PUC 監管的市場體系。
美國的電力系統被劃分為東部網、西部網和德州網三大區域電網。在電網內劃分為多個 區域市場。市場主體是 RTO（區域傳輸組織）或 ISO（獨立系統運營方）。RTO 負責組織電力市場內的電能買賣。ISO 負責管理最終市場，組織平衡發電與用電負荷的實時市場。 電力的發、輸、配、售由市場內獨立或一體化的公司承擔。
發電企業負責生產和出售電能，同時提供電力輔助服務。輸電公司擁有輸電資產，在 ISO 的調度下運行輸電設備。配電公司負責運營配電網絡。儲能端主要通過提供調頻、備用服務參與表前市場，在政策補貼下通過向電力用戶 提供峰谷電價的價差利好換取銷售收益。
在用戶端，大用戶可以通過批發市場與發電企業直接通過競價購電；部分大用戶可以作 為負荷調節資源參與輔助服務；有些大用戶也可以通過售電公司零售購買電力。不愿意 或者不能參加批發市場買賣的小用戶可以通過售電公司零售商購買所需的電力資源。
智能電表覆蓋率拉升刺激家庭能源管理系統需求。隨著 AMI 部署的增加，超過四分之一 的美國客戶可以每天通過能源供應商提供的移動應用程序獲知自己的能源消費信息。先 進的自動化能源管理系統將協助消費者實時根據電價波動做出快速需求響應，消費者可 以利用這套系統在未來做出更明智的能源決策。截止 2016 年，全美范圍內具體動態電價 實時響應設備的家庭消費者占比極低，據 Navigant 預測，到 2025 年，全美家庭能源管理 系統的營收規模將達到 177 億美元，市場前景極為廣闊。
（二）Itron：全球領先的智能電表制造商
Itron 是一家位于美國的科技公司，提供能源和水資源管理方面的產品及服務。Itron 總部 位于美國華盛頓的自由湖，產品涉及智能電網、智能燃氣和智能水務，可測量和分析電 力、燃氣和水的消耗量，包括電、氣、水和熱能測量裝置和控制技術；通訊系統；軟件; 以及管理和咨詢服務。其智能電表業務規模長年保持北美第一、全球前列的市場地位。
2007 年營收經歷重要拐點。2007 年，Itron 并購知名計量系統公司 Actaris Metering Systems， 營業收入同比增長率達 196.58%，營收規模由 6.44 億美元增長至 19.1 億美元。此后十余 年間，Itron 營收規模長期徘徊在 20 億美元左右，增速擴張呈現出正負交替態勢。
2008 年收入下滑，但我們認為金融危機有很大影響因素。2011 年公司收入見頂，恰好 2011 年是美國智能電網建設頂峰，也是美國智能電表 替換的頂峰；公司收入頂峰和行業頂峰完美同步。
收購案當年，Itron 推出了革命性產品 OpenWay。OpenWay 基于雙向通訊技術有效實現 了電表數據采集與消費者需求響應實時回傳的有機耦合，堪稱智能電網建設過程中里程 碑式的產品。同時，產品聯動 Actaris Talexus? Prepayment System，消費者可通過信用卡 完成能源采購，便捷能源消費的同時更為需求響應的場景落地提供了極為理想的切入口。
智能電表市場前景看好。2020 年全球智能電表市場規模為 217.9 億美元，據 Allied Market Research 預測，預計到 2030 年全球智能電表規模將達到 543.4 億美元，2021 年 至 2030 年的復合年增長率為 10.10%。智能電表可以通過線路通信、射頻電磁輻射和蜂 窩通信發送、使用信息，幫助公用事業公司有效管理能源使用。
（三）SIEMENS：電網自動化傳統巨頭
西門子股份有限公司是德國的一家跨國企業，其電子與電機產品是全球業界先驅，并活 躍于能源、醫療、工業、基礎建設及城市業務等領域。SIEMENS 于 1847 年由維爾納·馮·西 門子建立，總部位于德國慕尼黑和柏林，于法蘭克福證券交易所和紐約證券交易所掛牌 上市，目前在全球擁有 385,000 名員工，業務遍布 190 個國家。2011 年至今，SIEMENS 持續在新能源發電、電網自動化領域開展并購，擴張全球市場。
公司能源自動化與智能電網業務品類豐富。SIEMENS 能源自動化與智能電網(Energy automation and smart grid)模塊主要包含以下產品：能源自動化產品、電網運行與控制、 能源自動化解決方案、電網規劃和模擬、儀表數據管理、網格邊緣、咨詢服務。
2019年，SIEMENS在巴黎的歐洲公用事業周上首次展示了其新的電網診斷套件（The Grid Diagnostic Suite）。電網診斷套件包括四個基于云的應用程序，它們從設備收集數據服務 于提供保護、配電自動化與電能質量提升。工業園區的配電網運營商和電網運營商可以 從安裝在智能電網任何地方的設備中快速獲取有效信息。
（四）Enphase Energy：家庭能源解決方案提供商
Enphase Energy 是一家在美國納斯達克上市的能源技術公司，總部位于加利福尼亞州弗 里蒙特。公司設計和制造軟件驅動的家庭能源解決方案，涵蓋太陽能發電、家庭儲能和 基于網絡的監控和控制。作為第一家成功將微型逆變器大規模商業化的公司，Enphase 仍 然是該市場的領導者。
2014-2018 年，Enphase 營收維持在 3 億美元左右，2019 年迎來營收拐點，其在北美地區 的出貨量呈現指數級高速增長，主要系逆變器 IQ7XS 產品的訂單量急劇上升，為滿足爆 發的采購訂單，公司依托墨西哥地區代工廠的生產效能，迅速完成產能彈性的擴張，當 年營收同比增長率達 97.47%，2020 年營收總額為 7.74 億美元。未來，公司規劃持續開 拓歐洲與澳洲市場。
公司 2014-2021 年股價整體與 Enphase 營收變化情況基本吻合。表明公司的估價受到了 基本面變化的驅動，業績的根本性改變也拉升了企業的價值。
Enphase 家庭能源解決方案主要包含以下幾項產品：
1）Enphase 微型逆變器：與串式逆變器相比，微型逆變器獨立運行可產生更多能量，同 時節省更多成本。
2）Enphase 同相交流電池：一種集成式儲能系統，可提供高性能、卓越的可靠性、模塊 化架構和安全性。
3）Enphase 特使：Enphase 系統的網絡集線器將每個微型逆變器連接到 Enlighten 監控 軟件。
4）Enphase Enlighten 應用程序：跟蹤能源生產、監控系統健康狀況并對家庭電網數據進 行存儲、處理、分析。
光電+儲能+管控。Enphase 家庭能源解決方案集成了太陽能發電、電能存儲、能源智能 管理系統三項住宅能源板塊，一站式滿足家庭能源管理需求。一方面，智能管理系統可以將住宅太陽能發電效果發揮到極致，另一方面，有效的儲能裝置也可以利用光電電價 峰谷時段的價差獲取廉價優質電能。此外，靈活的智能管理系統將有助于住戶實時監控 家庭能源狀態，為節能降耗作出最優能源決策。
在澳洲，家庭能源管理系統（EMS/ HEMS）正迅速成為充分利用新能源發電的主要方式。 （報告來源：未來智庫）
三、國內智能電網改革空間
（一）參考海外，中國電網智能化遠期改造的空間
參考海外，我們認為在解決新能源消納為核心目標的中國電價改革和電網信息化改革之 中，會有一些列細分領域迎來爆發式增長，參考海外的改造過程能夠幫助我們更好的估 算國內的改造進程，力度。
1、智能電表：從 AMR 向 AMI 演進將產生千億級替換需求
2012 年國際法制計量組織（OIML）出版了 IR46 有功電能表國際建議，OIML 開始按標 準實施。2016 年，該標準正式在國內落地實施，引發了一系列電能表國標、國家計量檢 定規程以及智能電表企業的標準作出了相應變化。
IR46 標準的智能電表功能如下：1）電能計量/需量測量功能；2）運行參數測量功能；3） 負荷、事件記錄；4）法制計量和通訊管理分離；5）高精度實時時鐘；6）實現遠程自升 級；7）支持 DL/T698.45 通訊協議。
不難看出，IR46 標準的智能電表能夠實現絕大部分 AMI 的功能，基本與美國 2007 年以來所迭代換新的智能電表類型相符。從 2020 年第二批招標開始，國網已經開始招標 IR46 標準的智能電表，標志著國內電表賽道開啟了下一個更換周期。
需要注意的是，國網之前所安裝的智能電表雖然含有“智能”二字，但絕大部分電表并不符合 AMI 的 IR46 標準，只能算作 AMR 的“智能”，這意味著為了容納新能源消納需求，相對應的老的 AMR 電表需要做完全替換。
新周期市場規模將達千億。國網電商平臺數據顯示，2021 年第一批電能表及用電信息采 集設備招標金額合計 101 億元；同時，2021 年第一批電能表及用電信息采集設備招標數 量合計 3745 萬顆。因此，初步可匡算出國內每顆 IR46 標準的智能電表信息采集設備大致在 270 元左右。而傳統的老 AMR 表模塊的價格大約在 150~200 元以內，這意味著 IR46 表相比老 AMR 表價值量提升在 60%~80%。
國網在 2015~2020 年 AMR 招標采購的總量超過 4.4 億顆，如果最終這些 AMR 全部替換 為 IR46 的智能電表，整體市場規模將超過 1000 億￥的量級
2、電網二次設備：總量巨大，價值品類相對分散
電氣一次設備是指：直接用于生產、輸送和分配電能的高壓電氣設備。電氣二次設備是指：對一次設備的工作進行監測、控制、調節、保護以及為運行維 護人員提供運行工況或生產指揮信號所需的低壓電氣設備。
新能源發電驅動二次設備需求增長。新能源發電改變電網生態，新能源電站的大量建成 從電流結構改變和電網建設結構改變兩大方向促進二次設備需求增長。從美國智能電網 發展歷史來看，二次設備的投資隨著新能源占比提升而持續增長，相比智能電表有更長 的延續性，波動較小，峰值也與智能電表相當。
另一方面，二次設備技術含量較高，品類較多，并不像智能電表或家庭能源管理那樣有 一個大價值量的單品，而是分散在很多關鍵部件品類之中，因此我們判斷受益方更可能 是類似西門子，GE 這樣的專用電氣設備“航母”級企業，擁有大而全的二次設備產品線， 能夠及時響應電網的整體改造復雜而細分需求。
3、家庭電能管理：C 端從零開始的全新市場
家庭能耗管理系統（HEMS）是以分布式能源接入與市電互補為能源基礎，以智能電網 互動為業務支撐，融合智能家居控制、智能家電、家庭能耗計量、環境自動化控制等各 項技術的，根據低壓居民負荷特點而設計的一個能耗綜合管理系統。目前，HEMS 的主 要目的在于通過調整用戶側的負荷及用戶自身配備儲能設備的充放電來適應電網負荷和 電價變化的自動化系統，可以更經濟、更有效的達到節約能源、確保用戶用電安全、減 少用戶電費支出、提高電網穩定性和安全性的目的。
國內 HEMS 尚處萌芽期，未來市場規?；蜻_萬億。由于國內家庭能源管理系統 （EMS/HEMS）起步較晚，更重要的是動態浮動電價改革還未啟動，家庭能耗管理毫無 意義，因此目前還未顯現領域內知名公司。
伴隨國內風光新能源上網與電價市場化改革，家庭能源智能管理的需求將被進一步催化。 參考澳洲主流 HEMS 收費模式，由于我國擁有過億級別規模的城市住宅用戶，假設每套 HEMS 系統首次采購費用在千元人民幣左右，在不考慮家庭太陽能板、微型儲能裝置等 硬件設施的前提下，我國未來 HEMS 軟件市場規模就將達到千億以上，如果考慮相關配 件與后續運營費用，該市場規模可能會更高。
此外，Navigant 預測到 2025 年，全美家庭能源管理系統的營收規模將達到 177 億美元， 則戶均 HEMS 支付費用在 200 美元左右，考慮到未來中國可能有上億戶家庭將采用家庭 能耗管理系統來獲得動態電價帶來的總電費支出下降，戶均支出如果接近，同樣可得出 中國未來的 HEMS 市場在千億以上。
4、動態電力交易市場：B 端從零開始的全新市場
綠電交易發展迅猛，潛在規模可觀。國家電網關于《省間電力現貨交易規則(試行)》已 于 11 月 22 日印發，我國跨省跨區電力市場建設邁入實質化建設與運行階段，大用戶、 售電公司也將有更多機會參與交易。強調要加快健全相關配套政策機制，推動符合準入條件的售電公司、電力用戶參與省間電力現貨交易，優先鼓勵有綠色電力需求的用戶與 新能源發電企業參與省間電力現貨交易。而隨著電價改革的持續推進，電力交易的信息 化系統供應商乃至電力交易系統運營商將大有可為。
整個中國電力市場是一個非常龐大的市場，根據中電聯數據，2020 年中國第二產業用電 超過 5 萬億度點，第三產業用電超過 1.2 萬億度，居民用電接近 1.1 萬億度；中國居民用 電均價約 0.51 元/度，商業用電價格則高于居民用電，全國總電力市場約在 3 萬億量級； 考慮未來電價改革的循序漸進，僅 10%接入動態實時電價交易市場，就是每年 3000 億級 的巨額交易量，相應的交易運營信息系統平臺，交易服務費都將是很大的數字。
