電力裝置行業專題報告：迎接分散式新能源消納的投資機遇

（報告出品方/作者：廣發證券，陳子坤、紀成煒）

一、分散式發電成為新能源發展的重要形式

分散式電源是利用分散的能源資源，透過小型發電機組，就近滿足使用者電力需 求的發電方式。相較於傳統的“集中式發電+大規模遠距離輸電”模式，分散式電 源更靠近使用者，佈置更為靈活，在效率、經濟性、可靠性等方面具有一定優勢。分 布式電源從 20 世紀 70 年代逐漸發展起來，起初主要以提高能源利用效率為目標， 重點發展分散式天然氣多聯供（供電、供熱、供冷）。近年來隨著新能源技術的發 展，分散式新能源逐漸成為發展重點。

我國分散式光伏近年來加速發展，在光伏累計併網容量中佔比超過 1/3，在 2021 年新增光伏併網容量中佔比超過 1/2。根據國家能源局披露資料，

從

累計併網 容量看，截至 2021 年底我國光伏累計併網容量

達到

30599 萬千瓦，其中分散式光 伏 10751 萬千瓦，佔比 35。1%。山東、浙江、河北、江蘇、河南分散式光伏併網

容

量最多，分別為 2334、1265、1262、975、930 萬千瓦，合計 6766 萬千瓦，佔全

國

分散式光伏併網容量的 62。9%。從新增併網容量看，2021

年

全國新增光伏併網 容量 5488 萬千瓦，其中分散式光伏 2928 萬千瓦，佔比 53。4%。山東、河北、河 南、安徽、浙江分散式光伏新增併網容量最多，分別為 867、517、359、216、198 萬千瓦，合計 2156 萬千瓦，佔全國分散式光伏新增併網容量的 73。6%。

受益於整縣光伏等政策推進，我國戶用光伏在分散式光伏中佔比快速提升，成 為近兩年分散式裝機規模快速增長的最大支撐。截至 2021 年底，戶用光伏累計並 網容量 4160 萬千瓦，佔分布式光伏併網總量的 38。7%。2020、2021 年分別新增 1010、2160 萬千瓦，在分散式光伏新增裝機中佔比達到 64。7%、73。8%。分省來 看，根據北極星太陽能光伏網統計資料，2021 年山東、河北、河南戶用光伏新增 規模分別達到 763、534、343 萬千瓦，分別佔當年全國新增戶用光伏容量的 35。3%、 20。1%、15。9%。

未來我國分散式光伏仍有

很大

增長空間。國內主要研究機構對於未來我國分佈 式光伏的裝機規模進行了預測分析，其結果存在一定差異，預測範圍為 9。2-30 億千 瓦。2021 年底我國分散式光伏累計併網容量 1。08 億千瓦，與上述預測結果相比， 仍有至少 7。5 倍增長空間。

分散式光伏在農村屋頂開發潛力最大。根據國網能源研究院測算，2025 年我 國分散式光伏技術可開發潛力為 14。9 億千瓦，其中主要是農村、城鎮住房屋頂光 伏和工礦廠房，合計 13。3 億千瓦，佔到技術可開發總潛力的 89%。農村住房屋頂 的開發潛力約佔總開發潛力的一半。分省來看，河南、山東、江蘇開發潛力最大， 均超過 1 億千瓦，主要原因也在於數量龐大的農村屋頂。

當前分散式風電專案較少，國家亦積極推進其發展。今年 6

月

，國家發展改革 委、國家能源局印發的《關於促進新時代新能源高質量發展的實施方案》提出：加 大力度支援農民利用自有建築屋頂建設戶用光伏，積極推進鄉村分散式風電開發； 在具備條件的工業企業、工業園區，加快發展分散式光伏、分散式風電等新能源

項

目。 長期來看，發展分散式新能源對於提升中東部地區供電自給率、減少電能遠距 離傳輸從而抑制電價上漲具有重要意義，持續積極推進其發展乃是大勢所趨。我國 分散式新能源裝機主要位於中東部地區。發展分散式新能源，一是有助於提高中東部地區的本地發電量，降低外受電比例，提升供電安全水平；二是有助於減少電力

的

大規模、遠距離傳輸，不僅能夠緩解輸電走廊日益緊缺的壓力，而且能夠減少輸 配電費用並在一定程度上減緩終端電價上漲。

二、分散式新能源大量接入對電網執行帶來明顯壓力

電力系統執行過程中需要保持供需實時平衡、頻率和電壓穩定，而新能源發電 出力具有隨機性、波動性、間歇性特徵，因而新能源能夠發出的電量不一定都能夠 被終端使用者消費。當無法滿足電力系統執行條件時，只能限制新能源發電出力，產 生棄電量。故消納問題愈發成為新能源能否高質量發展的關鍵因素。

（一）新能源消納的影響因素

新能源發電裝置發出電能後，一是需要併入電網（離網執行的除外），二是需 要滿足電力系統實時平衡的執行要求，才能被使用者所消費。因此，實現新能源消納 需要重點考慮兩方面因素，併網約束和調節約束。 併網約束可進一步細分為接網約束和外送約束。接網約束是指新能源電站/分佈 式新能源發電裝置接入既有電網的過程中所受到的約束，如集中式新能源需要新建 接網工程，分散式新能源需要考慮配電網承載力等。外送約束是指新能源發電量無 法在本地完全消納，需要外送至其他地區消納時所受到的約束，包括是否有外送通 道、外送通道容量是否充足、外送通道建設是否與新能源建設相匹配等。

調節約束：為了滿足電力系統實時平衡的執行要求，在新能源發電過程中，系 統中的靈活性資源（能夠靈活調節的火電、抽水蓄能、電化學儲能、需求側響應等） 需要響應新能源出力的變化，進行調峰調頻等操作。當電力系統中靈活性資源不足 時，將出現棄風棄光現象，並且會制約新增裝機併網。調節約束即是指靈活性資源 是否充足的約束。

基於對集中式和分散式新能源執行特點的分析，我們認為：

（1）集中式新能源同時受到併網約束和調節約束影響：從併網約束看，集中 式新能源電站需要新建接網工程，並且要具備外送通道；從調節約束看，集中式新 能源併入電網的電壓等級高，安全穩定要求更嚴格，需要大量靈活性資源支撐。

（2）分散式新能源所受調節約束更少，但是在併網環節仍受到配電網的較多 約束：從併網約束看，分散式新能源能夠實現自發自用和就近消納，不用大量新建 輸電線路，較集中式新能源更具優勢，但在其接入的配電網層面仍然存在著變電容 量、電壓等約束；從調節約束看，分散式新能源發電出力曲線與用電負荷曲線在部分時段具有匹配性，相較於集中式新能源，分散式新能源能夠降低對電力系統靈活 性資源的需求。 因此，總體而言，分散式新能源較集中式新能源好消納，但是配電網對分散式 新能源併網的諸多約束不容忽視。

（二）從調節約束看，集中式新能源受到的影響更大

集中式新能源：電源距負荷較遠，通常需要透過特高壓直流進行外送，而目前 採用的特高壓常規直流技術要求執行過程中功率流盡量平穩，使得送端和受端均需 要進行調峰調頻，成為影響消納的主要因素。在送端地區，由於新能源出力波動， 而特高壓直流要求輸電功率流盡可能平穩，因此需要呼叫大量電力系統靈活性資源， 與新能源打捆，確保功率流較為平穩後，方能上送特高壓直流通道。在受端地區， 由於負荷曲線在不同地區、不同季節、不同日期（工作日和節假日）均存在明顯差 異，而特高壓直流的功率流（一般日內僅設定 2、3 檔傳輸功率水平）難以跟隨負 荷曲線變化，因此在受端地區亦需要呼叫大量電力系統靈活性資源，填補負荷曲線 與外受電曲線間的差值。未來有望逐漸採用柔性直流輸電技術，其功率流可以在較 大範圍內進行調整，能夠減少集中式新能源的調節需求。

分散式新能源：電源與負荷相伴，衝抵部分用電需求，電力系統中的靈活性資 源響應淨負荷曲線變化即可實現供需平衡。從電網視角看用電負荷，當無分散式新 能源時，電網供電需要滿足的是真實負荷曲線，當有分散式新能源時，電網供電

需

要滿足的是淨負荷曲線（真實負荷曲線與新能源出力曲線的差值）。電力系統中的 靈活性資源追蹤淨負荷曲線變化，據此供電即可實現電力供需平衡。從分散式新能

源自

身影響來看：從物理執行角度（非電費結算角度）而言，分散式新能源發電量 優先自發自用。當分散式光伏裝機較少時，淨負荷曲線有可能較負荷曲線波動降低， 減少調峰需求；而隨著裝機增長，淨負荷曲線波動又會加大，調峰需求增加（參見 美國加州淨負荷“鴨型曲線”的變化趨勢）。對比集中式新能源來看：分散式新能 源只需要進行 1 次調峰調頻（響應淨負荷曲線變化，進行調節），而集中式新能源 需要 2 次調峰調頻（送端和受端各 1 次）。分散式新能源需要的靈活性資源小於集 中式新能源。

綜上，集中式新能源往往需要透過特高壓直流進行外送，此時送端和受端地區 均進行調峰調頻，而分散式新能源與負荷相伴，僅需要靈活性資源響應淨負荷曲線 的變化。因此從調節約束看，分散式新能源所受約束更少，消納潛力大於集中式新 能源。（報告來源：未來智庫）

（三）從併網約束看，分散式新能源面臨的約束更多

集中式新能源：首先需要新建接網工程，併入高壓配電網（35kV / 110kV）或 輸電網（220kV / 330kV）。然後考慮外送，如果存量外送通道有富餘容量，則可 以利用其外送；如果沒有富餘容量，則新建外送通道。總體而言，由於集中式新能 源接入電網的電壓等級高，而高電壓等級電網更加堅強，所以其併網解決方案較為 簡單。 分散式新能源：分散式新能源主要進行本地/就近消納，因此不需要建設外送通 道。從併網環節看，裝機容量較小時，可直接併入用電戶電網；當裝機容量較大時， 可以透過專線匯流，透過專用變壓器升壓併入 10kV 電網。分散式新能源接入電網 的電壓等級低，電網較為薄弱，經常出現變電容量不足、電壓不穩定等問題。因此， 隨著分散式新能源滲透率的提升，其面臨的併網約束會越來越多，亟需提升分散式 新能源的併網要求並對配電網進行系統性改造。

（四）分散式新能源帶來的消納壓力已逐漸顯現

截至 2021 年底，山東、河北、河南、江蘇、浙江、安徽六省光伏累計裝機容 量在國內位於最前列，並且分散式光伏裝機佔比較高。其中山東、河北兩省最具代 表性。

山東、河北兩省光伏消納率下滑明顯。根據全國新能源消納監測預警中心披露 資訊，從逐月累計資料看，山東、河北一季度消納率均出現趨勢性下滑。2019-2022 四年間，山東由 99。6%下降至 95。6%，下降 4pct；河北由 97。5%下降至 96。0%， 下降 1。5pct。比較 2021、2022 年一季度消納率，山東、河北分別同比下降 2。0pct、 0。8pct。2021、2022

年

光伏新增裝機明顯高於 2019、2020 年，消納率下降趨勢更 加明顯。從逐月資料看，在節假日等用電負荷低谷時期消納壓力已經很大。2022 年春節假期為 1 月 31 日至 2 月 6 日，2 月用電量較低，山東、河北 2 月光伏消納 率分別為 92。5%、94。0%，遠低於全年平均水平，甚至已低於 95%，顯示出用電負 荷低谷時期消納壓力明顯。

山東省近期密集出臺政策，對分散式新能源併網和執行提出更高要求。一是要 求分散式新能源參與電力市場，與集中式新能源場站同等參與市場偏差費用分攤； 二是部分地市因變壓器過載等原因，暫停分散式專案接入或要求配置足量儲能；三 是要求加快推進全電壓等級分散式光伏“可觀可測可調可控”。如前所述，分散式 新能源消納同時受到併網約束和調節約束，上述三方面政策要求的核心就是解決分 布式新能源的併網和調節問題。

三、適應分散式新能源發展需要配電網全面改造升級

分散式新能源大規模接入，使得配電系統由原來的放射狀無源網路變為有源網 絡，電網的物理特性將發生很大變化。特別是 2021 年我國積極推進整縣（市、區） 屋頂分散式光伏開發試點以來，農村戶用光伏快速增加。由於農村電網較城市電網 更為薄弱，因此戶用光伏對配電網帶來的影響比工商業光伏更大。 根據中國電機工程學會農村電氣化專業委員會分析，整縣屋頂分散式光伏開發 建設主要存在六方面問題：反送電時配電裝置和線路過載、電壓質量問題、諧波問 題、“孤島”執行帶來電網（作業）安全隱患、繼電保護整定困難、缺乏監測控制 手段。考慮到分散式新能源在我國中東部地區仍有很大增長空間，為適應分散式新 能源高比例接入，亟需對配電網（特別是農村配電網）開展系統性改造升級。

（一）提升分散式新能源的可觀可測可調可控水平

隨著分散式新能源裝機容量增加，其對電力系統的影響已不容忽視，需要納入 電網排程體系進行管理，實現可觀可測可調可控。根據國家電網《低壓分散式光伏 計量採集典型設計方案》（因戶用光伏大多接入 220V / 380V 低壓配電網，故該文 件主要針對戶用光伏）要求，2022 年將重點實現：①低壓分散式光伏高頻採集

通

信全覆蓋，具備低壓分散式光伏上網負荷

日

預測能力；②新增光伏使用者具備遠端即 時控制和柔性控制能力，全部低壓分散式光伏使用者具備遠端控制能力。涉及的主要 裝置包括：通訊系統+智慧融合終端+採集終端+智慧電能表+智慧斷路器+逆變器。

1. 可觀可測：通訊系統+智慧融合終端+採集終端+智慧電能表

先前分散式新能源較少，只要求集中式新能源電站和透過 10（6）kV 電壓等 級併網的分散式新能源具備較強的與電網排程機構進行通訊的能力。《光伏發電站 接入電力系統技術規定》要求光伏發電站與電網排程機構之間能夠通訊，提供遙測 訊號、遙信訊號、遙控訊號、遙調訊號以及其他安全自動裝置的訊號。《光伏發電 系統接入配電網技術規定》要求透過 10（6）kV 電壓等級併網的光伏發電系統具備 與電網排程機構通訊能力，滿足繼電保護、安全自動裝置、排程自動化及排程電話 等業務對電力通訊的要求。

隨著分散式新能源裝機規模擴大，對電網排程的影響已不容忽視，強化全電壓 等級分散式光伏通訊能力已成為新的發展趨勢。目前併入 35kV 及以上電壓等級的 集中式光伏電站已基本實現可觀可測可控，而併入 10kV 電壓等級的分散式光伏僅 部分可觀可測可控，併入 380V / 220V 電壓等級的分散式光伏几乎不可觀可測可控。 山東是我國分散式光伏裝機第一大省，目前山東電網要求強化全電壓等級分散式光 伏通訊能力，實現可調可控。

光伏採集通訊組網有 4 種方式。從主要裝置來看，低壓併網的分散式光伏可觀 可測可控性最差，未來將主要依託用電資訊採集系統（用採系統）提升其通訊能力， 新型臺區智慧融合終端+採集終端+智慧電能表存在更新和改造機會；從通訊方式來 看，供電臺區（配電網最末端，一臺變壓器的供電區域）內主要採用 RS485、低壓 電力線高速載波（High-speed Power Line Carrier，簡稱 HPLC）通訊，HPLC 傳 輸能力強於 RS485，或將擴大應用；供電臺區以上目前主要採用光纖通訊，未來 4G/5G 等無限通訊滲透率有望提升。

2. 可調可控：智慧斷路器+逆變器

針對分散式光伏的控制可分為即時控制和柔性控制。即時控制主要控制智慧

斷

路器的開斷操作，實現分散式光伏的併網/離網狀態切換；柔性控制主要控制逆變器 進行調節，可調整交流側有功功率，並進行一定的電壓控制（調節逆變器輸出/吸收 的無功功率）。 併網斷路器和逆變器存在技術升級需求。光伏併網斷路器方面，需要強化一二 次融合，提升智慧化水平。浙江電網已率先應用智慧併網微型斷路器，在原有併網 斷路器一次裝置基礎上，增加資料採集、通訊互動等二次模組，實現與臺區智慧

融

合

終端的就地互動，實現對戶用屋頂光伏的可觀、可測與就地調控。逆變器方面， 將強化有功功率、無功功率控制要求，提升響應電網排程控制的能力。

（二）提升配電變壓器容量和線路載流能力

農村地區發展戶用光伏不僅存在反送電問題，而且經常出現反送電超過變壓器和線路容量限制問題。據《2020 年國家電網公司年鑑》，2019 年國家電網公司供 區農網戶均配變容量為 2。76kVA，則戶均供電有功功率最大為 2。76kW（此時功率 因數為最大值 1）。農村地區戶均屋頂面積按 100m2估計，則可鋪設光伏 10kW。 假設正午時分平均出力 8kW，此時用電功率最多為 2。76kW，則會反送電 5。24kW， 是戶均供電有功功率（亦為戶均配變容量）的 1。9 倍，有可能超過變壓器容量和線 路載流能力限制。

解決容量不足問題存在三種思路：一是替換原有變壓器和線路，進行擴容。由 於“十二五”、“十三五”我國大力推進農網改造，因此農村地區配網裝置還遠未 達到使用壽命，因此該方法經濟代價較大，較少採用。二是新建變壓器和線路（可 以與原低壓供電線路相連，也可單獨與分散式電源相連、實現專線專變併網），分 擔反送電潮流。該方法能夠解決本電壓等級容量不足問題，但要關注上級變壓器容 量是否充足，若不足還需要對上級變壓器進行擴容。山東淄博供電公司為解決高青 縣前胡村臺區光伏消納能力不足問題，推動建立了低壓專線獨立併網試點工程，目 前已併網發電。三是配置儲能，降低反送電功率。受制於儲能成本較高，目前難以 大規模推廣。 未來 6kV-20kV 中壓配電變壓器和線路建設需求有望持續上升。在分散式新能 源滲透率逐步提升過程中，最先併網的裝機可以利用變壓器和線路的原有富餘容量， 而後併網的裝機就需要新增變壓器。從目前山東等地的分散式光伏併網要求來看， 已逐步進入後一階段，中壓配電變壓器和線路建設需求有望上升。

（三）抑制分散式新能源造成的電壓波動

中午分散式光伏大發，配電網易出現過電壓；傍晚負荷較高，分散式光伏几乎 無出力，配電網易出現低電壓。電壓在日內劇烈波動，對配電網（特別是農村

配電

網）安全可靠執行帶來巨大影響。根據中國電機工程學會農村電氣化專業委員會《整縣屋頂分散式光伏開發建設相關問題研究報告》分析：日間日照較好時，光伏發電 功率較大，與此同時用電負荷較輕，產生電力倒送會導致配電網過電壓；日落時， 光伏發電功率逐漸下降，此時農村使用者負載卻又上升，導致部分使用者又出現低電壓 問題。目前，農村電網的配電變壓器基本上不具備自動調壓能力，難以應對光伏

發

電

對負荷側電壓波動的影響。 功率流透過線路會產生電壓變化，電壓變化主要由有功功率 P、無功功率 Q、 電阻 R、感抗 X 決定。不同於輸電網（R

解決電壓問題，需要多維施策：一是可以新建配電線路/更換更大橫截面的導線 （降低 R 和 X），透過分流每條線路上的功率/減少線路阻抗，進而減小線路上的 電壓變化。二是進行一定的無功補償，透過無功補償能夠使得線路上傳輸的無功功 率 Q 降為 0，則可以在一定程度上降低線路電壓變化。三是變壓器有載調壓/線路加 裝自動調壓裝置，透過改變變壓器原邊副邊的線圈匝數比，實現對電壓的調整。預 計在分散式新能源高比例接入地區，可能在配網上逐步採用該技術。當配電線路末 端電壓過高/過低時，透過降低/提高變壓器出口電壓，使得整條線路電壓變化處於 允許的偏差區間內。 未來，相關電力裝置將呈現三方面變化：一是對分散式新能源併網逆變器要求 提高，需要進行無功調節，當線路電壓過高時吸收一定的無功功率。二是在配電網 增加電力電容器/SVG，進行無功補償。由於 SVG 價格遠高於電力電容，因此雖然 其能夠平滑調節無功功率，但是受制於經濟性，預計難以在配電網大規模應用。三 是中壓配電變壓器有望推廣有載調壓，或在配電線路增加自動調壓裝置（原理與變 壓器有載調壓相近）。（報告來源：未來智庫）

（四）抑制分散式新能源對配電網電能質量影響

在電能質量方面，分散式新能源主要帶來三相不平衡、諧波超標等問題。 解決三相不平衡問題，可限制分散式新能源接入 220V 單相電網，推動其接入380V 及以上的三相電網是行之有效的解決方法。 解決諧波超標問題，主要透過增加電力濾波器進行濾波。分散式光伏高比例接 入時，由於逆變器等電力電子元件大規模接入電網，加上有些逆變器質量不佳，導 致電網諧波汙染並嚴重超標。此時可透過增加電力濾波器，產生與諧波電流大小相 等而極性相反的補償電流，過濾掉諧波電流。電力濾波器可與 SVG 配合使用。

（五）提升配電網控制水平和自愈能力

分散式新能源滲透率快速提升，使配電網物理形態和執行基礎發生了顯著變化， 未來配電網有望以微電網、綜合能源系統的形態執行，配電網執行將更加複雜，亟 需提升配電網控制水平和自愈能力，實現分層控制，確保配電網安全。 預計未來主要呈現兩方面變化：（1）配電網繼電保護複雜程度提升。傳統的 配電網繼電保護配置主要以單端量保護為主，在保護靈敏性與選擇性方面難以兼顧， 難以實現故障區段的快速、準確識別。未來需要增加對故障的方向判別能力，甚至 由單端保護升級為雙/多端保護。（2）具備一二次融合特徵的中壓開關/斷路器需求 增大。如 10kV 中壓配電網用柱上開關，能夠快速隔離配電網故障，減小影響範圍， 甚至實現對配電網的智慧重組，提升配電網自愈能力。

（本文僅供參考，不代表我們的任何投資建議。如需使用相關資訊，請參閱報告原文。）

精選報告來源：【未來智庫】。