前言：有研究发现，特高压直流输电效率高，在远距离输电上相比于交流输电具有经济性优势，是解决跨区大规模输电的最佳解决方案，相关技术设备市场显著增长，本篇就来说说特高压直流。
本篇目录
1.来龙去脉
2.认识特高压直流
3.产业链
4.细分赛道
5.行业现状
6.行业前景
7.市场空间
8.相关上市公司
9.独家核心提示
一，来龙去脉
近日，来自国网青海省电力公司的消息，由国网青海电力科学研究院牵头承担的“高海拔800千伏（1100千伏）直流特高压输变电设备外绝缘关键技术研究”项目通过验收。项目取得的多项研究成果，为我国高海拔地区特高压直流输变电工程的外绝缘优化设计及配置提供重要技术支持，这也是世界高海拔地区输变电设备外绝缘关键技术研究的一次大突破。
特高压直流输电效率高，在远距离输电上相比于交流输电具有经济性优势，是解决跨区大规模输电的最佳解决方案。国联证券表示，2023-2025年是能源建设的投资建设扩张期。从国网前5批设备统招来看，特高压市场有显著增长，特高压设备/特高压材料中标额分别同比+2414.9%/+522.4%。竞争格局方面，设备中标份额CR5市占率26.3%，且均为特高压产业链相关公司。
二，认识特高压直流
特高压直流输电技术通常指 800kV 及以上直流输电技术，主要用于超远距离、超大容量电力输送。从特高压直流输电工程的送端至受端，由换流变、换流器（整流）、直流线路、换流器（逆变）、换流变及其控制保护与通信系统组成，其中包含换流变压器、换流器、平波电抗、直流滤波器等换流站核心设备，以及导线、杆塔等直流输电线路核心设备。
三，产业链
特高压直流换流站特有的设施包括直流场、阀厅和换流变压器。其中，直流场主要设备包括直流穿墙套管、平波电抗器和直流滤波器，阀厅主要设备是换流阀。此外，特高压直流换流站会增大无功补偿设备需求，包括交流滤波器和 STATCOM 装置等。据《800 kV 换流站造价结构及投资水平分析》，设备投资占特高压直流换流站造价构成的 74%，其中换流阀、换流变的占比分别为 16%和 32%。
四，细分赛道
特高压直流输电最具潜力的就是柔性直流输电和直流输电的关键设备。
1.柔性直流
特高压柔性直流输电其实是特高压直流输电的一种，柔性直流输电技术通常指基于电压源换流器的直流输电技术，在清洁能源开发 、海上风电输送及直流电网构建方面具有优势。
柔性直流系统主要由换流站、线路及其控制保护与通信系统组成。其中换流站主要包括换流变、换流电抗器、换流阀、直流电容器、直流电抗器及其他直流场设备。柔直换流站中柔直阀价值量占比更高。柔直换流阀由多组MMC模块化多电平换流器组成，与常规换流阀结构不同。由于其技术更复杂、且高电压大电流IGBT制造难度大，因此同容量柔直阀造价是常规阀的3-4倍。
2.直流关键设备
1）换流变压器
换流变压器是输变电设备的重要组成部分，是实现交流电、直流电整流、逆变的核心，是高压、超高压、特高压电力系统中的关键装备。2020年，全球换流变压器市场规模达到23亿美元左右，2015-2020年年均复合增长率达到18%。全球换流变压器市场高速增长主要受益于亚太地区特高压工程建设、欧洲地区海上换流平台建设。
2）换流阀
直流输电工程建设可以分为换流站建设和中间线路建设两部分，从直流工程投资额构成来看，换流站价值量占比较高。而换流站主设备中又以换流阀制造难度最大、毛利最丰厚。
换流阀是换流站内的核心装备之一，起到交流/直流转换的作用。通常一座换流站中出线为正/负两个极。对于常规直流换流站每极需用2套双12脉动换流阀，每套换流阀价值量在1.8亿~2亿元之间，即一座换流站换流阀价值量在7.2亿~8亿之间，一条直流线路按2座换流站考虑，换流阀价值量约14.4亿~16亿，毛利率通常在35%以上。
柔直换流站中柔直阀价值量占比更高。柔直换流阀由多组MMC模块化多电平换流器组成，与常规换流阀结构不同。由于其技术更复杂、且高电压大电流IGBT制造难度大，因此同容量柔直阀造价是常规阀的3-4倍。昆北站8000MW常规阀总价约8亿，柳北站3000MW柔直阀总价约14亿、龙门站5000MW柔直阀总价约17亿。柔直阀输出波形较好，因此柔直站中换流变造价降低，占比减小。
3）IGBT及晶闸管
功率半导体组件是换流阀最基本的功能单元。功率半导体组件由功率管元件及其所需的触发、保护及监控电子电路、阻尼回路组成。晶闸管约占常规换流阀价值量的15%。对于柔直阀，由于IGBT模块制造难度较高，价值量可占到柔直阀的30%以上。
此外，晶闸管在柔直阀中仍不可缺少。对于柔直阀，IGBT组件是起到换流功能的核心，但晶闸管作为一种重要的柔直旁路保护器件将会有广泛的需求。张北柔直工程、昆柳龙柔直工程均使用了晶闸管作为旁路保护器件。
4）特高压直流穿墙套管
特高压直流穿墙套管近年实现国产技术突破，平高电气和中国西电相关产品已有工程实际应用。
作为特高压工程中关键设备，直流穿墙套管是特高压换流站阀厅和直流场之间唯一的通道，此前特高压直流穿墙套管关键核心技术一直掌握在国外少数厂家手里，相关设备存在造价高、维修不便等问题。近年来，平高电气和中国西电取得特高压直流穿墙套管技术突破，其中平高电气产品已应用于昌吉-古泉、陕北-湖北、雅中-江西、白鹤滩-江苏、白鹤滩-浙江等特高压直流工程，中国西电产品应用于青海-河南工程。
五，行业现状
1.多能互补+直流外送是目前新型电力系统的解决方案
新能源消纳问题实质上要归结于并网与送出问题，因此跨省跨区输电能力是解决新能源送出消纳问题的关键。例如我国电力富余省份主要是内蒙古、云南、四川、山西、宁夏、湖北、贵州、陕西、新疆等，而在这些省份里，除山西以外，其他省份向东部省份供电均需跨越两个以上省份或跨越区域电网，因此需要进一步挖掘外送能力。而直流输电技术以其输送容量大、线路造价低，且不存在电容效应导致的过电压问题，尤其适合远距离大容量输电。
相较交流输电，直流输电具备多种经济性、技术性优势，因此直流外送是目前解决新能源消纳问题最合适的方法。此外，多能互补能够提高送出电量中清洁能源占比，还能发挥各自出力特性，得到平滑、可调度、高利用小时的稳定电源。因此多能互补+直流外送是目前新型电力系统的解决方案。
2.特高压直流扮演着我国可再生能源外送的首要角色
在直流输电方面，特高压直流扮演着我国可再生能源外送的首要角色。截至2020年年底，我国已建成22条特高压线路，其中交流6条、直流16条。直流特高压不但在数量上占据大部分，也是输送可再生能源的主力军，尤其是大型水电基地几乎全部通过直流外送，形成对交流输电的明显优势。目前投运的直流线路仍以输送单一品种（水、火）传统能源为主，青豫直流是第一条以新能源多能互补为主要电源的直流线路。
六，行业前景
1.“十四五”特高压通道投资的重心在特高压直流
“十四五”国家电网规划建设特高压工程“24 交 14 直”，总投资 3800 亿元按照单条特高压直流工程平均造价 220亿元计算，特高压投资预计达 3080 亿元，占比达 80%以上；此外，十四五期间南方电网规划 1 条特高压直流通道。综上公开信息，“十四五”国家电网和南网电网合计规划24条交流15条交流，预计总投资4000亿元左右，其中直流投资达 3300 亿元，占比 82%。
2.特高压直流投资持续高增长
“十二五”我国核准特高压直流 8 条，投运 4 条；“十三五”核准 8 条，投运 10 条，其中当期核准并投运 5 条，前期核准在建 5 条。按照国家电网“十四五”规划，预计“十四五”我国至少核准特高压直流 12 条（已核准 1 条，待核准 11 条），投运 13 条，其中当期核准并投运 10 条，前期核准在建或投运 3条，“十四五”末期至少在建2 条，即规划 15 条中尚未开展论证的 2 条。相较“十三五”，预计“十四五”特高压直流投运量新增 30%，当期核准并投运新增 100%。综合看，“十四五”特高压直流投资预计高增。
3.柔性直流应用场景不断丰富
1）特高压/超高压直流远距离送电
对于受端换流站来说，长三角、珠三角等经济发达地区密集的直流落点带来了电网“强直弱交”问题，若受端换流站改为柔性直流技术，则可避免上述问题，并可实现多端供电。
对于送端以新能源为主体的多能互补能源基地来说，由于风电、光伏采用逆变器并网。若采用常规直流送出，可能因无功支撑不足、电压扰动频繁，导致换相失败频发，送出受限。此时送端换流站也可采用柔性直流技术，并实现多端汇集送出。
2）深远海上风电送出
海上风电由于其必须用海缆送出的特点，给接入系统设计带来很大困难。若采用交流送出，由于电缆电容效应明显，末端电压显著抬升，超过设备安全极限，且装机容量越大、电压等级越高、海缆长度越长，电压超标问题越严重；若采用直流送出，则由于海上风电无附属交流电源，属于典型的孤岛电网，常规直流无法正常运行。因此，柔性直流几乎是深远海上风电的唯一选择。
七，市场空间
将直流工程分为特高压直流（常规/柔直）、柔直背靠背、海上风电送出三个应用场景。
特高压直流：根据目前国网、南网“十四五”规划情况，预计2021-2025年将有10条左右的特高压直流线路开工；
柔直背靠背：南网正在积极推进的中通道、南通道柔性互联工程将成为一批柔直背靠背工程的样板，在南网其他区域和国网中得到推进；
海上风电：预计深远海上风电的开发将极大地拉动柔直工程市场，考虑柔直降本空间，该技术将迅速在海上风电项目中得到铺开。
综合来看，直流工程整体市场空间接近4000亿元。
八，相关上市公司
中国西电（601179）：作为我国输配电装备制造业中的排头兵，承担着促进我国输配电装备技术进步和为国家重点工程项目提供关键设备的重任，于 2021 年 9 月重组并入中国电气装备集团。公司是特高压直流主设备中换流变和换流阀的主要供应商，两类设备在 2020 年以来投产或在建项目的份额均达到 20%；综合来看，在上述项目的总中标金额占比达 15.7%，位居第二。此外，公司实现直流穿墙套管技
术突破，助力特高压直流“卡脖子”技术国产化。
保变电气（600550）：在国内外变压器行业占有重要地位，是中国变压器类产品品种及核心技术最齐全、企业规模最大的输变电产业基地，是中国兵器装备集团公司的控股企业。公司是特高压直流主设备中换流变的主要供应商，其换流变和总中标金额在上述项目中的份额分别为 22%和 10%。
许继电气（000400）：主营特高压直流输电换流阀和直流控制保护系统等，原是国家电网直属产业单位，现重组并入中国电气装备集团。在换流阀方面，公司在上述项目中的份额达 20%；在直流控制保护系统中，在上述项目中占据份额 14%。
平高电气（600312）：主营交直流、全系列、全电压等级开关设备，原是国家电网直属产业单位，现重组并入中国电气装备集团。公司是特高压直流主设备中组合电气的主要供应商，在上述项目的总中标金额占比达 4.4%。此外，公司打破直流穿墙套管国外垄断，实现系列化直流穿墙套管的批量应用，成功中标上述统计的 6 项特高压直流工程中的 4 项。
国电南瑞（600406）：公司为国内电力系统及其自动化领域唯一能够提供全产业链产品和一体化整体解决方案的供应商，综合实力国际领先，处于市场龙头地位。公司是国家电网直属产业单位，在特高压直流换流阀和直流控制保护系统具有领先市场份额。在换流阀方面，在上述项目中占据份额 46%；在直流控制保护系统方面，在上述项目中占据份额 86%；综合来看，在上述项目的总中标金额占比达 15.9%，位居第一。
特变电工（600089）：公司主营业务包括输变电业务、新能源业务及能源业务，2021 年三部分业务营收占比分别为 38%、33%和 22%。公司在特高压直流工程中换流变中占据领先地位，在上述项目中占据份额 30%。综合来看，在上述项目的总中标金额占比达 15.4%，位居第三，与前两位份额相近。
以上是我自己研究的方向和思路，也就是和大家一起分享下。
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