美国电网格局、需求及建设挑战分析

电网格局相对分散，配电网成为发展着力点。

1. 电源侧：多重政策加速美国能源转型，可再生能源占比飞速提升

美国政策助推能源转型，多地区计划 2050 年之前实现净零计划。尽管短期存在一定供 应链问题和贸易问题，但《通货膨胀削减法案》（IRA）将成为加速装机的催化剂，预计 随着 IRA 和《全球能源展望》的实施，到 2032 年美国可再生能源产能预计将增加近两 倍，达到 110GW，政府将对可再生能源部门进行投资，纽约州北部、马萨诸塞州、新罕 布什尔州和佛蒙特州或将在 2050 年之前实现净零。根据 IEA 预测，预计美国 2023-2028 年将新增近 340GW 的可再生能源装机量。 美国发力可再生能源行业，光伏装机总量持续突破。得益于税收抵免等政策、全产业链 成本下降以及对于清洁能源的需求的增长，美国光伏行业快速发展，带动美国可再生能 源发电量占比持续增长。2023 年美国光伏发电量实现显著增长，达到 165TWh，同比增 长13%，光伏发电量在新增发电量中的占比也由2022 年的46%提升至2023 年的54%。 截至 2023 年底光伏累计装机超过 179GW，全年光伏装机创下历史新高，新增装机约 32.4GW，同比增长超 50%，美国光伏年度装机首次突破 30GW，且其新增占比占全年 新增电网容量的比例首次超过一半。根据 EIA 预测数据，2024 年上半年美国新增集中式 发电容量 20.2GW，其中太阳能发电容量约 12GW，风电新增装机 2.5GW，预计 2024 年美国将新增 62.8GW 的公用事业可再生能源装机，尤其是太阳能仍将占据新增产能的 最大份额，达到 58%，但大量的新能源发电也对于美国电网造成较大压力。

2. 用户侧：数据中心、再工业化、电动汽车共同推动美国用电侧需求高启

2.1 电力需求结束停滞，多地区上调预期数据

美国电力需求结束 20 年停滞，多重因素推动二次增长。用电需求复苏叠加数据中心建 设、制造业回流、电动车市场增长带来的增长新动力，使得美国拉升电力需求增长，电 力公司对于到 2028 年所需电力的预测几乎上涨一倍。根据 EIA 数据，2022 年美国电力 总消耗约为 4.07 万亿千瓦时，是有记录以来的最高值，且根据短期能源展望（STEO）， 美国的电力消耗在 2024 年和 2025 年升至历史新高，预计 2024 年电力需求将增长至41230 亿 kWh，2025 年将增长至 41980 亿 kWh，未来五年的电力需求增速预期将快速 提高 81%。 多个地区商业用电快速增长，IEA 上调电力需求预期。美国商业部门的电力消耗逐步恢 复，2023 年美国商业用电量约 140 亿千瓦时，其增长主要集中在部分快速发展数据中 心的州，2019-2023 年中电力需求增长最快的 10 个州的商业电力总需求共增加 420 亿 千瓦时，CAGR 达到 10%，其中弗吉尼亚州的电力需求增长最快，增加约 140 亿千瓦时， 德克萨斯州增加了130 亿千瓦时。基于各区域电力需求增长的趋势，IEA上调了对于2025 年商业电力需求的预测。

美国多地区上调商业电力需求预测，尤其是南大西洋和中西部。根据 EIA 于 2024 年 9 月发布的《短期能源展望》，在上调对于 2025 年商业电力需求预测的过程中，对于南大 西洋以及中西部人口用电数据的预测进行了最大的修订，两个部门合计将占据美国商业 电力需求的 40%。2024 年预计南大西洋的商业电力消费将增长 5%，2025 年增长 2%； 2024 年预计中西部的商业电力消费将增长 3%，明年增长 1%；整体来看，由于数据中 心的蓬勃发展，美国商业用电需求将在 2024 年增长 3%，2025 年增长 1%。

数据中心和再工业化成为美国电力负荷增长的关键驱动因素。全球 AI、数据中心、再工 业化、电气化、新能源汽车等高耗电量领域对于能源的供给以及电气化的程度提出更高 要求，驱动美国各区域用电负荷增长，有望更深层次地刺激电力需求的持续增长，尤其是从 2022 年开始，数据中心和工业发展的激增导致未来 5 年的预期负荷出现大幅增长， 成为各地区电力需求增长的关键驱动因素。

2.2 数据中心加速建设，2030 年电力消耗将成倍增长

人工智能快速创新发展，数据中心用电量持续增长。电力需求飙升背后的一个主要因素 是人工智能的快速创新，AI 推动大型计算基础设施的建设，其所需电量相较于传统数据 中心大量增长，如亚马逊、苹果、谷歌、微软等科技公司正在全美范围内寻找新的数据 中心地点，且美国对于数据中心建设的投资到 2028 年预计将超过 1500 亿美元。2023 年美国数据中心电力消耗约 126TWh，占美国总电力消耗的 2.5%，预计到 2030 年，美 国数据中心电力消耗将相较于 2023 年增长近 3 倍，达到 335TWh，相当于全美电力需 求的 7.5%，全美三分之一家庭的用电量。基于数据中心快速发展的现状，美国能源署在 《短期能源展望中》也上调了对 2025 年商业电力需求的预测。

PJM 覆盖地区的负荷预测及传输计划反应数据中心市场快速增长。PJM 对于 2028 年夏 季负荷峰值的预测由 2022 年的 152.7GW 增长至 2023 年的 155.7GW，增长约 2%，在 考虑数据中心的因素后将增长更多。作为美国最大的数据中心枢纽之一，全球超过 35%的超大型数据中心集中在弗吉尼亚州。自 2019 年以来，弗吉尼亚州已经至少开设了 75 个数据中心，且根据 Dominion Energy 表示，数据中心的容量可能会在五年内增长一倍， 进一步影响美国的电力需求。

2.3 两大法案推动美国再工业化发展，成为工商业电力需求增长主要因素

美国通过补贴本土制造、进行税收优惠、设置贸易壁垒等方式引导新能源、半导体等产 业制造业回流。从奥巴马政府到拜登政府，近几届美国政府都将“重振制造业”作为美 国再工业化战略的重要组成和经济政策的重点，根据 Grid strategies，2021-2023 年美 国工业和制造设施总投资额将达到 4810 亿美元。美国采取了一系列如提高进口商品关 税、提升本土产品税收优惠和补贴等措施，叠加 2022 年 8 月先后发布《通胀消减法案》、 《芯片和科学法案》等政策促进私人投资制造业回归美国本土，重振美国工业水平。制 造业用电需求显著高于其他产业，将大力推动相应的用电需求。

2.2.4 电动汽车市场持续扩张，为电力供应带来压力

电动汽车电力需求在 2024 年初激增，用电量超铁路用电需求。根据 EIA 数据，2023 年美国电动汽车占所有轻型汽车总销量的 16%，电动汽车的总用电量首次超过美国铁路 的用电需求，达到 760 万 MWh，同比增长了 45%。自 2023 年初以来，美国电动汽车 用电量增长约 52%，超过了 2022 年公布的 40%增长率的预测值，表示电动汽车销量快 速增长对于电力市场的影响持续增加。截至 2024 年 2 月，电动汽车的总用电量为 1580 GWh，相比 2023 年同期的 1040 GWh，同比增长了 51.92%。

电动汽车销量的快速增长对电力市场的影响持续增加。受联邦政府激励措施的推动， 2024 年前三季度中美国人口最多的加利福尼亚州新售汽车中有超过 20%是电动车，美 国电动汽车电力消耗量也随之呈快速增长趋势。其中加利福尼亚是电动汽车耗电量最高 的州，占全美总耗电量的 34%，达到 258MWh，且其电动车很快就会占到峰值电力需求 的 10%，与佛罗里达州（458.77 GWh）、德克萨斯州（417.03 GWh）、纽约州（337.37 GWh）和华盛顿州（308.72 GWh）共同成为 2023 年电动汽车电力需求最大的五个州。 除了电动车耗电量排名前五的州之外，2023 年其他 13 个州的电动汽车充电耗电量超过 100 GWh，且美国各地计划建设更多的充电站，叠加 IRA 法案提出在 2023-2032 年为每 辆电动车提供 7500 美元/辆的税收抵免，未来汽车的电气化普及程度将越来越高，推动 家庭和公共充电端口对电力的更大需求，并为公用事业的电力供应带来一定压力。

3. “新增需求”+“存量替换”带来成长空间，电网建设仍存在一定挑战

3.1 新增需求：大量能源发电排队并网，叠加新型需求为电网带来扩建压力

电源侧：美国大量可再生能源发电排队并网，对电网建设的新增需求日益明确。根据 Lawrence Berkeley Lab 显示，2023 年美国电网并网积压量激增 30%，全年有 1570GW 的发电设备和1030GW 的储能系统等待批准并网。同时，随着并网排队项目数量的增加， 其等待时间也在增长，2023 年完成的并网项目的平均等待时间为5 年，远超过2000-2007 年的 2 年和 2018-2022 年的 4 年的批准时间。随着 IRA 法案的进一步推动将刺激更多可 再生能源，预计并网等待时间将持续增加，电网建设的新增需求逐步凸显。

美国排队并网容量增长速度远高于输配电网投资金额增速。过去 10 年中，美国新增并 网请求数量显著增加，增幅达到 300%-500%。自 2010 年，美国排队并网容量增长超 20 倍，但对于输配电网的投资金额仅增长一倍，远低于排队并网容量的增长速度。截至 2023 年底，美国各地新能源发电和储能项目的积压问题进一步加剧，近 2600GW 的发 电容量和储能容量正在寻求接入电网，是当前美国电厂装机总量的两倍之多，排队并网 的容量中有接近 95%均来自可再生能源。

用电侧：美国电网正处于压力边缘，难以应对电力需求激增与多重复合增长的挑战。多 重数据证明美国电力需求高增，这一趋势正受到数据中心、工业回流、电动汽车以及智 能家居等高耗能技术的推动，而老化的电网基础设施和有限的输配电能力已经暴露出系 统韧性的明显不足，美国电网将难以支撑新型需求的爆发性增长，电网扩建的紧迫性显 著提升。

3.2 存量替换：美国电网老化程度较高，设备升级需求为存量市场带来空间

电网老化问题日益严重，设备升级改造迫在眉睫。根据 IEA 数据，除日本外，美国超 20 年的输配电线路占比最大，面临严重的电网老化问题。美国的电网多数建设于 20 世纪 60-70 年代，有 70%的电网接入和输配电设备已经超过了预期使用寿命，如变压器等重 要设备的使用时间甚至超过 30-40 年，电力设施更新速度与电力需求增长的速度相差甚 远，部分地区电网传输线路甚至严重不足。电路的老化会导致在面临恶劣天气和大规模 停电时很难快速恢复电力供应，电网基础设施升级改造迫在眉睫。

“新增需求”+“存量替换”为美国电网发展带来较大市场空间。总体来看，电网设备 老化、电力需求增长与能源结构性转型共同对美国电力系统造成冲击，其电网面临安全 和稳定性的问题，亟待升级改造。电网侧，美国电网承载能力不足，区域互联性差、建 设零散，老化问题严重；电源侧，大量新增的可再生能源对于传统电网的稳定性产生冲 击；用户侧；美国制造业回流、电动汽车市场增长速度加快、数据中心和 AI 的大力发展 导致电力需求激增。

3.3 美国电网目前主要问题：建设分布不均，区域互联有限

美国特高压的发展主要受制于其地形特征形成的天然屏障。美国的地形以东部的山地、 中部的平原和西部的高大山岭为主，尤其是西部的落基山脉和东部的阿巴拉契亚山脉， 增加了建设和维护输电线路的难度和成本。同时，独特的地形也导致各地区能源差异较 大，东部电网地区靠近美国主要的煤炭和天然气产地，主要以煤炭和天然气发电为主； 西部电网地区靠近科罗拉多山系，落基山脉形成较大地势差，主要以水力发电为主，也 阻碍了西部电网对外联结；南部德克萨斯电网处于页岩气盆地所在区域，以天然气发电 为主，形成区域独立小电网。 美国各地的能源结构迥异，形成三大电网体系。根据各区域内的能源优势，美国形成了 东部、西部和德克萨斯（ERCOT）三大电网体系，三个电网之间彼此互联较为有限，仅 靠几条小容量支流线路连接，叠加各州和地区在能源政策和电力基础设施建设上的独立 性，美国没有形成统一的全国电网。

输电网发展注重区域互联，配电网发展考虑独立运营。整体来看，美国各地区的可再生 能源差距较大，并且无法为人口中心提供稳定的电力，分散的电网体系不仅增加了电力 调度和传输的复杂性，也限制了跨区域电力资源的共享和优化，影响整体电力系统的效 率和稳定性。输电网方面，需要通过升级整合洲际输电线路，注重区域之间的互联互通， 推动跨区域电力资源的协调和优化，才能更好的管理能源需求以及实现最大程度利用。 配电网方面，由于整体电网的区域分割性，我们认为增强配电网本地化的适应性和灵活 性，以应对各地不同的能源结构和供需特点将成为重要发展方向。配电网的发展应考虑 独立运营的可能性，确保在跨区域电力调度受限的情况下依然能够保证本地的供电安全 和稳定。