2024年能源转型专题：AI将推动海外电力相关投资全面提速

AI 发展或对美国电力系统形成负荷冲击

我们在此前报告《能源转型系列报告-但问路在何方》(2023.12.01)中提到，电力系统的可 控裕度指标（可控装机/最高负荷）对于电力系统的安全性有着重要的参考性意义，可控裕 度跌到1.1以下将可能出现缺电风险。我们测算，目前美国电力系统可控裕度仅为1.1左右， 且美国 2016 年以来整体电力系统受极端气候冲击下的缺电事件中枢明显提升，电力系统已 相对不稳定。结合我们于《能源转型-AI 发展对电力存在哪些影响与机遇》（2024.03.24） 对 AI 电力相关的测算，可看到：

1. 数据中心的影响不仅是用电量，还有最高负荷。我们预期美国 2024-2030 年每年平均 增长 6-8GW 的数据中心核心 IT 功率，由于数据中心高负载率的特性，也将对电力系 统最高负荷形成 6-8GW 的影响。 2. 美国数据中心建设规划 2022 年以来显著提速，此外工业投资对电力的影响尚未完全 体现。根据 JLL，美国数据中心净租出功率（net absorption）2022/2023 年接近连续 翻倍增长，2023 年底在建规模超过 5GW。此外，美国 2023 年制造业投资近 2000 亿 美元，同比增长 84%，但对电量的拉动尚未体现。随着 2024 年之后大量的工业设施 逐步竣工，电力系统的压力或更为严峻。 3. 美国整体电力系统缺乏冗余度，发电侧需要增加可控装机以支撑系统可控裕度。美国 可控负荷从 2012 年开始持续下降，最高负荷于 2022 年开始重回增长，2022/2023 年 裕度仅 1.0/1.1，系统缺乏冗余度。因此，数据中心建设对最高负荷的影响，或带来缺 电可能性的提升，需要电力系统增加可控装机以支撑系统安全性。 4. 美国电网运营平台集体上调 2024-2028 用电增长与负荷增长预期，美国电力企业也整 体上调 2024-2028 电网投资额。根据 Grid Strategies 汇总 FERC Form 714 的报告， 美国电网运营平台（包含加拿大电网）2023 年底对至 2028 年最高负荷的增量预期达 到 38GW，较 2022 年底的预期提升 15GW，对应 2024-2028 年平均每年约 8GW。我 们统计的 6 家美国电力公用事业企业对于未来 4-5 年的电网投资总规模，2023 年底较 2022 年底提升 11%。我们认为美国整体电力系统，都将迎来进一步的投资上行。 5. 我们预期美国 2024-2026 年每年最高负荷将提升 8GW，发电量 2024-2026 年平均年 增量将达到 1000 亿度电以上。EIA 于 2024 年 5 月指引美国 2024 用电增量将分别达 到 1030 亿度1，根据我们对美国数据中心用电的测算，将其拆解为工业化与数据中心 的增量，并预期工业化的用电增量需求将延续。由此我们测算 2024-2026 年美国工业 化拉动平均 467 亿度电，数据中心拉动平均 621 亿度电的发电增量。

可控裕度可作为电力系统稳定性的参考指标

可控裕度是指可控装机与最高负荷的比例，其中可控装机是名义装机乘以特定的可控比例。 可控比例我们参考英国国家电力市场在长期容量招标中采用的折扣系数（de-rating factor）， 用以衡量电源机组在电力系统尖峰负荷发生时间段内的平均在线率（新能源由于其出力波 动性和间歇性，往往早晚负荷高峰为新能源受资源限制的出力低谷，因此其在线率低于传 统能源），对应煤电、气电、水电、核电、陆上风电和光伏装机的可控比例分别为 80.4%、 91.3%、60%、78.25%、6.7%和 4.98%（英国国家电力市场 2022 年 T-4 容量招标系数）。 其中水电部分考虑 2022 年全球范围内中国、欧洲、澳大利亚等地都出现了极端天气导致水 电出力不及预期、电力供给紧张的情况，我们认为从审慎性角度考虑、结合第三方权威机 构判断，水电可控系数调整到 60%可以更好反映电力系统出现极端情形下的实际供给情况。

保障电网安全需要充足的可控裕度，但并不是越高越好，以澳大利亚和中国案例来看，我 们认为 1.1 是可控裕度的一条基本红线。中国电力系统 2015 年可控裕度为 1.3，此后持续 回落至 2022 年水平为 1.1（除 2020 年受疫情影响，最高负荷增速放缓至 2%，慢于当年 5%的可控装机增速，导致 2020 年可控裕度短暂回升），而中国近年来最大规模的电荒讨论 即发生在 2022 年。2023 年，得益于本轮火电机组投放，可控裕度稳定略有回升，今年电 力紧张相关讨论热度亦较去年有所回落。

美国目前电力系统裕度压力已较大

美国过往发电量、用电量及最高负荷整体稳定，电力系统以发电结构性调整为主。美国 2011/2023 的发电量分别为 4.1 万亿度/4.18 万亿度电，用电量则分别为 3.88/4.0 亿度电。 2013-2023 年用电量的 CAGR 仅为 0.25%，整体用电与发电量稳定。与电量稳定相比的则 是发电结构的持续调整，体现为： 1. 装机量持续增长。2013-2023 年，美国整体装机量维持每年平均 11.5GW 左右的增长， 其中 2020-2023 平均装机增量达到 22.6GW。 2. 装机结构变化体现为煤电改气电 (Coal-to-gas)，以及新能源装机的快速增长。从 2013-2023 年，美国平均每年新增装机 11.5GW，其中煤电减少 11.7GW，气电/风电/ 光伏分别增加 7.8/8.05/8.06GW。2020-2023 年间，新能源装机中枢提升，平均每年 新增装机 22.6GW，其中煤电减少 12GW，气电/风电/光伏分别增长 8/11/14GW。 3. 美国本土电力系统最高负荷近年整体维持稳定，增长幅度不大。美国电力系统整体最 高负荷 2016/2017 年为 710-720GW 左右，2018-2020 年逐步回落至 700GW 左右， 2021/2022/2023 年最高负荷有所回升，2022 年达到 742.7GW，2023 年为 742GW， 整体在 2016-2023 年维持稳定。 4. 向前看，美国煤电规划退役规模较大，气电规划增量有限，系统整体裕度或继续下降。 根据 Global Energy Monitor 与 EIA 数据，美国在 2024-2028 年将平均年新增 14GW 的煤电退役，但从增量来看，2025/2026 年仅规划新增 6.7/4.2GW 天然气，无额外新 增煤电规划。整体系统裕度在目前的规划下有进一步承压的风险。

从可控裕度角度来看，美国整体电力系统裕度呈下降趋势，与数据中心相关的重点州裕度 同样偏低，2020 年后美国整体电力系统实际的电力扰动时长中枢提升。 1. 美国电力系统整体可控裕度目前仅 1.1 左右，若最高负荷增速继续高于可控装机，则 可能存在系统性风险。美国平均每年火电退役与增量气电的平均体量基本维持稳定， 因此美国整体可控裕度虽然持续有所下降，但在 2020-2023 年也基本维持稳定。发生 变化的则主要是最高负荷侧，虽然总用电量并未明显增长，但最高负荷则于 2022 年创 下 2016 年以来的新高，2023 年维持高位，推动整体美国电力系统可控裕度持续下降。 2. 美国 2020 年以来整体电力系统扰动时长的中枢提升。根据 EIA，美国 2020 年平均每 个电力用户的停电时长超过 8 小时，2020-2022 年整体电力扰动时长的中枢高于 2020 年之前。 3. 美国数据中心数量前三的区域包括弗吉尼亚州、德州与加州，其中德州与加州的电力 系统裕度显著偏低，且过去 3 年均发生过严重的电力系统事故。受极端天气与本身州 内负荷增长驱动，加州与德州 2022/2023 年整体的电力系统可控裕度均已低于 1.1。 历史上，2020 年加州发生过严重的州范围的大停电，2021 年德州则受 2 月份寒流影 响，导致了长达 17 天，影响超过了 450 万电力用户的德州大停电。 4. 美国电网的互联性相对有限，体现在：1）美国大的电网互联区域分为东/西/德州三部 分，其中德州作为相对独立的电网大区，与其它两大电网互联区的联通性较差。2）美 国各大电力市场中的年拥堵成本在持续提升，即各 ISO/RTO 内部的联通性也未提升。

数据中心将显著推动最高负荷增长

我们认为数据中心对美国电力系统的冲击主要在于负荷侧，由于数据中心用电的不可调特 性，增长的功率将直接带动最高负荷的提升，提升整体系统缺负荷的缺电风险。 1. 我们测算美国 2024 年将新增 6GW 左右的数据中心核心 IT 功率，2025 年之后平均每 年的负荷增长在 7-8GW 左右。短期的需求趋势与 JLL 所统计的美国数据中心在建规 模匹配。根据我们此前报告《能源转型-AI 发展对电力存在哪些影响与机遇？》 (2024.03.24)的测算，基于信通院全球算力预测的基准情景下，美国数据中心总用电量 将由 2022 年的约 1700 亿度增长至 2025/2030 年的 3337/6552 亿度，同时美国数据 中心核心 IT 功率的增量在 2023/2024 年达到 4/6GW，并于 2025-2030 年维持每年 7-8GW 的平均增长。这一数据也符合 JLL 对美国数据中心市场的统计，其中 2023 年 美国数据中心净新租出功率的规模达到 3.85GW，2023 年底在建规模达到约 5.2GW。 2. 根据 Grid Strategies 统计的美国各大电力运营区域向 FERC 上报的数据，2023 年底 美国对 24-28 年最高负荷与电力总增长的预期较 2022 年底的预期全面上调，其中预 期美国至 2028 年最高负荷将累计增长 38GW，平均年增长约 7.6GW。其中，根据 Grid Strategies 所统计部分电网运营区域对需求驱动的归因，绝大部分均将数据中心 与工业设施作为未来电力增长的核心要素。 3. 美国目前在建的数据中心区域相对集中，因此所形成的区域性冲击可能会更为明显。 美国数据中心分为一线市场与二线市场，一线市场包括北弗吉尼亚、德州达拉斯、北 加州、芝加哥、凤凰城、新泽西、亚特兰大。2023 年底在建的 5.2GW 中有 82%在一 线市场，规划未建的 12.2GW 中也有近 90%在于一线市场。其中北弗吉尼亚在建与规 划项目的总规模已在到 7.2GW（以 2023 年为基准，对 PJM 区域最高负荷的拉动约 5%），德州达拉斯与奥斯汀区域合计的在建与规划项目总规模达到 3.4GW（以 2023 年为基准，对德州的最高负荷拉动将达到 4%），加州合计的在建与规划项目的总规模 为 1.4GW（以 2022 年为基准，对加州最高负荷的拉动约为 3%）。考虑到加州、德州 整体的区域电网可控裕度已经低于或接近 1.1，数据中心建设的加速对其形成的区域冲 击可能会更为显著。 4. 德州电网 ERCOT 已经将其 2030 年的最高负荷预期提升至较 2023 年翻倍，主要的驱 动因素来源于大量的数据中心与工业化项目。

AI 或驱动美国全电力系统投资需求的增长

我们认为 2023 年及之前海外电网投资与电气设备投资的恢复主要由工业投资、新能源并网 与电网老化共同驱动，但工业侧的投资拉动并未完全反应到电力实际增长。2024 年及之后， 我们认为一方面工业投资的高增长将伴随工厂的竣工开始对电力形成拉动，另一方面，数 据中心高速的建设，将成为重要的电力增长驱动因素。我们或看到： 1． 海外电气设备的需求增长由变压器/开关等电力设备开始扩散到发电装备，特别是可控 装机类的发电装备，如气电、煤电、水电、核电等，具体形式取决于区域性的资源禀赋。 2． 电力设备的需求在数据中心的拉动下边际将更为紧缺，原因在于数据中心对电力系统最 高负荷的冲击更为直接，同时数据中心需求方相对的价格不敏感。 3． 数据中心内部配套的相关装备将迎来持续的高增长期。

电源投资：海外可控装机装备需求或迎来上行周期

全球范围内可控装机的增量在 2011-2021 年呈下降趋势，我们认为海外工业投资的增长与 发达区域数据中心的建设将驱动可控装机增量需求的回升。 1. 美国 2012 年以来可控装机并未增长，整体上进行煤电改气电的结构优化。 2. 海外最高负荷增长所带来的潜在电力紧缺风险或推动可控装机类发电装备需求的回升。 中国 2021 年缺电后，2022 年国家能源局明确提出煤电“三个 8000 万”目标，上调“十 四五”煤电发展目标。同时于 2024 年 4 月 26 日公布的《中国人民共和国能源法（草 案）》2第二十六条中提到，根据电力系统稳定运行和电力供应保障的需要，合理布局燃 煤发电建设，提高燃煤发电的调节能力。我们认为伴随海外发展中区域工业投资提速， 以及发达区域数据中心与工业投资共同推动的电力负荷压力，海外可控装机类发电装备 需求也有望进入上行周期。 3. 全球范围内，火电/气电/核电等可控装机类发电装备订单 2023 年增长较好，企业层面 订单增长提速。2023 年上海电气、东方电气、三菱重工的发电装备订单均高增长，GE Vernova 1Q24 的气电业务新增设备订单同比增长 75%。

电网投资：欧美电网投资有望进一步提速

美国 2020-2022 年电网投资的核心驱动是老化替代与电网强化，增量电源需求与用电需求 带来的扩容需求进一步拉动电网投资增长。根据 EEI 对美国 Investor-owned Utilities 的统 计（占全美电网投资总规模约 90%），美国 2022 年电网投资中，电网老化替代与强化投资 占比达 68%，扩容占比为 28%，2020-2022 年，扩容投资额基本无增长，替代与强化连续 2 年增速超过 15%。我们认为增量扩容需求的驱动将更多源于整体电量与负荷的重回增长， 以带动投资，提升电网整体电力输送的承载力与稳定性。 美国电网投资维持增长，但 2020-2022 年主要投资用于老化替代与电网强化，整体电网扩 容投资尚未增长。 1． 2020-2022 年美国电网投资由老化替代与电网强化需求驱动。根据 EEI 对美国 Investor-owned Utilities 的统计（占全美电网投资总规模约 90%），美国 2022 年电网投 资中，电网老化替代与强化投资占比达 68%，扩容占比为 28%，2020-2022 年，扩容 投资额基本无增长，替代与强化连续 2 年增速超过 15%。 2． 美国 2015 年以来 230kV 以上主网线路年增量基本无增长，且 345kV 以上新增线路长 度持续下降，与主网投资的增长形成了显著的背离。一方面美国电网单位投资额在持续 增长，成本方面不断攀升，另一方面整体的电网投资与规划，在跨州的超高压线路的规 划与执行上，整体滞后。

超高压输电线路建设的滞后导致美国电网的拥堵成本（congestion cost）持续提升，根据 Grid Strategies，美国超高压输电项目建设与审批有提速的趋势。 1． 美国具备启动条件的高压输电项目快速增长。根据 Grid Strategies 统计至 2023 年底美 国具备开工条件的高压输电项目共 36 个，大部分这些项目已经获得了关键的监管许可 具备启动建设的条件。2021 年，这一数目为 22 个，且其中 10 个项目已动工，这也意 味着 2022-2023 年新增了近 24 个具备启动条件的输电项目。2． 高压输电项目将大幅提升电网整体容量。这 36 个项目将一共带来 187GW 的新能源接 入能力，新增共 10000 miles 的输电线路与 132GW 的输电容量。36 个项目大部分是 EHV （365kV 以上）。美国目前总的高压输电线路总长度约 24 万 miles（230kV 及以 上）。10000 miles 仅带来 4%的长度增长，但将带来约 15%的总系统容量增长。而在建 的 10 个项目将可带来约 19.5GW 的电源并网容量。

美国输电项目流程冗长，在建的大部分项目经历了超过 10 年的项目审批，FERC 新政以及 目前美国所面临的缺电风险，有望加速整体输电投资。 1． 美国输电投资需要经历规划、FERC 回报核准、联邦核准、选址核准（州核准）四大过 程，一般总用时接近 7-10 年。 2． FERC 在 2024 年 5 月 13 日通过了 1920 号法令（FERC Order 1920），有望从联邦层 面推动输电项目审批与推进提速。Order 1920 主要的影响在于，1）输电服务的提供方 必须至少每 5 年以未来 20 年长期发展的视角来规划输电需求的发展（此前只要求聚焦 3-5 年的发展视角），同时需要模拟 3 个不同的场景来充分模拟未来可能的发展方向。 输电运营服务方需要考虑应用电网强化技术，如动态线路打分、先进潮流控制等。2） 输电服务提供方需要为备选的长期输电发展项目提供一个或多个事前成本分析模型，并 在进入联邦核准流程前，就提前与州层面的相关利益涉及方进行协同，即将原流程的第 四步中的部分流程前置，以提升核准效率，提升各级部门协同。

我们统计的 6 家美国电网相关企业，2024 年合计电网投资规划较 2023 年增长 9%，24-28 年总电网投资规划较 23-27 年投资规划增长 11%。考虑到潜在的缺电压力，提速的输电网 建设可能性，我们认为美国整体的电网投资中枢，特别是输电侧的投资需求，有持续超预 期的空间。 1. 价格与交期层面，我们观察到交期的紧张从大型的电力变压器开始向配电变压器延伸， 同时价格层面美国的变压器价格指数续创新高。根据 Wood Mackenzie，美国的大型变 压器，包含电网层面的电力变压器与发电层面的大型升压变，交期均达到近 2 年。此外 根据美国能源局3，美国的配电变压器的交期也从 2019 年的 12 个月拉长至 2023 年的 30 个月。根据圣路易斯联储，美国变压器制造业与变压器制造业初级产品的 PPI 也在 2024 年继续创新高。 2. 海外电气设备企业的订单趋势也未见放缓，4Q23 订单同比延续高增长。同时各大主要 企业均对海外电气设备需求与企业本身增长指引保持乐观。

数据中心相关电气设备：景气提升，有望全球共振

从 Vertive 财报我们可以看到其新订单增长 2023 年后在持续提速，同时整体盈利能力在 2023 年也有显著回升。伴随数据中心建设节奏的提速，我们看到数据中心的核心装备供应 商具备很强的业绩成长潜力。 1. 北美数据中心的高增长带动量价齐升。Vertive 2023 年北美区域收入同比增长 41%， 调整后 EBIT 同比增长 125%，并带动共总调整后 EBIT 增长 140%。而 2023 年北美数 据中心建设显著提速，净租出功率同比增长 87%，年底在建规模同比增长近 100%。 行 业整体的复苏不仅推动订单与加入增长，也带动其盈利能力快速修复，2023 年 Vertive 在美洲与 EMEA 区域的调整后 EBIT 盈利能力同比分别增长 9/8ppt。 2. 1Q24 数据中心订单与在手订单延续高增。Vertive 2023 年收入的 75%源于数据中心业 务，前述我们看到美国整体数据中心建设数据仍在提速中，从 Vertive 的订单角度我们 也看到 1Q24 新订单同比增速达到 62%，订单增速从 3Q23 开始持续提升。

根据施耐德的数据中心投资成本计算器，以及维谛、伊顿等相关企业对每 MW 数据中心配 套系统投资额的指引，我们得到系统价值时细化的拆分如下表所示： 1． 数据中心配套装备中，单一价值量最高的产品为热管理系统、UPS 系统（含电池）、低 压配电系统（开关柜+关键配电）、柴发。在风冷与 N+1 系统的冗余度下，热管理系统、 UPS 系统（含电池）、低压配电系统、柴发分别占全系统单位投资成本的 16%、17%、 18%、17%。在液冷与低压配电 2N 冗余的系统下，热管理系统、UPS 系统（含电池）、 低压配电系统、柴发分别占全系统单位投资成本的 22%、21%、20%、12%。 2． 从传统数据中心转向 AI 数据中心，核心的变化主要在于对液冷使用的占比将大幅提升， 以及在训练场景下，2N 的高冗余系统设计使用比例可能会提升。 3． 根据我们基准的国内 AI 用电及数据中心增量需求（《能源转型-AI 发展对电力存在哪些 影响与机遇？》（2023.03.24），我们测算国内在 N+1 系统冗余度下，UPS 系统与低压 配电系统的市场空间在 2030年将分别达到348亿与 386亿，若整体系统采用2N冗余， 则市场空间将较 N+1 冗余接近翻倍。

（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）