中金认为，随着能源变革不断推进，配电网的功能形态将发生深刻变化，由单向无源网络向供需互动的有源网络演变，配网将成为电网投资的重点倾斜方向，挑战与机遇并存，核心标的收获成长。
文丨中金公司
配电网投资专题报告概要
现状概述：重要的能源基础设施，构建新型电力系统的关键环节
配电网是指从输电网和各类发电设施接受电能，通过配电设施就地或逐级分配给各类电力用户的110kV及以下电力网络，是联系能源生产和消费的关键枢纽。目前，配电网仍是我国电网中相对薄弱的环节，整体自动化率、供电可靠率、农网与城网的结构性差距亟待改善，同时，在分布式电源以及新能源车等多样终端接入配电网、用户与电网供需互动加深的背景下，配电网的发展任重道远。综合来看，我们认为配电网将成为构建新型电力系统的关键环节之一。
图表1：配电网是联系能源生产和消费的关键枢纽
图表2：配电自动化、供电可靠性等指标仍待改善，农网与城网发展水平仍存差距
多样挑战：能源变革趋势下，配电网功能形态将发生深刻变化
我们认为，随着能源变革不断推进，配电网的功能形态将发生深刻变化，由单向无源网络向供需互动的有源网络演变，同时供电质量要求进一步提升：
► 负荷曲线尖峰化，加剧投资压力和设备利用率低等问题。随着需求侧电气化程度提高，我国用电需求快速增长，我们预计到2060年全社会用电量有望达18万亿度以上，较2020年水平上行141%。而电网尖峰负荷的增长高于用电增速，进一步加大了配电网的容量要求。根据中电联的数据，我国“十三五”期间全社会用电量年平均增长5.5%，而电网最大负荷年均增速达6.5%，由2015年的7.0亿kW增长至2020年的11.8亿kW。从经验数据来看，90%以上的发电资源和75%以上的配电网资产仅仅用于不到5%全年时间的负荷，因此配电网面临愈加严重的设备利用率低的问题，依旧需要通过加大建设投资、提高设备冗余来满足负荷增长需求。
图表3：我国用电需求快速增长，电网尖峰用电负荷屡创新高
图表4：江苏省某地区2019年配电网规划情况（负荷尖峰化导致设备利用率较低）
注：可以看出，该地区全年负荷峰谷差超过2000kW，高峰负荷大多集中于夏季午间，低谷负荷大多集中于夜晚；全年75%负荷峰值时间不超过400h，不到全年时间的5%，而空调负荷是高峰负荷的主导因素，大约占据30%峰值负荷
► 高可靠连续供电要求不断提高，直流负荷供电需求日益显现。近年来居民生活水平提高、国民经济发展、产业升级、高端制造对高可靠连续供电的要求不断提高，特别是高端制造业用户对电压波动、谐波治理、负荷切换等电能质量问题十分敏感。国际电网组织电能质量经济性研究小组的研究数据显示，单次电压暂降给装备制造/芯片制造带来的平均损失达10万/25万元。此外，末端用电负荷呈现直流化的趋势，日光灯、节能灯、LED灯等照明系统和电视机、机顶盒、路由器等视听设备，以及快速发展的电动汽车、数据中心等均使用直流电，直流负荷的灵活接入问题，以及城市电网走廊有限与负荷密度高的矛盾，仍待解决。
图表5：给用户造成实际影响的电能质量问题类型
图表6：单次电压暂降给部分高端制造业带来的平均损失
► 分布式电源大量接入配电网，综合承载能力需要提升，规划及辅助模式亟待改变。在分布式光伏整县推进和分布式风电下乡的政策推动下，大规模新能源装机接入配电网，配电网也将成为消纳间歇性新能源的重要战场。分布式电源大规模接入使得配电网的不确定性、随机性提高，系统运行方式更加复杂，配电网规划需要由传统确定性规划向多场景概率性规划转变；此外，当前配电网的全局态势感知、统一优化决策和源网荷储互动能力仍不足，难以满足分布式新能源灵活消纳与智能控制需求，相关的并网服务、交易结算、运维调控等管理模式也有待优化。
图表7：分布式电源快速发展促使配电网成为消纳新能源的重要领域
发展趋势：主动配电网，实现分布式电源及多元化负荷的互动管理
主动配电网，能源互联网在配网侧的探索实践。为适应配电网的发展需要，2008年国际大电网会议组织（CIGRE）提出了“主动配电网”（Active Distribution Network，ADN）理念，即以灵活的网络结构为基础，通过应用先进的信息通信、智能控制、电力电子等新技术，提升配电网的适应性，对分布式电源、主动负荷进行主动控制和主动管理，促进资源的合理配置和设备的高效利用，实现不同利益方的协同共赢。我们认为，建设主动配电网，将成为新型电力系统背景下我国配电网发展的中长期目标。
图表8：传统配电网vs主动配电网
投资展望：结构占比有望提升至60%以上，其中农网改造空间广阔
配电环节是电网投资结构性倾斜的重点方向。我们认为，“十四五”期间配网投资占电网投资的比重有望提升至60%以上，投资总额较“十三五”期间增长11%，年均投资额有望达3300亿元。
特别地，农网改造空间广阔。一方面，我国农网配电水平和城网差距较大，仍有改进空间；另一方面，在整县推进和风电下乡的政策背景下，大规模分布式电源接入了相对薄弱的传统农村电网，其承载力亟待强化。我们预计，“十四五”期间农网改造投资总额有望达1.1万亿元。
图表9：“十四五”期间配网投资及占比预测
有源配电网：分布式电源的消纳战场，挑战与机遇同在
分布式电源大规模接入配电网系统将带来哪些影响？
分布式电源是指接入35kv及以下电压等级电网、位于用户附近，在35kv及以下电压等级就地消纳为主的电源（包括太阳能、天然气、风能、氢能、生物质能、储能等类型）。近年来在光伏整县推进/风电下乡等政策支持下，分布式光伏与分布式风电迎来快速发展，接入中低压配电网的电源规模迅速提升。
然而，大量分布式电源的接入会对配电网产生广泛影响，造成局部电压越限、电压波动加大、潮流逆向流动频繁、短路电流增大、供电可靠性降低、电能质量恶化、继电保护装置误动、调峰难度加大等多种挑战。特别地，在整县推进和风电下乡的政策背景下，大规模分布式电源接入了本就相对薄弱的传统农村电网，其承载力亟待强化。为确保大量分布式电源并网后安全稳定运行，《分布式电源接入电网承载力评估导则》（DL/T2041-2019）中将“反向负载率＞80%，短路电流、电压偏差、谐波含量校核不通过或因分布式电源导致220kV及以上电网反送电”的情形评估为红色等级，在电网承载力未得到有效改善前，暂停新增分布式电源项目接入。
图表10：电网承载能力等级划分
如何提升配电网的承载能力、解决分布式电源的消纳问题？
增容或新建配电变压器：满足容量需求
城乡电网进行多次升级，基本满足城乡居民生活用电和其他用电需求。但是，分布式电源所在的农村电网发展仍较薄弱，存在较大的地区差异，对分布式电源消纳能力和承载能力有限。根据《国家电网公司年鉴》，2019年户均配电容量为2.76kVA；“十三五”新一轮农村电网改造升级后，农村户均配变容量不低于2 kVA。
分布式光伏整县推进和风电下乡背景下，配套变压器扩容刻不容缓。根据天合光能组件产品手册，1.8m2组件可实现360-380W输出功率，考虑支架及其他配件，则1 m2屋顶面积可实现150W输出功率。通常情况下每户光伏占用面积在100 m2左右，考虑功率因数0.95和极端情况（例如全额反向供电），每户光伏配网容量需求将达到16kW。分布式光伏整县推进试点政策下，目前农村电网户均配电2kVA的标准远达不到承载要求，配电变压器扩容及新建需求将随分布式光伏渗透率上升而逐渐提升。风电伙伴行动计划“十四五”期间，在全国100个县优选5000个村，安装1万台风机，总装机规模达到50GW，每台风机达5MW。考虑功率因数0.95和保留一定的裕度，则每台风机对应的新增变压器容量为6000 kVA。按照每村平均安装两台风机，则每村需要新建两台6000kVA的变压器。（变压器增容空间测算详见图表24）
微电网：提高分布式电源自身调节能力
图表11：微电网的典型结构及特征
加快新技术/产品应用：提升配电网的调节和平衡能力
图表12：应用新技术/产品，提升配电网的调节和平衡能力
配建或购买调峰和储能：促进就地消纳，平抑电网波动
图表13：分布式储能有效促进新能源就地消纳
图表14：分布式储能对配电网电压波动问题的改善
柔性多元负荷：灵活互动不断深化，智能调度平衡消纳
充分挖掘柔性负荷资源的调控能力，延伸多样创新业态
在用电负荷快速增长的趋势下，柔性负荷在缓解电网供需矛盾、提高配电网设备利用率和经济性等方面的作用逐渐凸显。柔性负荷（Flexible load）为能够改变用电时间或负荷大小以配合电力运营商的需求响应策略，从而获得经济效益的负荷，典型代表有电动汽车、储能、微电网、智能家居等。国家电网计划到2021年末在经营区构建不少于电网最大负荷5%的可调节负荷资源库，到2025年末巩固提升占最大负荷5%以上的需求响应能力，常态化开展需求响应。2020年，国家电网范围内山东、江苏、河南、浙江等省份累计组织电力需求侧响应34次。
图表15：柔性负荷的分类及典型代表
以电动汽车充电负荷为例，车网互动模式将逐步演变
大规模电动汽车充电负荷，给配电网带来多重挑战
近年来，电动汽车发展迅速，大规模电动汽车充电负荷的接入给配电网带来多样挑战。在传统的慢充模式下，充电时间与家庭的用电晚高峰负荷期高度重合，容易造成电网元件过载、电压波动、产生谐波电流、线路损耗增加、配电网三相不平衡程度加剧等问题；在快充模式下，电动汽车接入的随机性、快充桩的聚合效应对电网的强冲击以及当前配变容量的限制，均会影响配电网在快充模式下的安全经济运行。
配网增容需求刻不容缓，有序充电模式缓解高峰负荷压力
一方面，配网增容需求刻不容缓。根据山东电力集团公司新建住宅小区供配电设施建设规范，每户80 m²以下/81-120 m²/11-150 m²/150 m²以上的建筑面积分别户均配置负荷4kW/6kW/8kW/12kW。考虑城市小区户均建筑面积大概在80-150 m²，假设居民区户均用电负荷为5kW，则2000户的居民区所需配电容量约为10000kVA。考虑户均车位为0.5个，单个充电桩平均配置容量7kVA。假定不占用原有居民用电容量，充电车位比例为0.8，夜晚极端情况同时率达80%时，小区用电总容量需要增加4480kVA（+45%）。随着充电桩由交流慢充逐渐更换为直流快充，单个充电桩平均配置容量有望上升，小区用电总容量将日趋紧张。不同城市居民配电有所不同，配电标准低的地区将率先受到充电桩带来的冲击，日常生活用电将受到影响，供电负荷增容刻不容缓。
图表16：充电桩建设对于居民配电网的影响
电动汽车本质为分布式储能资源，长期来看V2G商业化潜力巨大
我们认为新能源车与电网的互动是逐步演进的过程，功能上，从单向可控的充电到充电加放电；互动范围上，从局部到广域，即从V2H（Vehicle-to-home）到V2B（Vehicle-to-building）再到实现V2G（Vehicle-to-grid，车辆到电网）。在V2G的模式下，新能源车集储、用电为一体，新能源车既是电网用户侧的柔性负荷，也可作为分布式电源/储能设备。在车辆停驶的时候根据电网需求通过V2G终端放电，不仅车主可以获得放电收益，同时车辆参与调度、平抑电网波动，为电网提供调频和备用服务。
交直流混合配电网、能源路由器等为多元负荷创造灵活、便捷接入条件
传统交流配电网主要面临如下挑战：1）城市供电空间有限，通过架设新线路来满足负荷的持续增长变得愈发困难，而交流线路网络重构虽然可以实现负荷均匀分布，但无法实现功率的频繁转供；2）电动汽车、LED等直流负荷越来越多，需要通过交直流变换环节接入电网，会造成大量的能量损失；3）传统交流配电网缺乏灵活控制功率潮流和网络拓扑的手段，大量分布式电源并网时无法保证电压质量，导致弃风弃光。
我们认为，交直流混合配电网有望成为可行的过渡技术方案。通过换流器将直流改造线路与交流线路连接形成交直流混合配电网，是综合考虑技术经济以及充分利用原有存量资产之下的可行方案。交直流混合配电网具有拓扑灵活、潮流可控的优势，不仅可以利用原有空间提升线路的传输能力，还能够提高供电可靠性、设备利用率、直流负荷和分布式电源的接纳能力。在配网侧供电需求加大、直流负荷占比提高、分布式电源渗透率加速的趋势下，叠加输电侧和远海送出的需求，我们看好直流工程的建设空间。
换流阀为直流工程中价值量最大、壁垒最高的设备之一。从直流特高压线路的招标情况来看，市场格局较为集中，国电南瑞、中国西电、许继电气、荣信汇科、中电普瑞为主要参与者。其中，国电南瑞在核心功率器件IGBT的产业化进程上领跑，我们认为国电南瑞有望进一步提高竞争优势，时代电气、派瑞股份等国产电力半导体厂商的电网侧市场也有望景气度向上。
图表17：传统交流配电网 vs. 交直流混合配电网
图表18：直流换流阀中标格局（以白鹤滩-浙江特高压项目招标情况为例）
能源/电能路由器是交直流混合电网的核心设备，在供电效率、用电灵活性和供电可靠性提高、能量流及信息流交互等方面发挥重要作用。
图表19：特变电工新能源自主研发的电能路由器
我们重点关注四条投资主线，1）一次设备：重点关注变压器在增容需求及高效节能替换的双重催化下迎来拐点；2）一二次融合设备：对传统一次设备在物联感知、数据处理、智能、集成、通信等方面赋能，渗透率提升空间广阔；3）二次设备：自动化覆盖率和自动化程度有待提升，主站格局集中，终端设备需求持续高增；4）智慧能源管理：看好由电能质量提升、能源高效利用需求触发的2C业态快速发展。
图表20：配网自动化系统架构以及配网招标关键设备的主要供应商情况
从2013年-2020年国网配网协议库存各类变压器的招标情况来看，配电变压器的招标数量在2015年达到高峰后，呈下降趋势；2021年有所好转，从截至10月31日前发布中标公告的批次情况来看，总量已接近2020年全年数量，有企稳回升之势，而柱上成套变压器招标占比也提升至34%。配电变压器也类似于其他配电一次设备，中标格局较为分散，2021年（截至10月31日）CR5仅为26.8%，CR20为54.9%。我们认为，变压器行业经历了快速扩张然后平稳的周期，将再次迎来增长拐点，本轮主要由内生性的增容需求（上文中已详细分析尖峰负荷增加及分布式电源接入所带来的变压器增容需求）以及外生性的高效节能替换需求双重驱动。
图表21：配网协议库存各类变压器招标数量统计
图表22：新能效标准将各类变压器损耗指标下降约10~45%不等
图表23：10月以来高效节能变压器（新能效1级和2级）密集招标
在增容需求及高效节能替换的双重催化下，变压器需求潜力较大，其中配电环节变压器需求领先；同时高效节能变压器占比将有显著提升。我们假设220kV及以上电压等级的变压器容量呈每年3%的平稳增长，用电负荷增长引发的110kV及以下电压等级变压器容量增长也呈3%的平稳趋势；而分布式能源接入配电网引发的区域内扩容需求，我们假设110kV（包括66kV）电压等级需扩容1倍，35kV及以下电压等级需扩容2倍。关于截至2025年分布式电源接入配电网的区域占比，我们假设了悲观/中性/乐观三种情形，分别为24%（即首批676个试点县占2343个县级区划的比重）/40%/60%。根据我们的测算，在悲观/中性/乐观三种假设下，2021-2025年电力变压器的增容需求分别为38/41/44亿千伏安，空间广阔。其中，35kV及以下的配网变压器增量空间最大，在三种假设下分别为24/28/33亿千伏安。特别地，新增容量市场中高效节能变压器的占比将逐步提高。同时，在15%的存量更换假设下，也将新增17亿千伏安节能替换需求。
图表24：十四五期间电力变压器新增空间测算
一二次融合设备：景气度持续向上，渗透率提升空间广阔
随着信息化自动化的发展以及供电可靠性要求的提升，一二次设备的深度融合为重要方向。传统配电网一次设备功能简单、智能化程度低，无法满足日益提升的配网供电要求，“一二次融合”设备即对传统一次设备在物联感知、数据处理、智能、集成、通信等方面赋能，已成为配电网的重要发展方向。从国网配网协议库存招标情况来看，近年来一二次融合设备招标保持高占比，2021年（截至10月31日）一二次融合成套环网箱招标占比为29.8%，一二次融合成套柱上断路器占比为45.5%，结构性倾斜一二次融合产品。我们认为随着配网自动化需求逐步提升，一二次融合设备渗透率会逐渐提升，招标有望持续景气。
图表25：配网协议库存环网柜及环网箱招标数量统计
图表26：配网协议库存柱上断路器招标数量统计
二次设备：看好自动化覆盖率和自动化程度的提升，以及新技术应用
配网自动化主站竞争壁垒高，格局集中。配电网SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）系统，即数据采集与监视控制系统，是配电网的监控、管理中心，可实现数据采集、设备控制、参数调节、各类信号报警和自愈等多样功能。相较于一次设备和其他二次设备来说，配网自动化主站具备较高的技术壁垒和利润率水平，竞争格局更为集中，国电南瑞招标份额领先，此外许继电气、积成电子和信产集团也有一定份额。
图表27：配网SCADA主站中标格局集中（2021YTD）
配电自动化终端招标数量持续高增，竞争壁垒较低因此格局分散。配电自动化终端是安装在配电网的各类远方监测、控制单元的总称，为配电网运行和设备状态信息提供实时数据，可完成遥测、遥信、遥控等功能。根据设备装设位置的不同，主要可划分为FTU（馈线终端）、DTU（开闭所终端）和TTU（配变终端）。从国网配网协议库存招标情况来看，近年来配电自动化终端招标数量持续高增，2020年同增90%以上。配电自动化终端技术壁垒相对较低，市场竞争激烈，2021年（截至10月31日）有60多家企业瓜分市场，CR10仅为37%。
图表28：配网协议库存配电终端招标数量统计
新一代智能电能表支撑用电侧多应用场景，看好量价齐升及格局集中。国网在2009-2015年大规模推进了第一批智能电表更换，而电表更换周期一般在8年左右，因此自2019年起招标量开始复苏，招标量同比增长94%。2020年8月，国网发布了新一代智能电能表和物联电能表技术规范，电能表定位从满足基本计量需求的设备转型为集计量、通信、数据采集、边缘计算、控制等多功能的智能设备，可拓展的业务应用场景包括电动汽车有序充电、居民用电负荷特征智能分析及多表合一信息采集等。从2021年国网两批招标状况来看，电能表及用电信息采集设备招标数量合计6902万只，较2020年同增27%，总金额合计201亿元，同增近50%。
图表29：2019 vs. 2021平均单表价值
智慧能源管理：电能质量提升、能源高效利用需求触发2C业态快速发展
我们认为，随着居民生活水平提高、国民经济发展、产业升级、高端制造对高可靠连续供电的要求不断提高，由电能质量提升、能源高效利用需求触发的2C能源管理业态有望快速发展。正泰电器、良信电器、施耐德、ABB等低压电器龙头近年来逐渐发力配网场景，针对各行各业的需求，开发了不同的供配电系统/能源管理解决方案。
图表30：正泰针对各行业的电能质量需求，输出综合解决方案
风险提示
政策落地不及预期。以增量配网政策为例，国家层面虽已出台政策文件鼓励社会资本等各类投资主体投资增量配电网项目，支持分布式电源开发建设和就近接入消纳，但如果实施过程中缺乏统筹规划和价格机制，可能影响规划落地，将对配网投资和相关制造商业务造成一定影响。
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中金认为，随着能源变革不断推进，配电网的功能形态将发生深刻变化，由单向无源网络向供需互动的有源网络演变，配网将成为电网投资的重点倾斜方向，挑战与机遇并存，核心标的收获成长。
文丨中金公司
配电网投资专题报告概要
现状概述：重要的能源基础设施，构建新型电力系统的关键环节
配电网是指从输电网和各类发电设施接受电能，通过配电设施就地或逐级分配给各类电力用户的110kV及以下电力网络，是联系能源生产和消费的关键枢纽。目前，配电网仍是我国电网中相对薄弱的环节，整体自动化率、供电可靠率、农网与城网的结构性差距亟待改善，同时，在分布式电源以及新能源车等多样终端接入配电网、用户与电网供需互动加深的背景下，配电网的发展任重道远。综合来看，我们认为配电网将成为构建新型电力系统的关键环节之一。
图表1：配电网是联系能源生产和消费的关键枢纽
图表2：配电自动化、供电可靠性等指标仍待改善，农网与城网发展水平仍存差距
多样挑战：能源变革趋势下，配电网功能形态将发生深刻变化
我们认为，随着能源变革不断推进，配电网的功能形态将发生深刻变化，由单向无源网络向供需互动的有源网络演变，同时供电质量要求进一步提升：
► 负荷曲线尖峰化，加剧投资压力和设备利用率低等问题。随着需求侧电气化程度提高，我国用电需求快速增长，我们预计到2060年全社会用电量有望达18万亿度以上，较2020年水平上行141%。而电网尖峰负荷的增长高于用电增速，进一步加大了配电网的容量要求。根据中电联的数据，我国“十三五”期间全社会用电量年平均增长5.5%，而电网最大负荷年均增速达6.5%，由2015年的7.0亿kW增长至2020年的11.8亿kW。从经验数据来看，90%以上的发电资源和75%以上的配电网资产仅仅用于不到5%全年时间的负荷，因此配电网面临愈加严重的设备利用率低的问题，依旧需要通过加大建设投资、提高设备冗余来满足负荷增长需求。
图表3：我国用电需求快速增长，电网尖峰用电负荷屡创新高
图表4：江苏省某地区2019年配电网规划情况（负荷尖峰化导致设备利用率较低）
注：可以看出，该地区全年负荷峰谷差超过2000kW，高峰负荷大多集中于夏季午间，低谷负荷大多集中于夜晚；全年75%负荷峰值时间不超过400h，不到全年时间的5%，而空调负荷是高峰负荷的主导因素，大约占据30%峰值负荷
► 高可靠连续供电要求不断提高，直流负荷供电需求日益显现。近年来居民生活水平提高、国民经济发展、产业升级、高端制造对高可靠连续供电的要求不断提高，特别是高端制造业用户对电压波动、谐波治理、负荷切换等电能质量问题十分敏感。国际电网组织电能质量经济性研究小组的研究数据显示，单次电压暂降给装备制造/芯片制造带来的平均损失达10万/25万元。此外，末端用电负荷呈现直流化的趋势，日光灯、节能灯、LED灯等照明系统和电视机、机顶盒、路由器等视听设备，以及快速发展的电动汽车、数据中心等均使用直流电，直流负荷的灵活接入问题，以及城市电网走廊有限与负荷密度高的矛盾，仍待解决。
图表5：给用户造成实际影响的电能质量问题类型
图表6：单次电压暂降给部分高端制造业带来的平均损失
► 分布式电源大量接入配电网，综合承载能力需要提升，规划及辅助模式亟待改变。在分布式光伏整县推进和分布式风电下乡的政策推动下，大规模新能源装机接入配电网，配电网也将成为消纳间歇性新能源的重要战场。分布式电源大规模接入使得配电网的不确定性、随机性提高，系统运行方式更加复杂，配电网规划需要由传统确定性规划向多场景概率性规划转变；此外，当前配电网的全局态势感知、统一优化决策和源网荷储互动能力仍不足，难以满足分布式新能源灵活消纳与智能控制需求，相关的并网服务、交易结算、运维调控等管理模式也有待优化。
图表7：分布式电源快速发展促使配电网成为消纳新能源的重要领域
发展趋势：主动配电网，实现分布式电源及多元化负荷的互动管理
主动配电网，能源互联网在配网侧的探索实践。为适应配电网的发展需要，2008年国际大电网会议组织（CIGRE）提出了“主动配电网”（Active Distribution Network，ADN）理念，即以灵活的网络结构为基础，通过应用先进的信息通信、智能控制、电力电子等新技术，提升配电网的适应性，对分布式电源、主动负荷进行主动控制和主动管理，促进资源的合理配置和设备的高效利用，实现不同利益方的协同共赢。我们认为，建设主动配电网，将成为新型电力系统背景下我国配电网发展的中长期目标。
图表8：传统配电网vs主动配电网
投资展望：结构占比有望提升至60%以上，其中农网改造空间广阔
配电环节是电网投资结构性倾斜的重点方向。我们认为，“十四五”期间配网投资占电网投资的比重有望提升至60%以上，投资总额较“十三五”期间增长11%，年均投资额有望达3300亿元。
特别地，农网改造空间广阔。一方面，我国农网配电水平和城网差距较大，仍有改进空间；另一方面，在整县推进和风电下乡的政策背景下，大规模分布式电源接入了相对薄弱的传统农村电网，其承载力亟待强化。我们预计，“十四五”期间农网改造投资总额有望达1.1万亿元。
图表9：“十四五”期间配网投资及占比预测
有源配电网：分布式电源的消纳战场，挑战与机遇同在
分布式电源大规模接入配电网系统将带来哪些影响？
分布式电源是指接入35kv及以下电压等级电网、位于用户附近，在35kv及以下电压等级就地消纳为主的电源（包括太阳能、天然气、风能、氢能、生物质能、储能等类型）。近年来在光伏整县推进/风电下乡等政策支持下，分布式光伏与分布式风电迎来快速发展，接入中低压配电网的电源规模迅速提升。
然而，大量分布式电源的接入会对配电网产生广泛影响，造成局部电压越限、电压波动加大、潮流逆向流动频繁、短路电流增大、供电可靠性降低、电能质量恶化、继电保护装置误动、调峰难度加大等多种挑战。特别地，在整县推进和风电下乡的政策背景下，大规模分布式电源接入了本就相对薄弱的传统农村电网，其承载力亟待强化。为确保大量分布式电源并网后安全稳定运行，《分布式电源接入电网承载力评估导则》（DL/T2041-2019）中将“反向负载率＞80%，短路电流、电压偏差、谐波含量校核不通过或因分布式电源导致220kV及以上电网反送电”的情形评估为红色等级，在电网承载力未得到有效改善前，暂停新增分布式电源项目接入。
图表10：电网承载能力等级划分
如何提升配电网的承载能力、解决分布式电源的消纳问题？
增容或新建配电变压器：满足容量需求
城乡电网进行多次升级，基本满足城乡居民生活用电和其他用电需求。但是，分布式电源所在的农村电网发展仍较薄弱，存在较大的地区差异，对分布式电源消纳能力和承载能力有限。根据《国家电网公司年鉴》，2019年户均配电容量为2.76kVA；“十三五”新一轮农村电网改造升级后，农村户均配变容量不低于2 kVA。
分布式光伏整县推进和风电下乡背景下，配套变压器扩容刻不容缓。根据天合光能组件产品手册，1.8m2组件可实现360-380W输出功率，考虑支架及其他配件，则1 m2屋顶面积可实现150W输出功率。通常情况下每户光伏占用面积在100 m2左右，考虑功率因数0.95和极端情况（例如全额反向供电），每户光伏配网容量需求将达到16kW。分布式光伏整县推进试点政策下，目前农村电网户均配电2kVA的标准远达不到承载要求，配电变压器扩容及新建需求将随分布式光伏渗透率上升而逐渐提升。风电伙伴行动计划“十四五”期间，在全国100个县优选5000个村，安装1万台风机，总装机规模达到50GW，每台风机达5MW。考虑功率因数0.95和保留一定的裕度，则每台风机对应的新增变压器容量为6000 kVA。按照每村平均安装两台风机，则每村需要新建两台6000kVA的变压器。（变压器增容空间测算详见图表24）
微电网：提高分布式电源自身调节能力
图表11：微电网的典型结构及特征
加快新技术/产品应用：提升配电网的调节和平衡能力
图表12：应用新技术/产品，提升配电网的调节和平衡能力
配建或购买调峰和储能：促进就地消纳，平抑电网波动
图表13：分布式储能有效促进新能源就地消纳
图表14：分布式储能对配电网电压波动问题的改善
柔性多元负荷：灵活互动不断深化，智能调度平衡消纳
充分挖掘柔性负荷资源的调控能力，延伸多样创新业态
在用电负荷快速增长的趋势下，柔性负荷在缓解电网供需矛盾、提高配电网设备利用率和经济性等方面的作用逐渐凸显。柔性负荷（Flexible load）为能够改变用电时间或负荷大小以配合电力运营商的需求响应策略，从而获得经济效益的负荷，典型代表有电动汽车、储能、微电网、智能家居等。国家电网计划到2021年末在经营区构建不少于电网最大负荷5%的可调节负荷资源库，到2025年末巩固提升占最大负荷5%以上的需求响应能力，常态化开展需求响应。2020年，国家电网范围内山东、江苏、河南、浙江等省份累计组织电力需求侧响应34次。
图表15：柔性负荷的分类及典型代表
以电动汽车充电负荷为例，车网互动模式将逐步演变
大规模电动汽车充电负荷，给配电网带来多重挑战
近年来，电动汽车发展迅速，大规模电动汽车充电负荷的接入给配电网带来多样挑战。在传统的慢充模式下，充电时间与家庭的用电晚高峰负荷期高度重合，容易造成电网元件过载、电压波动、产生谐波电流、线路损耗增加、配电网三相不平衡程度加剧等问题；在快充模式下，电动汽车接入的随机性、快充桩的聚合效应对电网的强冲击以及当前配变容量的限制，均会影响配电网在快充模式下的安全经济运行。
配网增容需求刻不容缓，有序充电模式缓解高峰负荷压力
一方面，配网增容需求刻不容缓。根据山东电力集团公司新建住宅小区供配电设施建设规范，每户80 m²以下/81-120 m²/11-150 m²/150 m²以上的建筑面积分别户均配置负荷4kW/6kW/8kW/12kW。考虑城市小区户均建筑面积大概在80-150 m²，假设居民区户均用电负荷为5kW，则2000户的居民区所需配电容量约为10000kVA。考虑户均车位为0.5个，单个充电桩平均配置容量7kVA。假定不占用原有居民用电容量，充电车位比例为0.8，夜晚极端情况同时率达80%时，小区用电总容量需要增加4480kVA（+45%）。随着充电桩由交流慢充逐渐更换为直流快充，单个充电桩平均配置容量有望上升，小区用电总容量将日趋紧张。不同城市居民配电有所不同，配电标准低的地区将率先受到充电桩带来的冲击，日常生活用电将受到影响，供电负荷增容刻不容缓。
图表16：充电桩建设对于居民配电网的影响
电动汽车本质为分布式储能资源，长期来看V2G商业化潜力巨大
我们认为新能源车与电网的互动是逐步演进的过程，功能上，从单向可控的充电到充电加放电；互动范围上，从局部到广域，即从V2H（Vehicle-to-home）到V2B（Vehicle-to-building）再到实现V2G（Vehicle-to-grid，车辆到电网）。在V2G的模式下，新能源车集储、用电为一体，新能源车既是电网用户侧的柔性负荷，也可作为分布式电源/储能设备。在车辆停驶的时候根据电网需求通过V2G终端放电，不仅车主可以获得放电收益，同时车辆参与调度、平抑电网波动，为电网提供调频和备用服务。
交直流混合配电网、能源路由器等为多元负荷创造灵活、便捷接入条件
传统交流配电网主要面临如下挑战：1）城市供电空间有限，通过架设新线路来满足负荷的持续增长变得愈发困难，而交流线路网络重构虽然可以实现负荷均匀分布，但无法实现功率的频繁转供；2）电动汽车、LED等直流负荷越来越多，需要通过交直流变换环节接入电网，会造成大量的能量损失；3）传统交流配电网缺乏灵活控制功率潮流和网络拓扑的手段，大量分布式电源并网时无法保证电压质量，导致弃风弃光。
我们认为，交直流混合配电网有望成为可行的过渡技术方案。通过换流器将直流改造线路与交流线路连接形成交直流混合配电网，是综合考虑技术经济以及充分利用原有存量资产之下的可行方案。交直流混合配电网具有拓扑灵活、潮流可控的优势，不仅可以利用原有空间提升线路的传输能力，还能够提高供电可靠性、设备利用率、直流负荷和分布式电源的接纳能力。在配网侧供电需求加大、直流负荷占比提高、分布式电源渗透率加速的趋势下，叠加输电侧和远海送出的需求，我们看好直流工程的建设空间。
换流阀为直流工程中价值量最大、壁垒最高的设备之一。从直流特高压线路的招标情况来看，市场格局较为集中，国电南瑞、中国西电、许继电气、荣信汇科、中电普瑞为主要参与者。其中，国电南瑞在核心功率器件IGBT的产业化进程上领跑，我们认为国电南瑞有望进一步提高竞争优势，时代电气、派瑞股份等国产电力半导体厂商的电网侧市场也有望景气度向上。
图表17：传统交流配电网 vs. 交直流混合配电网
图表18：直流换流阀中标格局（以白鹤滩-浙江特高压项目招标情况为例）
能源/电能路由器是交直流混合电网的核心设备，在供电效率、用电灵活性和供电可靠性提高、能量流及信息流交互等方面发挥重要作用。
图表19：特变电工新能源自主研发的电能路由器
我们重点关注四条投资主线，1）一次设备：重点关注变压器在增容需求及高效节能替换的双重催化下迎来拐点；2）一二次融合设备：对传统一次设备在物联感知、数据处理、智能、集成、通信等方面赋能，渗透率提升空间广阔；3）二次设备：自动化覆盖率和自动化程度有待提升，主站格局集中，终端设备需求持续高增；4）智慧能源管理：看好由电能质量提升、能源高效利用需求触发的2C业态快速发展。
图表20：配网自动化系统架构以及配网招标关键设备的主要供应商情况
从2013年-2020年国网配网协议库存各类变压器的招标情况来看，配电变压器的招标数量在2015年达到高峰后，呈下降趋势；2021年有所好转，从截至10月31日前发布中标公告的批次情况来看，总量已接近2020年全年数量，有企稳回升之势，而柱上成套变压器招标占比也提升至34%。配电变压器也类似于其他配电一次设备，中标格局较为分散，2021年（截至10月31日）CR5仅为26.8%，CR20为54.9%。我们认为，变压器行业经历了快速扩张然后平稳的周期，将再次迎来增长拐点，本轮主要由内生性的增容需求（上文中已详细分析尖峰负荷增加及分布式电源接入所带来的变压器增容需求）以及外生性的高效节能替换需求双重驱动。
图表21：配网协议库存各类变压器招标数量统计
图表22：新能效标准将各类变压器损耗指标下降约10~45%不等
图表23：10月以来高效节能变压器（新能效1级和2级）密集招标
在增容需求及高效节能替换的双重催化下，变压器需求潜力较大，其中配电环节变压器需求领先；同时高效节能变压器占比将有显著提升。我们假设220kV及以上电压等级的变压器容量呈每年3%的平稳增长，用电负荷增长引发的110kV及以下电压等级变压器容量增长也呈3%的平稳趋势；而分布式能源接入配电网引发的区域内扩容需求，我们假设110kV（包括66kV）电压等级需扩容1倍，35kV及以下电压等级需扩容2倍。关于截至2025年分布式电源接入配电网的区域占比，我们假设了悲观/中性/乐观三种情形，分别为24%（即首批676个试点县占2343个县级区划的比重）/40%/60%。根据我们的测算，在悲观/中性/乐观三种假设下，2021-2025年电力变压器的增容需求分别为38/41/44亿千伏安，空间广阔。其中，35kV及以下的配网变压器增量空间最大，在三种假设下分别为24/28/33亿千伏安。特别地，新增容量市场中高效节能变压器的占比将逐步提高。同时，在15%的存量更换假设下，也将新增17亿千伏安节能替换需求。
图表24：十四五期间电力变压器新增空间测算
一二次融合设备：景气度持续向上，渗透率提升空间广阔
随着信息化自动化的发展以及供电可靠性要求的提升，一二次设备的深度融合为重要方向。传统配电网一次设备功能简单、智能化程度低，无法满足日益提升的配网供电要求，“一二次融合”设备即对传统一次设备在物联感知、数据处理、智能、集成、通信等方面赋能，已成为配电网的重要发展方向。从国网配网协议库存招标情况来看，近年来一二次融合设备招标保持高占比，2021年（截至10月31日）一二次融合成套环网箱招标占比为29.8%，一二次融合成套柱上断路器占比为45.5%，结构性倾斜一二次融合产品。我们认为随着配网自动化需求逐步提升，一二次融合设备渗透率会逐渐提升，招标有望持续景气。
图表25：配网协议库存环网柜及环网箱招标数量统计
图表26：配网协议库存柱上断路器招标数量统计
二次设备：看好自动化覆盖率和自动化程度的提升，以及新技术应用
配网自动化主站竞争壁垒高，格局集中。配电网SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）系统，即数据采集与监视控制系统，是配电网的监控、管理中心，可实现数据采集、设备控制、参数调节、各类信号报警和自愈等多样功能。相较于一次设备和其他二次设备来说，配网自动化主站具备较高的技术壁垒和利润率水平，竞争格局更为集中，国电南瑞招标份额领先，此外许继电气、积成电子和信产集团也有一定份额。
图表27：配网SCADA主站中标格局集中（2021YTD）
配电自动化终端招标数量持续高增，竞争壁垒较低因此格局分散。配电自动化终端是安装在配电网的各类远方监测、控制单元的总称，为配电网运行和设备状态信息提供实时数据，可完成遥测、遥信、遥控等功能。根据设备装设位置的不同，主要可划分为FTU（馈线终端）、DTU（开闭所终端）和TTU（配变终端）。从国网配网协议库存招标情况来看，近年来配电自动化终端招标数量持续高增，2020年同增90%以上。配电自动化终端技术壁垒相对较低，市场竞争激烈，2021年（截至10月31日）有60多家企业瓜分市场，CR10仅为37%。
图表28：配网协议库存配电终端招标数量统计
新一代智能电能表支撑用电侧多应用场景，看好量价齐升及格局集中。国网在2009-2015年大规模推进了第一批智能电表更换，而电表更换周期一般在8年左右，因此自2019年起招标量开始复苏，招标量同比增长94%。2020年8月，国网发布了新一代智能电能表和物联电能表技术规范，电能表定位从满足基本计量需求的设备转型为集计量、通信、数据采集、边缘计算、控制等多功能的智能设备，可拓展的业务应用场景包括电动汽车有序充电、居民用电负荷特征智能分析及多表合一信息采集等。从2021年国网两批招标状况来看，电能表及用电信息采集设备招标数量合计6902万只，较2020年同增27%，总金额合计201亿元，同增近50%。
图表29：2019 vs. 2021平均单表价值
智慧能源管理：电能质量提升、能源高效利用需求触发2C业态快速发展
我们认为，随着居民生活水平提高、国民经济发展、产业升级、高端制造对高可靠连续供电的要求不断提高，由电能质量提升、能源高效利用需求触发的2C能源管理业态有望快速发展。正泰电器、良信电器、施耐德、ABB等低压电器龙头近年来逐渐发力配网场景，针对各行各业的需求，开发了不同的供配电系统/能源管理解决方案。
图表30：正泰针对各行业的电能质量需求，输出综合解决方案
风险提示
政策落地不及预期。以增量配网政策为例，国家层面虽已出台政策文件鼓励社会资本等各类投资主体投资增量配电网项目，支持分布式电源开发建设和就近接入消纳，但如果实施过程中缺乏统筹规划和价格机制，可能影响规划落地，将对配网投资和相关制造商业务造成一定影响。