电气化大时代之美国篇系列一：AI带来的需求侧新变化美国电力市场框架梳理

行业评级【兴证公用】电气化大时代之印度尼西投资要点：心的发展带来了预期负荷规模的显著提升，根据美国能源部/电力系统/英伟达出量预期，我们假设2025-2030年数据中心总负荷增量分别为50/90/130GW，制造业等l供给端电源增量以风光为主使得顶峰出力能力不足，电网投资滞后限制新机组接入及电力跨区输送。美国电源结构中，火、水、核电三类出力较为稳定电源由2011年的的其余区域仍采用传统的垂直一体化公用事业监管模式。传统监管州通常采系统储备裕度将下降至5%/1%/-3%。由于核电建设气化大时代背景下的可靠基荷能源，建议关注 5 5 5 5 6 6 7 7 8 8 9 表6、新建煤电与气电机组资本开支、运维 美国终端用电量在经历了十余年增长停滞后代以来，美国电力需求经历了高速增长→放缓→结构性反转的变迁，经历了1950s-1990s经济高速发展以及电气化带来的负荷快速增长，2000s-20网泡沫破灭以及金融危机后美国经济进入缓慢复苏期，此外制造业向服务业“低耗能”转向，导致了十余年间美国电力需求增长停滞，2005-/20211950s-新型家电1960s-空调1970s-2000s-节能标准2010s-LED2021-20247.4%7.4%4.7%3.0%2.4%0.7%0.6%0.9%8.8%美国产业结构与用电习惯导致21世纪以来住宅/商业用电占比高0.3%，占用电量比重由35%下降至26%，同45%40%35%30%25%20%——工业——商业——住宅近年来美国电力需求的主要增长动力来源于工商业。2021-202其中工业/商业/住宅增量分别为340/1225/124亿千瓦时，贡献期内增量的图5、2021-2026E分用户类3000商业：3000工业：CAGR+1.8%00住宅：CAGR+0.6%20212022202320242025E2026E-500——美国制造业总投资支出（亿美元）工业商业住宅——美国制造业总投资支出（亿美元）数据来源：iFinD，EIA，兴业证券经济与金模型训练到中小型企业的模型局部调整、应用端推理部署，算力需求的持续扩张复等操作过程中的负荷波动性增大为电网实时供需平衡提出了新的挑战。此外，我们观察到美国数据中心以及制造业、油气产业在区域上分布不均，各区域间未算任务进行优化以实现快速的数据处理和分析，通常配备额外的处理单元用以补单颗芯片功耗提升+显卡数量提升驱动数据中心规模迈向GW2030年及之前建成的数据中心中约50%为GW级。司预期值/英伟达出货预期三类不同视角下测算：未来系统负荷预测等。根据该运营数据统计，美国电力公用公司预期表1、根据英伟达芯片出货量测算美国数据中心负荷增量75%73%70%67%65%60%//50%50%50%50%50%50%/数据中心+制造业、采矿业、电气化等其他需求，三种情形下2025-2030年计的各地区电力公用公司预期值，制造业、采矿业及电气化等其他需求合计增长5799595数据中心运行期间负荷波动性大，为电网稳如训练作业的启动和关闭、检查点及恢复操作等，NERC报告区ERCOT均出台相关针对大型负荷的新政，明确表示大型负载需要成为电网需求其负载调节义务；美国能源部提议对同意接受“负荷削减”的大型负荷加快并网2.自愿机制：电网公司通过市场竞标，采购储能或替代UPS应对数据中心负荷大幅波动，英伟达在其下一代800VDC架构对电网供电波动或中断，更多是被动应对供电短时故障保护数据中心运转，容量图14、英伟达在其新一代架构中将储能系统列从区域结构上来看，数据中心主要分布在东西海岸及德州，预期负荷增长地区差德克萨斯州、加利福尼亚州、伊利诺伊州、俄亥俄州数据中心数量占比分别为10.1%ERCOT10.1%7.2%SPP7.2%3.6%PJM3.6%2.8%CAISO2.8%2.5%2.5%2.3%2.3%2.3%2.3%MISO2.1%Southeast2.1%0.9%0.9%0.6%全国增长预测：3.7%ISO-NE0.0%2.0%4.0%6.0%8.0%10.0%12.0%峰值负荷复合增长率图17、GridStrategies统电源有效容量的不足主要是由于稳定、灵活电源源增长。尽管美国电力总装机容量由1991年的740GW增长至2024年的力较为稳定的基荷电源自1991年的722011-2024年风电、光伏装机容量由4/风电/光伏占比由25%/3%/0%上升至43%/11%-10-20-30I, 8%7%6%8%7%6%5%4%3%2%0%-1%-2%-3%0太阳能,5%其他太阳能,5%其他,2%风能,11%煤炭,15%4,0003,0002,000核电,核电,18%天然气,,常规水力,43%6%煤炭u天然气常规水力a核电a风能a太阳能u其他43%6%04%3%2%1%0%-1%-2%-3%1002%801%600%40-1%20-2%核电装机容量yoy（右）水电装机容量（含抽蓄）yoy核电装机容量yoy（右）25%20%5%0%-5%-10%-15%煤电机组退役主要是由于环保成本上升+天然气价格下降使得气电经济性优于煤根据EIA2024年对新建发电机组成本评估，煤电机组单位资本开支为4103美元美元/百万英热下降至2012-2020年的成本分别为2.4/4美元/百万英热测算，考虑气电与煤电机组热效率差异（煤电别为27.1/28.2美元/兆瓦时，考虑到前期资本开支以及固定运维于煤电的优势，气电综合经济性优于煤电。Jan-99Dec-99Nov-00OctJan-99Dec-99Nov-00Oct-01Sep-02Aug-03Jul-04Jun-05May-06Apr-07Mar-08Feb-09Jan-10Dec-10Oct-12Sep-13Aug-14Jul-15Jun-16May-17Apr-18Mar-19Feb-20Jan-21Dec-21Nov-22Oct-23Sep-24Aug-2586420美国天然气产量（亿方）亨利中心天然气价格（右）美国煤炭燃料成本（右）表6、新建煤电与气电机组资本开支、运维成本等基本情况对比单位资本开支（美元/千瓦）注：单位燃料成本按天然气成本4美元/百万英热，煤炭成本2.4美元/百万英热计算项目项目图30、2010-2024年美国新增输0输电网建设滞后导致发电机组并网排队周期冗长，FERC0并网时间中位数（月）分为三个独立互联系统，分别为东部、西部、德州互联电网，三大区域彼此运行较为独立，彼此之间电力交换有限。从美国的资源禀赋来看，风光资源与天然气资源地域分配并不均匀，化石资源较为离散分布在中部、东部及南部地区，风资源富集区为中部地区，光资源富集区为南部地区且由于东西跨度大午间高发时段有所差异，风光装机的快速提升对电力的跨区调配消纳提出了司拥有从发电到输配电的全部业务，为共享备用容量以降低成本，形成了早期的20世纪70年代起，伴随着美国运输、能源、通鼓励国内能源和可再生能源利用，分离发电、输司从效率更高的发电厂购买电力，促进独立发电商之间的竞争，符合相关条件的务与输电、允许发电商和用户公平接入输电网，并实行统一的输电费率，鼓励成网络，并要求拥有或运行管理跨州输电设施电权、提高电网透明度、需求侧响应、分布式能源及储能参与市场等方面持续深《联邦电力法》明确联邦和州在批发与零售销售的管辖权，明确联邦能源监管委员会（FERC）的监管权力FERC《联邦电力法》明确联邦和州在批发与零售销售的管辖权，明确联邦能源监管委员会（FERC）的监管权力FERC第2000号令，鼓励公用事业公司加入区域输电FERC第745号令，要求向需求侧响应资源按市场价格支付费用1920s19351968197819961999200720112020《公用事业监管政策法案》颁布，鼓励增强发电竞争FERC第2222与841号令，消除分布式能源、储能参与电力市场的障碍FERCFERC第2222与841号令，消除分布式能源、储能参与电力市场的障碍FERC第890号令，改革开放式输电规则，以促进公平提供输电服务，提高电网运行透明度发电厂与输电线路建设采用垂直一体化监管模式，PJM、ERCOT、SPP等区域互联形成FERC第888号命令，要求所有用户享有开放的输电接入权，推广独立系统运美国国家电力可靠性公司非营利性监管机构，确保电网高效、安全运行联邦与州两级监管，多部门参与的全美电力监管体系。美国目前电力体系分联邦表8、美国电力政策与监管相关机构（不直接参与电力系统监管）建立起传统垂直一体化监管与竞争性市场并存的电力体系，各州批发与零售市场管制放开进程不一。批发市场涉及发电企业与电力零售商之间的电力交易，零售市场将电力销售给终端消费者，各州批发与零售端的市场化改革进度不一。在批仍采用传统的垂直一体化公用事业监管模式。零售端的市场化是指电力消费者可三是批发、零售市场均放开的地区，配电与售电分离，电力用户可以自主选择售电商，售电商从批发市场购电后制定销售电价套餐吸引电力用户购电，大型电力用户也可直接向发电企业购电，并按规定支付输、配电价和发电A输配电用户垂直一体化电力公司受监管定价用户A用户用户A用户B发电环节市场化，输配与售电环节受监管定价售电发电环节市场化，输配与售电环节受监管定价售电用户CRTO/ISO用户B用户C用户B用户C用户D发电A发电B仅输配环节受监管定价输配电仅输配环节受监管定价售电企业A售电企业B传统监管模式下通常采用准许收益定价。处于传统垂直一公司，仍然实行发输配售一体，州级监管机构严格监管的模式，主要位于美国中事业委员会审批通过后公司可据此执行资本开支并纳入费率基础中，授权回报率•由州监管机构核准••燃料成本、运营费用等，直接传递给终端用户授权ROE接传递给终端用户授权回报率电价收入费率基础运营成本其他税费授权回报率电价收入债务成本••••州监管机构审批通过后执行计划资本开支并纳入费率基础础费用+燃料费用+非燃料费用+税费和其和维护费用、折旧和税收；也包含电力公司提供电力服务所应获得的资环境成本,环境成本,基本能源费用,基本能源费用,场为实际电力的交易，市场参与者通常通过双边合同锁定长期价格，利用日前与运营电能量市场与辅助服务市场，但在容量市场设计上存在差异，ERCOT、双边合约场外直接协商交易，买卖双方约定价格、数量、交付时间和地点。可为长期（数年）或短期（数月/周）双边合约提前一天出清的能量市场，用于规划次日调度实时市场考虑日前计划与实际供需变化之间的任何差异，为满足实时电力需求进行的电力交易实时市场容量市场通过选择发电厂来锁定未来某个日期的峰值电力需求，从而确保电网可靠性标准得到满足容量市场辅助服务市场区域输电组织制定资源充足性标准，以补充容量市场的可靠性指标当用于选择所有成本最低的发电机的输电容量不足时辅助服务市场区域输电组织制定资源充足性标准，以补充容量市场的可靠性指标当用于选择所有成本最低的发电机的输电容量不足时会发生拥塞，可购买输电权(FTR)以免受市场中因拥塞导致的价格上涨风险其他工具资源充足性要求输电阻塞费用输电阻塞费用有无耗与堵塞的发电边际成本。在传统的边际成本定价中，电力价格等于满足下一个量及损耗，在拥堵严重的节点价格更高，核心是使得某一节点的出清价格等于满美国容量市场价格通常采用拍卖的方式形成，根据负荷、机组成本等因素计算需电、需求响应、储能等）来满足峰值需求和可靠性标准，美国容量电价的形成为竞争性的拍卖机制，资源运营商提供出售报价形成供给曲线，电力系统运营商则AC容量（兆瓦）ABC煤电机组需满足汞及空气有毒物质标准、废水排放指南以及煤灰管理要求，并于退役煤电无需减排改造。此外，部分州通过碳限额及交易制度增加煤电与气电碳10年；核电PTC补贴为阶梯制并逐年根据通胀调整，2024年基准补贴为0.（满足工资与雇员标准）低收入或印无<燃气轮机<岸上风电+储能<光伏+储能<海上风电<煤电<核电，但美国目前核电 燃气联合循环-考虑碳价燃气联合循环-不考虑碳价煤电-考虑碳价煤电-不考虑碳价核电煤电燃气轮机期内装机以绿色+经济属性的风光装机为主但并未显著影响电网安全性，我们假设火电/水电/核电/风电/光伏有效容量系数分别为90%/9荷需求，低/中/高情景下2030年储备裕度将下降至5%/1%/-3%。图48、根据当前装机与负荷预期测算美国电力系30%25%20%5%0%-5%-9 yoy68yoy222222 yoy789899 yoyyoy59189气电是主力增量电源，但受限于设备商产能上限。在环保要求放宽的大背景下，气电作为综合经济性、建设速度、供电稳定性考虑的最优选择，是美国中短期内投资小、占地少、部署灵活且支持模块化拓展，模块单元可以制造后运输至现场表14、美国核电站重启进程梳理Arnold部分清洁性要求或放宽，煤电退役有望延缓，剩余电力缺口的弥补或依靠储能、SOFC等新型技术。在电力负荷增长与安全的刚性约束下考虑到核电短期内落地可能性较低，气电受上游设备商产能限制，若煤电环保限0环集团作为燃料电池隔膜板核心供应商，有仍将持续驱动电网投资，看好供给持续紧缺北美变压器市场，推荐金盘科技，建景气度。然而受制于产能，燃机交货周期明显拉长，核心零部件叶片、锻件、铸件等也面临供应链短缺，中国企业有望在海外供议关注联德股份、豪迈科技、应流股份、杰瑞股份、航宇科技；是电气化大时代背景下的可靠基荷能源，建议关注铝等工业金属原材料需求的提升。当前，受美国铜关税的政策的前置性影响，美国对全球阴极铜库存的虹吸效应愈加明显；此外美国铝中西部溢价率持续抬升，中将储能列为标配。预计锂电铜箔需求也将呈现延续性的高速增长，储能电池需求高增对锂电铜箔及阴极铜需求的边际拉动将愈加明显。程中亦对本国铜、铝冶炼及加工产能的资本开支形成牵制，因此新增需求将通过贸易流的形式向国际市场上进行传导。铜、铝等基本金属作为全球定价的大宗商阳钼业、金诚信、天山铝业、云铝股份、南山铝业等。归母成利润（亿元）