美國電網格局、需求及建設挑戰分析

電網格局相對分散，配電網成為發展著力點。

1. 電源側：多重政策加速美國能源轉型，可再生能源占比飛速提升

美國政策助推能源轉型，多地區計劃 2050 年之前實現凈零計劃。盡管短期存在一定供 應鏈問題和貿易問題，但《通貨膨脹削減法案》（IRA）將成為加速裝機的催化劑，預計 隨著 IRA 和《全球能源展望》的實施，到 2032 年美國可再生能源產能預計將增加近兩 倍，達到 110GW，政府將對可再生能源部門進行投資，紐約州北部、馬薩諸塞州、新罕 布什爾州和佛蒙特州或將在 2050 年之前實現凈零。根據 IEA 預測，預計美國 2023-2028 年將新增近 340GW 的可再生能源裝機量。 美國發力可再生能源行業，光伏裝機總量持續突破。得益于稅收抵免等政策、全產業鏈 成本下降以及對于清潔能源的需求的增長，美國光伏行業快速發展，帶動美國可再生能 源發電量占比持續增長。2023 年美國光伏發電量實現顯著增長，達到 165TWh，同比增 長13%，光伏發電量在新增發電量中的占比也由2022 年的46%提升至2023 年的54%。 截至 2023 年底光伏累計裝機超過 179GW，全年光伏裝機創下歷史新高，新增裝機約 32.4GW，同比增長超 50%，美國光伏年度裝機首次突破 30GW，且其新增占比占全年 新增電網容量的比例首次超過一半。根據 EIA 預測數據，2024 年上半年美國新增集中式 發電容量 20.2GW，其中太陽能發電容量約 12GW，風電新增裝機 2.5GW，預計 2024 年美國將新增 62.8GW 的公用事業可再生能源裝機，尤其是太陽能仍將占據新增產能的 最大份額，達到 58%，但大量的新能源發電也對于美國電網造成較大壓力。

2. 用戶側：數據中心、再工業化、電動汽車共同推動美國用電側需求高啟

2.1 電力需求結束停滯，多地區上調預期數據

美國電力需求結束 20 年停滯，多重因素推動二次增長。用電需求復蘇疊加數據中心建 設、制造業回流、電動車市場增長帶來的增長新動力，使得美國拉升電力需求增長，電 力公司對于到 2028 年所需電力的預測幾乎上漲一倍。根據 EIA 數據，2022 年美國電力 總消耗約為 4.07 萬億千瓦時，是有記錄以來的最高值，且根據短期能源展望（STEO）， 美國的電力消耗在 2024 年和 2025 年升至歷史新高，預計 2024 年電力需求將增長至41230 億 kWh，2025 年將增長至 41980 億 kWh，未來五年的電力需求增速預期將快速 提高 81%。 多個地區商業用電快速增長，IEA 上調電力需求預期。美國商業部門的電力消耗逐步恢 復，2023 年美國商業用電量約 140 億千瓦時，其增長主要集中在部分快速發展數據中 心的州，2019-2023 年中電力需求增長最快的 10 個州的商業電力總需求共增加 420 億 千瓦時，CAGR 達到 10%，其中弗吉尼亞州的電力需求增長最快，增加約 140 億千瓦時， 德克薩斯州增加了130 億千瓦時。基于各區域電力需求增長的趨勢，IEA上調了對于2025 年商業電力需求的預測。

美國多地區上調商業電力需求預測，尤其是南大西洋和中西部。根據 EIA 于 2024 年 9 月發布的《短期能源展望》，在上調對于 2025 年商業電力需求預測的過程中，對于南大 西洋以及中西部人口用電數據的預測進行了最大的修訂，兩個部門合計將占據美國商業 電力需求的 40%。2024 年預計南大西洋的商業電力消費將增長 5%，2025 年增長 2%； 2024 年預計中西部的商業電力消費將增長 3%，明年增長 1%；整體來看，由于數據中 心的蓬勃發展，美國商業用電需求將在 2024 年增長 3%，2025 年增長 1%。

數據中心和再工業化成為美國電力負荷增長的關鍵驅動因素。全球 AI、數據中心、再工 業化、電氣化、新能源汽車等高耗電量領域對于能源的供給以及電氣化的程度提出更高 要求，驅動美國各區域用電負荷增長，有望更深層次地刺激電力需求的持續增長，尤其是從 2022 年開始，數據中心和工業發展的激增導致未來 5 年的預期負荷出現大幅增長， 成為各地區電力需求增長的關鍵驅動因素。

2.2 數據中心加速建設，2030 年電力消耗將成倍增長

人工智能快速創新發展，數據中心用電量持續增長。電力需求飆升背后的一個主要因素 是人工智能的快速創新，AI 推動大型計算基礎設施的建設，其所需電量相較于傳統數據 中心大量增長，如亞馬遜、蘋果、谷歌、微軟等科技公司正在全美范圍內尋找新的數據 中心地點，且美國對于數據中心建設的投資到 2028 年預計將超過 1500 億美元。2023 年美國數據中心電力消耗約 126TWh，占美國總電力消耗的 2.5%，預計到 2030 年，美 國數據中心電力消耗將相較于 2023 年增長近 3 倍，達到 335TWh，相當于全美電力需 求的 7.5%，全美三分之一家庭的用電量。基于數據中心快速發展的現狀，美國能源署在 《短期能源展望中》也上調了對 2025 年商業電力需求的預測。

PJM 覆蓋地區的負荷預測及傳輸計劃反應數據中心市場快速增長。PJM 對于 2028 年夏 季負荷峰值的預測由 2022 年的 152.7GW 增長至 2023 年的 155.7GW，增長約 2%，在 考慮數據中心的因素后將增長更多。作為美國最大的數據中心樞紐之一，全球超過 35%的超大型數據中心集中在弗吉尼亞州。自 2019 年以來，弗吉尼亞州已經至少開設了 75 個數據中心，且根據 Dominion Energy 表示，數據中心的容量可能會在五年內增長一倍， 進一步影響美國的電力需求。

2.3 兩大法案推動美國再工業化發展，成為工商業電力需求增長主要因素

美國通過補貼本土制造、進行稅收優惠、設置貿易壁壘等方式引導新能源、半導體等產 業制造業回流。從奧巴馬政府到拜登政府，近幾屆美國政府都將“重振制造業”作為美 國再工業化戰略的重要組成和經濟政策的重點，根據 Grid strategies，2021-2023 年美 國工業和制造設施總投資額將達到 4810 億美元。美國采取了一系列如提高進口商品關 稅、提升本土產品稅收優惠和補貼等措施，疊加 2022 年 8 月先后發布《通脹消減法案》、 《芯片和科學法案》等政策促進私人投資制造業回歸美國本土，重振美國工業水平。制 造業用電需求顯著高于其他產業，將大力推動相應的用電需求。

2.2.4 電動汽車市場持續擴張，為電力供應帶來壓力

電動汽車電力需求在 2024 年初激增，用電量超鐵路用電需求。根據 EIA 數據，2023 年美國電動汽車占所有輕型汽車總銷量的 16%，電動汽車的總用電量首次超過美國鐵路 的用電需求，達到 760 萬 MWh，同比增長了 45%。自 2023 年初以來，美國電動汽車 用電量增長約 52%，超過了 2022 年公布的 40%增長率的預測值，表示電動汽車銷量快 速增長對于電力市場的影響持續增加。截至 2024 年 2 月，電動汽車的總用電量為 1580 GWh，相比 2023 年同期的 1040 GWh，同比增長了 51.92%。

電動汽車銷量的快速增長對電力市場的影響持續增加。受聯邦政府激勵措施的推動， 2024 年前三季度中美國人口最多的加利福尼亞州新售汽車中有超過 20%是電動車，美 國電動汽車電力消耗量也隨之呈快速增長趨勢。其中加利福尼亞是電動汽車耗電量最高 的州，占全美總耗電量的 34%，達到 258MWh，且其電動車很快就會占到峰值電力需求 的 10%，與佛羅里達州（458.77 GWh）、德克薩斯州（417.03 GWh）、紐約州（337.37 GWh）和華盛頓州（308.72 GWh）共同成為 2023 年電動汽車電力需求最大的五個州。 除了電動車耗電量排名前五的州之外，2023 年其他 13 個州的電動汽車充電耗電量超過 100 GWh，且美國各地計劃建設更多的充電站，疊加 IRA 法案提出在 2023-2032 年為每 輛電動車提供 7500 美元/輛的稅收抵免，未來汽車的電氣化普及程度將越來越高，推動 家庭和公共充電端口對電力的更大需求，并為公用事業的電力供應帶來一定壓力。

3. “新增需求”+“存量替換”帶來成長空間，電網建設仍存在一定挑戰

3.1 新增需求：大量能源發電排隊并網，疊加新型需求為電網帶來擴建壓力

電源側：美國大量可再生能源發電排隊并網，對電網建設的新增需求日益明確。根據 Lawrence Berkeley Lab 顯示，2023 年美國電網并網積壓量激增 30%，全年有 1570GW 的發電設備和1030GW 的儲能系統等待批準并網。同時，隨著并網排隊項目數量的增加， 其等待時間也在增長，2023 年完成的并網項目的平均等待時間為5 年，遠超過2000-2007 年的 2 年和 2018-2022 年的 4 年的批準時間。隨著 IRA 法案的進一步推動將刺激更多可 再生能源，預計并網等待時間將持續增加，電網建設的新增需求逐步凸顯。

美國排隊并網容量增長速度遠高于輸配電網投資金額增速。過去 10 年中，美國新增并 網請求數量顯著增加，增幅達到 300%-500%。自 2010 年，美國排隊并網容量增長超 20 倍，但對于輸配電網的投資金額僅增長一倍，遠低于排隊并網容量的增長速度。截至 2023 年底，美國各地新能源發電和儲能項目的積壓問題進一步加劇，近 2600GW 的發 電容量和儲能容量正在尋求接入電網，是當前美國電廠裝機總量的兩倍之多，排隊并網 的容量中有接近 95%均來自可再生能源。

用電側：美國電網正處于壓力邊緣，難以應對電力需求激增與多重復合增長的挑戰。多 重數據證明美國電力需求高增，這一趨勢正受到數據中心、工業回流、電動汽車以及智 能家居等高耗能技術的推動，而老化的電網基礎設施和有限的輸配電能力已經暴露出系 統韌性的明顯不足，美國電網將難以支撐新型需求的爆發性增長，電網擴建的緊迫性顯 著提升。

3.2 存量替換：美國電網老化程度較高，設備升級需求為存量市場帶來空間

電網老化問題日益嚴重，設備升級改造迫在眉睫。根據 IEA 數據，除日本外，美國超 20 年的輸配電線路占比最大，面臨嚴重的電網老化問題。美國的電網多數建設于 20 世紀 60-70 年代，有 70%的電網接入和輸配電設備已經超過了預期使用壽命，如變壓器等重 要設備的使用時間甚至超過 30-40 年，電力設施更新速度與電力需求增長的速度相差甚 遠，部分地區電網傳輸線路甚至嚴重不足。電路的老化會導致在面臨惡劣天氣和大規模 停電時很難快速恢復電力供應，電網基礎設施升級改造迫在眉睫。

“新增需求”+“存量替換”為美國電網發展帶來較大市場空間。總體來看，電網設備 老化、電力需求增長與能源結構性轉型共同對美國電力系統造成沖擊，其電網面臨安全 和穩定性的問題，亟待升級改造。電網側，美國電網承載能力不足，區域互聯性差、建 設零散，老化問題嚴重；電源側，大量新增的可再生能源對于傳統電網的穩定性產生沖 擊；用戶側；美國制造業回流、電動汽車市場增長速度加快、數據中心和 AI 的大力發展 導致電力需求激增。

3.3 美國電網目前主要問題：建設分布不均，區域互聯有限

美國特高壓的發展主要受制于其地形特征形成的天然屏障。美國的地形以東部的山地、 中部的平原和西部的高大山嶺為主，尤其是西部的落基山脈和東部的阿巴拉契亞山脈， 增加了建設和維護輸電線路的難度和成本。同時，獨特的地形也導致各地區能源差異較 大，東部電網地區靠近美國主要的煤炭和天然氣產地，主要以煤炭和天然氣發電為主； 西部電網地區靠近科羅拉多山系，落基山脈形成較大地勢差，主要以水力發電為主，也 阻礙了西部電網對外聯結；南部德克薩斯電網處于頁巖氣盆地所在區域，以天然氣發電 為主，形成區域獨立小電網。 美國各地的能源結構迥異，形成三大電網體系。根據各區域內的能源優勢，美國形成了 東部、西部和德克薩斯（ERCOT）三大電網體系，三個電網之間彼此互聯較為有限，僅 靠幾條小容量支流線路連接，疊加各州和地區在能源政策和電力基礎設施建設上的獨立 性，美國沒有形成統一的全國電網。

輸電網發展注重區域互聯，配電網發展考慮獨立運營。整體來看，美國各地區的可再生 能源差距較大，并且無法為人口中心提供穩定的電力，分散的電網體系不僅增加了電力 調度和傳輸的復雜性，也限制了跨區域電力資源的共享和優化，影響整體電力系統的效 率和穩定性。輸電網方面，需要通過升級整合洲際輸電線路，注重區域之間的互聯互通， 推動跨區域電力資源的協調和優化，才能更好的管理能源需求以及實現最大程度利用。 配電網方面，由于整體電網的區域分割性，我們認為增強配電網本地化的適應性和靈活 性，以應對各地不同的能源結構和供需特點將成為重要發展方向。配電網的發展應考慮 獨立運營的可能性，確保在跨區域電力調度受限的情況下依然能夠保證本地的供電安全 和穩定。