2025年能源转型实现路径：电网的关键作用研究报告

波士顿咨询集团与商业和社会领域的领导者携手合作，共同应对他们最重要的挑战并把握最大的机遇。BCG成立于1963年，是商业战略的先驱。今天，我们与客户紧密合作，采用旨在惠及所有利益相关者的转型方法——赋能组织增长，构建可持续的竞争优势，并推动积极的社会影响。 我们多元化的全球团队拥有深厚的行业和职能专业知识以及各种视角，这些视角质疑现状并激发变革。BCG通过领先的管理咨询、技术和设计以及企业数字化项目来提供解决方案。我们在整个公司内以及客户组织的所有层面上采用独特的协作模式，这一模式以帮助客户繁荣发展和使他们能够使世界变得更美好为目标。 能源转型将取决于电缆。 电力传输和分配电网在能源转型中发挥着关键作用。如今，政治家和能源专家们都将“没有传输就没有转型，没有分配就没有解决方案”作为他们的座右铭。 建设适应脱碳世界的电网将需要巨大的投资。根据国际能源署（IEA）的数据，从现在到2050年，电网投资需要25万亿美元，以实现碳中和。这个数字相当于当今世界每年经济产出的约四分之一。这个金额也大致相当于将需要的金额为支付到2050年增加全球太阳能和风能容量的费用. 来自消费者。此外，电网投资的融资已经严重挤压了许多公司的资产负债表。 • 许多电网公司面临日益增长的电网拥堵问题，进一步加剧了电网建设的复杂性。公司计划中的电网扩张将需要时间来缓解这一问题。 尽管国际能源署的净零排放情景的可实现性正在受到越来越多的审查，但这些挑战（以及本文的分析和结论）在替代情景中同样适用。无论是净零排放、通过人工智能实现负荷增长，还是通过更灵活的需求管理更有效地使用现有电网容量——我们都需要更多的电网。 输电和配电电网在能源转型中扮演着不同但同等重要的角色。然而，由于它们更大的视觉影响、建设过程中的各种影响以及象征性作用，输电电网（本文的主要焦点）往往更容易受到公众的关注。 随着输电电网公司开展这一代际任务，他们在五个关键领域面临重大挑战： 为了应对这些挑战，电网公司必须在四个关键领域进行范式转变： • 网络公司已经在受限的供应链中运营，导致关键设备和服务的严重短缺和价格上涨。例如，高压直流（HVDC）电缆的价格在过去几年中上涨了50%，尽管订单交货时间已经延长了三倍。 •清除拥堵，降低成本：重新思考网络规划。为了减少电网建设在长期对自身和消费者带来的巨大成本，电网公司——与其他参与者协同工作——必须采取协调的、全面的电网开发方法，考虑到涉及能源转型的所有关键部门和邻近地区。与政府当局一起，他们需要挑战昂贵的技术决策，并仔细权衡特定技术方法的目标效益与其相关风险，包括对它们的潜在反对意见。他们还需要更早地拥抱新兴的创新。为了缓解短期电网拥堵的增加，电网公司和其他参与者应考虑如何更有效地利用未使用的备用容量，降低电网风险缓冲，并加强需求侧响应机制。 • 大多数电网公司缺乏实现其建设目标所需的三到五倍资本支出（capex）增长所需的能力和劳动力容量。 政府领导人正在对公司在建设速度方面施加巨大压力。但当地对项目的反对意见——连同复杂的规划规则以及在某些时候的监管环境——为电网公司增加了额外的障碍。 • 涉及的资本量将对电费造成压力并引发相关抵制 实现这一目标需要政策制定者和电网公司之间的合作，同时也需要与公众的合作。建立一个更加强有力的关于电网建设将带来的长期经济繁荣的故事至关重要，这对于鼓励和维护公众支持是必要的。 •资本掌控：以少胜多。电网公司必须提高项目优先级和顺序安排的能力，采用 可衡量的目标以促进项目逻辑权衡，并更有效地部署稀缺资源。实现这些目标将涉及追求综合工作和资源规划以及基于数据的概率情景规划。根据项目特征和目标、供应链具体情况和公司自身能力，确定最合适的交付和合同模式，可以帮助电网公司降低成本并更快完成项目。为了更有效地交付单个项目，电网公司还应采用诸如基于细粒度单位成本的预算编制、针对不同资产类别的单位成本和交付绩效目标、资产模块化以及更多迭代和动态的计划和执行流程等做法。利用如建筑信息模型、地理信息系统和数字孪生等数字工具可以进一步优化设计、物流和端到端的项目执行。 对于他们而言，政府和监管机构可以通过引入支持性政策和措施，在促进更有效率的电网建设方面发挥至关重要的作用。例如，在国家及区域规划中做出更清晰的选择可以提升资本支出效率，并加速电网建设，即使这意味着放弃一些选择权，并最终在电网中拥有比长期需求更多的容量。此外，在建立电网费用结构时，政策制定者应仔细考虑价格信号的需求，以缓解电网限制，并更准确地反映相对的电力运输成本，这些成本因地理位置而异。另一个选择是建立更互联互通和协调的跨国电网。 鉴于电网对社会至关重要的地位，为使电网准备好进入净零世界所需的巨额投资，以及电网建设的复杂性，政策制定者还需要重新考虑哪种融资、所有权和资金模式最能服务于每个国家的公共利益。 •加强骨干：构建供应链以实现交付。电网公司需要更加紧密地管理其多层供应链，增加对供应商未来产能的透明度，并尽早识别瓶颈，以确保他们有足够的供应。为了在供应受限的市场中有效地获取设备和服务，电网公司应考虑从特定项目的现货招标转向多个项目的批量采购策略，并辅以灵活的合同和定价模式，以减轻与不确定范围和进度相关的风险。这需要具备复杂的、概率性的需求规划能力。电网公司还应通过更强的参与和更深入的协作，努力成为其主要供应商的首选客户，通过采用技术规格的供应市场标准，简化招标程序，以减轻其供应商的行政负担。 任务规模 为了提供实现能源转型所需的基建，电网公司必须大幅增加其在网络上的投资。仅传输电网公司到2050年就需投资总额7万亿美元，这个数字几乎是现今德国经济价值的两倍。但电网公司还必须加快投资步伐，特别是在现在至本世纪末这段时间内。为了与IEA的净零排放情景相匹配，从2020年到2030年，全球在传输和配电网网络上的平均年度投资需要比2012年至2021年期间高出88%。（见附图1。） •连接断裂：为净零电网协调利益相关者。电网公司需要加快与外部利益相关者的接触——特别是监管机构、政府当局和当地社区——以帮助营造更支持性的环境，用于交付电网基础设施。这一努力包括修订电网公司的激励机制及其供应链；向更大程度的规划和资金确定性迈进；简化许可和规划流程；并在全国范围内提升工业能力。 投资不仅对帮助电网公司应对更多可再生能源和需求侧的更高电气化至关重要，而且还能使它们更换和升级老旧基础设施，并实现电网的现代化。（见侧边栏，“推动电网投资的四大因素。”） 演示 1 电网公司在五个方面面临建设扩张的挑战。 同时，为电网建设项目筹集大量资本资金的需求正对众多电网公司的资产负债表施加巨大压力，近几年来，平均净债务/EBITDA比率和利息保障比率明显恶化。（见展览3。） 电网公司需要在多个领域进行投资，以确保他们的网络能够适应能源转型。但它们正受到资产负债表压力、供应链和工作力容量限制、规划和许可障碍以及电网拥堵的限制。 电网公司通常通过举债来融资其大部分投资需求——要么是因为它们无法获得公共股权，要么是因为它们想避免投资者对公共股权所寄予的相当大的期望。但增加电网公司的负债显然会影响其资产负债表。历史上，这并没有给电网运营商带来太多问题，因为监管机构允许它们通过客户账单收取新和现有受监管资产公平回报。通过这种方式，公司可以增加盈利，保持健康的债务覆盖率、债务股权比率（以及更关键的净债务/EBITDA），并随着时间的推移减轻资产负债表压力。 资本需求影响 在许多西方国家，支付给电网公司的网络费用已经占消费者电费账单的15%至30%。（见附件2。）然而，在未收回电网投资成本的情况下，网络费用可能会进一步上涨，从而推高电费。例如，比利时的费用预计在未来三年内将上涨近80%。 鉴于近年来全球电价的大幅上涨，通过征收更高的电费来弥补更高的网络费用可能会损害公众对能源转型的大力支持，并削弱高能耗行业的成本竞争力。 四项推动电网投资的要素 没有重大投资，电网公司面临着更高的维护费用、更频繁的设备故障以及与使用过时技术相关的日益增长的环境风险。随着气候变化导致更多严重的天气事件，除非公司采取措施通过更换和翻新计划来提高其网络的物理韧性，否则这些事件对电网资产的有害影响将会加剧。 输电电网运营商必须增加对其网络的投入，以便能够应对四个不同的力量：发电组合中可变可再生能源份额的增长；对电力的需求增加；电网基础设施的老化；以及电网现代化。 在发电组合中可再生能源的可变部分所占份额持续增长。 电网现代化 传输公司需要适应，因为越来越多的全球发电量将来自变动的可再生能源（据国际能源署（IEA）“2050年净零排放路线图”，从今天的约10%上升到2050年的近70%）。大规模的风力和太阳能农场必须建在风和阳光充足，且物业成本经济合理的地区。因此，输电公司必须扩建其网络，以便连接到地理位置比过去分散得更多的大型发电机。特别是，在许多主要市场，海上风力发电业务的 dramatic expansion 将需要增加输电线路和变电站，以便将海上项目连接到输电网，并增加陆地电网容量，以防止网络过载。 技术进步、新的使用模式以及新兴的风险来源正对电网公司施加新的压力，迫使它们投资升级网络。以下是五个主要示例： • 随着传统发电厂逐渐被可变可再生能源发电源取代，电网的可靠性降低。这是因为传统发电机中的旋转部件为电网提供了稳定惯量，而基于逆变器的可再生能源（如太阳能和风能）则无法提供。为了解决这个问题，电网公司需要更复杂的控制解决方案。(具有同步电抗器的组网逆变器解决方案是其中一个例子)。 • 随着分布式能源资源（DER）的扩展——即电网后端的小规模发电和储能设备网络——从电力分配网络对输电基础设施的需求可能会暂时非常低（有时甚至相反）。当输电运营商无法控制DER的影响时，维护电网稳定性变得更加困难，需要投资于额外的技术，如电池储能系统（BESS）。 电力需求不断增加 国际能源署的净零情景预计，从2022年到2050年，电力需求将增长超过150%。增长将由交通、用电力代替天然气进行供暖（主要是热泵）、对制冷的更强需求所驱动。数据中心中的AI处理，并最终在特定电力和工业流程应用中出现氢能。为确保其网络能够应对更高需求带来的压力，输电电网公司需要投资增加容量，并在大型能源用户中支持需求侧灵活性。 • 在大型工业型、表后发电设施安装之后，变电站将需要更频繁地进行升级或更换。 • 高压直流（HVDC）输电线路因其提供的技术优势而越来越受欢迎，例如在更长的输电距离上降低功率损失。然而，将HVDC线路与现有的高压交流（HVAC）输电线路相结合，增加了电网公司的复杂性和成本。 老化电网基础设施 为了防止成本和风险加剧，电网公司需要更换或翻新那些即将达到使用寿命的基础设施资产。例如，在美国，大多数大型电力变压器已经超过了40年的使用寿命。在其他主要市场也存在类似情况。到2030年，欧盟输电和配电网络的平均年龄将超过40年。在法国和澳大利亚维多利亚州，传输基础设施的平均年龄已经达到大约50年。 • 随着不良行为者越来越频繁地针对能源系统，公司需要确保其基础设施能够抵御网络攻击。 展品 2 电力账单的压力预计将增加 各国居民电费构成（美分/千瓦时，美元货币） • 同时，在2021年触底后，利率已回升至2008年全球金融危机前的水平。这些更高的利率正在增加公司的债务服务成本，并影响其净盈利能力。持续的通货膨胀也在对盈利能力施加额外压力。 然而，在支持公司进行实质性电网投资方面，这种方法存在几个局限： • 在过去四年间，不断增长的投资需求和总供应链成本的不预期提升，达到资产类别和地区的30%到60%，这需要的额外资金远远超出参与者先前规划的资金，对它们的资产负债表产生了负面影响。这是因为，大多数国家中的行业规范运作方式导致这些前所未有的电网投资没有无缝地转化为息税折旧摊销前利润(EBITDA)和现金流增长。例如，在大多数规范框架内，存在供应链