美国缺电研究系列三：美国电力投资三重驱动，中国电力设备乘风而起

——美国缺电研究系列三 电新首席证券分析师：曾朵红执业证书编号：S0600516080001联系邮箱：zengdh@dwzq.com.cn 电动车首席证券分析师：阮巧燕执业证书编号：S0600517120002联系邮箱：ruanqy@dwzq.com.cn 电新证券分析师：司鑫尧执业证书编号：S0600524120002联系邮箱：sixy@dwzq.com.cn 联系电话：021-601997932026年3月26日 摘要 ◆AI算力爆发叠加电网老旧，美国电力供需缺口进入“刚性扩张期”。北美AI的快速发展导致其负荷高速增长，24年发电装机需求约1200GW，30年则需要增长至1751GW，累计需新增约550GW。同时美国电网处于“超期服役”状态，负荷激增与老旧底座的碰撞，电网面临巨大的更新和新建压力。CSP为加速并网扫货燃气轮机，需求的爆发和供给释放的缓慢，美国电力系统将迎来前所未有的挑战。 ◆AIDC“高压化+自供电”演进，催生变压器需求的“乘数效应”。随着AIDC装机规模向GW级迭代，其接入电压正由传统的10kV向138kV甚至230kV演进。为减少对电网及其他用户的影响，自供电方案逐渐成为主流，相较于直接并网，燃机、光伏、储能存在升压环节，对变压器的需求呈乘数倍增长，我们测算2030年北美AIDC变压器装机量可达350GVA，26-30年CAGR约46%，市场规模超600亿，其中高压/中压变压器装机量分别为163/186GVA，26-30年CAGR约56%/40%，需求空间巨大。 ◆美国电网结构分散容量不足，AI倒逼美国进入特高压时代。美国电网结构分散化、调控区域化，三大区域电网之间互联支撑差，全国电力也无法大范围调度，导致“远水无法解近渴”。美国MISO、PJM、ERCOT等区域电网将面临严重的稳定性问题，倒逼美国加速启动765kV特高压主干网建设。我们预计未来5-10年北美将进入加速投资期，本轮电网扩容投资预计将超750亿美元，且后续仍将有新增规划不断加入。 ◆中国电力设备凭借“交期+产能”优势，成功切入北美高端供应链。海外变压器价格水涨船高，大型变压器交期普遍拉长至3年以上。中国民营电力设备龙头凭借完整的产业链优势和产品质量，通过AIDC用户需求切入北美高端市场，成为内资出海的破局点。目前，思源、金盘、伊戈尔、白云电器等公司已在北美AIDC市场实现订单突破或产能布局，神马电力、大连电瓷等绝缘子企业通过与海外电力设备公司合作有望实现北美特高压项目的突破，AIDC自建+特高压建设将开启中国电力设备出海的新篇章。 ◆投资建议：北美AIDC自备电力+超特高压项目启动，国内民营电力设备龙头有望充分受益。北美变压器方面，重点推荐：【思源电气】【金盘科技】【伊戈尔】，建议关注:【特变电工】【白云电器】【望变电气】。发电设备方面，重点推荐:【东方电气】【阳光电源】，关注【海联讯】【哈尔滨电气】等。北美特高压方面，建议关注:【神马电力】【大连电瓷】等。 ◆风险提示：中美贸易政策及地缘政治摩擦加剧、美国电网及AIDC建设进度不及预期、国际竞争加剧、原材料价格上涨等。 PART1美国同时面临发电、用电、电网三重压力 PART2用电侧-AIDC成为变压器新的重要下游 PART3美国电网全面升级，电力设备需求高景气 PART4北美输电建设提速，国产厂商迎来替代机遇 PART5投资建议与风险提示 PART1美国同时面临发电、用电、电网三重压力 用电侧：AI数据中心爆发，电力需求高增 AI数据中心需求爆发，电力需求高增1 ◆按照2030年底美国累计AI算力153GW，当年新增40GW+测算，对应2030年累计尖峰电力负荷188GW，占全社会电力尖峰负荷19%（假设均满功率运行）。 ◆其他领域用电尖峰负荷保持每年1%增长，全社会尖峰负荷年负荷增长5%，至2030年达到963GW。考虑尖峰负荷率55-60%，略好与当前情况，对应发电装机需求2030年需达到1751GW，26-30年年均需增加100GW。 电网侧：电网老旧+容量不足，难以应对AI需求 美国电网大部分建于20世纪60-70年代，老旧严重1 ◆美国电网建设高峰期集中在20世纪60-70年代，根据美国能源部（DOE）及行业机构（如ASCE、NERC）的最新统计，美电力基础设施的平均工龄已接近其设计寿命上限，而美国电网面临1）负荷高波动的AIDC的大量接入、2）极端天气冲击、3）电网公司资本开支缺乏对扩容和新建的投入，导致其电网可能无法应对未来AI用电需求的激增。 电源侧：发电设备供不应求，全球供给面临瓶颈 为加速并网，CSP扫货燃机，发电设备一台难求1 ◆大型AI园区用电规模达1GW+，通常超电网接入能力，且接入审批时间长达1-2年。故而CSP厂商需自建电源保障供电连续性与可靠性。由于燃机出力稳定、发电效率高，成为了CSP优先选择的自备电源，根据GEM，25年美国规划了252GW的燃机建设计划去响应AI的需求，同比翻3倍。北美对燃机需求极为旺盛。 电源侧：发电设备供不应求，全球供给面临瓶颈 为加速并网，CSP扫货燃机，发电设备一台难求1 ◆24年全球10MW以上燃气轮机新增订单已增长32%，至58GW，2025年订单进一步爆发，据McCoy统计，当期全球燃气轮机新增订单同比激增95%，我们估计2025年新增订单90GW+，同比增长54%。 ◆各家扩产加快，但增量规模有限：我们统计2025全球燃气轮机产能50-60GW，按照各家扩产节奏看，2028-2029年预计产能将达到80-90GW，目前各家新增产能大部分已被锁定，产能仍难以满足26-30年年均90-100GW的订单需求。 PART2用电侧-AIDC成为变压器新的重要下游 AIDC装机容量呈指数级提升，加剧电网负担 AIDC项目向GW级迭代，推动配电端电压要求提升1 ◆AIDC装机容量向GW级迭代，从原有的中压接入向更高级别演进。随着算力终端的功率密度呈指数性上升，AIDC的装机容量从传统IDC的几十MW级别，快速向百MW甚至GW级迭代，当前北美各大CSP在建的AIDC项目已普遍为百MW级，GW级AIDC同步推进中。AIDC装机容量的指数级提升，意味着传统的10kV接入已无法满足要求，配电端正向132kV甚至更高电压等级接入演进。 AIDC装机容量呈指数级提升，加剧电网负担 美国居民电价上升，AI加剧电力缺口2 ◆美国居民电价近年来快速上升，AI进一步加剧电力缺口。近年来美国电网公司加大资本投入至老旧电网的维护，叠加天然气上涨影响，美国居民电价持续上行，而AIDC的大规模建设，则进一步加剧了用电侧负担，根据我们测算，美国2030年对应发电装机需求需达到1751GW，未来5年年均需增加100GW，美国电网将迎来加速建设期。 AIDC装机容量呈指数级提升，加剧电网负担 强制政策&可靠性要求，自建供电设施将成为主流3 ◆特朗普强制命令CSP自担AIDC用电成本、美国电网可靠性差，CSP自建发电、配电设施将成为主流。3月4日北美七大家微软、谷歌等于白宫正式签署承诺文件，确立通过自建或购买发电设施满足新建AI数据中心用电，自主供电逻辑得到正式政策确认，叠加美国电网较差的可靠性，海外各大CSP自建发电、配电设施将成为主流，目前来看，美国数据中心多采用混合供电方式，燃气轮机+光储为主。 中美电压层级存在差异，AIDC将采用高压进行供电 中美电压层级存在差异，配电端美国定制化要求更高1 ◆中美不同电压层级均存在差异，美国配电端电压范围更广定制化要求更高。尽管电压层级均按低中高压及超高压等划分，中美适用电压在不同层级间均存在差异，其中在配电端尤其是中压配电端，美国的电压范围明显高于中国，对电力设备出海厂商提出了较高的定制化要求，此外，美国目前最高电压仍为超高压，最高电压为765kV，中国已实现1000kV的特高压运营。 中美电压层级存在差异，AIDC将采用高压进行供电 配电端电压由容量决定，GW级将采用高压并网2 ◆数据中心用户接入电压由其装机容量决定，GW级AIDC预计将大量采用高电压等级并网。根据国标和开关受导体的传输极限和开关的额定开断短路电流的能力影响，用户的接入电压由其额定装机容量决定。AIDC项目由百MW级向GW级方向发展，接入电压也将随之提升。传统IDC普遍采用中压接入，但随着AIDC的单项目容量普遍在200MW及以上时，就必须采用138kV及以上的高压供电架构。 AIDC自供电拉动变压器需求，30年空间可达数百亿 自供电方案成为主流后，将显著拉动变压器需求1 ◆自备电源方案若成为主流后，对变压器需求将有显著的拉动：传统并网方案是由电网138kV以上专线接入，通过至少两级降压后对负载供电；自备电源方案后，我们预计仍会保留并网端口，但同时增加了燃机、光伏、储能系统的并网和升压的需求，因此对变压器的用量会有大幅拉动。 AIDC自供电拉动变压器需求，30年空间可达数百亿 AIDC装机容量提升，变压环节数量要求越高2 ◆能源配置比例方面，考虑到经济性自备电源系统不会超配，并且未来有望能够对电网形成补充供电电源。根据PJM，全容量供电对用户来说最经济、但并网时间会很久，最快并网则是用户自建电源自供电并能够对网形成容量支撑，在未来电网基础设施完善后，自建电源或可转为公用电源对网送电。 ◆变压器配置方面，数据中心装机容量越大、变压环节的数量将越多，呈现出“乘数效应”。根据数据中心装机容量，假设供电方案按照【全并网~并网+自建后备~优先自发+少量并网】配置，变压器的变压环节将不断增加，装机容量越大、变压环节越多。 表：数据中心容量与对应供电方案（上表）和变压器配置原则（下表） AIDC自供电拉动变压器需求，30年空间可达数百亿 2030年北美AIDC变压器市场规模有望超600亿元3 ◆自备电源后，30年北美AIDC变压器市场规模有望超600亿元：自备电源后AIDC的光储、燃机升压变需求大幅增长，30年装机容量有望达到350GVA，市场规模超600亿元。 PART3美国电网全面升级，电力设备需求高景气 美国电网：物理割裂、调控分散、并网能力不足 治理碎片化，缺乏统一中枢1 ◆美国电力市场治理碎片化、调控分散化，联邦与州权责分割、缺乏全国统一统筹。监管上，FERC负责州际输电与批发市场，各州PUC掌握地方电价、项目审批等核心权限，跨区域规划难以协同推进。调度上，美国三大电网异步割裂，由多个ISO（独立系统运营商）/RTO（区域输电组织）分区独立运营、各自为政，跨区互济与统一调度能力薄弱。在AI负荷爆发，美国急需电力系统升级。 美国电网：物理割裂、调控分散、并网能力不足 三大区域电网，互联性差，急需增加互联性2 ◆三大电网互联性差：美国拥有三个主要区域电网，东部、西部、德州三点电网互联性极差，仅少量直连线路（如东-西部7条直流，总容量1.4GW）。东部特点是多环网、高冗余，火电核电为主，负荷549GW；西部长距离、弱网架，新能源为主；德州孤网自治，调度灵活，风电和气电为主，抗风险能力低。 美国电网：物理割裂、调控分散、并网能力不足 电网老旧，缺乏输配容量，急需升级、扩容3 ◆美国电网容量不足，输电/变电/配网的物理输送能力，无法匹配发电装机、负荷增长、跨区调度的综合需求，导致“发得出、送不到、稳不住”。 ◆输电侧：超高压骨干网架老化导致物理输送能力大幅衰减，三大电网割裂使跨区互济失效，新能源外送通道“卡脖子”引发弃电与缺电并存；配网侧：超期服役的末端网络负载率逼近极限，自动化不足导致故障频发、恢复缓慢；并网侧：审批与建设周期过长，使新增电源无法及时补位，备用容量率大面积失守安全线。 美国电网：物理割裂、调控分散、并网能力不足 对比中国强大的电网，美国急需加大电网投资4 ◆与中国“全国一张网、集中统筹、持续高强度投资”的模式相比，美国电网在治理、结构、容量、投资等方面全面落后。AI负荷大爆发，美国必须加大