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光伏能火多久?底層邏輯在這里
日期:2023-01-28   [復(fù)制鏈接]
責(zé)任編輯:sy_luxiaoyun 打印收藏評論(0)[訂閱到郵箱]
國家近些年大力發(fā)展新能源產(chǎn)業(yè),尤其自2020年提出“雙碳”目標(biāo)后,新能源領(lǐng)域獲得了更大的關(guān)注。新能源領(lǐng)域中,光伏表現(xiàn)十分亮眼。2022年7月7日,國際能源署(IEA)發(fā)布《光伏全球供應(yīng)鏈特別報(bào)告》,認(rèn)為到2025年,在用于光伏組件生產(chǎn)的關(guān)鍵部件上,世界將幾乎完全依賴中國。

光伏制造可大致分為多晶硅、硅片、電池片、組件四個(gè)環(huán)節(jié),2021年中國這四個(gè)制造環(huán)節(jié)的全球產(chǎn)量占比均在75%以上。

中國光伏強(qiáng)到何種程度?光伏是否真值得被如此看好?這個(gè)賽道是否具有長期的競爭力?近期,千億市值龍頭通威重磅發(fā)聲,其所著《未來 碳中和與人類能源第一主角》一書,深度分析了光伏的邏輯,將自身發(fā)展路徑和對行業(yè)的判斷和盤托出,把光伏新能源講透了。

01、碳中和第一主角

當(dāng)清潔能源消費(fèi)占到未來能源消費(fèi)的80%以上時(shí),太陽能、風(fēng)能、水能、核能、氫能以及生物質(zhì)能將扮演重要的角色。但是,哪一種能源會(huì)是其中的支柱?

答案無疑是太陽能。

太陽能無處不在,總量巨大。人們可以以極低的成本,獲取這一零排放零污染的永續(xù)清潔能源。

我們先看看其他清潔能源。

風(fēng)能

相對于傳統(tǒng)的化石能源,風(fēng)能在能源供給的過程中不會(huì)產(chǎn)生溫室氣體, 并且風(fēng)能作為自然界中的一種可再生能源,可以源源不斷地為人類提供龐大的能源補(bǔ)充。

全球風(fēng)能不但儲(chǔ)備極為豐富,而且分布廣泛,幾乎涉及所有的國家和地區(qū)。由于風(fēng)能技術(shù)相對簡單,不會(huì)因?yàn)橹圃觳馁|(zhì)等因素影響轉(zhuǎn)換效率,因此從20世紀(jì)70年代開始,風(fēng)能是新能源領(lǐng)域中發(fā)展最快、裝機(jī)容量占比最大的能源。

目前,全球最大的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是位于丹麥的“V164”:220米高的主體,搭配三個(gè)80米長的葉片,一天的發(fā)電量就足以滿足當(dāng)?shù)財(cái)?shù)百戶家庭一個(gè)月的用電量需求。

海上風(fēng)電是未來風(fēng)電的重要發(fā)展方向。

但是,風(fēng)能也有間歇性和不穩(wěn)定性的缺點(diǎn),有風(fēng)與沒風(fēng)、風(fēng)大與風(fēng)小在發(fā)電功效上存在很大的差異。這導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電無法根據(jù)需求增減發(fā)電,必須與其他的電力來源或儲(chǔ)存設(shè)施一起使用,提供范圍內(nèi)的能源補(bǔ)充和替代,才能保障電力的穩(wěn)定供應(yīng)。

同時(shí),風(fēng)力發(fā)電對電站建設(shè)的地域要求更高,且以大型電站建設(shè)為主,不適合進(jìn)行分布式布置。不過,瑕不掩瑜,在未來的能源體系中,風(fēng)能必然會(huì)占據(jù)一席之地。

水能

水能的特點(diǎn)包括廉價(jià)與清潔,既可以用于發(fā)電,也能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能做功,是所有可再生能源中歷史最悠久、技術(shù)最成熟、適用最廣泛的一種能源。

總裝機(jī)容量高達(dá) 22.5GW的三峽水電站,這是目前世界上最大的水電站。

水資源的開發(fā)利用從表面上看清潔無污染,卻會(huì)對周圍的生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生影響。埃及阿斯旺大壩于 20世紀(jì)70年代初竣工,一度是埃及人引以為傲的能源工程,不僅解決了當(dāng)?shù)赜昙竞秃导舅Y源分布不均的問題,還為國家提供了廉價(jià)的電力,使得工業(yè)發(fā)展進(jìn)而實(shí)現(xiàn)工業(yè)化成為可能。

但隨著時(shí)間的推移,阿斯旺大壩對尼羅河流域生態(tài)平衡的影響逐漸顯露。在上游蓄水的同時(shí),大量富含養(yǎng)料的泥沙沃土也被鎖在了上游,下游和沿岸土壤出現(xiàn)大規(guī)模鹽漬化,河口三角洲的面積嚴(yán)重縮小 ;庫區(qū)則沉淀了大量富含微生物的淤泥,使得藻類及浮游生物瘋狂生長,水質(zhì)嚴(yán)重惡化,依河而居的居民的健康受到損害。

這不是個(gè)例,肯尼亞的姆韋亞水電站、我國臺(tái)灣的美濃水庫都存在不同程度的生態(tài)破壞情況。不少環(huán)保人士和團(tuán)體也因此反對興建大型水電站。不過,縱觀全球經(jīng)驗(yàn),幾乎所有的國家都在積極開發(fā)利用水能,所以水電站在目前的能源體系中占據(jù)重要地位。

核能

與其他能源相比,核能有數(shù)不盡的優(yōu)勢。能量高、清潔、穩(wěn)定。

20世紀(jì)下半葉,有技術(shù)能力支撐的國家開始爭先恐后地發(fā)展核能,其中70年代的裝機(jī)容量增長量超過700%。

但1986年切爾諾貝利事件打破了核能神話。8 噸多的強(qiáng)輻射物質(zhì)泄漏, 產(chǎn)生相當(dāng)于500顆二戰(zhàn)時(shí)美國向日本投放的原子彈的核輻射強(qiáng)度,包括俄羅斯、白俄羅斯和烏克蘭在內(nèi)的6萬平方千米的土地被污染,數(shù)萬人不幸遇難,更多人由于放射性物質(zhì)的影響患上了癌癥。切爾諾貝利事件引起了世界各國對核電的反思,公眾開始反對核電,部分國家停止核電廠的建設(shè),全球核能市場首次出現(xiàn)萎縮。在20世紀(jì)90年代,其增速甚至不足5%。2011年3月,地震引發(fā)的日本福島核泄漏事故再次為人類敲響警鐘。德國、瑞士、意大利先后宣布退出核電布局,法國、韓國也開始逐步減少未來核電的規(guī)劃布局。

由于核裂變技術(shù)存在巨大的安全風(fēng)險(xiǎn),人們將未來核能的應(yīng)用投向了核聚變技術(shù)。

但要實(shí)現(xiàn)可控的核能技術(shù)發(fā)電,在應(yīng)用上十分困難,因?yàn)楹司圩儼l(fā)電的兩大難點(diǎn)是上億度的點(diǎn)火溫度和長時(shí)間穩(wěn)定地約束運(yùn)行。如果要實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用,至少還需要半個(gè)世紀(jì)的探索,也許在 21世紀(jì)末核聚變技術(shù)能夠走出實(shí)驗(yàn)室。

生物質(zhì)能

生物質(zhì)能具有資源量大、燃燒可控、能源質(zhì)量高的特點(diǎn)。

自20世紀(jì)90年代以來,生物質(zhì)能在農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)的國家得到了廣泛發(fā)展。巴西一直著力研究以甘蔗為主要原料的生物液體路徑,在21世紀(jì)初一躍成為生物液體燃料大國 ;歐洲通過政策補(bǔ)貼以鼓勵(lì)生物質(zhì)能的發(fā)展 ;美國在2009年生產(chǎn)出 117.84億千克的大豆,用于生產(chǎn)生物質(zhì)燃料。

但2010年以后,行業(yè)內(nèi)關(guān)于生物質(zhì)能的討論聲越來越小,主要原因在于獲取生物質(zhì)燃料需要耕種。

在耕種空間增長極為有限的情況下,如果依然發(fā)展生物質(zhì)能,勢必會(huì)和農(nóng)業(yè)產(chǎn)生利益沖突。從經(jīng)濟(jì)效益角度來說,同樣面積的土地用于種植糧食的收益遠(yuǎn)不如用于種植生物質(zhì)燃料,資本做何選擇不言而喻。長此以往,會(huì)在能源問題上衍生出更多的矛盾。

另外,從能源利用效率來看,生物質(zhì)能并不經(jīng)濟(jì)。此外,秸稈、垃圾、沼氣燃燒產(chǎn)生的溫室氣體并不比傳統(tǒng)化石能源少,生物質(zhì)能的應(yīng)用只能解決能源可持續(xù)問題,面對環(huán)境問題仍顯得力不從心。

在未來的能源體系中,以垃圾焚燒發(fā)電、沼氣燃燒發(fā)電、乙醇汽油為代表的生物質(zhì)能會(huì)繼續(xù)發(fā)展,但絕對不是主流。

氫能

氫能好處眾多 :氫氣燃燒后的產(chǎn)物只有水,清潔無污染;隨著電解水制綠氫的技術(shù)日益成熟,氫能可以被看作一種取之不盡、用之不竭的可再生能源 ;氫的發(fā)熱值極高,燃燒1千克的氫氣能釋放出1.4×108焦耳的熱量,是同質(zhì)量天然氣的兩倍左右。如果可以在交通工具上普及,全球交通的碳排放將得到極大的遏制。

2019年,氫能首次被寫入《政府工作報(bào)告》。在“雙碳”目標(biāo)的驅(qū)使下,氫能更是迅速躋身能源革命的熱門賽道,甚至被譽(yù)為21世紀(jì)最具發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵞茉?。中國氫能?lián)盟預(yù)計(jì)到2030年和2050年,中國氫氣終端能源占比分別達(dá)5%和 10%以上。

但是,氫能也有不小的局限。首先,氫能是二次能源,并非一次能源,它需要通過其他能源制取。其次,氫氣的體積能量密度小是致命缺點(diǎn)。如果要增大體積能量密度,就需要增加壓力,使用特制的儲(chǔ)氫罐儲(chǔ)存。這無疑又會(huì)增加氫氣的應(yīng)用成本和阻力。另外,氫氣相比于其他氣體十分容易泄漏,使用和儲(chǔ)存起來比其他氣體更困難,特別是在相對封閉的空間內(nèi),比如地下停車場、倉庫,一旦泄漏很容易發(fā)生爆炸。為了達(dá)到安全標(biāo)準(zhǔn),加氫站需要選在遠(yuǎn)離鬧市區(qū)、空曠的地方,配備特殊的安全設(shè)備,建設(shè)成本相當(dāng)高。

這些限制條件都為氫能及氫能汽車的發(fā)展蒙上了陰影。從上游的制氫到中游的運(yùn)氫、儲(chǔ)氫,再到終端的氫站建設(shè)、氫能汽車應(yīng)用,以氫為核心的能源體系面臨重重困難。正因如此,特斯拉 CEO 馬斯克公開向媒體稱 :“燃料電池沒有未來。”而氫燃料電池就是馬斯克所言“燃料電池”的主要產(chǎn)品。

所以,雖然氫能一直是能源市場中人們關(guān)注的重點(diǎn),但時(shí)至今日,除了運(yùn)載火箭實(shí)現(xiàn)了氫燃料的大規(guī)模應(yīng)用,依然是一種相對邊緣化的能源。

但可以預(yù)見,隨著新一輪碳中和的熱潮,氫能將繼續(xù)得到發(fā)展,作為二次甚至三次能源,將擔(dān)任重要的配角。

通過比較以上五種新能源的優(yōu)劣勢,可以大致推測出它們在未來能源體系中的占比 :風(fēng)能> 水能> 氫能> 核能> 生物質(zhì)能。

但在實(shí)現(xiàn)碳中和的道路上,能夠真正充當(dāng)主角的能源,應(yīng)該是路徑最短、轉(zhuǎn)換效率最高、利用相對最方便的太陽能。

02、主角的優(yōu)勢

本質(zhì)上,不論是傳統(tǒng)的化石能源,還是風(fēng)能、水能、生物質(zhì)能等新能源,都沒有跳脫出太陽本身,只是太陽能的不同表現(xiàn)形式。

既然太陽能無處不在,那么將分散的能量匯集起來,正是人類未來能源的主要來源之一。但我們此處所講的太陽能,是指太陽輻射能的光電、光熱和光化學(xué)的直接轉(zhuǎn)化。特別是光電轉(zhuǎn)化,即太陽能光伏發(fā)電,是最有前景的能源技術(shù)。

第一,技術(shù)原理最先進(jìn)。

太陽能光伏發(fā)電的原理相比于其他能源則更為簡便快捷?;茉葱枰ㄟ^燃燒,先轉(zhuǎn)化為熱能,然后轉(zhuǎn)化為電能。風(fēng)能、水能需要將風(fēng)與水的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,再轉(zhuǎn)化為電能。

而太陽能是從光子運(yùn)動(dòng)直接轉(zhuǎn)化為電子遠(yuǎn)動(dòng),是從光到電的直接轉(zhuǎn)化。這意味著光伏發(fā)電的原理最簡單、先進(jìn)。

第二,總量巨大。

據(jù)估計(jì),地球表面每日接收的太陽能相當(dāng)于1億桶石油所生產(chǎn)的能量,甚至太陽只要照射地球一小時(shí),所積蓄的能量就足以供人類消費(fèi)一年。

而且,這個(gè)巨大的火球已沸騰近50億年。據(jù)物理學(xué)家預(yù)測,太陽的壽命約為100億年,因此太陽還能照耀地球50億年之久。太陽能幾乎就是“永恒能源”。

第三,分布廣。

“陽光普照”一詞將太陽能的屬性描述得尤為精準(zhǔn)。相比其他能源,太陽能是最易獲得、最公平的能源。

我國全年日照時(shí)數(shù)大于2000小時(shí)的地區(qū)占國土總面積的2/3以上,具有利用太陽能的良好條件。這一點(diǎn)就連以“分布廣”著稱的風(fēng)能都無法媲美,更不用說石油、煤炭等傳統(tǒng)能源了。

第四,光伏發(fā)電最重要原材料的“硅”,也十分豐富。

我國硅資源豐富,青藏高原東北部、江蘇東海、河南偃師、寧夏石嘴山、湖北宜昌、四川樂山及廣元、云南昭通等地區(qū)都存在儲(chǔ)量達(dá)千萬噸甚至億噸以上的巨型硅礦,同時(shí)全國各地幾乎都發(fā)現(xiàn)了高品位含氧化硅礦。

第五,應(yīng)用場景非常廣泛。

不僅能建設(shè)集中型電站,還能通過建設(shè)分布式的小型電站,甚至在每家每戶的屋頂安裝電池組件進(jìn)行發(fā)電。在航天航空、交通、農(nóng)業(yè)、建筑、軍事、城市照明等多個(gè)領(lǐng)域,都可以應(yīng)用太陽能光伏發(fā)電。

甚至在遠(yuǎn)離人煙的沙漠、海島,也會(huì)因?yàn)橛辛斯夥l(fā)電而燈火通明。

這些屬性,決定了太陽能光伏發(fā)電擁有巨大的發(fā)展?jié)摿?。它是?dāng)之無愧的清潔能源第一主角。

03、算一道算術(shù)題

10年前,每1kW的光伏發(fā)電設(shè)備和系統(tǒng)成本為 3萬~5萬元。隨著產(chǎn)業(yè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大、技術(shù)迭代的不斷加快、智能制造的迅速推廣,光伏發(fā)電成本下降了90%以上。

未來三五年,1kW的光伏發(fā)電成本還有可能降到 2000元、1000元,甚至更低。成本低廉、清潔無污染的光伏發(fā)電正在被越來越多的國家及其居民接受,它的應(yīng)用正在全球迅速擴(kuò)散。

越來越多的光伏電站拔地而起,越來越便宜的光電并入電網(wǎng)。

2021年5月11日,國家能源局下發(fā)《關(guān)于 2021年風(fēng)電、光伏發(fā)電開發(fā)建設(shè)有關(guān)事項(xiàng)的通知》,提出2021年全國風(fēng)電、光伏發(fā)電的發(fā)電量占全社會(huì)用電量的比重達(dá)到11%左右,后續(xù)逐年提高,確保2025年非化石能源消費(fèi)占一次能源消費(fèi)的比重達(dá)到20%左右 ;同時(shí)建立保障性并網(wǎng)、市場化并網(wǎng)等多元保障機(jī)制,2021年風(fēng)光保障性并網(wǎng)規(guī)模不低于9000萬kW。

有了強(qiáng)大的技術(shù)與制造能力、足夠低廉的成本和積極的產(chǎn)業(yè)政策后,那么到2060年,

·中國社會(huì)到底會(huì)有多少光伏?

·中國作為世界上人口最多、經(jīng)濟(jì)總量居全球第二的國家,以及世界第一的能源生產(chǎn)國與消費(fèi)國,到2060年實(shí)現(xiàn)碳中和時(shí),整個(gè)能源體系中的光伏占比應(yīng)該有多大?

·人均光伏裝機(jī)容量是多少?

回答這些問題不僅為我國實(shí)現(xiàn)碳中和樹立了方向、確定了目標(biāo),而且影響著光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,因?yàn)樗鼪Q定了清潔能源究竟將給我們的社會(huì)帶來多大的影響。

《能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命戰(zhàn)略(2016—2030)》提出,到2050年非化石能源在國家能源體系中占比將超過一半。

但業(yè)內(nèi)諸多意見領(lǐng)袖都認(rèn)為這個(gè)目標(biāo)還是過于保守,因?yàn)楣夥a(chǎn)業(yè)的發(fā)展是以指數(shù)形式增長的。

首先,碳排放將加重溫室效應(yīng)這一點(diǎn)毋庸置疑,為應(yīng)對氣候危機(jī),我們需要同步升級(jí)能源結(jié)構(gòu)。

其次,以光伏為代表的新能源技術(shù)同樣適用摩爾定律。

在經(jīng)過前期鋪墊之后,未來的技術(shù)路徑也將呈現(xiàn)指數(shù)級(jí)發(fā)展。到2050年中國的清潔能源占比將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過50%。

按2060年碳中和的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)推算,中國清潔能源的占比至少要達(dá)到80%,其中一半將是光伏。在這個(gè)前提下,不妨做一道簡單的算術(shù)題,算一算到2060年中國究竟需要多少光伏。

中國現(xiàn)在一年消耗石油約5億噸,在全部能源消耗中占18.9%,也就是說如果將能源供給來源全部替換為石油,我們一年至少需要26.5億噸的石油。

每 100GW 的光伏系統(tǒng)每年生產(chǎn)的電力,相當(dāng)于0.5億噸石油的等效能量, 所以如果我們現(xiàn)在將26.5億噸石油全部替換為光伏,需要5300GW 的光伏裝機(jī)容量(2020年,我國的光伏裝機(jī)容量約為253GW)。全國約14億人口,人均至少需要 3.8kW的光伏裝機(jī)容量。

考慮到未來40年中國社會(huì)將全面發(fā)展,經(jīng)濟(jì)規(guī)模可能會(huì)翻一番甚至更多, 現(xiàn)代化水平也將不斷提升,未來人均能源消費(fèi)量也會(huì)迅速增加。

2019年美國人均能源消費(fèi)量是我國的3.66倍(2019年,中國消費(fèi)的能源約為 48.6億噸標(biāo)準(zhǔn)煤,人口約14億 ;美國在 2019 年消費(fèi)的能源為41.63億噸標(biāo)準(zhǔn)煤,人口約3.28億)。如果我國在2060年人均能源消費(fèi)量達(dá)到2019年美國的水平,那么, 到2060年,我國人均至少需要 13.9kW 的光伏裝機(jī)容量。

假設(shè)2060年在我國的能源結(jié)構(gòu)中光伏占到50%,那么未來人均至少需要6.95kW的光伏裝機(jī)容量。

人均近7kW的光伏裝機(jī)容量是一個(gè)什么樣的概念?假設(shè)人口總數(shù)不變, 每人擁有7kW的光伏裝機(jī)容量,那么屆時(shí)中國將會(huì)需要累計(jì)9800GW 的光伏裝機(jī)容量。也就是說,除去已有的約 253GW裝機(jī)量,未來40年我們每年至少都需要新增約237GW的光伏裝機(jī)容量。

看似繁重的任務(wù)對中國光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展來說,將是一個(gè)巨大的推動(dòng)力。人均7kW的光伏裝機(jī)容量、累計(jì)9800GW的光伏裝機(jī)容量,將深刻改變中國社會(huì)。

除了太陽能之外,風(fēng)能、水能、核能等也將進(jìn)一步發(fā)展。能源生產(chǎn)清潔化作為這個(gè)時(shí)代的標(biāo)志性事件,正在把人類帶向未來的發(fā)展階段。

中國計(jì)劃在2060 年實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo),在光伏產(chǎn)業(yè)的支撐下預(yù)計(jì)會(huì)提前5~10年實(shí)現(xiàn)。

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