我们为什么看好新能源(一)
我们从去年一直看好新能源行业。这一判断基于两个原因:基本面转好和政策支持力度加大。在这篇文章里我们讨论基本面的变化,在下一篇文章里我们会讨论政策方面的支持。
万亿级电力市场,电力供应在未来能源消费中仍将处于提升态势。 2019年全国发电装机容量210,066 kW,同比增速5.8%,新增发电装机量12,184 kW;全 社会 用电量为72,255亿kWh,同比增速4.5%,按照全国工商业用电均价0.6188元/kWh计算,用电环节市场规模为4.47万亿。由于电能具有运输安全、能源转换方便、易于实现机械化以及存在与信息化深度融合的潜力等诸多优势,电力正逐渐取代煤炭成为最主要的供能品种。根据国网公司预测,2050年电能将贡献50%的发电量。
电力能源中,新能源发电的提升更是大势所趋。 能源需求的持续增加与低碳环保的约束存在矛盾,这种矛盾必须通过生产端的清洁化来解决。非再生能源总有枯竭的一天,目前非再生能源的储量只能支撑化石能源41年的开采时间,天然气、煤炭则为65年和155年。此外,上述非再生能源在发电过程中会造成较严重的环境污染。因此新能源必将逐步替代传统非再生能源(图1)。新能源中,水电对生态环境危害较大且受资源禀赋限制;光伏和风电由于发电成本低、环境污染小,未来将成为新能源主流;核电、生物质发电随着技术成熟也将贡献部分发电量。国网公司判断,2050年新能源使用量将达到一次能源的50%。
随着光伏、风电等新能源度电成本的进一步下降,新能源装机量将快速提升。 过去10年,新能源度电成本快速下降:1. 全球范围看,光伏度电成本下降到了0.05美元/度,降幅达86%;风电为0.045美元/度,降幅达67%,均低于火电的0.102美元/度和气电的0.06美元/度,已经实现平价。2. 国内的标杆电价较低,为0.25 – 0.453元/度。① 陆上风电有望短期内达到平价。 2019年国内陆上风电度电成本为0.315 – 0.565元/度,平均0.393元/度,国网公司预计到2025年风电度电成本将下降为0.20-0.23元/度,实现平价;② 光伏已基本实现平价, 光伏平价分为三个阶段:工商业用户侧平价(分布式)、居民用户侧平价(分布式)、发电侧平价(集中式电站),比较基准分别为工商业售电价格、居民售电价格和脱硫煤标杆电价。2020年,光伏度电成本下降到了0.35元/度,已低于脱硫煤标杆电价,实现平价(图2)。预计未来新增电力装机中,以光伏和风电为代表的新能源发电设备将加速取代火电。
电网侧消纳新能源能力的提升,也是确保新能源替代传统能源的关键条件。 电网侧多举措促进新能源消纳:包括跨省跨区通道建设、市场交易、优化调度、装机控制、火电灵活性改造等。2015-2019年,我国新能源消纳矛盾持续缓解,新能源弃电量下降为215亿kWh,同比降低35.2%,利用率由2015年的85.3%上升到2019年的96.7%,确保了清洁能源所发的电能够被充分利用(图3)。
因此我们认为,从基本面来看,光伏、风电等新能源在发电侧取代火电是大势所趋,新能源可替代的能源市场空间大,较传统能源具有经济性优势,投资新能源行业中的优质公司将有助于获得超额收益。在下一篇文章里我们会讨论政策面的变化对新能源行业的影响。
目前光伏电站造价约8.5元/瓦,在一类地区有效发电时长约1500小时/年,1瓦一年发电量月1.5度,如果按照火电上网电价0.5元/度计算的话,收益是0.75元/年。如果扣减1%/年电站损耗,和1%/年运维费用,静态测算的话,要14年收回成本。一个光伏电站的使用寿命就是20年。动态测算的话,光伏电站终其一生都无法收回成本。就靠补贴活着了。补贴后标杆电价一类地区0.9元/度,二类0.95元/度,三类地区1.0元/度。
无锡尚德,中电电气,台湾茂迪相继破产,曾几何时那些雄心勃勃的光伏龙头,在十几年之后都落得个惨淡收场。万里长城今犹在,不见当年秦始皇,不由得让人们心生感叹。前段时间,全世界最低的光伏发电成本纪录再次被打破,惊人地达到了0.0137美元一度,还不足人民币0.1元一度,创造光伏发电"神话"。 如今,绿色发展的号角早已吹响,以光伏发电为代表的可再生能源成为各国推进能源体系转型的"主角",贝壳投研(ID:Beiketouyan)带领大家了解一下光伏行业。
一、光伏行业概况
1.全球光伏行业概况
随着度电成本的下降及平价时代的到来,长期来看全球光伏市场空间广阔。 光伏作为可再生能源,其渗透率提高是大势所趋。2040年,全球光伏发电在总发电量的占比将达到18.7%,而2018年全球范围内光伏发电渗透率仅为2.2%,2019年我国光伏发电渗透率提升至3.1%,光伏发电的市场空间广阔。
光伏累计装机量未来20年有十倍增长空间。 根据国际能源署2019年在可持续发展假设中的预测,到2040年,全球光伏累计装机量预计达到7200GW(年均光照1100h),而2019年全球光伏累计装机量达到710GW,累计装机量在未来将扩大至目前装机量的十倍。同时根据Solar Power Europe的预测,到2023年全球新增光伏装机容量有望达到250GW以上。
2.国内光伏行业概况
随着国家政策的扶持和光伏行业本身经济性的显现,我国光伏的渗透率将持续提升。 随着光伏成本的快速下降,新增装机规模将快速增长,同时凭借成熟的商业模式和很强竞争力的成本,分布式光伏将成为光伏发展的主要模式。2050年,我国光伏发电总装机规模预计能够达到5000GW,占全国总装机的59%。
我国年新增光伏装机容量有十倍增长空间。 我国发电量从2010年的42277亿千瓦增长到2019年的73253亿千瓦,年化增速6.3%。假设未来我国发电量增速为5%,光伏发电量渗透率到2050年分别提升至30%、35%和40%,年利用小时数为1100小时,可测算出未来30年内每年新增的光伏装机量情况。在三种情况下,到2050年,新增装机量分别有望达到286W/338GW/389GW。
3.光伏行业产业链
(1)硅原料: 要做硅片的话首先要做高纯度的硅料,保利协鑫曾经是绝对的龙头,现在来看未来的领军者很可能是通威股份。
(2)硅片: 市场集中度较高,隆基股份、中环股份单晶市场双寡头格局。2019年全球单晶市场份额占比为62%左右,预计到2021年将进一步提升至85%以上。单晶硅片市场形成双寡头垄断局面,隆基和中环在2019年合计占据市场70%份额,龙头效应显著。
(3)电池: 目前电池集中度很低,分散性较高,现在做的比较好的是通威股份。
(4)组件: 隆基股份、晶科 科技 、晶澳 科技 都有涉及。
(5)装机: 装机系统(包括组件)目前不属于整个光伏产业链的主流环节,因为它们的成本下降和技术迭代基本上要取决于前三个环节,而非技术成本的下降则要取决于所在国家或区域的政策环境和实际情况
二、光伏行业补贴政策
1.补贴政策完成使命,光伏电站收益率回归公用事业属性。
(1)2012年以前,国家发改委采用全国统一的标杆电价(超过1元/kWh),补贴强度超过0.6元/kWh,主要目的是利用高补贴提高市场参与度,孵化国内光伏市场,实现完整产业。
(2)2013-2018年H1,国家按照三类资源区分别确定标杆电价,但同期系统成本下降幅度高于标杆电价下调速度,大量项目IRR一度超过20%,国内市场呈现爆发性增长;但同时,伴随着补贴缺口的扩大,"531"政策紧急出台,市场踩下急刹车。
(3)2019-2020年,竞价方案出炉,用少量的补贴,市场化竞价的方式最大化装机规模,此时补贴强度也降到五分钱以内。市场用竞价作为过渡方式,引领行业进入平价最后一公里;
(4)2021年以后,补贴政策将正式退出市场。
近十年的补贴顺利的完成了它的使命,将国内市场2011年2GW左右的规模培育到现在40-50GW级别,也使得光伏成本大幅下降; 未来,国内光伏电站将回归市场化的竞争,海外平价市场也在持续增加,光伏电站整体收益率也将趋近公用事业。
2.核心评价指标将从内部收益率(IRR)向度电成本切换。
补贴驱动的时代,高IRR吸引各路民间资本进入,民企的电站份额占比一度达到70%。 高补贴下,由于光伏组件长期降价特点,以及"路条"和并网截止时间的限定,建设方倾向采用简单的电站形式(越晚采购组件、越快完成并网)和尽量大的规模即可满足收益率和利润要求,此时初始投资主导的回报周期(收益率IRR评价)是核心指标。
平价时代,初始投资的快速回收已不现实,全生命周期的稳定收益更切实际 。因此,度电成本成为了核心指标,而长期作战能力更强(资金实力强)的国企成为了主要玩家。
三、光伏行业技术及龙头公司
1.光伏技术
(1)光储结合+BIPV,应用创新改变未来用能模式
分布式光伏与储能结合有望改变家庭、商业机构等用能模式,打开分布式成长空间。 低成本的光伏发电结合经济的储能设备(光伏+储能)不仅可减少电费支出还可以平滑峰谷差和参与需求响应获取相应收益。分布式光伏+储能模式可广泛应用于家庭、社区、工业园区、商业建筑等不同场景中,借助于电力市场的价格机制实现多种商业模式,光伏+储能将实现从购买产品向提供服务转变。
BIPV是分布式应用的突破,发展前景广阔。 BIPV全球市场空间广大,以工业厂房用BIPV为例,2018年国内新增工业面积7 亿平米,按照光伏电站一般1MW对应1.1万平米,则极限假设下,工业厂房对应BIPV市场空间在64GW。
(2)异质结发电效率高,技术路线清晰,是下一代光伏电池技术方向。
异质结电池处于产业突破期,技术及降本路线清晰。 异质结电池转换效率高,拓展潜力大,工艺简单并且降本路线清晰,契合了光伏产业发展的规律,是最有潜力的下一代电池技术,目前正处于产业导入期,具有长期投资价值。
异质结电池拥有优良特性,相比PERC享有更高的溢价。 异质结电池的核心优势:
1)效率高,主要源自禁带宽度;2)发电能力强,主要来自于高双面率、低衰减、低温度系数。根据我们测算,异质结发电能力(温度系数、效率、双面率较高)提升可以带来BOS成本0.1元/W的溢价,优良的抗PID和LID性能可以在LCOE方面拥有0.2元/W溢价。
2.光伏行业龙头公司
(1)隆基股份——全球光伏制造王者
耕耘单晶塑造核心竞争力,布局下游打开增量空间。 隆基股份依靠团队、技术、品牌塑造核心竞争力,把握光伏产业链最具价值的硅片环节,并向下游市场拓展。公司产业链话语权强劲,拥有行业定价权及重塑行业格局的实力,通过硅片端强韧的盈利能力有能力促使行业格局进一步优化,市场集中度进一步提升。
把握光伏行业本质,隆基股份已打造坚固护城河。 隆基股份深刻把握通过技术进步降低发电成本的行业本质,有力地推动了光伏产业发展。隆基股份的核心竞争力为公司管理团队优秀、拥有核心技术壁垒和品牌价值。
(2)通威股份——硅料电池双环节龙头
多晶硅产能成本优势显著,受益行业供给端优化。 受2019年多晶硅产能进入集中投产期影响,硅料价格下滑使得产业链盈利压力较大,而2020年以来供给端逐步出清,硅料价格有望触底回升。公司新产能布局低电价地区,生产成本降至4万元/吨以下。高品质硅料叠加低成本,公司有望进一步巩固行业龙头地位。
电池片非硅成本领先行业水平,有望受益集中度提升。 通威股份不断推动电池片成本下降,并结合大尺寸电池技术,目前电池片非硅成本低于行业平均成本25%,远期仍将继续推动成本下降。同时通威股份积极布局PERC+、Topcon、HJT等新型产品技术路线,有望引领行业并加速市场集中度提升。
聚焦规模化"渔光一体"基地开发与建设,打造新的利润增长点 。通威股份打造"渔光一体"模式, 探索 新型水产养殖模式,不断推动"渔光一体"基地规模化、专业化、智能化发展,以增厚公司业绩。
(3)中环股份——光伏单晶硅技术领先
中环股份掌握光伏单晶硅关键技术,引领国内大尺寸光伏硅片发展。 中环股份是国内最早领先制作光伏硅片的厂商之一。
中环股份以硅材料为立足点,专注单晶硅技术,打通半导体、光伏两条产业链 。中环股份主营业务围绕硅材料展开,专注单晶硅的研发和生产,以单晶硅为起点和基础,定位战略新兴产业,朝着纵深化、延展化方向发展。中环股份抢先推出超大M12"夸父"系列光伏硅片,光伏发电转换效率大幅提升。
四、总结
光伏近十年超过80%的发电成本降幅和持续不断的技术创新实现非硅成本进一步下降,而油、煤、气等传统能源的利用形式已非常成熟, 在贝壳投研(ID:Beiketouyan)看来光伏将成为未来最有成本竞争力的一种能源形式之一,光伏公司未来极具看点。 (ty003)
如果所用的EVA,焊带之类的都比较不错的话,估计1.8左右。
根据国家发改委《关于完善太阳能光伏发电上网电价政策的通知》,2011年7月1日以前核准建设、2011年12月31日建成投产、尚未经发改委核定价格的太阳能光伏发电项目,上网电价统一核定为每千瓦时1.15元(含税);2011年7月1日及以后核准的太阳能光伏发电项目,以及2011年7月1日之前核准但截至2011年12月31日仍未建成投产的太阳能光伏发电项目,除西藏仍执行每千瓦时1.15元的上网电价外,其余省(区、市)上网电价均按每千瓦时1元执行。
光伏(Solar
Power)是太阳能光伏发电系统(Solar
power
system)的简称,是一种利用太阳电池半导体材料的光伏效应,将太阳光辐射能直接转换为电能的一种新型发电系统,有独立运行和并网运行两种方式。
太阳能光伏效应,简称光伏(PV),又称为光生伏特效应(Photovoltaic),是指光照时不均匀半导体或半导体与金属组合的部位间产生电位差的现象。
人们通常不会将连接光伏组件和逆变器的布线系统视为关键部件,但是,如果未能采用太阳能应用的专用电缆,将会影响到整个系统的使用寿命。太阳能系统常常会在恶劣环境条件下使用,如高温和紫外线辐射。在欧洲,晴天时将导致太阳能系统的现场温度高达100°C。目前,我们可采用的各种材料有PVC、橡胶、TPE和高质量交叉链接材料,但遗憾的是,额定温度为90°C的橡胶电缆,还有即便是额定温度为70°C的PVC电缆也常常在户外使用,显然,这将大大影响系统的使用寿命。——2014年中国光伏市场应用浅析
就光伏应用而言,户外使用的材料应根据紫外线、臭氧、剧烈温度变化和化学侵蚀情况而定。在该种环境应力下使用低档材料,将导致电缆护套易碎,甚至会分解电缆绝缘层。所有这些情况都会直接增加电缆系统损失,同时发生电缆短路的风险也会增大,从中长期看,发生火灾或人员伤害的可能性也更高。
而在安装和维护期间,电缆可在屋顶结构的锐边上布线,同时电缆须承受压力、弯折、张力、交叉拉伸载荷及强力冲击。如果电缆护套强度不够,则电缆绝缘层将会受到严重损坏,从而影响整个电缆的使用寿命,或者导致短路、火灾和人员伤害危险等问题的出现。
光伏技术具备很多优势:比如没有任何机械运转部件;除了日照外,不需其它任何"燃料",在太阳光直射和斜射情况下都可以工作;同时太阳能组件无需维护,运行成本最小化;而且从站址的选择来说,也十分方便灵活,城市中的楼顶、空地都可以被应用。自1958年起,太阳能光伏效应以太阳能电池的形式在空间卫星的供能领域首次得到应用。时至今日,小至自动停车计费器的供能、屋顶太阳能板,大至面积广阔的太阳能发电中心,其在发电领域的应用已经遍及全球。
预计2020年底光伏电站建设成本平均在3.5元/W左右,此时度电成本为0.36元/度。
1、全国光伏度电成本测算
2019年,全国光伏的年均利用小时数为1169小时,光伏电站建设成本4.5元/W,此时度电成本为0.44元/度。
【备注:全国脱硫燃煤电价平均值为:0.3624元/度。】
根据目前降本趋势,预计2020年底光伏电站建设成本平均在3.5元/W左右,此时度电成本为0.36元/度。
2、不同利用小时数度电成本测算
中国光伏行业协会《中国光伏产业发展路线图》对不同利用小时数的度电成本进行了分析如下:
2019年,全投资模型下地面光伏电站在1800h、1500h、1200h、1000h等效利用小时数的LCOE分别为0.28、0.34、0.42、0.51元/kWh。
随着组件、逆变器等关键设备的效率提升,双面组件、跟踪支架等的使用,运维能力提高,2021年后在大部分地区可实现与煤电基准价同价。
Item
High Low AverageAvgChg AvgChg %
Silicon Solar Module 0.99 0.55 0.703 -0.002 -0.28%
ThinFilm Solar Module 0.94 0.49 0.603 -0.001 -0.17%
推算到光伏发电电站的成套设备的市场价大约为1.4——1.5美元/瓦,折合成人民币不到10元/瓦,即10000元/千瓦,按照江苏苏南地区平均每千瓦每年约发电1000小时计算,每年可获得的电量为1000千瓦时,按照普遍认可的寿命为25年计算,不考虑效率的降低(每年平均降低不多于1%),则25年内获得的总电量为25000千瓦时,按照目前国家的政策,光伏发电上网可以或脱硫电价0.43元/千瓦时,并加上额外的补贴0.45元/千瓦时,即总计为0.88元/千瓦时,25年内上网获得的电费为22000元,1千瓦光伏电站的投资为10000元,也就是说,电站投资大约在10年内左右回收。
按户用3千瓦或5千瓦的投资成本来概算的话,有的3千瓦的成本价只2.4万,有的2.7万,有的3万....
发电量决定收益,发电量取决于各地的光照条件,这个可以根据当地的光照条件概算发电量!
年发电量多少决定着年收益多少,但光伏发电的收益有国补+省补+自用电节省电费+卖电(有的地方还有市补),且各个补贴年限不同,自用电量节省电费与自用电量大小有关.....
所以,要详问每度电的发电成本是多少,要多方数据来参照概算!只能说,一次投次光伏发电,收益20年,回收成本周期是3-15年,大多数是3-5年内收回成本,成本价高的地方也是5-7年内收回成本,那些瞎乱安装的也能在6-9年内收回成本!最离谱的极少数就是自己动手在屋顶做平铺的10-15年收回成本(运气好蒙对角度也能在几年内收回成本)!
题记:在30·60的号角下,中国正进入一个全新的且富有绝对想象空间的新能源大时代,这其中既有浮沉十年走向平价的光伏,也有逐步大放异彩的锂电池、储能以及被寄予厚望的氢能,它们将共同推动中国走向碳中和的星辰大海。
同样是新能源,上述几个行业,既有共性与融合,也有其独特的发展路径与特点。本文作者试图从技术路线、发展路径、潜力空间、数据测算等多个维度就新能源涉及的多个行业进行剖析。
2021年宁德时代(CATL)的全球市场份额将进一步攀升,比亚迪刀片电池批量供应,刀片一出安天下。预计前五大:宁德时代(CATL)、LG、松下、比亚迪、三星会占据全球市场份额的85%以上,前十名占据95%的份额。锂电池行业既是资金密集型行业,又是技术密集型行业。
锂电池行业竞争比光伏更加惨烈,光伏设备投资也会面临技术路线和成本之争,但是一般不会清零。而锂电如果没有合适的客户和过硬的产品,极有可能面临设备投资打水漂,这方面已经有案例出现。
本质上光伏产品及组件相对标准化同质化,一线品牌和一般产品差异不大,很难卖出产品溢价;而锂电池涉及到电化学,易学难精,一线产品往往比一般产品溢价5%以上,有些细分产品甚至会更极端;导致有效优质产能严重不够,差的产品即使低价也无人问津。
关于磷酸铁锂和三元:宁德时代董事长曾毓群认为,磷酸铁锂电池的增长速度会非常快,因为它比较便宜。随着充电桩越来越多,电动 汽车 的续航里程就不需要那么长。“没开过电动车的人比较焦虑,真正开过的人就不大焦虑,所以应该来说磷酸铁锂比例会逐渐的增加,三元占比会减少。”
随着磷酸铁锂占有率提高,现阶段再布局锂电池首先得明确产品定位,确保产品有市场机会,市场得精准细分,专注做好一款磷酸铁锂动力电芯兼顾储能可能有大的市场机会。
磷酸铁锂的巨大想象空间不仅体现在对续航要求较低的乘用车上,更大空间在对寿命要求更高的商用车领域,储能领域。
电池是能源的储存介质,大能源领域本质是成本为王,效率优先;光伏、锂电概莫如是。
像早年的光伏领域,2016年前都是成本更低的多晶硅片电池占据主流,一度市占率超过85%。在光伏巨头隆基持续产业投入的影响下,金刚线切割硅片工艺异军突起,彻底打破单晶硅片成本瓶颈,2020年单晶市占率超过85%。在下一代大硅片,薄片化工艺趋势下,N型单晶topcon工艺将引领下一代光伏技术变革,单晶将淘汰掉多晶硅片;N型topcon电池与HJT电池之争,同样基于成本考虑,topcon将成为下一代光伏电池主流;
主要考虑以下三方面因素:1、即使量产情况下,设备投资HJT是topcon的2倍左右,而且老产线没有办法改造,所有产线得重置,这是所有巨头们最头疼的;2、HJT及topcon效率相当,在叠加钙钛矿方面机会均等(钙钛矿市场机会尚未出现),需处决于钙钛矿的成本和方案;3、耗材成本HJT的银浆远远高于topcon,topcon浆料未来有可能全面使用更低成本浆料,成本差距会更加巨大。
电动车领域的电池情况稍微温和些,三元和铁锂,不存在谁淘汰谁,基于用户多元化选择。
三元能量密度更高,体积更小,低温性能更好,将在部分高端车型始终占据一席之地。而磷酸铁锂以低成本长寿命等特性快速抢占其他其他市场,尤其以电动重卡,工程机械,储能领域最为瞩目。
2021年将是大力出奇迹的一年,电动车及动力电池领域将迎来未来十年增长最快的一年,也是行业巨擘疯狂布局奠定江湖地位的一年;之前的各种预测都有可能出现极大偏差。半年前笔者曾做过一个预测,回头看行业已经发生重大变化,新能源替代的脚步,正以大家难以估量的速度在加速替代;我们通常会高估1-2年的变化,而低估未来10年的变化,确实替代的速度将更加猛烈。
2021年动力电池出货量,全球大概率超过350gwh,比2020年增长150%,全球电动车2021年出货量达到600万辆以上,中国市场有机会成倍增长到250万台,发展势不可挡。笔者之前调研到部分厂家出货量甚至增长3-500%,磷酸铁锂用量接近60%,这种惊人的发展速度可能持续一段时间。锂电前5名,甚至前10名都在疯狂布局产能。
2025年,全球电动车占有率超过35%,达到3000万辆,按平均60度/车计算,电池用量达到1800gwh,C公司产能可能达到1000gwh,巨头正式步入TWH时代。储能及商用车领域用量估计超过500gwh,三元与磷酸铁锂的比例可能接近35:65,磷酸铁锂将占据市场绝对主流。
展望2030年,全球电动车出货量会整体超过90% ,达到9000万辆,动力电池用量超过6000gwh,0.6元/kwh,则动力电池市场为3.6万亿人民币,燃油车无限接近禁售,算上储能市场锂电池的出货量极有可能接近1万亿美元。
2030年,以光伏+储能为代表的新能源将颠覆整个传统能源生产的格局!
全面颠覆传统能源需要解决的问题?实现低成本光伏+低成本储能,综合成本低于火电。光伏的系统成本已经降到3元/W,部分分布式电站已经降到2.35元/W的成本,遥想2007年系统成本达到60元/W,13年时间,成本降到5%;很快磷酸铁锂储能系统降到1元/wh以下,充放次数可以达到10000次。
2025年光伏系统成本到2元/W,摊到25年折旧加财务成本,1500小时/年发电小时数,度电成本0.1元每度电以内;储能系统成本低于1元/WH,充放次数10000次,按15年折旧,度电存储成本低于0.1元每度,;光伏+储能系统成本0.2元/kw,2030年成本有望降到0.15元每度电以内,成本远低于化石能源。
2020年全球用电量约30万亿度,随着电动化的迅速发展,则2030年全 社会 用电量将达到50万亿度。2030年大概率发生事件,光伏+储能可以占领全球电力市场30%,约15万亿度电。按全球范围发电条件来看,平均1250小时的年发电量可以期待,1GW(100万千瓦)装机量约12.5亿度电。
则15万亿度电,需要总装机量12000GW,地面装机占地面积约12万平方公里。预测光伏地面系统成本2025年2元/W(组件1元/W);2030年1.8元/W(组件0.8元/W),光伏市场未来需求10年需求,12000*18-=216000亿,21.6万亿人民币。
2040年全球电力需求将达到70万亿度,2040年占领全球电力市场60%,约42万亿度电,需要总装机量33600GW,2030-2040年得新增21600GW光伏装机量,地面装机新增土地面积21万平方公里。
成本方面,2035年1.6元/W(组件0.7元/W),2040年1.5元/W(组件0.6元/W),整体光伏市场21600*15=32.4万亿人民币,进入平稳发展期。
2021-2030将是光伏行业的白金十年。
2030年,15万亿度电约需要60%储能,9万亿度电储能,平均每天充放1.2次计算,工作按300天计算,需要7.5万亿kwh储能,需要250亿kwh储能装机量,约25000GWH。
储能市场按照均价0.8元/kwh计算,市场总量20万亿,跟光伏市场相当并驾齐驱。
2040年,42万亿度电约需要60%储能,25.2万亿度电储能。平均每天充放1.2次计算,工作按300天计算,需要21万亿kwh储能,需要700亿kwh储能装机量,约70000GWH;新增45000gwh。
储能市场按照均价0.65元/kwh计算,市场总量29.25万亿,跟光伏市场体量相当。
未来十年毫无疑问是光伏和储能最为辉煌的十年,诞生的机会不可估量。
隆基股份与朱雀投资布局氢燃料,光伏龙头布局氢燃料,给了大家很多想象空间,光伏+氢能战略浮出水面,利用越来越廉价的光伏发电来制备储存氢气,既解决了光伏发展的天花板,也生产出大量可替代石油的清洁能源。日本最近投产了全球最大的光伏制氢项目,国内领先企业阳光电源,隆基抓紧产业布局。中石油,中石化等传统能源企业同样在加快光伏+储能+制氢的产业布局。
实际上最近中东的光伏招标电价以及达到1.04美分/kwh,真是没有最低只有更低,技术的迅速发展大大超过我们的想象,中东地区的光伏+储能有可能在2025年达到2美分/kwh,那中国鄂尔多斯高原,青海格尔木地区2025年光伏+储能成本将达到2.5美分/kwh,折合0.1625元/kwh,光储联合制氢将大行其道,电解水制氢的直接能源成本将低于10元/KG。
氢能市场将异军突起,氢能来源广泛,燃烧性能好且零排放,有望成为碳中和战略中的核心一环。氢是宇宙中分布最广泛的物质,约占宇宙质量的 75%。氢气燃烧性能良好,且安全无毒。氢气空气混合时可燃范围大,具有良好的燃烧性能,而且燃烧速度快。
同时氢气燃烧时主要生成水和少量氨气,不会产生诸如一氧化碳、碳氢化合物等,与其他燃料相比更清洁。同时氢气导热性能、发热值高。氢气的导热系数高出一般气体导热系数的10倍左右,是良好的传热载体。
氢的发热值 142,351kJ/kg,是汽油发热值的 3 倍,远高于化石燃料、化工燃料和生物燃料的发热值。氢的获取途径多、热值高、燃烧性能好、清洁低碳,更重要的是反应后生成的水,又可在一定条件下分解出氢,实现循环再生可持续发展。
作为燃料广泛应用于交通运输行业,用于氢燃料电池或者直接燃烧;供热:钢铁水泥造纸氨气应用或者建筑行业直接供热;作为冶金及钢铁行业还原剂还有石化行业的原材料。水泥行业燃烧大量的天然气和煤炭,为了碳减排,需要氢气来中和二氧化碳生产甲醇。
现阶段大量氢气来源于煤制氢及天然气制氢,即所谓的灰氢,随着风光发电成本进一步下降以及电解水制氢设备成本的快速下降,未来2-3年,绿氢的制备成本可以到10元每公斤,不用储存加压,纯化直接用于石化行业作为原料,水泥行业,冶金钢铁等行业,需求将暴增。
煤制氢成本约7元每公斤,天然气制氢约10元每公斤,则绿氢的制备成本接近天然气制氢,考虑到未来的碳税和碳交易收益,绿氢将极大的替代现有的煤制氢以及天然气制氢。
2500万吨的氢气存量空间将形成一定替代,新增场景体现在陆地交通运输场景,海上货运、邮轮、飞机、水泥、冶金等领域将全面采用氢气。
氢气用途展望:低成本氢气除氢燃料电池车辆使用,石油化工,炼钢等都将得到更大规模使用。
工业副产氢的热值价值相当于12元/KG,理论上氢气终端销售价格在当下这个是底线价格,按氢燃料电池用于交通行业,16度电/kg氢气的水平,则氢气转化为电能的价格为每度电0.75元,这个是极限假设的价格。
如果绿氢的价格可以低于12元/Kg,需要考虑制氢设备的折旧和效率,需要光伏风电的价格低于0.15元/kwh,则氢气可以掺杂在天然气管道中,掺杂比例在5-10%,对管道的影响会比较少。可以考虑在天然气管道的周边建设大规模的风光互补电站来来联合制氢。
这个场景12元/公斤的氢气如果用在电动车上,通过储能、运输、加注到车端成本则可能接近30元每公斤,成本偏高。而直接用于石化,钢铁则减少了大量中间环节。也可以考虑用在水泥行业碳捕捉,将二氧化碳+氢气,制取甲醇。石化,钢铁,水泥行业如果大规模推广氢气应用,需求量将不低于1亿吨,二氧化碳的减排量更是惊人,极大加快推动碳中和。
按照现阶段城市氢气补贴后的价格一般高于30元/KG,换算成度电成本接近2元/度电,远远高于现在的工业电价:谷电约0.3元/度电,平电约0.6元/度电,峰值约电价1.2元/度。氢燃料电池的使用成本会一直高于锂电,乘用车用氢燃料电池的必要性大打折扣。
那么,氢燃料电池在交通运输的使用应该在广阔的长途运输,商用大卡车,远洋货轮,该场景需要能量密度较高的氢燃料。
以商用车领域为例:然而续航超过300公里的49吨牵引车,配置6组氢瓶+110kw燃料电池系统+130kwh锂电,整个系统约2.5吨,比传统天然气车及柴油车的质量多1吨左右。解决方案是氢瓶减重,用全氢燃料电池系统。氢燃料的大规模使用,最终必须满足成本低于化石能源,才有机会普及。目前来看任重道远,而跟纯电动拼使用成本尚不具备优势,只能拼场景;如果能够得到15元/KG的绿色氢气,长途货运,远洋货轮,炼钢这些场景则可以大规模应用氢气。
光照条件充足的中东地区,可利用光伏+储能+制氢,考虑到光伏和储能成本接近2美分/kwh,在中东地区制氢将变得实际可行。
用高能量密度氢气来储存新能源以替代石油资源,将是沙特及中东地区最大的机会。如果沙特建设庞大的光伏电站约3000GW,占地面积3万平方公里,年发电量可以达到6.3万亿度,考虑到全天候制氢,则60%需要通过锂电储能,其中6万亿度电用来电解水制取氢气,产生1亿吨氢气,10元每公斤的氢气通过海运将占领全球市场,每年收入1万亿人民币,与沙特现阶段的石油规模相当。
电解海水制氢还可得到副产品氘氚,又是人类终极能源核聚变的主要原材料,实现商用航天的关键。
全球大规模光伏发电成本最低为沙特等中东地区,沙特土地面积超过190万平方公里,有大量的土地建设光伏系统。传统石油巨头可全面转型为新能源巨头,以提供高能量密度的氢气为主,2025年沙特光伏成本降到0.8美分/kwh,折合人民币约5.2分/kwh。沙特氢气能源成本低于5元人民币每公斤,全部成本将低于7元/KG,运往全球价格约12元/KG,全球终端销售价格约12-15元人民币每公斤。
低于15元/KG的氢气,在长途货运,远洋航海,炼钢,石化,建材等都将占有一席之地。考虑沙特得天独厚的地理位置,亚非欧板块中心,从红海通过苏伊士运河运往欧美,马六甲海峡运往亚太地区都将具有成本优势。
笔者2018年造访日本,曾与软银孙正义的高参岛聪先生交流,岛聪提及:孙正义曾经构想在沙特建设全球最大的光伏基地,再找中国最好的光伏及锂电技术去沙特联合设厂,打造光伏+锂电的黄金能源组合。生产全世界最便宜的电力通过中国的特高压技术建设涵盖中亚、东北亚的电力网络,经过伊朗,中亚,中国,将清洁的电力输送给日本,因为日本的平均电价超过0.2美金/kwh。不得不佩服孙的雄才伟略,异想天开。
光伏电站易建,不过经过这么多国家建电力网络难度就大了,而光伏储能制氢则就变得更容易实现了,然后通过远洋运输更有可落地性。
很多人会问,中国会成为新能源领域的沙特吗?中国不一定成为新能源领域的沙特,倒可以成为产业输出方;沙特源于独到的地理位置,如果和中国联手有机会在未来的五十年,仍然成为全球的新能源中心。
在于中国目前是全球最大的光伏生产基地,光伏技术领先全球,光伏技术具有标准化,可复制的特点。而且形成了独立的装备能力和材料开发能力,行业内又有普遍后进入者优势,可后发制人。
那么就可以在中东地区发展光伏+锂电储能产业,低成本足以改变全球能源格局,同样中国的锂电技术具有跟光伏类似的特点。沙特可以和中国强强联手共同发展光伏及锂电储能产业,中国通过技术输出在沙特建设全球最大的光伏基地和光伏储能电站,沙特利用强大的资本实力实现从石油到新能源的转型。
沙特的光伏产品可以行销全球,光伏产生的电可以销售到欧洲及非洲、印度等亚洲缺电国家。光伏制氢可以远销亚洲,欧美,沙特有机会成为新的全球能源中心。
阿联酋三个国有实体组成了阿布扎比氢能联盟,将富含化石燃料的酋长国定位于未来绿氢气的主要出口国,海湾国家已经认识到了这种替代燃料的重要性,氢能的开发在下一步是至关重要的。从最大的石油输出国成为最大的氢气出口国,这样的机会将刺激沙特阿拉伯以及阿联酋,沙特王国已经计划在特大未来城市中建造世界上最大的由光伏和风能联合制氢工厂,整个城市将是绿色电力,沙特也想实现氢气出口国的伟大的计划,他们认为沙特将成为氢气的全球领导者,给沙特下一个50年机会。
当然全世界其他的地方,尤其是光照和风电特别发达的地区,例如澳大利亚也在计划发展氢气,宣布要投资1500亿美金用于绿色氢气的制造;中国的西北地区正在大力发展光伏风电联合制氢。沙特有全球最好的光伏资源,全球的光照时间最长,最长时间甚至可以达到一年2800个小时;如果可以全力以赴的发展绿色的氢气,将有机会成为全球最大的绿色氢气的制造基地,同时成本可以做到全球最低。
总之,平价的新能源将在下个十年惠及全球,实现大部分国家的能源独立、自由和平。
作者简介:陈方明,易津资本&博雷顿 科技 创始人,博雷顿 科技 正成为电动工程机械、重卡及相关领域配套储能的领军企业。作为有超过十年风险投资经验的专家,在新能源、新材料领域做了深厚布局。
他着眼于高精尖技术,聚焦新能源领域的硬 科技 ,投资过常州聚和、拉普拉斯、凯世通、南通天盛、杭州瞩日及量孚等一大批新能源企业。其中量孚作为磷酸铁锂正极材料公司,其利用独特工艺,一步法合成磷酸铁锂,有望将磷酸铁锂正极材料成本降低20%。
陈方明是上海市五一劳动奖章获得者,他创立的博雷顿获得了高新技术企业、高新技术成果转化、市重点人工智能示范项目、高端装备首台套、交通部国家级行业研究中心、上海市专精特新项目等一系列名号和荣誉。