全球氢能四种典型发展模式及启示
文/熊华文 符冠云，国家发改委能源研究所，环境保护
当前，世界各国都在加快推进氢能产业发展，初步形成了四种典型模式，即以德国为代表的“深度减碳重要工具”模式，以日本为代表的“新兴产业制高点”模式，以美国为代表的“中长期战略技术储备”模式和以澳大利亚为代表的“资源出口创汇新增长点”模式。我国在推动氢能产业高质量发展的过程中，应充分参考借鉴国际经验，进一步明确“初心”与“使命”、目标与路径，以推进能源革命为出发点，构建“大氢能”应用场景，统筹推进氢能产业技术与市场、供应与需求的协调发展。
氢能作为二次能源， 具有来源广泛、适应大范围储能、用途广泛、能量密度大等多种优势。随着氢能产业的兴起， 全球迎来“氢能 社会 ” 发展热潮，欧盟、日本、美国、澳大利亚、韩国等经济体和国家均出台相关政策，将发展氢能产业提升到国家（地区）战略高度，一批重大项目陆续启动，全球氢能产业市场格局进一步扩大。对我国而言，加快发展氢能产业，也有现实而迫切的意义。具体来看， 发展氢能产业是优化能源结构、推动能源转型、保障国家能源安全的战略选择，是促进节能减排、应对全球气候变化、实现绿色发展的重要途径，是超前布局先导产业、带动传统产业转型升级、培育经济发展新动能、推动经济高质量发展的关键举措。
2019年是我国氢能发展的创新之年，“理想照进现实”特点明显— 战略共识基本成形， 探索 的步伐正在加快， 先进理念、技术、模式层出不穷。超过30个地方政府发布了氢能产业发展规划/ 实施方案/ 行动计划，相关的“氢能产业园”“氢能小镇”“氢谷”项目涉及总投资额多达数千亿元，氢燃料电池 汽车 规划推广数量超过10万辆，加氢站建设规划超过500座。我国在加快发展氢能产业的过程中，需要广泛参考借鉴国际经验。我们认为，对于国际经验的研究不应只停留在政策、措施和行动的简单总结及归纳层面，而应该深入分析各国发展氢能背后的初衷、动机、利益格局等内容。在充分了解各国资源禀赋、产业基础、现实需要等各方面因素的基础上，找到发展的方向、目标、路径、模式与政策措施之间的逻辑关系。换言之，不止要看“做了什么”，更要研究“为什么做”“做了有什么好处”等深层次问题。
从不同国家发展氢能产业的出发点、侧重点、着力点等方面看， 全球各国实践大致可总结为四大类型，本文称之为四种典型模式，即把氢能作为深度脱碳的重要工具的德国模式（法国、英国、荷兰等国做法类似）；把氢能作为新兴产业制高点的日本模式（韩国做法类似）；把氢能作为中长期战略技术储备的美国模式（ 加拿大做法类似） 以及把氢能作为资源出口创汇新增长点的澳大利亚模式（ 新西兰、俄罗斯等国做法类似）。
德国模式：推动深度脱碳，促进能源转型
德国能源转型近年来暴露出越来越多的问题。首先，随着可再生能源装机容量和发电量的稳步提升，维护电力系统稳定性成为其头等挑战。2019年德国部分地区出现了电力供应中断事故，暴露出其储能和调度能力不足的短板。其次，为提升电力系统供应能力，德国增加了天然气发电，但由此需要从俄罗斯等国家进口更多天然气，导致能源对外依存度提升。最后， 能源转型使带来能源价格走高，能源转型面临越来越多的争议。与能源转型陷入困境一脉相承的问题是碳减排进展不如预期。德国政府已经提出了2030年比1990年减排55%的中期目标和2050年实现碳中和的长期目标，然而自2015年以来碳排放量不降反升，2018年在暖冬的帮助下才实现了“转跌”。传统减排路径边际效益递减，急需开辟新途径，挖掘更多减碳潜力。
发展氢能可助力大规模消纳可再生能源，并实现“难以减排领域”的深度脱碳。电解水制氢技术发展迅速，规模提高、响应能力增强、成本下降，使其有望成为大规模消纳可再生能源的重要手段。在区域电力冗余时，通过电解水制氢将多余电力转化为氢气并储存起来，从而减少“弃风能”“弃光能”“弃水能”等现象，降低可再生能源波动性对于电力系统的冲击。与此同时，氢能具有高能量密度（质量密度）、电化学活性和还原剂属性， 能够在各种应用领域扮演“万金油”角色，对“难以减排领域”的化石能源进行规模化替代，实现深度脱碳目标。
围绕深度脱碳和促进能源转型，德国创新提出了电力多元化转换（Power-to-X）理念，致力于 探索 氢能的综合应用。具体而言，在氢气生产端，利用可再生电力能源电解水制取低碳氢燃料，从而构建规模化绿色氢气供应体系。在氢气应用端，将绿色氢气用于天然气掺氢、分布式燃料电池发电或供热、氢能炼钢、化工、氢燃料电池 汽车 等多个领域。现阶段，德国政府与荷兰等国正在开展深度合作，重点推广天然气管道掺氢，构建氢气天然气混合燃气（HCNG） 供应网络。其中，依托西门子等公司在燃气轮机方面的技术优势， 已开展了若干天然气掺氢发电、供热等示范项目。截至2019年年底，德国已有在建和运行的“P to G”（可再生能源制氢 天然气管道掺氢）示范项目50个，总装机容量超过55MW。此外，蒂森克虏伯集团已开展氢能炼钢示范项目，预计到2022年进入大规模应用阶段。
日本模式：保障能源安全，巩固产业基础
日本能源安全形势严峻，急需优化能源进口格局和渠道。日本的能源结构高度倚重石油和天然气，二者占能源消费比重高达2/3，因为国内能源资源比较匮乏，95%以上的石油和天然气都需要进口。能源地缘政治局势日趋复杂，断供风险犹如“达摩克利斯之剑”，再加上国际能源市场价格的大起大落，都会给日本能源安全甚至经济安全带来冲击。2011年福岛核事故之后，日本核电发展遇到越来越多的阻力，如果实现本土“弃核”，意味着能源对外依赖程度还要提升。因此，日本迫切需要在当前能源消费格局中开辟新的“阵地”，寻找能源安全的缓冲区和减压阀，摆脱其对于石油和天然气的依赖。
发展氢能可提升能源安全水平、分化能源供应中断及价格波动风险。日本未来消费的氢能虽然仍需要从海外进口， 但主要来自澳大利亚、新西兰、东南亚等国家和地区， 与中东、北非等传统油气来源地区形成了空间分离，进而分化了地缘政治风险。同时，石油和天然气在价格上有较高的关联度，两者仍然属于“一个篮子里的鸡蛋”。而氢能来源广泛，价格与油气的关联度不高，增加氢能进口和消费，能够在一定程度上分化油气价格同向波动对本国经济的影响。此外，氢能还能够提升本国的能源安全水平。日本是地震、海啸、台风等自然灾害多发的地区，能源供应中断情况经常发生。氢燃料电池 汽车 、家用氢燃料电池热电联产组件等设备在充满氢气或其他燃料的情况下，可维持一个家庭1 2天的正常能源供应。氢能终端设备的普及，还可以为日本减灾工作作出贡献。
日本氢能基本战略聚焦于车用和家用领域的应用，是产业和技术发展的必然延伸。日本在技术、材料、设备等方面拥有非常明显的优势， 尤其是已基本打通氢燃料电池产业链。经过多年耕耘，日本已在氢能领域打造出一批“隐形冠军”，如东丽公司的碳纤维、川崎重工的液氢储运技术和装备等。据统计，日本在氢能和燃料电池领域拥有的优先权专利占全球的50%以上，并在多个关键技术方面处于绝对领先地位。专利技术既是日本的“保护网”，也是其他国家的“天花板”。推广氢燃料电池 汽车 和家用燃料电池设备，一方面，可将过往的投入在市场上变现、获取现金流，另一方面，还能及时获取信息反馈，完善技术和设备，由此形成了“技术促产业、产业促市场、市场促技术”的良性循环和正向反馈。
美国模式：储备战略技术，缓推实际应用
美国氢能发展经历“ 两起两落”，但将氢能视为重要战略技术储备的工作思路一直没有改变。早在20世纪70年代，美国政府就将氢能视为实现能源独立的重要技术路线，密集开展了若干行动和项目， 但热度随着石油危机影响的消退而降温。2000年前后氢能迎来了第二个发展浪潮。2002年美国能源部（DOE）发布了《国家氢能路线图》，构建了氢能中长期愿景，启动了一批大型科研和示范项目，但后因页岩气革命和金融危机的冲击，路线图被搁置，不过联邦政府对氢能相关的研发支持延续至今。
在过去的10年中，美国能源部每年为氢能和燃料电池提供的支持资金从约1亿美元到2.8亿美元不等，根据2019年年底参议院、众议院通过的财政拨款法案，2020年支持资金为1.5 亿美元。总体来看，在近50年的时间里，尽管有起伏，但联邦政府将氢能视为重要战略技术储备的工作思路一直没有改变，持续鼓励 科技 研发使得美国能够保持在全球氢能技术的第一梯队。
页岩气革命是美国氢能发展战略被搁置的最主要原因。凭借具有经济、清洁、低碳优势的页岩气，美国已逐步实现能源独立和转型，而页岩气和氢能在应用端存在较多重合，对氢能形成了巨大的挤出效应。加州燃料电池合作伙伴组织（CaFCP）的数据显示，美国的氢燃料电池 汽车 市场已陷入停滞状态，在2019年甚至出现了12%的下滑，发展势头已被日韩、中国赶超。
澳大利亚模式：拓宽出口渠道，推动氢气贸易
澳大利亚一直是全球最主要的资源出口国，同时资源出口也是其最重要的经济增长引擎。根据澳大利亚联邦矿产资源部发布的数据，2019年资源出口直接贡献了该国GDP增长的1/3 以上。但传统的“三大件”（煤炭、液化天然气、铁矿石）出口已现颓势。在煤炭方面，长期以来澳大利亚在全球煤炭贸易中占比超过1/3， 主要目标市场集中在东北亚地区，然而近几年中、日、韩相继开展减煤控煤行动，煤炭出口前景暗淡。在铁矿石方面，中国买走了60%以上的澳大利亚出口铁矿石，而中国钢铁产量进入峰值平台、电炉钢比重提升，这都将拉低其对铁矿石的需求；在液化天然气（LNG）方面，尽管市场需求增长潜力仍然可观，但由于国际油价暴跌，LNG出口创汇能力也被大幅削弱。据世界天然气网站分析， 未来五年内澳大利亚LNG出口收入将持续收缩。
出于经济可持续发展考虑，澳大利亚政府急需找准新兴市场需求，拓宽出口渠道。2019年11月，澳大利亚政府发布了《国家氢能战略》，确定了15大发展目标、57项联合行动，力争到2030年成为全球氢能产业的主要参与者。打造全球氢气供应基地是澳大利亚发展氢能的重要战略目标。澳大利亚正积极推动与日、韩等国的氢气贸易，签订氢气供应协议，同时与相关企业开展联合技术创新，完善氢能供应链，扩大供应能力、降低成本。
如澳大利亚政府与氢能供应链技术研究协会（HySTRA，由川崎、岩谷、电力开发有限公司和壳牌石油日本分公司组成）合作组成联合技术研究组，开展褐煤制氢、氢气长距离输送、液氢储运等一系列试点项目。2019年年底川崎重工首艘液氢运输船下水，补齐了澳大利亚和日本氢气供应链最后一块拼图。这种“贸易 技术创新”一体化模式调动了各参与方的积极性，澳方可实现本国氢气资源的规模化开发，川崎等企业能够获得成本更低的氢气，技术研发团队获得了宝贵的试验田。
值得一提的是， 澳大利亚提出的低碳氢能，既包括可再生能源电解水制氢，也包括化石能源（尤其是煤炭） 制氢（ 碳捕捉） 与储运技术。虽然化石能源制氢备受争议，但正是在煤炭出口增长乏力背景下的现实选择。
对我国的启示：明确氢能“协同互补”定位，构建多元化应用场景
每个国家发展氢能产业都有其“初心”和“使命”。德国模式将氢能视为手段，即发展氢能是为了破解能源转型和深度脱碳过程中出现的诸多问题；日本模式将氢能视为目的， 即发展氢能是关乎国家能源安全和新兴产业竞争力的战略选择，是迎合技术在市场变现中的强烈诉求；美国模式将氢能视为备选，即氢能只是众多能源解决方案中的一种，氢能发展与否，取决于其技术进步、成本下降等因素；澳大利亚模式将氢能视为产品，即乘着全球刮起的“氢风”，积极扩展出口产品结构，获取更多收益。
从上述对全球氢能发展四种典型模式的分析中可以看到，各国发展氢能产业均有其出发点和立足点，均考虑了各自的资源禀赋、产业基础、现实需要等多方面因素，大多遵循了战略上积极、战术上稳健，坚守发展初衷、不盲从、不冒进的推进策略。当前，我国有关部门正在研究制定国家层面的氢能产业发展战略规划，首先应该明确的是我国发展氢能产业的“初心”与“使命”、目标与路径等问题。参考借鉴国际经验，结合我国实际国情，本文提出我国氢能产业战略定位及发展导向等方面的三点建议。
一是明确产业定位，发挥氢能在现代能源系统中的载体和媒介作用。 国家《能源统计报表制度》已将氢气纳入能源统计，明确了氢能的能源属性，氢能即将成为能源系统的新成员，其发展必须服从和服务于能源革命的总体要求。需要认清的是，我国拥有多个与氢能存在替代关系的能源解决方案，因此氢能并非我国的必选项，而是备选项和优选项。因此，应从我国能源系统的核心问题出发，找准切入点，选择融入能源系统的合适路径。应利用氢能的特点和优势，发挥其在可再生能源消纳、增强能源系统灵活性与智能性等方面的作用，更好地与既有的各种能源品种互动，最终促进能源革命战略的深入实施。
二是提升认识视角，逐步构建绿色低碳的多元化应用场景。 2018年以来出现的各地区扎堆造车情况，既源于对氢燃料电池 汽车 发展前景认知过于乐观，又源于对氢能认识的局限。事实上，我国的氢能技术储备不足、产业根基不牢固，地区间差异非常明显，绝大多数地区都不具备将技术装备推向市场变现的能力和条件。而在深入推进生态文明建设和积极应对气候变化的格局之下，我国已经提出2030年前碳达峰和2060年碳中和的目标愿景，“难以减排领域”的深度脱碳将成为未来我国需要面对的重大问题。因此，应统筹经济效益、节能减碳和产业发展等因素，利用氢能具有的“高效清洁的二次能源、灵活智慧的能源载体、绿色低碳的工业原料”三重特点，逐步构建在交通、储能、工业、建筑等领域的多元化应用场景。
三是加强统筹协调，推动技术与市场、供应与需求“齐步走”。 氢能和燃料电池集尖端材料、先进工艺、精密制造于一身，兼具高附加值和高门槛属性。须清醒地看到，我国氢能产业与发达国家差距明显，远未达到大规模商业化的临界点，对价值创造功能不可预期过高。再加上目前产业利润集中在国外企业的事实，我国更应保持战略定力，坚持以“安全至上、技术自主、协调推进”为原则，不盲目追求市场扩张，避免强行通过补贴手段刺激下游需求，进而把大量补贴资金输送至国外公司。各地在谋划氢能产业发展过程中，应遵循“需求导向”原则，“自下而上”布局生产、储运及相关基础设施建设，推动氢能供应链各环节协同发展，避免某环节“单兵突进”。
引言：页岩气是不可再生能源，属于非常规低品味天然气。美国由于发现和开采天然气最早，给它带来了巨大经济效益，目前美国正在集中攻关页岩气开发技术领域，即增加产能降低成本。而国内目前页岩气正处于起步阶段，面临着诸多挑战，例如：理论研究和勘探调查程度低、开发技术瓶颈未突破、前期风险投入高、收益见效慢等。可燃冰、页岩气、氢能被普遍认为会成为未来能源的三大新兴能源。
页岩气是指富含有机质、成熟的暗色泥页岩或高碳泥页岩中由于有机质吸附作用或岩石中存在着裂缝和基质孔隙，使之储集和保存了一定具商业价值的生物成因、热解成因及二者混合成因的天然气。
页岩中热成因气的形成有3个途径（如图）：①干酪根分解成气体和沥青；②沥青分解成油和气体（步骤1和步骤2为初次裂解）；③油分解成气体、高含碳量的焦炭或者沥青残余物（二次裂解）。最后一个步骤主要取决于系统中油的残余量和储层的吸附作用。德克萨斯州的Fort Worth盆地的Barnett页岩气就是通过来源于干酪根热降解和残余油的二次裂解，主要以残余油的二次裂解为主，正因为如此，使得Barnett页岩气具有较大资源潜力。
一般指页岩在成岩的生物化学阶段直接由细菌降解而成的气体，也有气藏经后期改造而成的生物气。如美国密歇根盆地的Antrim页岩气是干酪根成熟过程中所产生的热降解气和产甲烷菌新陈代谢活动中所产生的生物成因气，以后者为主。其原因可能是发育良好的裂缝系统不仅使天然气和携带大量细菌的原始地层水进入Antrim页岩内，而且来自上覆更新统冰川漂移物中含水层的大气降水也同时侵入，有利于细菌甲烷的形成。
全球页岩气资源十分丰富且分布普遍，据美国国家石油委员会(NPC)统计，截至2009年底，全球页岩气资源量约为456.2万亿立方米，占全球非常规气资源量近50%，与常规天然气相当，页岩气的资源潜力甚至还可能明显大于常规天然气。主要分布在北美、中亚和中国、中东和北非、太平洋国家、拉美、其他地区等。
垂直井是页岩气早期开采的主要手段。在钻小于1000米的浅井时，一般采用钻进速度较快的欠平衡旋冲法，可有效减小对地层的破坏；在钻进1000~2500米的深井时，则采用轻质钻井液液随随钻常规旋转钻井法，但是传统的垂直井开采技术，不经过压裂，一般无自然产能。
水平井能够扩大井筒与地层的接触面积，增加储层泄流面积、提高产量。在直井中水力压裂技术可以将井筒与储层的接触面积扩大数百倍，而水平井中，井筒与储层的接触面积会呈指数增长。目前美国页岩气开发中，水平井成本是直井的2~3倍，产量可以达到直井的15~20倍。水平井的关键问题是井身结构设计、钻井工艺、固井与完井，由于页岩地层裂缝发育、机械承受能力低，需要采用快速、高效、稳定、目标区域可准确控制的钻井工艺，最大化泄流面积和产量，同时保证生产的安全稳定。
水力压裂的原理是利用地面高压泵组，将超过地层吸液能力的大量压裂液泵入井内，在井底或封隔器封堵的井间产生高压，当压力超过井壁附近岩石的破裂压力时，就 会 产 生 裂 缝。随 着 压 裂 液 注 入 裂 缝 会逐渐延伸，进一步注入带有支撑剂的混砂液，在裂缝中填充支 撑 剂。停 泵 后，由 于 支 撑 剂 对 裂 缝 壁 面 有支撑作用，在地层中就形成了有一定长度、宽度的填砂裂缝。
中国页岩气资源潜力大，勘探开发还处于起步阶段，海相页岩是开发的有利对象，陆相页岩是重要的资源领域。美国的海相页岩开发经验不能直接应用于中国陆相页岩开发，需要加强基础研究和科技攻关。“十二五”规划明确了页岩气发展的重要地位，积极开发页岩气对保障中国能源安全，缓解天然气供给压力有重要意义。
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在智利最南端的麦哲伦省，立足于当地丰富的风能资源，西门子能源携手多个合作伙伴共同打造了“Haru Oni”项目，创新了绿氢生产与应用的场景，即利用可再生能源生产气候中立的合成燃料，这不仅能为高碳排放的交通运输行业提供清洁燃料，也将为可再生能源丰富的地区提供清洁能源输出提供巨大商机。
西门子能源首席执行官克里斯蒂安·布鲁赫博士（Christian Bruch）表示，“可再生能源将不仅在有市场需求的地方生产。风能、太阳能等自然资源丰富的地区也将成为可再生能源的产地。因此，新的供应链将在世界各地兴起，支持可再生能源在地区间的运输。”
西门子能源股份公司新能源业务全球首席战略官兼新能源亚太区业务负责人赵作智博士在接受采访时表示，重要行业如交通运输、工业等的??深度脱碳离不开绿氢的使用。未来，氢能在储能和运输方面将扮演越来越重要的角色。
可再生能源的全球化分配
氢气作为能源载体，将在全球能源转型中与电力互为补充。电解水制氢被认为是未来制氢的发展方向，尤其是利用可再生能源电解水制氢。
目前传统的制氢模式，不管是“灰氢”还是“蓝氢”，它们的生产还是使用过程，都存在着高碳排的问题。当电解水制氢过程中使用的电力完全来自风能、太阳能、水能或地热发电等可再生能源时，其产生的氢气才能被称为“绿氢”。
数据显示，2020年，全球交通运输行业二氧化碳排放量高达排放量达到88亿吨，仅次于能源、工业成为第三大碳排放源头，尤其是公路运输占比较高。因此，在二氧化碳减排面临挑战的领域，比如交通运输、炼油和钢铁等行业，绿氢将助力其实现深度去碳化。
“Haru Oni”项目依托智利的风能优势，通过电解槽利用风电将水分解为氢气与氧气，然后利用从空气中捕获二氧化碳与绿氢结合，制取合成燃料。在这个过程中，西门子能源灵活高效的质子交换膜（PEM）电解技术，由于其具有的快速启停，在极短时间达到满载运行的优势，能够很好的解决风能的不稳定性问题。
未来，由绿氢制成的合成燃料，将有着广阔的新应用领域。与传统化石燃料相比，合成燃料的碳足迹显著降低，基于合成燃料的绿色产品，将成为运输、交通或供暖部门深度脱碳的有力选择。
据了解，“Haru Oni”试点项目是全球首个工业级综合性合成清洁燃料商业工厂。预计最早在2022年，工厂将完成第一阶段试点，年产约13万升合成清洁燃料。根据项目规划，，将在2024年和2026年分别实现5500万升和5.5亿升的年产量目标。
智利享有风力发电的优越气候条件，且电力成本低，具备面向全球市场生产、出口以及在本地应用绿氢的巨大潜力。“Haru Oni”项目产生的经济效益，不仅可以促进可再生能源丰富的地区经济增长，也能通过清洁能源传输机制，令工业国家受益于更加多元化的绿色能源供应和稳定的能源成本，实现双赢的局面。
2021年5月，西门子能源启动了中东和北非地区首个工业级太阳能驱动的绿色氢能生产设施，利用太阳能园区的日光太阳能，该项目能够在1.25MWe的峰值功率下，每小时生产大约20.5公斤的氢气。
该试点项目展示了从太阳能制绿氢到氢气的存储和再电气化。这套系统可以为可再生能源的生产提供缓冲，既可用于针对需求增加的快速响应，也支持长期存储。在该地区太阳能光伏发电和风力发电成本低廉的背景下，氢气有望成为未来能源组合中的关键燃料，并有可能为拥有丰富可再生能源资源的地区带来能源出口的机会。
根据国际氢能委员会预计，到2050年，氢能将承担全球18%的能源终端需求，创造超过2.5万亿美元的市场价值，燃料电池 汽车 将占据全球车辆的20%~25%，每年为交通运输行业贡献至少三分之一的碳减排。
西门子能源正在通过构建电能多元化转化系统（Power-to-X）的基础设施帮助客户实现其去碳化目标，并为全球范围内的跨行业去碳化做出贡献。西门子能源拥有面向可持续的、零碳排放的能源供应所有核心技术，从可再生能源、高效燃气电厂，到输配电和低碳的能源工业应用关键设备和解决方案，再到高效的电解水制氢解决方案。
在中国实施首个兆瓦级绿色制氢项目
氢能产业在整个能源行业的地位已逐渐提高。截至2021年初，全球已有30多个国家发布氢能产业发展路线图。日本和欧盟均已公布氢能战略，对2030年和2050年的绿氢产量和氢能源 汽车 的普及率提出具体目标。
去年，国务院办公厅及国家能源局等颁布了《新能源 汽车 产业发展规划（2021-2035年）》《关于建立健全清洁能源消纳长效机制的指导意见（征求意见稿）》等支持政策，鼓励推广绿氢、分布式能源、燃料电池等重点技术的研发和商业应用，氢能产业将迈入商业化和规模化发展的新阶段。
推广绿氢使用的一大难点在于如何降低成本。对此，赵作智博士以光伏发电成本下降举例对照，一是技术的创新突破，二是规模化应用的效应。“将需求端培养起来以后，能够有效拉动供给端，规模化效应就起来了。”他认为，绿氢的成本在于电解槽设备和用电成本，其中，可再生能源产生的绿电成本高低，以及设备的利用小时数，是最大的影响因素。
今年4月，BloombergNEF发布的氢能平价更新报告，建模预测了15~28个国家未来的绿氢降本路线，表示到2050年绿氢价格将低于天然气、灰氢和蓝氢，届时，绿氢成本将较现在降低85%，低于1美元/千克。报告同时表示，到2030年，从成本上来讲蓝氢项目的必要性将大大降低了。受益于光伏成本的大幅降低，未来绿氢降本有望提速。
在碳达峰、碳中和目标的推动下，广东、上海、浙江、江苏、山东等30个省份将氢能写入“十四五”发展规划，总产值规模将达近万亿元。此外，北京、河北、四川等省份还纷纷出台了氢能产业发展实施方案。
对于国内氢能市场的发展，赵作智博士表示，“中国是很好的一块土壤，我们有政策、有资本，也有??各行各业，一些领军企业也有意愿去尝试一些新技术，有资金、有人才、有市场，未来，随着技术的进步，绿氢的发展潜力十分巨大。”
据了解，西门子能源专注于三大领域的技术创新，一个是低碳或零碳的发电；第二是低碳环保的输电；第三是针对工业领域的去碳化，尤其是油气、化工、造纸等能源密集型行业。
赵作智博士透露，目前，西门子能源在国内布局，主要是通过和领军企业合作，发挥各自优势降低成本，推进技术应用。在实现双碳目标的背景下，业内遵循着需求拉动供给的规律，以技术解决方案节能降本，推动应用规模化的形成。
2019年9月，西门子与国家电力投资集团（“国家电投”）签署《绿色氢能发展和综合利用合作谅解备忘录》。双方计划进一步拓展绿色氢能项目的合作。
2020年8月，西门子能源与中国电力国际发展有限公司（下称“中国电力”）旗下的北京绿氢 科技 发展有限公司签署协议，为中国电力氢能创新产业园提供一套橇装式质子交换膜（PEM）纯水电解制氢系统“Silyzer 200”。这一项目所在的北京市延庆区是将于2022年举行的大型 体育 赛事的三大赛区之一。西门子能源的绿色制氢解决方案将帮助确保赛事期间和赛后的公共交通运营所需的氢能供应。
据介绍，这是西门子能源在中国实施的首个兆瓦级别绿色制氢项目，设备已经运达现场，在安装调试后将很快投入运营。作为该制氢-加氢一体化能源服务站的核心设备，西门子能源提供的PEM纯水电解制氢系统Silyzer 200能够以高能量密度和运行效率实现工业规模的高品质氢气生产。此外，该制氢系统具有快速响应能力，带压启动至稳定运行时间不超过1分钟，并可直接与可再生能源耦合。
展望未来发展，“绿氢方面，我认为中国会引领整个世界。现在领先的是中国和欧洲，这两个市场有他们自身得天独厚的地方，两边一起来、两家火车头一起拉动，这也符合一个整个中欧合作的一个大框架。”赵作智博士说。
全球人类目前每年能源消费的总和只相当于太阳在40分钟内照射到地球表面的能量。
国际太阳能资源分布
根据国际太阳能热利用区域分类，全世界太阳能辐射强度和日照时间最佳的区域包括北非、中东地区、美国西南部和墨西哥、南欧、澳大利亚、南非、南美洲东、西海岸和中国西部地区等。根据德国航空航天技术中心(DLR)的推荐，不同地区太阳能热发电技术和经济潜能数据及其技术潜能基于太阳年辐照量测量值大于6480MJ/m2，经济潜能基于太阳年辐照量测量值大于7200MJ/m2。
北非地区是世界太阳能辐照最强烈的地区之一。
摩洛哥、阿尔及利亚、突尼斯、利比亚和埃及太阳能热发电潜能很大。阿尔及利亚的太阳年辐照总量9720MJ/m2，技术开发量每年约169440TW·h。摩洛哥的太阳年辐照总量9360MJ/m2，技术开发量每年约20151TW·h。埃及的太阳年辐照总量10080MJ/m2，技术开发量每年约73656TW·h。太阳年辐照总量大于8280MJ/m2的国家还有突尼斯、利比亚等国。阿尔及利亚有2381.7km2的陆地区域，其沿海地区太阳年辐照总量为6120MJ/m2，高地和撒哈拉地区太阳年辐照总量为6840 9540MJ/m2，全国总土地的82%适用于太阳能热发电站的建设。
世界太阳能资源分布图
南欧的太阳年辐照总量超过7200MJ/m2。
这些国家包括葡萄牙、西班牙、意大利、希腊和土耳其等。西班牙太阳年辐照总量为8100MJ/m2，技术开发量每年约1646TW·h。意大利太阳年辐照总量为7200MJ/m2，技术开发量每年约88TW·h。希腊太阳年辐照总量为6840MJ/m2，技术开发量每年约44TW·h。葡萄牙太阳年辐照总量为7560MJ/m2，技术开发量每年约436TW·h。土耳其的技术开发量每年约400TW·h。西班牙的南方地区是最适合于建设太阳能能热发电站地区之一，该国也是太阳能热发电技术水平最高、太阳能热发电站建设最多的国家之一。
中东几乎所有地区的太阳能辐射能量都非常高。
以色列、约旦和沙特阿拉伯等国的太阳年辐照总量8640MJ/m2。阿联酋的太阳年辐照总量为7920MJ/m2，技术开发量每年约2708TW·h。以色列的太阳年辐照总量为8640MJ/m2，技术开发量每年约318TW·h。伊朗的太阳年辐照总量为7920MJ/m2，技术开发量每年约20PW·h。约旦的太阳年辐照总量约9720MJ/m2，技术开发量每年约6434TW·h。以色列的总陆地区域是20330km2；Negev沙漠覆盖了全国土地的一半，也是太阳能利用的最佳地区之一，以色列的太阳能热利用技术处于世界最高水平之列。我国第1座70KW太阳能塔式热发电站就是利用以色列技术建设的。
美国也是世界太阳能资源最丰富的地区之一
根据美国239个观测站1961—1990年30年的统计数据，全国一类地区太阳年辐照总量为9198 10512MJ/m2，一类地区包括亚利桑那和新墨西哥州的全部，加利福尼亚、内华达、犹他、科罗拉多和得克莎斯州的南部，占总面积的9.36%。二类地区太阳年辐照总量为7884 9198MJ/m2，除了包括一类地区所列州的其余部分外，还包括犹他、怀俄明、堪萨斯、俄克拉荷马、佛罗里达、佐治亚和南卡罗来纳州等，占总面积的35.67%。三类地区太阳年辐照总量为6570 7884MJ/m2，包括美国北部和东部大部分地区，占总面积的41.81%。四类地区太阳年辐照总量为5256 6570MJ/m2，包括阿拉斯加州大部地区，占总面积的9.94%。五类地区太阳年辐照总量为3942 5256MJ/m2，仅包括阿拉斯加州最北端的少部地区，占总面积的3.22%。美国的外岛如夏威夷等均属于二类地区。美国的西南部地区全年平均温度较高，有一定的水源，冬季没有严寒，虽属丘陵山地区，但地势平坦的区域也很多，只要避开大风地区，是非常好的太阳能热发电地区。
澳大利亚的太阳能资源也很丰富
全国一类地区太阳年辐照总量7621 8672MJ/m2，主要在澳大利亚北部地区，占总面积的54.18%。二类地区太阳年辐照总量6570 7621MJ/m2，包括澳大利亚中部，占全国面积的35.44%。三类地区太阳年辐照总量5389 6570MJ/m2，在澳大利亚南部地区，占全国面积的7.9%。太阳年辐照总量低于6570MJ/m2的四类地区仅占2.48%。澳大利亚中部的广大地区人烟稀少，土地荒漠，适合于大规模的太阳能开发利用，最近，澳大利亚国内也提出了大规模太阳能开发利用的投资计划，以增加可再生能源的利用率。
全球能源互联网由战略构想到实践落地，引起能源界对智能电网、特高压电网、清洁能源等领域的广泛关注。在全球气候变暖、化石能源逐渐枯竭的紧迫现实下，人们探索更加高效、清洁利用能源的新途径。赤道地区蕴藏着极其丰富的太阳能资源，如果合理开发，科学分配，高效利用，将对调整全球能源结构、拉动经济增长、推动世界可持续发展产生重大影响。太阳能是全球资源量最大、分布最广的清洁能源，仅开发理论蕴藏量的万分之五就可以满足全球的能源需求。北非、东非、中东、澳大利亚等赤道地区（纬度±30°范围及周边）是全球太阳能资源最富集的地区，资源量占全球总量的30%以上。赤道地区纬度低、太阳直射多，散射少，部分地区年辐照强度超过2400千瓦˙时/平方米，发电利用小时比中国东部负荷中心地区高一倍以上。
赤道地区的太阳能资源一类地区主要包括北非、东非、南非、西亚、澳大利亚、南美洲西部的广大地区，年辐照强度在2100千瓦˙时/平方米及以上，人口密度低，可利用面积大，开发潜力大，是全球太阳能基地开发的重点地区。赤道重点地区太阳能资源技术可开发量合计约936000TWh/a。
近年来，太阳能发电的技术经济性显著提升。2010年以来，太阳能发电单位投资水平已下降70%。预计未来5~10年，太阳能发电成本将与化石能源相当甚至更低。为实现全球碳减排控制目标，预计2050年全球太阳能发电量将占总发电量的35%左右，成为主导能源之一。2000年以来，全球太阳能发电装机快速增长，年均增速达到46.9%，居各类可再生能源之首。截至2014年年底，全球太阳能发电装机达到1.8亿千瓦，主要分布在德国、中国、日本、美国、意大利等赤道地区以外国家，约占94.7%。赤道地区太阳能开发规模较小，发电装机仅占5.3%。未来赤道地区太阳能开发潜力巨大。
根据研究报告，北非、亚洲、北美洲南部、南美洲西侧和澳大利亚，都比较适合开发建设太阳能基地。太阳能基地的选取原则为：气候合适，地理可用，靠近主要输电通道，良好基础设施。研究人员表示，结合各大洲太阳能资源评估成果，近中期推荐开发热带沙漠气候地区的大型太阳能基地，如北非太阳能基地、亚洲西部太阳能基地、南美洲西侧太阳能基地和澳大利亚太阳能基地等。因考虑到建设及运维难度，这份研究成果未考虑沙漠腹地的太阳能开发。
一、世界能源的分布
在常规能源中，石油主要分布于两大弧形地带:东半球的北非中东波斯湾-里海-俄罗斯中北部西半球的委内瑞拉—墨西哥湾西部-美国中部-加拿大西部-阿拉斯加北部。中东北非也是主要的石油产地。煤炭储量分布呈现出“北半球多于南半球，东半球多于西半球”的特点。且在北纬30-70度形成了一个世界最丰富的含煤带，这个地带东起我国东北、华北地区，向西经陕西、宁夏、新疆、哈萨克斯坦、俄罗斯、乌克兰、波兰、德国、法国、英国的英格兰地区到达北美中部。其中，储量最丰富的国家是美国、中国和独联体。世界上天然气资源最为丰富的地区为俄罗斯的远东地区，其次是波斯湾地区，拉美地区的天然气储量也相当可观。世界水利资源主要分布在一些大江大河流域，但是发达国家对水力资源的开发和利用时远胜于发展中国家的，瑞士、法国、奥地利、西班牙、英国、美国、意大利、日本等。这些国家的水能开发利用程度均在50%以上。在非常规能源中由于技术资金原因，发达国家的开发程度也较发展中国家高。
二、世界能源消费结构
世界各国能源结构的特点，一般取决于该国资源、经济和科技发展等因素。当前就全世界而言，石油在能源消费结构中占第一位，所占比例正在缓慢下降煤炭占第二位，其所占比例也在下降目前天然气占第三位，所占比例持续上升，前景良好。发达国家石油在消费结构中所占比重均在35%以上其中美国39.7%，日本51.1%。煤炭资源丰富的发展中国家，在能源消费中往往以煤为主，煤炭消费比重较大，其中南非为77.1%，中国72%，波兰68.1%，印度56.8%，澳大利亚44.5%，美国24.9%。
经济复苏有所放缓
2022年，后疫情时代的经济恢复仍持续，但会有所放缓。IHS Markit预测，2022年全球实际GDP将增长4.3%，仍高于 历史 平均水平，但较2021年的5.6%下滑。其中，北美实际GDP增速将从2021年的5.6%放缓至2022年的4.1%，拉美从6.4%放缓至2.4%，西欧从5.3%放缓至3.7%，东欧和中亚从4.0%放缓至3.5%，中东和北非从4%增长至5.2%，亚太从5.9%放缓至4.9%。该机构预测，2022年全球工业产值将增长4.2%，显著低于2021年的7%。其中，北美工业产值增速将从2021年的5.6%放缓至2022年的4.4%，拉美从7.4%放缓至1.4%，西欧从6.8%放缓至2.8%，东欧和中亚从4.9%放缓至3.5%，中东和北非从2.1%增长至5.9%，亚太从8.6%放缓至5.2%。
IHS Markit全球经济执行董事萨拉·约翰逊表示：“2022年，化工企业将必须应对全球经济的多重挑战，包括新冠肺炎病毒变异毒株、财政政策从刺激转向限制、利率上升和信贷条件收紧以及从碳氢化合物到可再生能源的能源过渡。在这些转变过程中，随着一些主要经济体接近或达到充分就业，全球经济增长可能会在2022年放缓。”
化工业增速将放缓
美国化学理事会(ACC)首席经济学家玛莎·摩尔预计，2022年，全球化工行业总体将增长3.8%，2023年将放缓至3.2%。
ACC表示，2021年，全球化工行业增长5.8%。其中，亚太地区增速最快，达到8.2%，北美增长1.8%，拉美增长2.7%，西欧增长1.8%，东欧和独联体国家增长5.9%，非洲和中东增长2.5%。展望2022年，大部分地区的增速将放缓，但也有一些地区增速将加快，其中，北美地区化工业增速将达到4.5%，非洲和中东地区将加快至3.3%，拉美将放缓至2.4%，西欧将放缓至1.6%，东欧和独联体国家将放缓至3.6%，亚太将放缓至4.3%。
另外，所有细分子行业的增速都将低于2021年，其中，农用化学品增速将从2021年的3%放缓至2022年的2.3%，消费化学品将从3.4%放缓至3%，基础化学品将从6.1%放缓至4%，无机化学品将从6.6%放缓至3.9%，大宗石化产品和有机化学品将从5.8%放缓至3.8%，塑料树脂将从6%放缓至4.3%，合成橡胶将从7.6%放缓至6.3%，特种化学品将从5.2%放缓至4%。
化工业的增长仍受全球经济持续增长的支撑。摩尔表示：“虽然奥密克戎变异毒株给2022年全球经济和全球化工业带来了不确定性，但是我们仍然认为2022年将继续复苏。”摩尔预测，2022年，美国化工业将增长4.3%，后疫情时期的复苏仍将持续，供应链中断和极端天气所带来的影响趋于缓解。虽然全球经济的风险仍然存在，但是美国化工业以强劲的姿态进入到2022年。
欧洲化工业委员会(Cefic)表示，欧盟27国的化工业在2021年强劲增长5%之后，2022年的增速将放缓至2.5%。Cefic表示：“近来，能源价格大幅上涨和供应链中断，持续给经济和化工业带来下行风险。”
德国化学工业协会(VCI)预测，2022年德国化学品(不包括药品)产量将增长1.5%，生产商价格将上涨3.5%，销售收入将增长逾5%，其中国内销售收入将增长5.5%，国外销售收入将增长5%。VCI会长、德国赢创工业公司董事长克里斯蒂安·库尔曼表示：“尽管2022年面临着不同的挑战，但是大多数企业仍将实现增长。”
通胀压力不容小觑
尽管存在风险，但是全球化工行业景气和指标仍然积极乐观。2021年11月，IHS Markit全球化工业采购经理人指数(PMI)为54.9，显示全球化工制造业继续反弹。全球化工产值PMI为52.2，未来产值指数为65.3。这意味着未来12个月化工行业将增长。不过，一些指标仍然疲软，如供应商交付时间，这个指数仅为36.2成品库存指数为48，这意味着供应链限制持续。
化工产品价格压力仍然严峻，2021年11月份的输入价格指数为73.4，输出价格指数为63.7。11月份的输入成本增速创下自2008年7月以来的最高值，主要是受到运输、能源和劳动力成本上涨的影响。由于投资减少、风暴影响和经济复苏，2022年全球能源和原材料价格预计将保持高位。这或将影响企业盈利。
2022年，美国原油产量的增长应该会帮助缓解石油供应紧张的局面。IHS Markit估计，2022年全球液体产量或将增加550万桶/日，超过400万桶/日的需求增长预期，因此，2022年国际基准的布伦特原油平均价格预期为75美元/桶，2023年将回落至72美元/桶。天然气方面，2021年美国基准的Henry Hub天然气平均价格达到3.85美元/百万英热单位，比2020年增长了近一倍，但在2021年底和2022年初已显示回落的迹象。IHS Markit预测，2022年Henry Hub天然气平均价格为3.16美元/百万英热单位，2023年将进一步回落至3美元/百万英热单位。
GE中国“一带一路”领袖峰会正当时
今日在北京举行的“源中国 汇全球”一带一路领袖峰会，吸引了来自政府、EPC企业、海外工程业主、全球金融机构等近千位嘉宾的参与。
产业链各方代表就如何把握“一带一路”战略良机，共建“一带一路”生态体系进行了交流；对如何加速推进中国海外工程总包业务向一带一路沿线区域拓展，走上EPC合作的创新和共赢之路进行了深入探讨。
大咖有话说
GE 副董事长庄睿思在开场致辞中表示：“作为中国EPC企业长达20年的合作伙伴及业务运营遍及全球180多个国家的跨国公司，一带一路战略也为GE同中国合作伙伴携手开发第三方基建市场提供了新的机遇。GE支持中国一带一路战略并承诺为此全面投入技术、服务及全球资源，成为中国企业‘一带一路’上最为有力的合作者。”
成功地赢得并执行海外基建工程项目需要中国EPC企业在一个跨越地域和文化的国际平台上运作及技术、融资、运营及人才管理等全方位的能力。 ” GE全球高级副总裁、GE中国总裁兼首席执行官段小缨指出，“这是中国企业走向国际的机遇， 也是中国工业转型升级的催化剂。利用GE全球网络资源和实力，成为中国EPC企业在一带一路的全球合作伙伴是GE中国及全球战略的重中之重。”
EPC版“煮酒论英雄”
“跨界协作”、“产业生态圈”成为与会嘉宾聚焦的关键词，在如何通过跨企业、跨行业、跨地域以及政府同企业之间的协作；在全球范围汇聚技术、政策、服务以及工程项目执行资源，共建“一带一路”生态圈成为产业链各环节代表的共识。
我们要吸引真正需要的合作伙伴，我们需要更多的工程公司到非洲帮忙，需要继续发展当地的技术技能，让非洲经济体能够自己创造出更多的就业机会。
——GE非洲区总裁兼首席执行官Jay Ireland
基础设施（特别是能源基础设施）是经济发展和增长以及减贫的推动因素。一个成功的项目需要很好的密切的合作伙伴，在不同的生态圈的合作伙伴，像GE这种设备制造商。
——亚洲基础设施投资银行副行长Joachim von Amsberg
“一带一路”是中国对全球治理和国际合作模式的创新，核心理念是共同发展。企业要关注大的发展格局，在相同点里寻找机会才能长久。
——原外交部副部长 何亚非
在任何伙伴关系当中，首先我们认识到不同的力量各方带来什么样的力量和优势技能，相互尊重，另外还有合作伙伴的精神，更好地理解相互的要求，更好地为各方的利益和需求服务，实现了无缝连接。
——ACWA电力总裁兼首席执行官Paddy Padmanthan
大会随后展开的七场分论坛邀请众多业内专家分别就欧洲、非洲、中东北非土耳其、东盟地区的市场生态以及发电、可再生能源、油气业务实施进行了更具体的探讨和分享。此外，20多场的双边会议让GE各相关业务领导、中国EPC企业、海外工程业主及融资方得以进行一对一的深入交流。
共享增长，助力转型
“一带一路”战略的推进，使得沿线国家工业基础设施水平得到提高，加速了经济增长，人民生活也得到改善。不仅如此，中国也从中受益，推动了装备制造业向产业链上游升级，并为经济转型提供动力，为“中国制造”走向国际市场开辟了空间。
近年来在GE参与的项目中，“中国制造”的设备比例不断增加。例如，GE北重工厂以及GE武汉锅炉厂将在Hassyan的中东首个燃煤电厂提供核心设备及组装服务--超超临界将采蒸汽发电机和锅炉技术 。
2016年9月，GE与中国电建集团合作赢得了赞比亚下凯富峡水电站项目，该项目的核心设备——5套150兆瓦混流式水轮发电机组及辅助设备将由GE天津水电基地生产，类似的合作项目在中东、非洲以及东南亚地区正陆续涌现。
上一篇文章发出之后，与朋友们又有了一些新的讨论。
整体上，大家能够清晰的感受到我对于光伏行业未来发展的看好。但这并不是说光伏行业目前已经很完美，甚至没有缺点。
事实上，光伏行业在过去十数年、甚至更长久的时间里，经历了太多的风风雨雨。
这个朝阳行业曾经像磁石一般，吸引着人才、技术与资本的蜂拥而至，并成就过中国福布斯富豪榜的首富。然而，随潮水落去，它也曾让英雄般的名字跌落神坛，无数投资者因此血本无归。
事物皆有两面，我们就来看看光伏的另外一面。
与朋友们讨论下来，主要的短板有这么五个：占地方、靠补贴、难消纳、不环保和不连续。篇幅关系，我们准备分成两篇，第一篇探讨前两个短板：占地方和靠补贴，后三个留到下一篇。
光伏发电的原理，来自于 光生伏特效应 。
一块暴露的半导体材料，阳光中的光子与之接触后会有一部分转化为电子。由于半导体内部材质的不均匀或者掺有杂质，不同的部位会产生不同数量的电子，有的地方多一些，有的地方少一点。电子数量的不同，使得不同部位之间产生了电压（电位差）。这个时候，如果以导电体将存在电位差的不同部位相连接，电流就形成了。
从最根本的角度来看，地球上绝大部分能源的最终来源，都是太阳。以煤炭、石油为代表的化石能源，来自于远古的动植物。植物依赖阳光进行光合作用，将水和二氧化碳转化为碳水化合物，这构成了所有动物的底层食物来源。
风能来自于大气运动，水能来自于水汽循环所带来的降雨，这背后的根本推动力还是太阳照射带来的温度变化。
这些天然存在的一次能源，经过各种形式的发电机转化为人类最重要的二次能源电力，再经由电网输送到千家万户，驱动着现代生活中所必不可少的各种电力设备和家用电器。
所以，光伏发电从一开始就带着人类十分美好的期盼，因为它避免了中间环节，可以直接从太阳能转换成为电能。
在光伏行业，最核心的研究课题就是 光电转换效率 ，即照射到太阳能面板上的光照有多少可以转换成电流。这个核心指标，驱动着整个行业不断的取得一个又一个技术进步。
既然是指标，就要计算。而要计算，就得有个标准。地球上即使是相同的时节，由于所处的地理纬度不同，太阳照射的强度差别会很大。高纬度的阳光常常照在身上却感受不到多少温暖，而此时赤道地区的阳光却能将人皮肤灼伤。所以，为了能够一致的做比较，光伏人将光电效率定义标准化了：
同时，规定了检测的条件：太阳能工作温度为25℃±2℃，以及照射强度为1000 W/M2。
看不懂也没关系，只要知道 转换效率越高越好 就行了，因为这意味着同样的光照条件下，可以发出更多的电量。
目前，学术界的研究认为，以晶体硅为材料的太阳能电池转换效率的 理论极限约为29%左右 。为了缩小与理论极限的差距，近年来在主流的P型单晶电池领域，晶科能源和隆基乐叶交替向世界纪录发起新的冲击。最新的记录由隆基乐叶在2019年1月16日创下， 转换效率为24.06% 。
在实际发电的时候，一片一片的太阳能电池片需要连接起来，构成一个发电的基本单元，这个单元就叫做组件。
我们来感受一下，一个组件所能够发出的电量，以目前较为典型的60片310Wp的单晶PERC组件为例。由于我国日照时间的不同，将全国划分为三类资源区，在计算中我们以二类资源区的中值1500小时/年作为参考。
即单个组件每年可以发电465度，按照家庭每天用电5度计算， 大概可供90天左右 。如果保障一个家庭的全年供电，大概需要4-5个组件。
当然，这是理想的情况，光伏发电受日照和环境温度的共同影响，而且随着使用年限的增加，发电能力会逐渐下降。
根据晶科能源的产品手册，我们大致可以看出，刚安装好的新组件初始发电功率实际为97%，经过12年使用后下降到90%，最终到达产品使用年限25年时进一步下降至80%。
这个组件有多大呢？根据产品手册的数据，长度为1.67米，宽度为1.00米，厚度为35毫米。这意味着，需要占地1.67平方米。也就是说，保障家庭每天5度的用电量，大概需要有1.67 * 4 = 6.68 平米的空旷空间。实际安装时，由于组件并不是平铺，而是有一定的倾斜角度，实际占地应该要少一些。
与之对比，我们以装机容量60万千瓦、火电设备利用小时4300小时/年、厂用电率4.34%的典型火力发电厂为例：
折合530万个组件的年发电量，按照每块1.67平米计算，约合886.37万平米，折合8.86 平方公里。
我们再做个极端测试，根据中国电力企业联合会报告，2018年我国全 社会 用电量 6.84 万亿千瓦时，假如全部采用上述的60片光伏组件来发电，大概需要占地 68400 / 24.68 * 8.86 = 2.46 万平方公里。大约占去了我国的960万平方公里国土面积的 0.26% 。
这就是光伏最大的短板， 单位面积发电量太低 ，远远不能够与火电相比。
理解了这一点，就能够理解为什么很多人仍然不看好光伏，因为光伏发电需要占用大量的土地面积，而我国的土地整体上是稀缺的，且价格不菲。
经过上面的计算，我们对光伏发电有了新的印象： 占地方 。
那在怎样的场景中，这个短板不是那么明显呢？
有这么几类：第一类，在我国的大西北，地广人稀、日照充足，适合建设大规模的光伏地面电站；在全世界范围内，符合这个特征的地方，还是挺多的，比如中东、北非、澳大利亚、美国的中西部等。
第二类，工业厂房、园区的屋顶。这些地方，本来就闲置在那里，利用起来装上光伏，完全不需要额外的土地成本。于是乎，我们看到京东的物流园、高铁的站台、谷歌的数据中心、甚至是苹果公司新建的总部大楼，都在屋顶装上了光伏。
第三类，以矿山的塌陷区、湿地、鱼塘、湖泊为代表，将光伏组件通过漂浮载体或者固定支架放置在这些区域。上市公司之中，阳光电源有不少漂浮载体的业务，而通威股份更是利用其深耕水产饲料的优势，搞起了渔光互补。
第四类，以农业大棚为载体，在其外部加上光伏，棚内搞种植，棚外搞发电，称之为农光互补。所发出来的电力，还能够为农业自动化提供能源。
在以上几类中，土地的成本较低、甚至可以忽略，所以只要光伏发电自身的成本能够有竞争优势，其应用就不可限量。毕竟，即使不考虑化石能源的不可再生因素，我国较高的工商业电价和居民电价本身就会对于低价的其他电力来源有着强烈的需求。
与单位面积发电量的不懈斗争，转换成了一个又一个的 光伏技术创新 。
这个过程最大的技术路线变革，是单晶电池片对于多晶的取代。所谓单晶，就是晶体硅中每一个硅原子都排列的整整齐齐，良好的晶体性质使得单晶有着更高的光电转换效率。
但这是有成本的，通过直拉法或者区熔法小心翼翼生成的单晶硅棒，成本一直居高不下，在和通过较低成本的铸锭法就能生成的多晶硅锭的竞争中处于下风。
近年来，隆基股份在单晶技术上连续取得突破，一方面通过拉晶设备的国产化和技术改进不断降低硅棒的生产成本，另一方面通过引入金刚线切割技术，大幅度的降低了硅片切割的成本，并通过硅片薄化技术进一步提高了出片率。
目前，电池片环节，单晶PERC技术引领了高效电池的产能升级，再叠加诸如双面双玻、半片等组件环节的诸多技术突破，共同将量产的高效光伏组件转换效率提升到 22% 以上。
这场单多晶的对决，让双方都突破了自我。
就在昨天，天合光能宣布其研发的高效N型单晶电池高达24.58%，创下了大面积TopCon电池效率最新的世界纪录。同一天，阿特斯发布新闻公告，其研发的高效多晶太阳能电池的转换效率达到22.28%，创造了新的大面积多晶电池的世界纪录。
似乎只在高 科技 领域才会有的百家争鸣，近年来在光伏行业正在不断上演。
就这样，随着 组件的转换效率 变得 越来越高，单位面积发电量 也就 越来越多， 而对于 土地的需求 也变得 相对减弱。
所以，有朝一日，像曾经风靡大江南北的太阳能热水器一样，家家的屋顶都变成了太阳能组件，也并非完全不可能。
作为新兴的可再生能源技术，光伏的产业化之路一直受到各国政府的高度重视。
实际上，在光伏成就无锡尚德的创始人施正荣先生以186亿元成为2006年中国大陆的新首富时，就是靠着欧洲、特别是德国政府对于光伏的大力补贴。
最终，市场证明靠着过度补贴成长起来的巨头，在补贴退去的时候也会推倒它们。时至今日，施正荣先生早已淡出人们的视角，尽管他仍然在这个行业里奋斗着。
在行业的起起落落之中，仍然有一些企业家在坚守，正是他们的坚持让这个行业迎来了新生。
在之前的文章中，我们通过对比火电龙头华能国际与光伏发电企业龙头协鑫新能源的财报数据，对于光伏发电成本做了推演。在数据的背后，光伏发电平价上网的脚步声正变得越来越清晰。
而这一天的到来，将会让很多的光伏发电项目，不再依赖国家补贴。
5月22日，国家发改委、能源局公布2019年第一批风电、光伏发电平价上网项目，其中光伏平价项目合计 14.78 GW 。
在全球市场上，平价上网项目也越来越多。2017年2月，日本丸红与晶科能源联合竞标阿布扎比大型光伏电站，累计装机1.18GW，中标电价为每度电2.42美分，折合人民币不到 0.17元 。
尽管光伏行业的企业一直在坚守，补贴的拖欠确实也对企业经营造成了实实在在的影响。
2018年，我国可再生能源补贴的缺口超过了1400亿元，这不可避免的会影响光伏补贴的及时发放。
光伏电站作为资本密集型的企业形态，由于不能够及时收到国家补贴导致运营资金的巨大压力，这会顺着产业链层层向上游传递。体现在财务数据上，就是光伏产业链上中游企业巨大的应收账款。
黑鹰光伏做过一个统计，截至2019年末，78家主要光伏公司应收账款和应收票据合计达到了1717.67亿元，大约是同期净利润的 8.03倍 。
所以，我们看到全球第二大光伏电站运营商协鑫新能源从去年开始，就在不断出售资产，开始了断臂求生。
2019年5月23日，协鑫新能源向云南能投集团一口气出售了19座国内正在运营的光伏电站，以换取资金减轻债务压力。这19座电站合计977MW，相当于其持有的全部7300MW光伏电站的13.38%。在此之前，协鑫新能源已经连续多次出售了合计760MW的光伏电站。和这次一样，接盘的都是能够以较低成本融资的国资企业。
这从一个侧面反映了， 如果能够以较低的利率融资，光伏电站的资产在当下已经具备相当的吸引力 。
所以，随着平价上网的到来，越来越多的光伏发电项目，可以在不依赖国家补贴的情况下运营。而这些电站的运营利润，将和其融资成本密切相关。
换句话说，后补贴时代， 融资成本的高低，才是决定光伏电站盈利质量的关键变量 。
未完待续。
卡塔尔的沙漠和混凝土中点缀着一片片绿色，这是本次世界杯需要的144块绿地：8个球场和136个训练场地，它们由一支球场管理员组成的精悍队伍维护。卡塔尔秋季的气温依然高达40℃，为确保这个沙漠国家的球场草坪在世界杯期间茁壮成长，球场管理员从9月份就开始使用喷嘴向草坪吹冷空气。
自2007年以来，苏丹土木工程师海赛姆·沙里夫一直在卡塔尔的球场工作。今年初，他接受采访时介绍，为了世界杯，卡塔尔每年用专门的恒温飞机从美国空运140吨草籽，然后用淡化的海水浇灌球场；每个球场在冬季每天需要10000升淡化水，在夏季每天则需要高达50000升来进行维护。为预防紧急情况，卡塔尔首都多哈北部的一个农场还种植了42.5万平方米的预备草坪，面积相当于40个标准足球场——这部分草坪的用水还没有记录。
2020年12月3日，卡塔尔多哈，工作人员为一处球场浇水。图/视觉中国
对卡塔尔来说，这些有关用水的数据格外重要。卡塔尔全年干旱少雨，年均降雨量不足100毫米。在这一油气资源非常丰富的国家，淡水反而成为一种稀缺资源。为了这次为期28天的大型国际赛事，在当地供水系统工作了7年的中国工程师、中国葛洲坝集团卡塔尔蓄水池项目部负责人王少华告诉《中国新闻周刊》，这里道路、公共交通系统等方面都斥资大量建设，当然，短板的、颇为挑战的供水系统也早有了安排。
卡塔尔：用天然气换淡水
根据世界资源研究所2019年发布的一份分析报告，17个国家的近18亿人正面临水资源危机，未来几年可能会出现严重短缺。这17个国家中，有12个在中东和北非，卡塔尔就是其中一个。
卡塔尔降水量有时会低至82毫米/年，但是蒸发量却为2000毫米/年，人均供水量低于每年人均1000立方米的国际贫水线。世界资源研究所指出，缺水国家水供应本就处在低位，但不断增长的需求正在将各国推入极端压力。
王少华在中东工作了近19年，他告诉《中国新闻周刊》，因为降雨量少、没有河流，这些国家都非常缺乏淡水资源。由于供水不是很稳定，基本上中东国家每家每户都会在房顶上放一个密封的大水缸。另一方面，因为比较富裕，尤其是卡塔尔、阿联酋这种海湾国家，人均用水量却很高。
海湾阿拉伯国家合作委员会（GCC）成员国是全世界水资源消耗最高的国家。GCC简称“海合会”，是波斯湾地区6个国家的政府间国际组织，成员国包括巴林、科威特、阿曼、卡塔尔、沙特阿拉伯和阿联酋。例如，在阿联酋，尽管其每年平均降雨量不到100毫米，人们每天的用水量却达到约500升，比全球平均水平高出50％；在迪拜喷泉展上，每半个小时就有超过83000升水被喷到相当于50层楼的高度。
王少华说，国内北方和南方每人每天用水量大约分别是250升、350升；而在卡塔尔，每人每天用水量能达到500~1000升，除了用来盥洗、洗衣服，大量的水要用于种树、洗车、维护游泳池等。
位于阿拉伯湾西海岸卡塔尔半岛上的卡塔尔，国土面积约1.15万平方公里，大小与青岛市相当，下属行政区为8个自治市。按2021年数据来看，其人口总数为293万人，大约是青岛市的四分之一。
世界杯期间，卡塔尔预计将迎来150万~175万名外国球迷和游客，这接近本国居住者人数的一半。据美联社11月10日报道，世界杯期间，卡塔尔的供水量预计将增加10％。
卡塔尔是面临水资源短缺风险最大的国家，该国严重依赖海水淡化系统。据卡塔尔政府门户网站2020年的信息，该国依赖三个来源供水：淡化的海水、地下水和处理后再利用的水，其淡化水产量在过去二十年翻了两番。根据该国规划和统计部门2019年数据，海水淡化水约占其总供应量的60％，家庭用水几乎都是淡化海水。
目前，全世界大约有1.6万个海水淡化工厂，主要分布在世界各地的海岸线上，但最高产的工厂位于中东国家。
卡塔尔修建的最新一座海水淡化厂是位于多哈南部的乌姆阿尔胡尔火电和海水淡化综合项目，其投资建设成本为27.5亿美元，于2018年投入运营，淡化产能约合61.8万立方米/天，可满足该国30％用水需求。2021年，卡塔尔宣布，乌姆阿尔胡尔将启动扩建项目，届时将满足该国30％的电力需求和40％的淡水需求，是实现卡塔尔水安全的战略性国家项目。
自20世纪50年代海水淡化技术应用以来，海湾阿拉伯国家合作委员会国家一直是这一领域的先锋。目前全世界43％的海水淡化产能来自于这一组织。英国环境、渔业和水产养殖科学中心的中东项目主任威尔·勒奎恩近日在接受《卫报》采访时说，如果把海合会国家的海水淡化能力作为一个整体来看，经处理的海水水量大约是泰晤士河流量的四倍。
根据卡塔尔大学先进材料中心教授哈马杜·拉赫曼等人在2018年发表的文章，卡塔尔最早的海水淡化设施建成于1953年，截至2018年，该国合计有13个海水淡化厂。
全球接近一半海水淡化产能分布在富裕的海湾国家，是因为这些国家完美拥有发展海水淡化技术的几个必要条件：丰富的能源、靠近海水、足够有钱。《纽约时报》2019年的文章中写道，海水淡化在很大程度上仅限于较富裕的国家，尤其是那些化石燃料充足且可以使用海水的国家。而在低收入国家，应用这一技术几乎没有可能。
根据世界银行统计数据，截至2021年，卡塔尔人均GDP为6.1276万美元；根据世界人口综述网站2022年人均GDP总值预测，卡塔尔排名全球第四。
卡塔尔拥有相当丰富的石油和天然气资源。作为OPEC组织第11大原油生产国，卡塔尔原油产量仅占该组织总产量的2％。但卡塔尔是世界第一大液化天然气生产和出口国，其天然气总储量更是排名全球第三，仅次于俄罗斯和伊朗。
天津大学化工学院教授、海水淡化专家王志向《中国新闻周刊》介绍，海水淡化主流技术包括反渗透技术（也叫膜法或者膜技术）、多级闪蒸技术和多效蒸馏技术，后两者都属于蒸馏法，通过加热方式实现脱盐。反渗透海水淡化采用电，通过大型管道从海洋中汲取水，并将水喷射到允许水分子通过、但把盐分子挡在外面的薄膜中，将海水里的盐分子脱掉。
“海水淡化本质上是以能源换取水资源。”王志说，不管是用哪种技术，都需要通过燃烧石油、天然气等能源来获得能量，以实现海水淡化。目前，沙特阿拉伯的海水淡水量约占全球总量五分之一；世界上最大的海水淡化工厂坐落在沙特阿拉伯，每天生产140万立方米的淡化水。但这是有代价的：沙特每天要消耗30万桶原油用于海水淡化。
中国能建葛洲坝集团承建的卡塔尔供水工程E标全景。图/中国能源建设股份有限公司
全球最大的蓄水池项目
自2010年获得世界杯主办权以来，卡塔尔12年间投入2290亿美元，花费约为过往七届世界杯成本总和的5倍。
卡塔尔世界杯组委会负责人哈桑·塔瓦迪表示，2200多亿美元资金大多用于国内的道路、公共交通等基础设施建设，并非只为了世界杯，这些建设也是卡塔尔政府“2030国家愿景”计划的一部分。这一计划于2008年启动，希望推动卡塔尔转变为“可持续发展的先进社会”。
世界杯期间的用水保障问题，也是卡塔尔基建中很重要的一部分。从卡塔尔首都多哈驱车向南大约70公里，小镇阿布拉克拉附近的荒漠中，一个水利枢纽工程已落成，这就是卡塔尔战略蓄水池项目的南端部分。该项目现场总监卡利萨·林加姆今年接受央视采访时表示，这是卡塔尔最重要的水利设施，也是世界上最大的蓄水池建设项目。
2015年起，作为卡塔尔重要的战略民生工程，同时也为2022年世界杯供水，卡塔尔供水工程正式开始建设，包括海水淡化、储存、输送等系统工程。其中战略蓄水池项目共有五个标段，包含15座巨型蓄水池，每座水池长300米，宽150米，高12米，大约相当于9个足球场的面积，单体容量50万立方米，是经吉尼斯世界纪录认证的“世界最大饮用水水池”。
其中的第四标段E标段，包括两座蓄水池以及加压泵站、水质检验中心、备用发电机房和管线等附属工程，由中国葛洲坝集团负责施工。2020年，卡塔尔供水E标项目的两个水池正式投运。距离该项目20分钟车程就有一个举行世界杯赛事的体育场馆。目前，为了保证世界杯期间的供水，这些水池的蓄水量都在85％以上。
王少华说，这一战略蓄水池项目也为了极大改善卡塔尔本国的供水安全问题。他介绍说，卡塔尔在考察周边海湾国家的供水情况后，发现其自身供水保障体系较薄弱。当时，卡塔尔只在老城区有一些小型供水厂，且彼此之间没有管网相连，无法做到综合管理和调配；另一方面，随着卡塔尔城市的发展，供水系统也要进行提前规划。
王少华曾经在科威特工作过7年，也帮助当地建设蓄水池项目。他说，科威特虽然单个蓄水池容量没有卡塔尔这么大，但其长期、有计划地修建水厂，每隔几年就新建一个，再通过管网相连，因此供水系统要比卡塔尔之前的情况好很多。
卡塔尔打算一口气把这个短板补上。最初，卡塔尔计划修建24座水池，不过，2016年，因为油价下跌，该国财政资金受到一定影响，最后削减计划。蓄水池集中分布在5个区域，由四家公司承建。
这一蓄水池项目的建设过程非常波折。2017年6月，沙特阿拉伯、阿联酋、巴林等国指责卡塔尔支持恐怖主义，切断了与卡塔尔的外交、贸易和交通联系。卡塔尔经历了三年半的经济封锁。当时，因为与周边国家断交，卡塔尔海域、航空、陆路都受到管制。王少华所负责项目订购的一些材料、设备运输都受到影响，被延迟交付；因受经济封锁，很多材料、物价、人力成本上涨，一些分包商倒闭，许多原来的合作和履约都被打断。
2019年，蓄水池项目完工。在没有来水的情况下，这些所储存的水也能够满足卡塔尔全国7天的用水量。作为战略蓄水池，除了像世界杯这种特殊时期，平时无需用到设计负荷，但需要在紧急使用的时候立刻运转。这一项目选用的都是世界上最先进的设备和材料，对仪器仪表和控制系统的可靠性要求特别高。
海水淡化会成为未来重要水源
卡塔尔大学先进材料中心教授哈马·杜拉赫曼等人指出，海水的淡化和清洁用水被确定为卡塔尔“2030年国家愿景”规划的主要挑战之一。为实现这一愿景，同时为2022年世界杯做准备，卡塔尔正从能源密集型的热法海水淡化技术转向更清洁、更绿色的反渗透海水淡化工艺。
全球范围内，应用最为广泛的、装机容量最大的海水淡化技术是反渗透，其最主要优点是能耗最低。
近几十年来，随着海水淡化技术发展，尤其是反渗透技术的发展，海水淡化过程效率已经大为提高。根据韩国学者2019年发表的文章，基于70个大型淡化水厂的数据分析显示，目前淡化一吨水需要用到的电依然在3.5~4.5度之间。相比之下，如果使用多级闪蒸技术，目前淡化一吨水大约要12度电。
王志介绍，自从反渗透技术在1990年代大规模应用以来，学界和产业界一直在致力于两个目标：降低能耗、减少污染。早期淡化一吨水，反渗透技术的能耗需10~20度电，现在能控制在5度以内。这是由于，一方面，膜的透过性能一直在提高；另一方面，过程中采用了一种能量回收装置，能够将淡化后产生的高压浓海水的压力进行回收，明显降低海水淡化的能耗。
海水淡化长期以来比较受到争议的一点，在于其对环境的影响。有学者指出，海水淡化过程中会向海洋排放高盐度废液，其中可能包含淡化过程中添加的氯、重金属、消泡剂等化学成分，或危害珊瑚和小型海洋生物。
对此，王志解释，实际上，海水淡化的规模再大，与海洋的海水量相比依然是微不足道的，处理后废弃的高浓度盐水如果不是排放在沿海海域，很快就扩散了，已经证明对海洋环境的影响不大。在海水淡化过程中，的确需要加入一些化学添加剂，以免其被污染。现在，包括他的团队在内的世界各地学者们，正在研究抗污染性能更好的膜材料，这样就不用太多的药剂，减少对生态环境的影响。
2020年，中东地区知名咨询机构东方星球研究公司发布的一份报告指出，到2050年，海合会国家用水需求将达到每年3.37万立方米，但该地区预计未来储量仅为2.58万立方米。该报告认为，该地区需要将水量提高77％才能满足其人口未来30年的需求。
位于阿联酋的纽约大学阿布扎比分校水研究中心主任和工程学教授尼达尔·希拉尔今年3月在中东地区媒体《国际新闻报》发表的文章指出，随着几个新项目的启动，海湾合作委员会国家的海水淡化能力将在未来5年增长37％，将有更多反渗透海水淡化厂建立。
作为中东地区重要研究中心，尼达尔·希拉尔介绍，纽约大学水研究中心的实验室正在开发适合阿拉伯地区海水脱盐的膜材料，更适用于波斯湾海域的海水淡化。同时，基于中东高温干旱的气候条件，当地一些研究机构正在研发太阳能驱动的膜技术，将太阳照射与小型海水淡化系统相结合，可用于向偏远地区供水。
特别关注全球和区域淡水问题的美国加州太平洋研究所名誉主席皮特·格莱克在回复《中国新闻周刊》的邮件中指出，反渗透技术近年来有了很大的改进，已接近达到从海水中脱盐所能需要的最低能量。“我希望新技术能进一步降低这些成本，但我没有抱太大的希望。”
所有国家都必须努力实现用水的供需平衡。不过，皮特·格莱克强调，在建造越来越昂贵的海水淡化厂之前，尽可能减少低效用水，提高用水效率，这是平衡供需最便宜的方法。“我敢肯定，世界杯就像任何一个重大赛事一样，显著地增加了举办国家的资源需求压力。但如果卡塔尔努力让来访者了解水的价值和如何节约用水，并暂时减少国内其他用水需求，同时临时性地扩大储水量，就能保障世界杯期间的供水安全问题。”
在中国，海水淡化技术也在持续发展中。天津大学化工学院教授王志所在的城市，今年5月20日发布了《天津市海水淡化产业发展“十四五”规划》。该文件提出，到2025年，天津海水淡化工程规模达到55万吨/日，海水淡化水年供水量达到1亿立方米左右。
王志告诉《中国新闻周刊》，美国、以色列、日本等国家都是海水淡化技术发展比较好的地方，中国的海水淡化技术也是比较领先的水平，而且一些公司也在拓展海外市场，帮助一些国家承建海水淡化厂。
“海水淡化在中国的需求量也很大。”王志指出，特别是在北方一些缺水的沿海城市，比如青岛、大连、天津，除了“南水北调”的淡水资源，淡化的海水一直都是这些城市经济社会发展的重要水源之一，被称为“第二水源”；而在一些没有淡水河流流经的岛屿，比如舟山群岛，就有很多海水淡化厂。早至2013年，国家发改委就将舟山列为国家首批海水淡化产业发展试点城市，纳入国家海水淡化推进应用示范城市。
实际上，海水淡化技术不仅用于海水，一些内陆地区的苦咸水淡化、工业废水或者生活服务废水的处理与回收利用，都需要用到海水淡化技术进行脱盐。
“随着社会经济的发展，对水资源的需求肯定会上涨。在淡水资源有限的情况下，废水回收并不增加淡水总量，唯一能够带来增量的途径，就是海水淡化。”王志说，随着能源结构调整，未来将会更多依靠风能、太阳能、核能等可再生能源，反渗透海水淡化技术不再需要化石能源驱动，以后会更加环保；与此同时，高能耗也不再是其应用的瓶颈，其在人类淡水资源供应中的地位将会愈加重要。
