新能源行业的发展
行业主要上市公司:目前国内新能源行业的上市公司主要有隆基绿能(601012)、晶澳科技(002459)、金风科技(002202)、三峡能源(600905)、晶科科技(601778)、长江电力(600900)和中国中车(601766)等。
本文核心内容:新能源行业市场规模、新能源行业发展现状、新能源行业竞争格局、新能源行业发展前景及趋势。
行业概况
1、定义
新能源又称非常规能源,一般指在新技术基础上,可系统地开发利用的可再生能源,包含了传统能源之外的各种能源形式。一般地说,常规能源是指技术上比较成熟且已被大规模利用的能源,而新能源则通常是指尚未大规模利用、正在积极研究开发的能源。新能源主要包括水能、太阳能、风能、生物质能、地热能等。
根据国家统计局制定的《国民经济行业分类(GB/T
4754-2017)》,新能源行业被归入电力、热力生产和供应业(国统局代码D44)中的电力生产(D441),包含的统计4级代码有D4413(水力发电)、D4415(风力发电)、D4416(太阳能发电)、D4417(生物质能发电)、D4418(其他电力生产)。
2、产业链剖析
新能源行业上游产业主要包括太阳能、光伏、水能和风能等新能源及可再生能源发电设备制造商,以及太阳能、光伏、水能和风能等新能源及可再生能源的组件及零部件制造商。其中:新能源发电设备制造主要包括太阳能发电设备和风力发电机组、可再生能源发电设备等,目前这一领域领先的上市企业有特变电工(600089)、迈为股份(300751)和中国中车(601766)等组件及零部件制造主要包括电力和光伏组件、太阳电池芯片、太阳电池组件、太阳能供电电源、光伏设备及元器件制造等。目前这一领域领先的上市企业有晶澳科技(002459)、天合光能(688599)和通威股份(600438)等。
新能源行业中游作为整条产业链的重要环节,主要包含氢能、光伏发电、风电和水电等能源供应商该领域目前的代表上市企业有隆基绿能(601012)、金风科技(002202)、三峡能源(600905)和长江电力(600900)等
新能源行业的下游产业主要包括新能源汽车、加氢站、充电桩和输变电等公共及个人应用领域。目前在新能源汽车行业,主要上市公司有比亚迪(002594)、上汽集团(600104)、广汽集团(601238)、东风汽车(600006)和北汽蓝谷(600773)等加氢站行业上市公司主要有蓝科高新(601798)、上海电气(601727)和美锦能源(000723)等电动汽车充电桩行业主要上市公司有特锐德(300001)、国电南瑞(600406)和万马股份(002276)等输变电行业上市公司主要有长缆科技(002897)、金杯电工(002553)和平高电气(600312)等。
行业发展历程:行业处在突飞猛进阶段
新能源行业在促进社会经济可持续发展方面发挥了重要作用,根据我国“十五”规划至“十四五”规划期间,国家对新能源行业的支持政策经历了从“加快技术进步和机制创新”到“因地制宜,多元发展”再到“加快壮大新能源产业成为新的发展方向”的变化。
“十五”计划(2001-2005年)时期,国家层面提出加快技术进步和机制创新,推动新能源和可再生能源产业迅速发展从“十一五”规划(2006-2010年)开始,规划提出按照“因地制宜,多元发展”的原则,在继续加快小型水电和农网建设的同时,大力发展适宜村镇、农户使用的风电、生物质能、太阳能等可再生能源“十二五”(2011-2015年)时期,国家层面提出以风能、太阳能、生物质能利用为重点,大力发展可再生能源至“十三五”期间(2016-2020年),合理把握新能源发展节奏,着力消化存量,优化发展增量,新建大型基地或项目应提前落实市场空间到“十四五”时期,根据《关于促进新时代新能源高质量发展的实施方案》,国家在新能源的开发利用模式、加快构建适应新能源占比逐渐提高的新型电力系统、完善新能源项目建设管理、保障新能源发展用地用海需求和财政金融手段支持新能源发展等方面,对我国新能源行业的发展做出了全面指引。
行业政策背景:政策加持,行业发展迅速
近年来,国务院、国家发改委、国家能源局等多部门都陆续印发了支持、规范新能源行业的发展政策,内容涉及新能源行业的发展技术路线、产地建设规范、安全运行规范、能源发展机制和标杆上网电价等内容,2014-2022年6月,我国新能源行业重点政策及政策解读汇总如下:
注:查询时间截至2022年6月20日,下同。
行业发展现状
1、新能源发电装机容量逐年上升
2017-2021年新能源发电装机容量呈逐年上升趋势。2021年,我国新能源发电装机容量达到11.2亿千瓦,占总发电装机容量的47.10%。其中,水电装机3.91亿千瓦(其中抽水蓄能0.36亿千瓦)、风电装机3.28亿千瓦、光伏发电装机3.06亿千瓦、核能发电装机0.55亿千瓦、生物质发电装机0.38亿千瓦。
2、新能源发电量稳步增长
2017-2021年新能源发电量稳步增长,2021年,全国新能源发电量达2.89万亿千瓦时,较2020年增长11.63%,其中,水电13401亿千瓦时,同比下降1.1%风电6526亿千瓦时,同比增长40.5%光伏发电3259亿千瓦时,同比增长25.1%生物质发电1637亿千瓦时,同比增长23.6%。
3、新能源消费量分析
根据《bp世界能源统计年鉴》(2021)数据显示,2016-2020年,中国新能源消费量呈逐年上升的趋势,从2016年的16.2艾焦增长到2020年的23.18艾焦,复合年增长率达到9.37%。前瞻根据中国新能源行业发展态势初步核算得到,2021年中国新能源行业消费量约为25艾焦。
4、新能源行业消纳情况分析
2022年1月,全国新能源消纳监测预警中心发布2021年12月全国新能源并网消纳情况,其中风电利用率达到100%的省市有北京、天津、上海、江苏、浙江、安徽、福建、湖北、重庆、四川、西藏、广东、广西和海南光伏利用率达到100%的省市有北京、上海、江苏、浙江、安徽、福建、湖北、重庆、四川、广东、广西、海南、江西和湖南。
5、新能源发电占总发电比重逐年递增
根据中国电力企业联合会公布的数据显示,2017-2020年中国新能源发电占总发电比重呈逐年上升的趋势。2020年,中国新能源发电占总发电比重为34.9%,比2017年增长了5.3个百分点2021年,中国新能源发电占总发电比重达到35.6%,同比提高0.7个百分点。
行业竞争格局
因目前新能源行业可量化指标较多,故行业竞争格局中的区域竞争部分仅以:各省份可再生能源电力消纳占全社会用电量的比重进行比较企业竞争格局以:2021年各光伏企业光伏组件出货量2021年各风力发电企业新增装机容量和累计装机容量进行对比2020年各水力发电企业水电装机总量及水电发电量进行对比。
1、区域竞争:青海、四川和云南位列新能源行业第一竞争梯队
根据2021年6月国家能源局发布的《2020年度全国可再生能源电力发展监测评价报告》,30个省(区、市)中,可再生能源电力消纳占全社会用电量的比重超过80%以上的3个,分别为青海、四川和云南40-80%的6个,分别为甘肃、重庆、湖南、广西、湖北和贵州20-40%的10个,分别为上海、广东、吉林、宁夏、江西、陕西、黑龙江、新疆、河南和内蒙古小于20%的11个,分别为浙江、福建、山西、安徽、辽宁、江苏、北京、海南、天津、河北和山东。
注:截至2022年6月22日,国家能源局尚未发布2021年全国可再生能源电力发展监测评价报告。
2、企业竞争格局分析
(1)光伏行业竞争格局
根据PV-Tech发布的《2021年全球组件供应商top10》,以光伏组件出货量来看,2021年光伏组件出货量前十名厂商中,中国企业包揽八席,隆基绿能、天合光能、晶澳科技依次位居2021年组件出货量全球排名前三,光伏组件出货量分别为38.52GW、24.80GW和24.069GW。据PV-Tech介绍,2021年全球光伏行业实现跨越式发展,光伏行业整体产能和出货量均超过190GW前十大组件供应商出货量超过160吉瓦,市场份额超过90%。
(2)风力发电行业竞争格局
中国可再生能源学会风能专业委员会发布的《2021年中国风电吊装容量统计简报》数据显示,新增装机容量方面,2021年中国风电市场有新增装机的整机制造企业共17家,新增装机容量5592万千瓦,排名前5家市场份额合计为69.3%,排名前10家市场份额合计为95.1%累计装机容量方面,2021年前5家整机制造企业累计装机市场份额合计达为57.3%,前10家整机制造企业累计装机市场份额合计达到81.8%其中,金风科技累计装机容量超过8000万千瓦,占国内市场的23.4%远景能源和明阳智能累计装机容量均超过3000万千瓦,占比分别为11.1%和9.6%。
(3)水力发电行业竞争格局
因存在严格的行政准入门槛、资金门槛和技术门槛等,目前,我国水电行业运营企业的数量不多,主要大型集团包括:长江电力、华能集团、华电集团、大唐集团、国家电投和国家能源等。根据企业的公开数据以及国家统计局数据计算,2020年按在水电装机总容量分析,长江电力的市场份额达12.32%,其余五大集团的市占率均在5-7.5%之间。按照水电发电量分析,长江电力的市场份额达16.75%,其余五大集团的市占率均在5.5-8.5%之间。
注:截至2022年6月22日,除大唐集团外的其他五大能源集团均为公布2021年社会责任报告,故此处仅以2020年数据为例,对我国水电行业市场竞争格局进行分析。
行业发展前景及趋势预测
1、“十四五”时期保障新能源发展用地用海需求,财政金融手段支持新能源发展
近年来,我国以风电、光伏发电为代表的新能源发展成效显著,装机规模稳居全球首位,发电量占比稳步提升,成本快速下降,已基本进入平价无补贴发展的新阶段。同时,新能源开发利用仍存在电力系统对大规模高比例新能源接网和消纳的适应性不足、土地资源约束明显等制约因素。2022年5月14日,国家发展改革委、国家能源局发布《关于促进新时代新能源高质量发展的实施方案》(以下简称“《实施方案》”)《实施方案》在新能源的开发利用模式、加快构建适应新能源占比逐渐提高的新型电力系统、完善新能源项目建设管理、保障新能源发展用地用海需求和财政金融手段支持新能源发展等方面做出了全面指引:
《实施方案》坚持统筹新能源开发和利用,坚持分布式和集中式并举,突出模式和制度创新,在四个方面提出了新能源开发利用的举措,推动全民参与和共享发展:
传统电力系统是以化石能源为主来打造规划设计理念和调度运行规则等。实现碳达峰碳中和,必须加快构建新型电力系统,适应新能源比例持续提高的要求,在规划理念革新、硬件设施配置、运行方式变革、体制机制创新上做系统性安排:
鉴于新能源项目点多面广、单体规模小、建设周期短等,《实施方案》立足新能源项目建设的规模化、市场化发展需求,继续深化“放管服”改革,重点在简化管理程序、提升服务水平上:
经过多年发展,我国已经形成了较为完善并具有一定优势的新能源产业链体系。新形势下,我国新能源产业必须强化创新驱动,统筹发展与安全,促进形成以国内大循环为主体、国内国际双循环相互促进的新发展格局。为此,《实施方案》从提升技术创新能力、保障产业链供应链安全、提高国际化水平等方面支持引导新能源产业健康有序发展:
与传统能源相比,新能源能量密度较低,占地面积大。随着新能源规模快速扩大,土地资源已经成为影响新能源发展的重要因素。《实施方案》进一步强化新能源发展用地用海保障,通过明确用地管理政策、规范税费征收、提高空间资源利用率、推广生态修复类新能源项目等措施,推动解决制约新能源行业发展的用地困境:
“十四五”风光等主要新能源已实现平价无补贴上网,财政政策支持的方向和模式需要与时俱进,金融支持政策力度需要加大,进一步发挥财政、金融政策的作用。《实施方案》提出三方面政策举措:
2、“十四五”新能源行业发展趋势:基础设施建设能力显著提高,向国际一流水平迈进
作为绿色低碳能源,新能源是我国多轮驱动能源供应体系的重要组成部分,对于改善能源结构、保护生态环境、应对气候变化、实现经济社会可持续发展具有重要意义。
“十四五”期间,新能源发电新增装机容量将成为我国发电新增装机容量增量的主体新能源为主体的新型电力系统加快形成并且新型储能进入规模化发展阶段:
国家能源局新能源和可再生能源司司长李创军表示,在“十三五”的基础上,“十四五”期间可再生能源年均装机规模还将有大幅度的提升,到“十四五”末可再生能源的发电装机占我国电力总装机的比例将超过50%,据此,前瞻初步预测至2025年末,我国新能源装机容量可达到17亿千瓦,至2027年末,我国新能源装机容量或将达到21亿千瓦。
随着新能源装机量的稳步增长,预计至2027年我国光伏、风能、水能、火电等新能源发电量也将随之进一步高增,前瞻根据近年来我国新能源发电量以及新能源行业发展趋势初步预测至2025年末,我国新能源发电量可达到4.28万亿千瓦时,至2027年末,新能源发电量或将突破5.20万亿千瓦时。
更多本行业研究分析详见前瞻产业研究院《中国新能源行业发展前景与投资战略规划分析报告》。
在上篇《终极能源来了!氢能的政策风口吹完了吗?》中,我们主要梳理了主要国家的氢能政策和战略重点发展方向。比如,德国等欧盟国家侧重于发展绿氢,沙特等中东国家同时发展蓝氢和绿氢,美国强调氢燃料电池的应用,重点发展氢燃料重卡。接下来我们先来了解一下基本的氢能的分类和氢能产业链。
根据生产过程中碳排放量的强度,可将氢气分为化石能源直接制取的“灰氢”、化石能源+二氧化碳捕集与封存制取的“蓝氢”和通过可再生能源、核能电解水制取而成的“绿氢”。
根据中国煤炭工业协会公开数据显示,2020年中国氢气产量超过2500万吨,其中煤制氢所产氢气占62%、天然气制氢占19%,工业副产气制氢占18%,电解水制氢占1%左右。从全球来看,目前使用最多的制氢方法是天然气制氢,占比达到48%,其次为石油制氢,占比30%,煤制氢占18%,电解水制氢占比4%,同样占比很低。
不管是我国3060碳达峰、碳中和的目标,还是欧盟等国促进绿氢发展的战略,绿氢的发展才是长期发展的战略方向。预计到2060年,我们国家以可再生能源制取的绿氢将达到80%。但是,绿氢生产成本的下降需要一个过程,不仅需要光伏、风电等可再生能源的成本进一步下降,也需要制氢的电解槽的成本大幅下降。因此,由灰氢到绿氢的转换过程不可能快速、直接的迭代。而蓝氢作为灰氢向绿氢的过渡阶段,其发展主要取决于碳捕捉和碳封存技术的发展和成本的下降。但是,现在有一些科学家发现蓝氢在降低二氧化碳排放方面,并没有比灰氢好多少,排放量大约只低于灰氢9%-12%。世界主要氢能发展国家对于蓝氢的态度差异较大,鉴于我们国家目前的氢能来源占比和发展阶段,蓝氢应该会作为一个重点。
氢能产业链包含从上游制氢、中游的储氢、运氢到下游的用氢等环节。制氢环节中,电解水制氢获得的是绿氢,化石燃料制氢和工业副产氢如果加入了碳捕捉和封存(CCS)装置,则是蓝氢,如果未经此环节,则产出的是灰氢。
除了煤制氢和天然气制氢,工业副产氢是我国第三大氢气来源,也是我国本身的产业基础具备条件,适合发展的制氢方式。工业副产氢包含焦炉煤气副产氢、氯碱工业副产氢、合成氨副产氢和丙烷脱氢副产氢。
比如氢能概念股的龙头 美锦能源 就是以焦炉煤气制氢为基础,然后在产业链上打造加氢站和氢燃料电池的全线产业链。
滨化股份具有1.6万吨氯碱工业副产氢的产能,同时还在建设PDH项目,将会有2.3万吨丙烷脱氢副产氢。此外,金能 科技 、万华化学和金发 科技 等都有一定的工业副产氢作为副产品。
从碳中和的长期要求来看,要达到零排放,电解水制氢是未来发展的主要方向。目前,在可再生能源电解水制氢路线上布局的主要有隆基股份、阳光电源和宝丰能源。
和其他能源和燃料相比,氢气的储运难度较大、成本占比明显偏大,这也是制约氢气成本难以大幅下降的主要因素。在上中下游各环节,上游制氢和下游用氢相对来说都比较成熟,而中游储运是制约氢能大规模发展的重要原因。
氢气的储运方式分为气态、液态和固态三种。从技术成熟度来看,高压气态储氢最为常用。与之对应的运输方式,包括长管拖车和管道两种。高压储氢的安全性高,技术相对简单,但由于氢气能量密度小,其储氢量非常低,长管拖车更适用于用氢量不大、近距离运输的时候。管道储运在长距离运输中会形成成本优势,但管道建设成本大,初始投资高。
为解决能量密度小的问题,全球都在研发低温液态储氢,其具有储氢密度高等特点,储存方式和储存石油类似,运输液氢可减少车辆运输频次、提高加氢站单站供应能量,适用于用氢量大、远距离运输的情况。但液态储运氢也有短板,比如氢气液化成本高,长时间存放会出现氢气逃逸现象。在我国,低温液态储运氢主要运用于军事和航天领域,民用领域由于受到法规限制,目前无法应用。
固态储氢是以金属氢化物、化学氢化物或纳米材料等作为储氢载体, 通过化学吸附和物理吸附的方式实现氢的存储。固态储氢密度更高,但是成本也更高,技术更复杂,目前还比较难商业化。
根据中国氢能联盟发布的《中国氢能源及燃料电池产业白皮书(2019年版)》(下称《白皮书》),长管拖车、固体储运成本可观,经济距离却不超过150公里;液态储运经济距离大于200公里,成本在所有方式中最高;管道运输成本最低,经济距离超过500公里。
气态储氢方式中储氢瓶是重要的一环,国内公司 中材 科技 率先研发完成国内最大容积320L氢气瓶,并已投入市场。除了320L瓶,其他氢气瓶产品规格种类齐全,从1.5L到385L全覆盖。此外,目前中材 科技 的70MPa Ⅳ型瓶产线正在建设,年产能1万只,预计2021年底完成,2022年上半年取得证书,主要针对海外市场销售。
氢气液化方面,国内发展比较滞后,根据氢气液化的概念股中泰股份上周在投资者提问时的回答:目前公司已具备氢液化核心设备板翅式换热器的设计及制造技术,整套氢液化工艺流程仍在积极研发中。另一深冷概念股深冷股份早几日也公开提示公司还没有氢能方面的营收。
加氢站是氢产业链的重要一环,然而,由于氢燃料电池 汽车 还没有实现大规模商用,而且加氢站的投资巨大,目前建设成本和运营成本远远高于传统加油站、加气站。在产业发展初期,建独立加氢站不具有经济性,从投资者的角度,可以回避这种重资产、高投资并将长期亏损的产业链环节。
燃料电池系统是个复杂的系统,其中以电堆系统最为重要。除了电池电堆以外,还有供氢系统、供气系统、水热管理系统。从价值量来看,电堆系统占比最大,达45-50%,其次是空压机,占比25%左右。而在电堆中又以催化剂、双极板和质子交换膜的价值量占比大,这些核心材料和技术仍然与欧美存在一定差距。
催化剂在整个燃料电池系统成本中占到大约18%,而且这个核心材料仍然依靠进口,目前还没有一家企业能做到催化剂的国产化。 贵研铂业 属于前瞻性布局燃料电池铂极催化剂的企业,而且被列入工信部第二批专精特新“小巨人”企业。但即便是作为铂极催化剂的领头企业,贵研铂业近日在投资者互动平台表示:截至目前,公司氢燃料电池铂极催化剂尚在实验室阶段,目前没有商品化产品。
和催化剂的情况类似,在双极板、质子交换膜等领域,国内的材料与技术目前与国际先进水平还存在一定差距,国产化的进程刚刚开始,从技术突破和降低成本的角度还有很长的路要走。
电池电堆和燃料电池整体系统方面,亿华通、潍柴动力、新源动力和美锦能源持股的国鸿氢能占据市场主导地位。此前我们专门写过燃料电池系统,此处不多说。
欢迎回顾亿华通的个股报告:【被外资买爆的氢燃料电池企业!同样有雷?】
欢迎回顾潍柴动力的个股报告:【勇敢外卷,中国高端制造之光】
一、主流的新能源指数有哪些?
中证新能源指数(399808)、中证新能源汽车产业指数(930997)、国证新能源汽车指数(399417)、中证新能源汽车指数(399976)、国证新能源电池指数(980032)是目前主流的5只新能源系列指数,各自均有跟踪的指数基金。
(来源:Wind、好买基金研究中心;截至2021.6.23)
中证新能源汽车指数(简称中证新能源车):以中证全指为样本空间,选取涉及锂电池、充电桩、新能源整车等业务的上市公司股票作为成份股,以反映新能源汽车相关上市公司的整体表现。按过去一年日均总市值由高到低排名,选取排名前50的证券作为指数样本,权重上限为10%。
国证新能源车电池指数(简称新能源车):选取A股市场中新能源车电池产业相关上市公司,业务领域属于涉及新能源车电池(正负极材料、电解液、隔膜等)、新能源车电池管理系统及新能源车充电桩等。根据市值和成交金额综合排名,选出50只股票作为指数样本股,权重上限为10%。
中证新能源汽车产业指数(简称CS新能车):以中证全指为样本空间,选取涉及新能源汽车产业的上市公司作为成分股,具体包括整车、充电桩、锂电设备、电机电控、电池材料、电芯电池组、配套设备以及相关上游材料等。按过去一年日均成交金额排名,取位于样本空间前90%的所有股票,权重上限为10%。
国证新能源车指数(简称新能源车):挑选整车、电池材料、上游材料、电机电控和充电桩等新能源产业链相关的上市公司为样本空间。根据市值和成交金额综合排名,选出50只股票作为指数样本股,权重上限为5%。
中证新能源指数(简称中证新能):以中证全指为样本空间,选取涉及可再生能源生产、新能源应用、新能源存储以及新能源交互设备等业务的上市公司股票作为成份股,按过去一年日均总市值由高到低排名,选取排名在前80的证券作为指数样本,权重上限为10%。
二、5只新能源指数主要区别在哪?
如果光从5只指数的编制方式和权重股名单来看,除了中证新能源指数,其它4只十分接近。从前十大个股权重来看,中证新能源汽车指数占比最高,国证新能源车指数占比最低。
(来源:Wind、好买基金研究中心;截至2021.6.23)
我们知道,新能源分上、中、下游,上游为材料公司(如正负极材料、隔膜、电解液、锂、钴、镍等),中游为核心零部件公司(如电池、电机、电控等),下游为整车公司。
目前这5只指数成分股基本都包括上中下游公司,不过在比例上各有所偏斜。比如我们从名字就能看出,国证新能源车电池指数更偏向中上游,中证新能源汽车指数更偏向全产业链。
当前我国在新能源产业链下游整车领域面临的竞争异常激烈,但中上游,尤其是电池领域相对优势突出,而且需求的确定性很强,比如创业板第一只市值破万亿的上市公司,就是做新能源电池的。
2、其实严格来说目前市面上是没有专门的储能基金可以购买的,但是有的基金里面的重仓股票是会有储能或者跟光伏、新能源相关的股票。比如说:012680购买了36万股上能电气,并且它的投资方向主要是光伏产业链,所以也算是储能概率相关的基金了。
3、有的基金其实就是相当于基金经理集合投资者的基金去购买多只股票,如果股票涨了,那么相对应的基金也会涨,如果股票跌了,基金也会跌,是同一个道理。
4、另外,新能源、光伏等板块与储能是息息相关,投资者可以退而求其次购买这些行业的基金。比如说:009147建信新能源行业,主要投资的新能源相关的上市公司,也符合储能的主题。
拓展资料:
1、储能是什么意思?
储能汉语的意思就是储藏的能源,而现在的储能大多数都是指起步阶段的储存电能或者新能源,对新能源和可再生能源的研究和开发,寻求提高能源利用率的先进方法。
对于中国一个能源生产和消费的大国来说,如果想要大力发展新能源,必须发展配套的储能产业,因为不管是光伏还是风电,受季节和气候的影响比较大,如果没有储能设备,就会出现用电高峰期缺电,低峰期电能浪费,只有提前储存起来才能起到稳定供能的效果。
2、什么是储能板块?
储能板块是指那些从事储能相关产业的上市公司。
储能产业链上游为电池的基础材料,中游是储能制造端,下游是储能应用端。上游主要包括正负极材料、隔膜、电解液和电子元器件等原材料的生产。中游主要包括储能电池、电池管理系统、能源管理系统、储能变流器以及系统集成业务等。下游的应用场景主要分为发电侧、电网侧。
——写在挪威“未来能源解决方案”专题片拍摄组来我集团拍摄
前两天看了一则新闻报道,说英国新经济基金会通过计算发现,10月9日这一天人类已用尽了本年度地球能提供的资源份额,开始“透支”地球资源了。在过去20多年里,人类一直在透支着地球的资源,而且这种资源透支正在加速。
1987年,人类是在12月19日用尽了当年的资源份额;1995年,这一天提前到了11月21日;进入21世纪后不久,这一天又提前到了10月份。萨里大学的可持续发展专家杰克逊说,“生态赤字的不断积累将最终导致生态危机,我们不知道全球气候和鱼类资源中的某些系统什么时候会崩溃,但我们知道,这种崩溃将非常有可能发生。”。看完报道我突然想起,10月9日,也正是这天,挪威Tellus影视制作公司导演Eric、摄影师Hans、记者Mari一行三人到我集团,进行纪录片“1-1-1”中国部分的拍摄,该纪录片的主题是:在未来25年常规能源日渐枯竭的情况下,世界各国将怎样来应对?
这两件事不是简单的巧合,只能表明人类对资源的透支正加剧着各国对全球资源的掠夺,掠夺又反向作用资源的透支,我们这一代人进入了为资源“恐惶”却又“疯狂”的状况。地球现有资源特别是能源牵动着世界经济的神经,世界也正在思考着对未来生态的应对,英国在警告,挪威在关注,中国在行动。
对资源的“奋斗”,人类从开始的掠夺到保护,再到“节流”和“开源”并举,新能源利用已经成为能源发展的趋势。挪威电视台本次拍摄记录片,主要就是展示目前新能源利用技术及替代常规能源的解决方案、发展方向等,预期未来世界的能源解决方案。可再生能源行业的发展与利用一直困扰世界,西方发达国家可再生能源行业发展进入了“扶持-发展-萎缩-再扶持-再发展”的怪圈,直到中国在短短的10年时间悄然成为了世界太阳能热利用的大国,用10年时间完成了可再生能源产业大规模商业化推广并建立了完全创新发展的模式,为全球能源环境危机提供最佳的解决方案(目前中国是世界最大的太阳能生产国和消费国,总保有量达到8000万平方米,总保有量占世界的76%,覆盖约4000万家庭的2亿人口。推广太阳能总量折合电力装机容量6000兆瓦,相当于节约标准煤1.75亿多吨,减排各类污染物总计达1.7亿吨。皇明10年推广量1000万多平方米,2005年推广量达到200万平方米,比欧盟的总和,比北美两倍还多,节约标准煤2300万吨,减排各类污染物净2300万吨……)。
拼资源换增长,牺牲生态环境来维持经济发展的思路和模式已走到尽头,生态恶化、资源面临枯竭已经形成中国可持续发展的雷区。”“生态赤字”和“财政赤字”一样,应当引起政府重视,不能再以牺牲环境寻求单纯的经济发展。中科院可
持续发展战略研究组组长牛文元在接受记者采访时强烈呼吁。
在每年出版发行的中国科学院可持续发展报告中,牛文元用大量的调查数据阐述他的观点,“经过20多年的经济高速增长在很大程度上是建立在资源过度消耗甚至浪费的基础之上,而且往往以牺牲环境为代价。”
中国的GDP数字里有相当一部分是靠牺牲后代的机会获得的。中国每创造1美元所消耗的能源,是美国的4.3倍,德国和法国的7.7倍,日本的11.5倍。我国消耗了全球31%、30%、27%和40%的原煤、铁矿石、钢材、水泥,创造出的GDP却不足全球的4%。
就是说,2003年中国贡献了世界经济总量的不到4%,对钢材、水泥等材料的消耗却占到全球总量的1/3左右。
“如果不改变目前高消耗高污染的增长方式,中国将没有足够的资源和环境容量来支持今后的发展。”
牛文元说,循环经济的本质就是生态经济,它是以极小资源环境成本,获取最大经济社会效益,全面实现新型工业化道路的目标。牛文元提出,要建立四大国家补偿制度,其中一条就是要求建立国家生态补偿制度。牛文元认为,在广大的国土范围内,一些地区是生态屏障区,一些地区是生态受益区,生态受益区应当在享受生态效益时拿出合理的收益部分,对于生态保护区实施补偿。比如大江大河的上、中、下游河段之间的生态补偿机制,为确保上游对中游、下游提供水质、水量都符合生态原则的水资源,这样在中游和下游的发展中,就应拿出一个合理的份额对中游和上游的保护实施补偿。
利用传统化石能源的过程直接影响地球的环境,使大气和水资源遭受严重污染,带来雾霾、酸雨、温室效应和臭氧层破坏等环境灾难。大气中主要的五种污染物是:氮氧化物(如NO与NO2)、二氧化硫(SO2)、各种悬浮颗粒物、一氧化碳(CO)和碳氢化合物(如CH4、C2H6、C2H4等)。其来源主要有三个方面:①煤、石油等化石燃料的燃烧;②汽车排放的废气;③工业生产(如各种化工厂、炼焦厂等)产生的废气,而其中燃烧化石燃料的火力发电厂是最大的固定污染源。越来越多证据表明极端高温、洪水和干旱与全球气候变暖有关,碳排放被认为是罪魁祸首。1952年冬天雾霾笼罩伦敦,一周之内4000人死于重度的空气污染。近年来,我国多个地区频繁发生雾霾,一些城市的雾霾天数已达100天以上,个别城市甚至超过200天。我国雾霾天气除去地形风力风向等客观原因外,在燃煤、机动车排放、沙尘和建筑扬尘等众多人为因素中,不合理的能源结构,特别是燃煤过度排放,是加剧雾霾天气的重要原因。有数据显示,在我国城市PM2.5构成中,燃煤排放占比达50%-60%;还有机动车燃油排放,占比为20%左右。我国煤炭消费占能源消费总量的67%,占全球煤炭消费量的40%,且仍以年均5%的速度增长。
改革开放三十多年来,我们经济社会进步成就巨大,同时我们对资源和环境的透支也空前巨大。日益严重的雾霾不仅在生理上,甚至在心理上也逐渐成为影响人民生活的“负能量”,有时人们对蓝天白云的期盼不亚于对锦衣美食的期盼。PM2.5在国内大中城市的高企时刻提醒着人们,环境的承载已到极限。而新能源具有清洁、绿色、无污染、可再生的优点,大力发展新能源可有效减少对煤炭的需求,2012年,全国各类可再生能源发电量总计达到10061亿千瓦时,节省近3.3亿吨标准煤,如能实现“十二五”规划中的全国风电及太阳能装机目标,便可每年减煤8655万吨。发展新能源是应对气候变化、改善生态环境的重要举措,有利于优化我国的能源结构,控制碳排放量,减少环境污染。大力发展新能源可以逐步改善以煤炭为主的能源结构,促进常规能源资源更加合理有效地利用,缓解与能源相关的环境污染问题,使我国能源、经济与环境协调发展,实现可持续发展的目标。曾经是主要燃料的煤炭,在今天欧洲一次能源结构中只有15%的份额,而新兴的可再生能源的占比已接近20%。与此形成鲜明对比的是我国可再生能源比重尚不足10%,且弃风、弃水问题突出。因此,加快转变能源利用方式,优化能源结构,是应对雾霾之困、解决环境污染问题的优选之策。
二、培育新的经济增长点,拉动经济增长
新能源产业作为新兴产业,不仅在节能减排和环境保护方面具有重要的战略意义,而且在培育经济新增长点方面也带来了巨大的发展空间。通过对新能源的开发,各国可以完善新的能源产业链,提供从上游、中游到下游一揽子的就业机会,助力各国的经济发展。2008年爆发的全球经济危机对世界经济格局产生重大冲击,在全球经济危机影响下,在能源发展方式面临着新转变的情况下,越来越多的国家致力于发展新能源,并将新能源的发展与恢复经济、提振信心紧密结合起来,积极发展清洁、高效、可持续的“绿色能源”。新能源在全球金融危机时期面临着最好的发展机遇,也成为全球经济实现新一轮发展的主导力量之一。大力发展新能源也是优化我国经济结构的现实选择,加快发展新能源不仅可以优化能源供应结构、促进能源资源节约、提高能源转化效率,而且能够带动我国产业结构优化,有利于保持经济长期平稳较快发展。更为重要的是,发展新能源可以培育新的优势产业,推动科技创新,建立以企业为主体、产学研相结合的低碳技术创新与成果转化体系,形成基于高科技含量和规模经济的新型产业竞争优势。新能源项目具有经济体量大的特点,能有效拉动当地财政收入和GDP,每投资建设100兆瓦太阳能电池组件,就能为当地产出30亿出口额。
三、缓解常规能源供给不足、保证能源可持续供应
目前常规化石能源均面临资源短缺、供应不足的问题。据世界能源会议统计,世界已探明可采煤炭储量共计15980亿吨,预计还可开采200年。探明可采石油储量共计1211亿吨,预计还可开采30~40年。探明可采天然气储量共计119万亿立方米,预计还可开采60年。作为发展核裂变能的主要原料之一的铀,世界上已探明的铀储量约490万吨,钍储量约275万吨,可用2400~2800年。我国化石能源的可开采年限更短,我国煤炭1000米以浅保有储量约1万亿吨,其中探明可采储量1145亿吨,可以开采使用100年;而石油可采储量只有38亿吨,可采年限仅20年;天然气总资源量为38万亿立方米,探明剩余可采储量可开采37年。必须指出的是,煤炭、石油等直接燃烧用来生产电能与热能实在太可惜了,且不说可能带来的环境污染,它们还是很好的化工原料。国际能源机构一项权威报告显示,未来几年,全球对石油的需求将以每年1%的速度增长,2030年将达到1.05亿桶/天。照此发展下去,20年内全球平均气温将上升6摄氏度,会对环境造成无法弥补的伤害。传统化石能源在一天天减少的同时,新能源中的大部分品种,如太阳能、风电等,却能“取之不尽,用之不竭”,随着世界范围的能源短缺,以及人们对环境保护的日益重视,开发新能源以替代不断枯竭的传统化石能源已迫在眉睫。
四、服务新农村建设、提高群众生活质量
风电产业和太阳能发电可以解决我国偏远地区的用电用能问题,对于消灭无电县和基本解决无电人口的供电问题有重大的作用。同时,秸秆发电、沼气燃料等生物质能的应用有助于实现农村电气化目标,进一步改善我国农村及城镇生产、生活用能的条件。2012年全国沼气年产量150多亿立方米,折合2500多万吨标准煤,各类生物质能年利用量3000万吨标准煤。新能源建筑应用面积快速增长,有效降低了建筑能耗,截至2012年底我国太阳能热水器总集热面积2.58亿平方米,浅层地热能应用面积3亿平方米。由此可见,发展新能源可以充分利用我国的土地资源、调整能源结构,有利于服务三农产业,调整我国农作物结构,为农民开辟增收途径,促进农业的发展,还可促进新兴工业的生产和发展。可见,在我国扩大新能源产业,可加快社会主义新农村建设,提高群众生活质量,产生巨大的社会效益和经济效益。
2007年下旬,国际油价已上升至100美元一桶;虽说美元疲软、中东政局不稳是其中不可轻视的诱因,但世界能源日益短缺是更不能逃避的问题!有研寒报告指出:石油会在41年后枯竭,天然气会在67年后耗尽;煤矿是比较丰富的资源,还可用192年;但煤却是三者之中二氧化碳排放量最多的,是温室效应的最大元凶。
其实能源短缺已不是今天才发生的事,具有远见的国家,例如日本及德国,它们居安思危,除了意识到能源枯竭的问题外,更考虑到石油这种资源是地区性的:地球上只在有限的几个地区才拥有石油这种珍贵的资源,而这种珍贵的能源其实是掌握在某几个国家手中的。为了尽早摆脱依赖产油国的状况,它们早在数十年前已着手开发新能源,并选择了再生能源②为发展的重点。到了近20年,各国在研究再生能源上都取得了成果,其中太阳能发电产业的发展更是一日千里。所谓太阳能发电,就是把光能转化为电能的一种技术。太阳能发电或许在现今还未能十分普及,但我们发现,它有着无限的潜力。现今的石化能源价格日渐昂贵,加上石化能源所排放的污染物正不断威胁我们居住的环境;而太阳能用之不竭,几乎不产生任何污染。我们预计太阳能在未来将会是其中一种最有效及最常用的能源。
从2000年开始,基于太阳能发电技术的日趋成熟,人们生态环保的意识亦渐渐增强,加上各国政府政策上的推动,太阳能发电产业正步入高速增长期。根据调查显示,太阳能发电产业在过去五年的平均增长率超过40%!借这个太阳能发电产业的春风,各国企业都如雨后春_般跑到这个朝阳行业来;其间企业与企业之间的竞争、并购过程非常激烈。我们对太阳能发电行业的产业链进行了仔细研究,通过剖析原材料生产、加工、制造、装嵌、推广以至销售等等,我们发现太阳能发电产业的行业本质是如何把太阳能发电技术融入生活。先介绍太阳能发电行业的概况,然后会从太阳能发电技术的发展及供应链管理去详细剖析行业的本质——解释龙头企业如何应用及发展太阳能发电技术,从而把太阳能带进我们的生活;接着,我们以不同的企业去印证太阳能发电行业的本质;最后,我们将为这个行业的研究做个总结。
一、太阳能发电的优势
太阳能属于再生能源。目前常见的再生能源主要有风能、水能、太阳能和地热,其中,太阳能是总体上最可利用的再生能源。与风能相比,太阳能稳定性较强,受季节、季风影响较小。与水能相比,太阳能地理位置局限性较小。地热跟水能一样,受到位置的局限性,而且有足够的地热可以发电地方并不多。
太阳能发电还有以下优点:属于可再生能源,不必担心能源枯竭。太阳能本身并不会给地球增加热负荷。运行过程稳定、低污染、无噪声。所产生的电力既可供家庭单独使用,也可并入电网供大众使用。太阳能发电产品用途广泛,例如,可安装于建筑物、衣服和运输工具上使用。
二、太阳能发电产业的历史及现状
利用太阳能的发展自2000年起慢慢起步,过去5年世界平均年增长超过40%。其中日本的发展尤为迅速,太阳能的利用在该国受到很大的重视。
在20世纪90年代初期,全世界太阳能电池的产量在100MW之下。当时日本已经是全球最大的太阳能电池生产国,1990年的年产量为16.8MW,占全球产量的:36.1%,紧随其后的是美国和欧洲,分别占全球产量的31.8%及21.9%。我们可以推断,早在20年前,日本已大力推广太阳能发电技术了。到了20世纪90年代末,太阳能电池的全球产量已飙升至287.7MW,比1990年的产量足足增长了6倍,年均增长率达20%!更惊人的是,从2000年至2006年这6年间,太阳能电池的年产量又增加了9倍:从2000年的287.7MW到2006年的2500MW,年均增长率超过40%!要留意的是,时至今日,日本依然是全球最大的太阳能电池生产国,在2006年占全球产量的37.1%。由此可见,日本仍保持着20年前的领先地位,而且其领先地位更加稳固了,与其他国家相比,优势愈来愈大。相比之下,美国就给人以原地踏步的感觉:1990年它的市场占有率为31.8%,到了2006年已缩减至8.1%。从这个现象我们可以知道,各国政府对太阳能发电产业有着不同的态度和目标。而事实上,在国家政策上,我们发现日本的资助计划的确比美国更加全面。日本在太阳能发电产业的领导地位可以说是毋庸置疑。
太阳能发电产业链分上、中、下游三个部分。上游事业包括提炼太阳能级硅、制造硅棒和硅碇、切割硅片;中游企业负责制造电池;下游则着重装嵌电池模块及销售太阳能发电系统。太阳能发电产业是典型的金字塔模式:即上游的企业数量比较少,从事中游业务的企业数量比上游多,而下游企业的数目也最多。原因很简单:在产业的上、中、下游三个部分中,上游业务所需要的技术、成本都是最高的。正因为如此,进人上游业务的门坎相对中游及下游业务要高得多。图3-3显示了典型的金字塔模式。
在最顶的部分是晶体硅(在这里我们用多晶硅来做例子)的制造,属于最上游的业务。从事多晶硅提炼的企业全球大概有8家,而其中前5强的企业产量占整个行业的85%!从事硅片制造的企业大概有18家,其中前5强的企业产量占整个行业的60%。太阳能电池制造商超过85家,前5强企业的产量占全行业的55%。太阳能电池模块制造商更多,超过130家,前5强企业的产量占整个行业的比例只有50%。最后,系统安装商无疑最多,可达数百家。所以,我们说太阳能发电产业的确是典型的金字塔模式。
就提炼太阳能级硅来说,美国HSC和挪威REC是其中的佼佼者;硅棒和硅碇制造及硅片切割的代表则有日本京瓷(Kyocem)和日本夏普(SHARP);而日本夏普更是制造太阳能电池的龙头企业,紧随其后的是德国Q-Cells和日本京瓷。而下游的市场则比较分散,除了德国SMA占整个下游的不足20%外,其余企业的市场占有率都不太突出。我们会集中讨论中游部分:太阳能电池制造商。
根据2006年的资料,太阳能电池制造商五强依次是日本夏普、德国Q-Cells,日本京瓷、中国尚德电力(Suntech Power)及日本三洋(Sanyo)。我们看到,2006年的五强中日本企业占了3家,这正印证了日本在太阳能发电产业领导群雄的地位。我们以日本夏普、德国及中国尚德电力作为本章的重点案例。为了集中讨论世界的太阳能发电行业,而不要变成只研究日本太阳能发电行业的报告,我们把日本京瓷公司的内容从本章剔除。而我们的确从不同国家的企业身上找到它们符合行业本质的线索,而这就是它们从竞争激烈的行业中脱颖而出的原因。日本夏普的业务涉及硅棒、硅碇的制造,太阳能电池的制造及装嵌;德国Q-Cells把资源集中在太阳能电池的制造;而中国尚德电力则主要是制造太阳能电池及模块装嵌。我们会仔细研究它们在企业策略上的取向,了解它们成功之处。在本章的最后部分,我们将以日本夏普、中国尚德电力及德国Q-Cells作为案例,让读者能从案例中了解太阳能发电行业的本质。
三、太阳能发电技术
太阳能发电技术是将太阳能转化为电力的技术。当太阳光照射在P型半导体和N型半导体之间时,基于物理效应,电极之间就会产生电压。只要把P型半导体和N型半导体连接起来,就能把得到的电流传送到其他地方(即发电)。虽说太阳能电池的设计日新月异,但硅系太阳能电池都是运用了这一基本原理。电池主要分为数层,其中最要紧的是N型及P型半导体,其他的涂层主要作用是保护、支持电池。目前,太阳能发电技术的应用有联网和离网两类。联网意即与地方电网连接,将所产生之电力供应给地方电网。这使得依赖太阳能发电的地方需要24小时运作,因为晚间没有阳光,用电可向地方电网购买。这可解决太阳能技术在没有阳光时的难题。离网意即不与地方电网连接,通过与蓄电池连接,可将日间产生的电力储蓄起来供晚间使用。离网主要应用于偏远地区或固定电网未能到达的地区,这可使当地人过上拥有电力的生活。离网太阳能发电技术对中国偏远农村发展现代化农业具有重要意义。
国际能源处的数据显示,2006年世界前十大太阳能电池生产商中,日本生产商占4名、德国生产商占3名、中国占2名、英国占1名。这说明,在太阳能发电技术上,日本和德国占有领导地位。厂商方面,日本夏普占全世界生产份额的17.4%、德国Q-Cells占10.1%。中国尚德电力是唯一能进入前10名的中国内地公司。在2006年,它的市场份额占全世界的6.3%。到了今天,虽说太阳能发电行业正步人强劲的增长期,但太阳能还不能取代传统石化能源,原因是太阳能发电成本太高。以我国为例:以煤发电,每度电成本为0.2~0.3元人民币;水力发电每度电成本为0.2元人民币;太阳能发电每度电成本为2元人民币,故降低成本是推广太阳能发电技术的关键。
行业本质
太阳能行业的本质是融入生活。在解释行业本质前,让我们先了解这个行业特别的产业链在整条产业链上,各厂商利用整合生产开发(IPD)和整合供应链(ISC)去追随这个行业的本质,最终达到行业领先的地位。现以整合生产开发和整合供应链两方面去分析行业本质及其重要性。
—、整合生产开发(IPD)1.IPD的概念
首先我们看看什么是整合生产开发(Integrated Product Development,IPD)。在传统的产品开发过程当中,各部门各自运作。产品设计部门开发出来的产品不一定完全符合市场需要,釆购部门对新产品所需的材料不一定有完善的供应计划,生产部对于新产品不一定有一套完整的工序。产品设计部设计出来的“新”产品,到了消费者手中,可能已是一种完全不同的产品了。IPD的概念在美国最先兴起,目的是为了优化开发新产品的流程。IPD针对各部门在开发新产品中不协调的情况,把产品开发的程序与市场需要、企业策略以及材料供应相结合。推行IPD首先确认市场需要,如以太阳能发电行业为例,各企业认定市场的要求是融入生活;然后制定企业策略,如日本夏普推行自家的技术研究,德国Q-Cells则着重与其他企业合作或通过并购取得技术;最后把生产程序以及材料供应等等元素加入设计新产品的过程当中,从而使新产品面世后既能符合市场需要,又能以最短的时间生产并拿到消费者手中。
2.太阳能发电的困难及未来
让我们想一想,太阳能发电至今为止都需要政府进行各种补贴,其中一个最大的原因是发电成本极高。如前所述,在现今国内,太阳能发电的平均成本为每度电2元人民币,水电及火电每度电却只需要0.2~0.3元人民币。消费者现在所付出的电费为0.6~0.8元人民币。太阳能发电需要如此巨大的成本,如果没有政府的补贴,消费者到底要付多少钱呢?
虽说各国政府已意识到发展新能源的迫切性,并实行了一系列的补贴计划以推动太阳能发电。但归根结底,太阳能发电之所以尚未普及,很大程度上是因为技术不够成熟,发电成本还不足以使太阳能发电融入社会每个阶层的生活。在太阳能发电产业价值链中的每一个阶段、每一个制造程序,尤其是属于上游的硅材料提炼阶段,成本仍然偏高。成功的太阳能发电企业当然意识到这个症结所在,于是为了降低成本,各大企业研发的研发,并购的并购,务求在最短的时间里得到最新的技术,在众多的企业中领先其他对手,以获得支配整个行业的地位。以下,我们把太阳能发电的技术、困难以及未来逐一进行探讨。太阳能发电技术可分为四代,简介如下:第一代为硅系太阳能电池,现有产品为单晶硅和多晶硅太阳能电池,其转换效率(即将太阳能转化为电力的效率)最高。由于第一代电池的发展技术已相当成熟,故现在市场上超过90%之太阳能发电均使用第一代技术。
第二代为多元化合物薄膜太阳能电池,现有产品为:非晶硅薄膜太阳能电池、碲化镉、砷化镓III-V化合物和铜铟镓硒。由于其厚度比传统太阳能电池薄,故原料需求量少。由于这是新技术,故普及程度不高。
第三代太阳能电池包括:聚合物多层修饰电极型电池、光电化学电池、聚合物、纳米晶、染料敏化太阳能电池。此技术的特点是不依赖于传统的PN结分离光生电荷,但相比第二代技术,第三代技术的普及程度更低。
第四代太阳能电池包括:纳米晶化学太阳能电池、多光谱太阳能电池。多光谱太阳能电池能吸收红外线光谱部分热量使太阳能电池更有效。但此新技术仍在实验室试验阶段。
(1)第一代太阳能电池的问题
第一代的太阳能电池主要以硅为材料,而硅料则是由石英砂提炼而成。第一个步骤是把石英砂通过数个程序制成晶硅。晶硅主要可分为单晶硅及多晶硅,在提炼过程中进行晶体提拉可形成单晶硅,进行晶体铸造可形成多晶硅。单晶硅和多晶硅两者都是硅,只是晶体间的排列方式不同罢了。单晶硅的组成原子均按照一定的规则周期性地排列;多晶硅的硅原子堆积方式不止一种,它是由多种不同排列方向的单晶所组成。制成晶硅以后,再加热把晶硅制成晶圆、硅锭,然后进行切割切成一块块薄薄的硅片。有了硅片,就有了太阳能发电的基础。太阳能电池生产商把薄薄的硅片加以排列、加工、合成以制成太阳能电池。到了这里,以后的程序就比较简单了。模块生产商把太阳能电池组成不同的排列,加上转换器等装置,制成电池模块。太阳能电池模块已是能独立运作的“小型系统”了,如果把大量的小型系统连合起来,就是用来发电的大型联网系统。这个制造流程是现今最常见、最成熟的生产技术,可以说是第一代的太阳能电池制造技术。但它的缺点就是太阳能电池不能普及的最大障碍:提炼成本昂贵!
为什么昂贵呢?在生产“晶硅”的过程当中,需要加热至1900℃以加速相应的化学作用;接下来的晶圆制造,亦需要额外加热至1400℃。单单是头两个工序已经极其消耗能源!以现今技术来说,一片晶圆直径大概为200μm(微米),即0.0002m。但当中只有2μm有发电的效应。换句话说,一片晶圆中只有1%的硅材料有用,其余99%的硅材料都是浪费掉的!此外,太阳能电池模块体积又大又笨重,由此可见,太阳能发电的应用范围亦会比较狭窄。在种种不同的条件限制下,加上不断上升的硅材料价格,第一代太阳能电池的制造成本居高不下。
(2)第一代太阳能电池的演变
看过了第一代太阳能电池的制造流程,我们发现,如要减低成本,可以从三方面着手:减低在生产太阳能电池过程中所损耗的材料;改善太阳能电池设计以提升转换效率;研发新的太阳能发电技术。A.减少耗材发电效应只在晶圆表面2μm的地方进行,所以晶圆厚度愈少,所浪费的硅材料也就愈少。根据德国Q-Cells的年报,它们的晶圆厚度已由2003年的300μm,改进到2006年的200μm。而在未来数年,晶圆的厚度可望进一步减少。其次是使用新研发的技术减少硅材料的消耗。例如德国Q-Cells通过与Evergreen Solar合组企业EverQ GmbH,获得了的丝带状硅晶提拉技术。如前文提及,常规生产硅片技术是基于能源密集型铸造、加工和切割大型硅块的技术,制造过程并不环保而且会消耗硅材料。丝带状硅晶提拉技术可帮助减低在加热时所消耗的能源及硅料的浪费。它的制造工艺是从一个小型硅熔炉(图3-8的下部)中提拉硅片,从而制成200μm~300μm厚的晶硅薄片,然后再切成小段硅片。故此,省去了硅棒切片的步骤,显然,这种新研发的技术可减少硅材料的损失。况且此技术只需小规模加热即可,因此可以减少能源消耗。
丝带状硅晶技术是源自自然科学的“表面张力”概念。简单来说,制作一个丝带状硅晶就像制作一个肥皂泡——水的表面张力将冼剂液制成泡泡。Evergreen Solar用两条耐热平行金属线垂直通过一个小型硅溶炉,其中间形成一层薄的硅晶,并向上提拉。过程是连续的,提拉出来的丝带状硅晶可切成小段,然后进一步加工成太阳能电池。这是小型硅熔炉实际情况,两片丝带状硅晶正在提拉中。提拉速度是每分钟约1英寸。将来提高产能的发展是可同时提拉多条硅晶带。
B.提升太阳能发电转换效率
另一项有效减低成本的方法便是改善太阳能电池的设计,继而提升太阳能发电的效率。例如中国尚德电力研究出了专利“PLUTO”技术。在2006年测试生产中,单晶硅太阳能电池的转换效率已达18%~19%,并可望于2008年达到20%,与实验室中的极限25%愈来愈近。然而,转换效率的提升如何帮助太阳能电池融入生活当中?作为最终使用太阳能发电技术的终端客户,要使太阳能发电系统安置到我们家中,最直接的方法是让我们消费者能够清楚计算出太阳能发电可替我们节省多少金钱。毕竟,能否节省金钱对消费者来说最容易理解,亦最有说服力!在此我们首先介绍还付期的计算,并从转换效率对还付期进行灵敏度分析去证明转换效率的重要性。“还付期”是指一个太阳能发电系统需要运作多少年时间,才能让节省下来的电费总和与整个系统的安装成本相等。方程式是这样的:
还付期=太阳能发电系统成本/每年节省的电费举个例子:美国加州旧金山某住宅的太阳能发电系统价格为16357美元,每年所节省的电费为1070美元。那么还付期大约是15年。由于目前已运作的太阳能发电系统中,太阳能电池转换效率普遍为15%,因此我们从15%的转换效率开始分析,如转换效率每增加1%,在其他条件保持不变的情况下,还付期会有怎样的改变呢?这代表当转换效率在增加的时候,还付期是会相对减少的。如果太阳能电池制造商能把转换效率由15%提升至化%,那还付期则可减少0.9年。所以中国尚德电力利用“PLUTO”技术把太阳能电池转换效率由15%增加至20%,那还付期便能由15年缩减至11.3年,下降达25%。如果转换效率由15%增强至30%,那么还付期会减少50%,从15年缩短至7.5年。如未来有技术突破,能把能量转换效率提升至50%,那么,还付期更能骤减至4.5年!根据研究所得,消费者一般可以接受3至5年的还付期。无可置疑,还付期的减少是吸引更多的消费者使用太阳能发电系统的关键。另一方面,利用光学技术也能提升转换效率至35%。我们将简略介绍这方面的技术。
在太阳能电池顶部加上菲涅尔透镜,将80%~90%的太阳光线聚焦于太阳能电池上,使每个太阳能电池能接受更多光能,而太阳能电池则使用了一种被称为“III-V化合物”的材料去增加转换效率。太阳能电池转换效率高达35%,相比普通太阳能电池转换效率增加了2倍。因为新增的透镜是普通光学玻璃,所以额外增加的成本是非常低的。这种技术可以有效地提升转换效率。然而,这技术亦有弊端,它不能使用分散的阳光,即是它要求光线垂直射于菲涅尔透镜上。为了使太阳能电池能持续并直接接受太阳光的照射,它需要一个机械跟踪系统使太阳能电池系统能调整到能与太阳精确对应的位置。这将增加整个系统的维修成本和造成额外的维修问题。另一方面,当太阳能电池在高能量光线下工作的时候,会产生高温,因此需要散热片去说明散热,但这额外装置将令成本进一步增加。同时,由于太阳能电池长时间在高温之下运作,令电池加速老化,对电池的可靠性造成问题,这将显著减低太阳能电池的寿命。所以说,没有更新的技术突破,提高太阳能发电转换效率是不容易的。
C.研发新技术
第一代太阳能电池技术是硅片型太阳能电池,如前所述,所需的能源和材料都很多。因为近年硅料的暂时短缺,迫使厂商利用其他可减少使用硅的技术,甚至是不用硅做原料的太阳能电池技术。因而我们开始使用第二代太阳能电池技术——薄膜技术。
a.薄膜太阳能电池
薄膜太阳能电池是在便宜的基板上(如廉价的玻璃、不锈钢或塑料)沉积一层可产生太阳能发电效应的薄膜,厚度只需数微米。目前薄膜太阳能电池从材料上可分为三类:硅基薄膜电池、化合物半导体薄膜电池和染料敏化的光化学太阳能电池。其中又只有非晶硅(a-Si)、碲化镉(CdTe)和铜铟镓硒(CIGS)已商业化。非晶硅(a-Si)是硅基薄膜电池,而碲化镉(CdTe)和铜铟镓硒则是化合物半导体薄膜电池。非晶硅在众多薄膜技术中研究时间最长,市场占有率达64%,市场份额最大。在其余的两种化合物薄膜技术中,碲化镉有26%的市场份额并正在急剧增加。铜铟镓硒也占有10%的份额市场。但铟及碲是稀有金属,蕴藏量有限;镉是有毒物质,并且研究时问尚短,故采用这两种技术的电池制造商很少。
类型 2005年薄膜市场份额 特点
非晶硅(a-S) 64% 它的研究进行时间最长,可能是3个技术中最为人所能理解的材料,商业化的时间也是最长的。碲化镉(CdTe) 26% 虽然镉是有毒的,但其市场份额正在急剧增加。该产品商业化的时间也较长。铜铟镓硒(CIGS) 10% 在理论上是最具潜力的,转换效率也较髙,但现阶段技术掌握不足,因此开发商较少非晶硅是指硅原子的排列非常紊乱,它是以电浆式化学气相沉积法,在玻璃等的基板上成长厚度约1μm的非晶硅薄膜。它对于可见光谱的吸光能力很强,所以只需要薄薄的一层非晶硅就可以把光子的能量有效地吸收。第一代传统太阳能电池所用的晶圆厚度要200~300μm,非晶硅太阳能电池硅材料节省达200倍!可是非晶硅的太阳能发电转换效率非常低,只有6%~7%,而且长时间光照会令转换效率大幅降低,导致电池可靠性不高。不过,以多结式(Mulitjunction)结构为基础的太阳能电池可改善非晶硅太阳能电池的缺点。
如今,日本夏普就在制造多结式薄膜太阳能电池。夏普在传统迭式两层薄膜电池(一层非晶硅加上一层微晶硅)的基础上,成功开发了新的迭式三层薄膜电池(两层非晶硅加上一层微晶硅),并能大量生产。这新结构令薄膜电池的转换效率从11%增加到13%,模块转换效率从8.6%增加到10%。另一方面,碲化镉和铜钢镓硒并不是以硅作原材料,它们都是化合物半导体。碲化镉目前在实验室中的转换效率可达16%,而商业成品的转换效率大约是11%。但是因碲的天然蕴藏量有限,未必能支持太阳能电池的需求量。镉是各国管制的高污染性重金属,因此,该技术的发展受到限制。铜铟镓硒在实验室的转换效率亦很高,可达19%。但与碲一样,铟的天然蕴藏量也很有限。
薄膜技术不仅具有减少甚至不倚赖硅料的优点,而且不需要经过高耗能的提炼过程,亦可以减少能源的损耗。关于耗能,在太阳能发电产业中,很多时候都用EPBT(能源回收期,Energy Pay-Back Time)来量化制造太阳能电池所损耗的能源。EPBT的意思是,需要多少年的时间才可让该太阳能发电系统所产生的能量与制造该系统所消耗的能量相等。
太阳能电池技术 EPBT/年 系统生产能源比制造该系统所需能源/倍
单晶硅 2.7 10
多晶硅 2.2 12
丝带晶硅 1.7 16
碲化镉 1 27
如果各类电池所能生产的能源都是相同的,那么最短的能源回收期是碲化镉薄膜电池,为期1年。而最长则是单晶硅的能源回收期,为2.7年。第三列的数字代表该系统可产生的能源是制造该系统所需能源的多少倍。单晶硅的太阳能发电系统可生产的全部能量只是制造该系统所用能量的10倍;而碲化镉最高可达27倍。这代表制造碲化镉的能源消耗是最少的,而制造单晶硅的能源所需是最多的。这是因为,单晶硅在提炼硅料及提拉晶体时都要耗费大量能源。
薄膜技术还有其他好处,它能以卷动的形式生产大面积太阳能电池。如图3-12,薄膜技术以好像是打印的方式将感光材料沉积在大面积的塑料上,因而可生产大面积的太阳能电池,几乎可以满足任何形态的产品使用。如可在不锈钢上喷上薄膜;将之安装在汽车外壳;也可把薄膜涂在玻璃上,既作装饰,又能发电;更广泛的应用是把薄膜配搭在建筑物料上或将其预先融入建筑物料中。图3-13显示的是太阳能电池结合地面砖照明(MPV)。虽然它的太阳能转换效率远比第一代硅系太阳能电池低,基于薄膜太阳能电池的种种优点,仍有不少研究单位和厂商在进行新材料或生产流程的研发,期望能改善薄膜技术种种的缺点。无论如何,它的用途及灵活性足以使它成为未来太阳能发展的新方向。
b.第三代和第四代太阳能电池
第三代和第四代太阳能电池多在研究阶段,还未能够完全商业化。但第三代及第四代的太阳能电池的概念却非常清楚:把太阳能发电效应推广至更多材料中,使得太阳能发电不受原料限制,能将其融入社会不同阶层的生活中。
C.各大企业的技术取向
我们知道提升太阳能电池技术是产业本质,可大大帮助减低成本,实现太阳能发电的低价格化,使更多消费者愿意利用太阳能发电。但怎样达到提升技术的目标,各大企业却各显神通:业界的龙头日本夏普自行研发客户所需技术,例如BIPV,把薄膜技术融入到建筑材料里。德国Q-Cells着重从控制及并购其他公司而得到不同的技术,例如和瑞典Silbro AB合组公司取得铜铟镓硒薄膜技术。而中国尚德电力集中资源去提升太阳能电池转换效率:发展“PLUTO”专利技术,期望单晶硅的发电效率在2008年达至20%。各大企业的取向或许不一样,但殊途同归,都是为了提高太阳能电池技术,把太阳能发电成本降低,争取让太阳能发电融入生活。
二、整合供应链(ISC)
前面,我们谈过了太阳能发电产业的IPD,并得出这样的结论:技术改进是最重要的。但在太阳能发电产业里,除了技术的稳固,还需要供应链的灵活性以实践融入生活。整合供应链便是从整个供应链中选取最重要的步骤并加以管理,提高工作效率从而使企业得益.
新能源汽车的影响是什么?
新能源汽车的出现将对世界能源产业的格局产生重大影响。能源领域的颠覆和变革浪潮将会像15年前的互联网浪潮一样改变世界。
当今世界,能源格局正在经历深刻调整:
新一轮能源革命已经开始。世界自然基金会在2015年12月的巴黎气候变化大会上发布报告称,全球能源行业正在发生几大变化。化石能源的末日已经开始,越来越多的国家转向发展可再生能源。
所有以能源为主要成本的行业都会大幅降价:
世界上大部分物质资源会更丰富,贬值。依据是光伏、太阳能、风能、核能等可再生新能源将是主要能源,并且随着技术进步,价格会不断下降,一起拉低其他能源行业的价格。近年来,核能和新型可再生能源产业发展迅速,技术进步导致各种成本不断下降。随着电力成本的不断降低和充电桩等相关基础设施的不断完善,新能源汽车尤其是电动汽车将迎来更快的发展。反过来,新能源汽车的快速发展将加速世界能源产业格局的变化。求“利”避“害”是资本的本性。面对油价下跌、能源格局不断变化等因素,投资者势必会退出石油等传统能源行业,转向新能源及其支撑的新产业,如电动汽车充电,以保证资金安全,实现资金投资增值。
新能源汽车的上游产业有什么?
新能源汽车的上游产业有锂、钴、镍、锰矿资源、聚烯烃、稀土、铁矿石、电池等。
上游行业具体介绍:
上游主要为中游的车辆制造提供原材料和零配件。原材料包括锂、钴等矿产资源。正极材料、负极材料、电解质、隔膜等。共同构成电芯和电池组;;动力电池、驱动电机和电控是整车的核心部件。
新能源汽车的优势:
为了节约燃料能源,一般使用天然气、石油气、氢气和电力作为动力。减少废气排放,有效保护环境。电动汽车不会产生废气和污染。氢能汽车尾气是水,对环境没有污染。因为基本上是零排放,所以也在限值范围之外。效率高。一般来说,新能源汽车采用新技术和新结构,使其效率更高。
新能源汽车的影响是什么?@2019