深度剖析|光伏:碳中和”第一主角“
發布時間:
2023-01-29
國家近些年大力發展新能源産業,尤其自2020年提出“雙碳”目标後,新能源領域獲得了更大的關注。新能源領域中,光伏表現十分亮眼。2022年7月7日,國際能源署(IEA)發布《光伏全球供應鏈特别報告》,認爲到2025年,在用于光伏組件生産的關鍵部件上,世界将幾乎完全依賴中國。
國家近些年大力發展新能源産業,尤其自2020年提出“雙碳”目标後,新能源領域獲得了更大的關注。新能源領域中,光伏表現十分亮眼。2022年7月7日,國際能源署(IEA)發布《光伏全球供應鏈特别報告》,認爲到2025年,在用于光伏組件生産的關鍵部件上,世界将幾乎完全依賴中國。
光伏制造可大緻分爲多晶矽、矽片、電池片、組件四個環節,2021年中國這四個制造環節的全球産量占比均在75%以上。
中國光伏強到何種程度?光伏是否真值得被如此看好?這個賽道是否具有長期的競争力?近期,千億市值龍頭通威重磅發聲,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,将自身發展路徑和對行業的判斷和盤托出,把光伏新能源講透了。
當清潔能源消費占到未來能源消費的80%以上時,太陽能、風能、水能、核能、氫能以及生物質能将扮演重要的角色。但是,哪一種能源會是其中的支柱?
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清潔能源。
在實現碳中和的道路上,能夠真正充當主角的能源,應該是路徑更短、轉換效率更高、利用相對更方便的太陽能。
本質上,不論是傳統的化石能源,還是風能、水能、生物質能等新能源,都沒有跳脫出太陽本身,隻是太陽能的不同表現形式。
既然太陽能無處不在,那麽将分散的能量彙集起來,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、光熱和光化學的直接轉化。特别是光電轉化,即太陽能光伏發電,是更有前景的能源技術。 第一,技術原理先進 太陽能光伏發電的原理相比于其他能源則更爲簡便快捷。化石能源需要通過燃燒,先轉化爲熱能,然後轉化爲電能。風能、水能需要将風與水的動能轉化爲機械能,再轉化爲電能。
而太陽能是從光子運動直接轉化爲電子運動,是從光到電的直接轉化。這意味着光伏發電的原理簡單、先進。
第二,總量巨大 據估計,地球表面每日接收的太陽能相當于1億桶石油所生産的能量,甚至太陽隻要照射地球一小時,所積蓄的能量就足以供人類消費一年。
而且,這個巨大的火球已沸騰近50億年。據物理學家預測,太陽的壽命約爲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”一詞将太陽能的屬性描述得尤爲準确。相比其他能源,太陽能是更易獲得、更公平的能源。
我國全年日照時數大于2000小時的地區占國土總面積的2/3以上,具有利用太陽能的良好條件。這一點就連以“分布廣”著稱的風能都無法媲美,更不用說石油、煤炭等傳統能源了。
第四,光伏發電最重要原材料的“矽”十分豐富 我國矽資源豐富,青藏高原東北部、江蘇東海、河南偃師、甯夏石嘴山、湖北宜昌、四川樂山及廣元、雲南昭通等地區都存在儲量達千萬噸甚至億噸以上的巨型矽礦,同時全國各地幾乎都發現了高品位含氧化矽礦。
第五,應用場景廣泛 不僅能建設集中型電站,還能通過建設分布式的小型電站,甚至在每家每戶的屋頂安裝電池組件進行發電。在航天航空、交通、農業、建築、軍事、城市照明等多個領域,都可以應用太陽能光伏發電。
甚至在遠離人煙的沙漠、海島,也會因爲有了光伏發電而燈火通明。
這些屬性,決定了太陽能光伏發電擁有巨大的發展潛力。它是當之無愧的清潔能源主角。
10年前,每1KW的光伏發電設備和系統成本爲 3萬~5萬元。随着産業規模的不斷擴大、技術叠代的不斷加快、智能制造的迅速推廣,光伏發電成本下降了90%以上。
未來三五年,1KW的光伏發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電正在被越來越多的國家及其居民接受,它的應用正在全球迅速擴散。
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。
2021年5月11日,國家能源局下發《關于 2021年風電、光伏發電開發建設有關事項的通知》,提出2021年全國風電、光伏發電的發電量占全社會用電量的比重達到11%左右,後續逐年提高,确保2025年非化石能源消費占一次能源消費的比重達到20%左右 ;同時建立保障性并網、市場化并網等多元保障機制,2021年風光保障性并網規模不低于9000萬KW。
有了強大的技術與制造能力、足夠低廉的成本和積極的産業政策後,那麽到2060年,
中國社會到底會有多少光伏?
中國作爲世界上人口更多、經濟總量居全球第二的國家,以及世界第一的能源生産國與消費國,到2060年實現碳中和時,整個能源體系中的光伏占比應該有多大?
人均光伏裝機容量是多少?
回答這些問題不僅爲我國實現碳中和樹立了方向、确定了目标,而且影響着光伏産業的發展,因爲它決定了清潔能源究竟将給我們的社會帶來多大的影響。
《能源生産和消費革命戰略(2016—2030)》提出,到2050年非化石能源在國家能源體系中占比将超過一半。
但業内諸多意見領袖都認爲這個目标還是過于保守,因爲光伏産業的發展是以指數形式增長的。
首先,碳排放将加重溫室效應這一點毋庸置疑,爲應對氣候危機,我們需要同步升級能源結構。
其次,以光伏爲代表的新能源技術同樣适用摩爾定律。
在經過前期鋪墊之後,未來的技術路徑也将呈現指數級發展。到2050年中國的清潔能源占比将遠遠超過50%。
按2060年碳中和的目标節點推算,中國清潔能源的占比至少要達到80%,其中一半将是光伏。在這個前提下,不妨做一道簡單的算術題,算一算到2060年中國究竟需要多少光伏。
中國現在一年消耗石油約5億噸,在全部能源消耗中占18.9%,也就是說如果将能源供給來源全部替換爲石油,我們一年至少需要26.5億噸的石油。
每 100GW 的光伏系統每年生産的電力,相當于0.5億噸石油的等效能量, 所以如果我們現在将26.5億噸石油全部替換爲光伏,需要5300GW 的光伏裝機容量(2020年,我國的光伏裝機容量約爲253GW)。全國約14億人口,人均至少需要 3.8KW的光伏裝機容量。
考慮到未來40年中國社會将全面發展,經濟規模可能會翻一番甚至更多, 現代化水平也将不斷提升,未來人均能源消費量也會迅速增加。 2019年美國人均能源消費量是我國的3.66倍(2019年,中國消費的能源約爲 48.6億噸标準煤,人口約14億 ;美國在 2019 年消費的能源爲41.63億噸标準煤,人口約3.28億)。如果我國在2060年人均能源消費量達到2019年美國的水平,那麽, 到2060年,我國人均至少需要 13.9KW 的光伏裝機容量。
假設2060年在我國的能源結構中光伏占到50%,那麽未來人均至少需要6.95KW的光伏裝機容量。 人均近7KW的光伏裝機容量是一個什麽樣的概念?假設人口總數不變, 每人擁有7KW的光伏裝機容量,那麽屆時中國将會需要累計9800GW 的光伏裝機容量。也就是說,除去已有的約 253GW裝機量,未來40年我們每年至少都需要新增約237GW的光伏裝機容量。
看似繁重的任務對中國光伏産業的發展來說,将是一個巨大的推動力。人均7KW的光伏裝機容量、累計9800GW的光伏裝機容量,将深刻改變中國社會。
中國計劃在2060 年實現碳中和目标,在光伏産業的支撐下預計會提前5~10年實現。
近日,工信部等六部門發布《推動能源電子産業發展的指導意見》。
其中提出,加快智能光伏創新突破,發展高純矽料、大尺寸矽片技術,支持高效低成本晶矽電池生産,推動N型高效電池、柔性薄膜電池、鈣钛礦及疊層電池等先進技術的研發應用,提升規模化量産能力。國泰君安研究報告指出,鈣钛礦太陽能電池理論光電轉換效率高達33%,突破傳統晶矽電池29%的上限,且采取疊層模式後,光電轉換效率有望突破45%,在光伏領域具有誘人前景,有望掀起光伏領域新一輪技術革新。
據了解,光伏電池技術路線較多,目前主流的有三種,分别是晶矽電池、薄膜電池,和鈣钛礦電池。從市場占有率來看,晶矽電池雖然是第一代光伏電池,但仍然占絕大多數,而鈣钛礦電池則一直沒有開啓大規模商用。2022年以來,鈣钛礦電池産業化進程明顯加快,多家企業開始試生産。
據協鑫光電數據,100MW中試線生産的鈣钛礦組件成本爲1元/W,當産能提高至10GW時鈣钛礦組件成本将降至0.5元/W,随着未來産能提升,鈣钛礦組件成本有望進一步降低至0.3-0.4元/W,較目前PERC電池的2元/W的組件成本有明顯優勢。
目前單GW投資額約13億,預計随着技術不斷進步以及規模效應,到2026年鈣钛礦單GW投資額有望下降到6-7億元,未來5年産業投資空間超200億。機構預計,2023年内鈣钛礦太陽能電池行業中試線擴産規模或達1000-1200MW,同比2022年的350MW增長近兩倍。
值得注意的是,多家鈣钛礦電池企業表示,2023年年底将開始規劃建設1GW産線。這些産能投産後,鈣钛礦電池将正式進入大規模商用階段。目前單結鈣钛礦電池已有兩條100MW量産線投産;晶矽鈣钛礦疊層電池有2條試驗線在建;全鈣钛礦疊層電池已有中試線投産;銅铟镓硒鈣钛礦疊層2021年底有研究院及産線投建。與此同時,近兩年鈣钛礦一級市場投資火熱,騰訊、碧桂園及甯德時代等跨界布局鈣钛礦行業。
鈣钛礦電池的商業化路徑方面,業内人士認爲,可以借鑒晶矽電池的“起家”方法,從小的應用場景切入。王小博表示,晶矽電池最初應用于空間設備,之後逐漸進入通信、工業應用,無電地區電力建設領域,最後進入了建築光伏分布式電站、大型地面電站。
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