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1、风电vs光伏能源与科技正面交锋风电 s vs 光伏 能源与科技的正面交锋1. 能源供应侧改革初显成效 近 4 年来，化石能源占全球能源消费比例约为 88%。但随着我国能源消费结构持续优化，碳消费比重下降，自然气、核能和可再生能源比重上升。以风电和光伏为代表的可再生能源发电成本快速走低，加之全球各国在能源转型方面已形成共识，在市场竞争力以及环境成本的双重优势加持下，可再生能源正在能源体系变革中快速成长为一股不行忽视的力气。每一次能源革命都和工业革命一样，代表人类生产方式的巨大进步。 从我国来看，火电虽仍占据主导地位，但无论是发电量占比还是装机容量占比，下降趋势均较为明显：发电量占比从 2010
2、年的 81%下降至 2018 年的 70%，装机容量占比从 2010 年的 73%下降至 2018 年的 61%。与此同时，能源领域的新技术、新材料以及人工智能、大数据等日新月异发展：以风电和光伏为代表的新能源装机规模不断扩大，截至 2018 年底，我国风电装机 1.84 亿千瓦，占全部电力装机的 9.69%，光伏发电装机 1.75 亿千瓦，占全部电力装机的 9.22%。2018年，风电发电量 3,659.60 亿千瓦时，占全部发电量的 5.2%，光伏发电量 1,775.47亿千瓦时，占全部发电量的 2.5%。这是能源供应结构改革的必定结果，同时也代表着能源结构将来的发展方向。 2019 年
3、12 月 16 日，2020 年全国能源工作会议在北京召开。会议总结了 2019年工作成果，部署了 2020 年重点任务。来看讲话中一组重要数据：2019 年，能源系统坚决淘汰落后过剩产能，淘汰关停 2,000 万千瓦煤电机组，十三五去产能任务超额完成;有序发展优质先进产能，主动推动风电、光伏发电无补贴平价上网。截至目前，水、风、光、核等非化石能源装机容量已达 7.99 亿千瓦。 同时，在 2020 年工作重点综述中提到：要优布局、盯重点，切实抓好清洁能源发展和消纳;主动推动陆上风电和光伏发电平价上网，2021 年实现陆上风电全面平价。 总结电源体系过往发展，风电与光伏两种电源已占国内装机容量
4、约 20%，而从每年新增电源装机来看，风电与光伏已超过 50%，而从目前的发展体量和度电成原来看，风电或将领先于光伏与生物质，在可再生能源中首先做到平价。而传统化石能源面临的则是快速淘汰落后产能，并做好化石能源的清洁利用。但总体来说，我国能源供应革命的最终方向并不是化石能源的超低排放，而是实现对环境最大程度友好的低碳的能源供应体系。风电和光伏发电将成为全球能源清洁低碳发展和能源转型的主要推动力。 彭博新能源财经(BNEF)预料，将来新能源发电量占比将持续提升，传统化石能源发电量占比将快速下降。至 2050 年，可再生能源发电量将占全球发电量的64%，其中风电和光伏将占 48%。BNEF 进一步
5、预料至 2050 年，我国可再生能源发电量占比将为 62%，欧洲为 87%、美国为 55%、印度为 75%。 2. 风电与光伏 条条大路通罗马 文章第一部分是对国内能源供应发展形势的简洁介绍，同为非可再生能源，补贴均来源于可再生能源发展基金，看到这里大家可能会想，国内风电和光伏将来的发展分别会是什么态势，政府/电力企业/开发商面对两者又该如何取舍? 我们先从国内可再生能源的发展路径来探个原委： 先看风电产业，2003 年，我国起先第一期陆上风电特许权招标，到 2008 年总共进行了 5 期，自 2009 年起先转向固定上网电价机制;2010 年，我国首轮海上风电特许权招标起先启动，2014 年
6、发布海上风电上网电价。 风电平稳发展十几年，产业相对未有大的波澜，年新增装机量始终在 20GW- 30GW 之间。然而受到标杆上网电价下调的影响，行业于 2015 年出现了抢装，当年新增装机创下了 31.4GW 的新高，而此轮抢装在肯定程度上透支了后几年的新增装机量，2016-2018 年，产业处于装机量爬坡期。2019 年 5 月，几经探讨和征求看法的两份重磅文件(关于完善风电上网电价政策的通知(发改价格2019882 号)及关于 2019 年风电、光伏发电项目建设有关事项的通知国能发新能201949 号)最终下发，行业进入其次轮抢装周期。从 2021 年起，陆上风电将全面领先进入平价。 从
7、海外市场来看，我国通过乘风安排、国家科技攻关安排、863安排以及国债项目和风电特许权项目等，支持风电制造业的技术引进、汲取和再创新，形成具有竞争力的风电装备全产业链，这有利于海外选购加码中国制造。2019年 6 月我国风力发电机组出口金额为 58792 万元，同比增长 46.3%;1-6 月出口金额为 317237 万元，累计增长 187%。 再看光伏产业：2013 年，光伏产业促进政策的出台干脆推动了国内光伏市场的发展，当年我国光伏新增装机 12.92GW，同比增长 269%，超过了截至 2012年底的国内累计装机容量;2016 年光伏上网标杆电价下调，引发630抢装，当年光伏新增装机 31
8、.7GW，同比增长 130%;2017 年，集中式光伏上网电价再次下调，但分布式电价不变，分布式装机大幅增长推动 2017 年我国光伏新增装机53.4GW，同比增长 68%。 作为后起之秀，光伏的崛起本无可厚非，但我们之前提到，光伏与风电补贴均出自全国可再生能源发展基金。光伏装机规模的不断扩张导致可再生能源发展基金补贴缺口不断加大，至此，光伏的发展事实上倒逼了风电进行产业升级。 然而，2017 年以来为了增加成本优势以及打破国外垄断的局面，光伏行业制造端新增投资大幅增加，2018-2019 年处于产能释放周期，供需逆转导致行业进入一段下行周期。目前光伏组件价格调整较多，行业也处于在新一轮大进步
9、的前夜。 2018 年 6 月 1 日，发改委、财政部和能源局发布2018 年光伏发电有关事项的通知(俗称531 新政)，则加速了行业下行周期。此政策对光伏行业产生极大影响，体现在严控装机规模及补贴幅度下滑两个方面。一方面，担心排一般光伏电站建设规模、限制分布式光伏规模在 10GW 左右;另一方面，下调光伏电站标杆上网电价及下调自发自用、余电上网的分布式发电项目度电补贴标准0.05 元/kWh。 依据 531 新政要求，最新三类资源区光伏标杆上网电价分别为 0.5、0.6 和0.7 元/KWh(含税)。从电价来看，目前标杆电价已低于用户侧用电价格区间(0.6-0.9 元/KWh)，用户侧平价上
10、网已在部分地区实现。同时正接近发电侧燃煤脱硫电价区间(0.2-0.4 元/KWh)，处于平价上网前夜。 531 后，国内光伏市场进入冰冻期。不少光伏企业转战国际市场。且随着国内光伏项目接连启动，海外光伏市场需求保持稳定增长。2019 年 1-11 月我国光伏组件出口共计 61.85GW，同比增长 49%。将来全球市场的团队建设、产能布局、渠道建设和资源配比实力等将很大程度确定一家光伏企业在行业中的地位与竞争力。图 1. 各类电源年度新增容量，2015-2018 3. 风电与光伏 一体化代表将来发展趋势 尽管发展历程有诸多相像之处，本质上来说风电和光伏却是两个不甚相同的产业。 由于两者均利用自然
11、资源(风能与光能)，所以两者最本质的差别就在于资源禀赋本身。从下图典型风电场和光伏电站的出力特性就可明显看出，因早晨、黄昏的光照不好，发电量偏低，而晚上无光无法发电，所以光伏的出力曲线大多集中于 9:00-15:00，所以这也是为什么光伏必需搭配火电或储能，才能作为基础能源。而风电的出力则平滑很多，假如风况好，可以更加平滑，且风电场昼夜均可发电。在风况好的海上，利用小时数可以到 4000 小时，相当于一天中半天可达到满发状态(全年满发小时数为 24*365=8760 小时)。 图 2. 某风电场夏季型日出力符合特性曲线图 3. 佛山某光伏电站典型日发电功率曲线 此外，两者最显见的差别是规模不同
12、：陆上风力发电机组单机功率已达到5MW 级，海上则已进入 10MW 级，而单体风场容量过去是 50MW 或 100MW，现在以平价大基地和海上大基地的趋势来看，风场单体容量动辄 300MW 甚至达到 GW 级，以 300MW 陆上风场为例，其投资额约人民币 20-25 亿，而 300MW 的海上风场投资额则达人民币 45-60 亿;而对于光伏电站来说，一个户用屋顶也就 3-5kW，单体项目基本在 10MW，20MW 级，因其占地面积特别大，单体项目容量达 100MW 则已然是特别大的项目了。 此外，风电项目因涉及环节众多，土地，环评，电网接入，地质，压矿等等前期手续繁多，即使几易政策，目前仍是
13、核准制，其前期工作难度高、耗时长，加之其投资规模动辄数亿，所以风电自诞生之日起便自带名贵光环，风电下游投资者 90%为大型发电集团。光伏项目的核准已改为备案制，其项目核准难度及投资规模大大低于风电，所以其参加者则特别多元化，市场充溢活力，这也是光伏企业过去几年能够快速崛起的重要缘由之一。将来光伏的市场仍将主要在分布式(工商业分布式及户用)，这是光伏作为协助性能源所确定的。 最终再从技术角度来看，光伏发电是干脆将太阳能转换成电能，而风电则是将风能转换成机械能，由机械能再转换成电能。究其本质，风电与水电、核电并无不同，均是经由涡轮(turbine)带动发电。 风电因为很大程度上是机械设备，转换效率
14、有其极限。贝茨定律告知我们，志向状况下风能所能转换成动能的极限比值为 16/27，约为 59% ，不断的技术进步也只能使我们往这个极限值靠近。除了提升风能转换效率，行业也在努力下探可开发的风电资源，用更先进的技术降低度电成本，并不断开发出适合超低风速区域的风机，往深海和远海开疆拓土。 光伏与其他电源种类具有完全不同的发展逻辑与内生动力：究其根本，光伏是半导体技术和化学应用。不断开发出新的技术路途，依靠技术提升光电转换率，辅以大规模应用，用新产能的规模效应实现降本。虽说目前的路途下，光伏单晶硅的转化效率仅在 22%左右，但长期来看，其转换效率将不断提升，将来提升到25%也不无可能。 光伏的发展前
15、景也可引人无限遐思，但目前受到技术限制。若其转化效率能增长 10%，这对于人类世界的发展将是颠覆性的。当然，在目前的条件下，有些国家也玩出了新花样。2014 年 11 月，荷兰通了一条太阳能自行车道，耗资 2700万人民币，长度仅 70 米。2016 年，法国生态、可持续发展和能源部部长罗雅尔1 月 20 日在与全法交通管理机构负责人会面时表示，将来 5 年，法国将建立总长 1000 公里的太阳能马路。这算是太阳能板的新铺法吧，由于马路大部分的时间都是暴露在阳光下，把太阳能电池嵌在马路上，上面再覆盖以高强度玻璃。BIPV 亦是光伏将来大规模应用的场景之 我家的墙壁/玻璃会发电。 然而，光伏不能连续出力的特性，使其在储能没有大规模应用之前，不能作为基础能源存在，但风电的发展路径则是通过不断提升利用小时数，逐步替代火电，成为基础能源，信任这也是海外石油巨头，接二连三逐浪海上风电的缘由。相较而言，风电更具有能源属性，而光伏的发展更多是科技带来的可能性，两者应用场景不同，谁也无法替代谁。目前而言，从图 2 和图 3 可以看出，风电和光伏若两者叠加，可获得更为平滑并符合要求用户负荷需求的出力曲线，再搭配肯定容量的储能系统，则可以完全做到根据用户负荷需求释放，风光储一体是对电网更友好的方式。