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          行業動態

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          “風光儲電力”有望超過“煤油氣發電”?

          • 河南伊正電氣設備有限公司
          • 發布時間:2020-12-9 10:30:38
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          什么是碳中和:

          碳中和是指企業、團體或個人測算在一定時間內直接或間接產生的溫室氣體排放總量,通過植樹造林、節能減排等形式,以抵消自身產生的二氧化碳排放量,實現二氧化碳零排放

           

          我國確定碳中和目標:

          2030年左右二氧化碳排放達到峰值

          2060年前實現碳中和

          對此,實現碳中和需新增投資約138萬億元、碳中和撬動70萬億綠色基礎設施投資等聲音不絕于耳。可以預見的是,碳中和將開啟百萬億左右的市場。

          碳中和與電力行業的關系

          分行業來看,電力行業碳排放量最多,占比達41%;其次是建筑和工業,占比31%;交通行業占比28%

          降碳的首要措施是提能效、降能耗,把上述領域的總能源消耗降下來,特別是要抑制不合理需求。

          中國工程院原副院長杜祥琬強調,數字化技術、儲能技術和調峰技術可以把非化石能源變成穩定輸出的優質電源,將在實現能源替代、降低化石能源比例的過程中發揮重要作用。

          煤電何去何從?

          煤炭是碳排放強度最大的化石能源。全球能源互聯網發展合作組織發布的數據顯示,煤電產生的二氧化碳排放占全國總排放量的43%,是未來減碳的最大主體。

          在碳中和目標下,煤電未來的定位應該是,總量逐步減少,功能向調節性電源轉變。煤電裝機2025年達峰11億千瓦后,逐步減少至20359.1億千瓦、20504億千瓦左右。煤電將主要發揮輔助服務、保障靈活性和可靠性等作用。

          承擔替代煤油氣發電第一重任的是風光儲電力”?

          在水能、核能、光伏、風電、生物質等電力能源供給中,我們認為風光儲電力是替代煤油氣發電的核心力量。而水能、核能、生物質等能源在未來40年內較難成為替代化石能源的主力。

          之所以下此定論,主要是從能源的九大特征來看。所謂能源的九大特征是指:充足性、清潔性、獨立性、和平性、安全性、經濟性、時間可移動性、空間可移動性、能量密集性。一種能源形式要想成為未來100年人類的第一大主力能源,必須要解決的問題是:

          (1)在以上九大屬性中沒有不可解決的致命缺陷項。

          (2)在九大屬性上,綜合而言超過石油、煤炭、天然氣等化石能源發電。

          (3)有一個強大的國家支持、主導該能源的發展。

          1.為什么不是水電與核電?

          其中,從充足性的角度而言,陸地水資源的利用在全球看來已經發展得較為充分。可以大規模開發的水資源已經越來越少,而面臨人類未來40年從27萬億度用電量增長至90萬億度用電量(假設年均3%,對應100億人口人均9000度電),水能在供給量上擔當不起第一主力能源的重任。

          從安全性的角度看,核電生產在嚴格按照規章流程操作、在不出現大級別地震海嘯的情況下是較為安全的。但是,誰又能100%的保證小概率事件一定不發生呢?因此,從2011年日本福島核事故以后,出于對人民生命的尊重與保護,核電行業在各國的發展都出現了減緩甚至是倒退。在疫情面前,中國帶頭踐行人民至上、生命至上理念”;在能源利用這一重要問題上,更應如此。因此,若要大規模發展核電并將核電作為替代石油、煤炭、天然氣的人類第一主力能源,從安全的角度看,似乎與當今世界的潮流與趨勢并不符合。

          基于上述兩方面,水電和核電分別在其充足性、安全性上的缺陷導致其一票否決,不能成為來為100年的人類第一大主力能源。

          2.風光電力是否有致命性的缺陷?

          相比水電、核電,風光電力的主要缺陷是:經濟性、時間可移動性、能量密集性。(注:所有的電力能源都在空間可移動性上較弱,在電力供給結構討論中,不討論此問題。)

          從經濟性的角度看,經過過去二十年來的快速技術進步與降本,當前風光電力已經在全球范圍內實現了不考慮電力約束補償前提下的平價上網。光伏、風電的度電成本在全球不同輻照度、不同化石能源價格的地區,陸續低于火電。

          時間可移動性是在未來5-10年內,風光電力需要著重去解決的方向。解決的方法就是發展儲能。當風光儲電力的經濟性低于0.37/kWh的度電售價,我們認為,風光電力就已經具備了滿足時間可移動條件下的經濟性SOLARZOOM新能源智庫認為,風光電力要“100%增量替代化石能源發電,要做到發電裝機保有量:儲能裝機保有量≈1W1-2Wh”的比例;風光電力要“100%存量替代化石能源發電,要做到發電裝機保有量:儲能裝機保有量≥5Wh”的比例。換言之,一個1W光伏+5Wh儲能的發電系統,若能做到6/單位以下,每W發電量能在單面PERC組件的基礎上提升20%,同時電站投資的要求IRR低于4.5%”,這三大條件同時成立的情況下,全球將實現光儲電力經電力約束補償后的具備時間可移動特征的平價上網。當前的水平,距離這個要求還有大約5-10年左右的差距。

          從能量密集性的角度看,風電光伏的能量密度雖然遠遠低于化石能源,但畢竟占地還是比較有限的。在當前的技術水平下,1平方公里實施100MW光伏項目是完全沒有問題的,而風電的能量密度至少是光伏的3倍以上。未來,隨著疊層電池的發展,每平方公里的光伏裝機量一定是不斷提升。若以平均的200MW/平方公里來測算,為了滿足2060年風光儲電力100%替代石油、煤炭、天然氣發電,要實現大約57000GW的全球裝機保有量,其占地面積將近30萬平方公里,占到地球陸地面積1.5億平方公里的比例約為0.2%。我們知道,光伏和風電對于土地地質的要求是極低的,在一個城市周邊200-300公里內的任何戈壁、荒漠、閑置土地都可以實施光伏,而在高壓條件下200-300公里輸電的成本不足電力生產成本的10%。因此,能量密集性這一缺陷完全不能構成阻礙光伏產業長期發展的致命性缺陷。

          有了儲能的配合且達到風光儲電力平價后,風光電力相比其他電力能源,將沒有致命性的缺陷(第一個條件滿足)。而相比石油、煤炭、天然氣在其他非電力場景下(比如,移動用能設施場景)的應用,還存在空間可移動性不足的缺陷。這就需要電池技術+充電網絡的構建來加以彌補,從而實現電能替代。在這里,由于我們討論的是發電側,故而不做展開。

          3.風光儲電力的優勢?

          風光儲電力的優勢在于:充足性、清潔性、獨立性、和平性。

          充足性的角度上文已經計算,30萬平方公里的陸地可以滿足人類未來40年的用能量增長(對應風電+光伏合計57000GW保有量)。清潔性的方面也無需過多論證。下面重點討論獨立性與和平性兩大優勢。

          獨立性:我們知道,光伏和風電的燃料是取之不盡、用之不竭的自然資源,燃料成本為0。從全世界各國的范圍內,只要有土地、輻照資源不低于800小時的國家,就能利用太陽能實現能源獨立。而當今世界,能夠在石油、天然氣上實現能源獨立的國家,則只有少數。因此,風光儲電力的大規模推廣,能夠在全世界范圍內,提升各國的能源獨立性——“弱式獨立性。而對于中國而言,發展風光儲電力,還能實現強勢獨立性”——發電獨立+裝備生產的獨立甚至是出口。因此,風光儲電力在當下我們強調國內大循環、國內國外雙循環的形勢下,顯得格外的切題

          和平性:人類范圍內的戰爭,常源自于資源的掠奪、民族和宗教的沖突、價值形態和發展模式的分歧、世界領導力的爭奪,等等。其中,資源的掠奪是排在首位的。當全人類普遍采用風光儲電力而實現各國的能源弱式獨立性,那么全世界各國將不再會因為對石油和天然氣的爭奪再發生戰爭。這對于世界各國而言,將大幅提升和平性。

          因此,SOLARZOOM新能源智庫堅定的認為:風光儲電力,在政治層面上,高度吻合并積極響應了國家一帶一路建設、人類命運共同體構筑、國內大循環、國內國外雙循環建設的大政方針。

          4.生物質發電呢?

          目前看來,生物質發電的大規模發展受制于以下因素:

          (1)生物質發電的燃料來源是農林廢棄物、生活垃圾等,在人口數量一定的情況下,人均用電量增長是指數性的(雖然每年只有2%不到),而人均農林廢棄物、生活垃圾等的增速較難跟上人均用能量的長期增長速度。由此,生物質發電在長期充足性上存在問題。

          (2)生物質發電的成本受制于農林廢棄物的收購成本和生活垃圾的回收、運輸成本,大幅降本的難度較大。在當前,生物質發電成本高于燃煤發電成本,故而其經濟性較難提升。

          5.為什么風光儲電力的綜合特性有望超過煤油氣發電”?

          當前時間點上,風光電力在充足性、清潔性、獨立性、和平性上全面勝出石油、煤炭、天然氣發電。

          在安全性、經濟性(不考慮補償時間可移動性)、空間可移動性上,風光電力與煤油氣發電相當。

          在沒有儲能配套的情況下,風光電力的時間可移動性劣于煤油氣發電;在有儲能充足配套的情況下,風光電力的時間可移動性與煤油氣發電相當甚至更優(煤炭發電存在最小出力問題,但風光儲可以降至0甚至是負數),但經濟性則暫且(2020)不足。

          在能量密集性的角度,風光電力顯著劣于煤油氣發電,但這并不構成致命性缺陷。

          綜上所述,如果風光儲電力的綜合降本進一步推進,導致風光儲電力在經濟性、時間可移動性上全面勝出石油、煤炭、天然氣發電,則風光儲電力將在能源的九大屬性上綜合勝出化石能源發電。

          而可以計算的是,1W5Wh的風光儲電力的綜合度電售價有望在5-10年后全面勝出化石能源發電。屆時,我們認為風光儲電力全面替代煤油氣發電的歷史進程的第二個條件得到滿足。

          6.“風光儲電力發展背后的強大國家是誰?

          顯然,中國便是風光儲電力發展背后最強大的支持者。

          我們知道,中國光伏制造業在全球享有80%以上的市場份額,而磷酸鐵鋰儲能則是中國所特有的技術路線。因此,發展風光儲電力的最大受益國自然是中國。這論證了中國發展風光儲電力可以大幅提升國家綜合實力的充分性

          中國當前在石油、天然氣等關鍵性能源項下的進口依賴度較高,近期國家又提出國內大循環、國內國際雙循環的要求,基于這兩點,中國必須發展低成本的風光儲電力。這論證了中國發展風光儲電力的必要性。

          當今中國,不僅是全球第二大經濟體,而且以一帶一路建設與人類命運共同體構筑的倡議為全世界提供了一個切實可行的發展思路,在世界范圍內也已經越來越多的承擔起了全球領導者的責任與義務。可以說,中國的強大與擔當,全世界有目共睹。特別是,自2020年新冠疫情爆發以來,中國在沒有任何參照系的情況下,以最高的效率抗擊疫情、保全人民生命,并為全球共同抗擊疫情做出了卓著的貢獻。中國的治理能力和發展理念,已經得到越來越多國家的認同。本次領導人提出“2060碳中和的背景,也正是中國在聯合國大會上倡議踐行和平、發展、公平、正義、民主、自由的全人類共同價值。

          新能源智庫認為:風光儲電力在全世界范圍內大規模發展的最大受益者是中國,中國要實現能源獨立性和國內大循環、國內國外雙循環必須要依靠風光儲電力,中國在全世界范圍內不僅有強大的國力還正逐步獲得國際社會的認同。基于上述三點,成就了風光儲電力要成為未來的人類第一大主力能源的第三個重要條件——有一個強大的國家支持、主導該能源的發展。

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