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碳中和愿景催生“风光”产业新目标
  全球温室气体排放主要是二氧化碳,其中90%来自化石燃料(煤炭、石油和天然气)的燃烧。据IEA统计,2017年中国化石燃料二氧化碳排放量为92.58亿吨,这个数已大于美国、欧盟(28国)和日本的二氧化碳排放总和。2019年,我国化石燃料占一次能源消费的比重为84.7%,化石燃料消费量比2017年增加了2.5亿吨标准煤,碳排放量仍处于上升渠道。
  各国积极应对气候变化并制定国家零碳目标已是构建人命运共同体的重大举措,也是世界人民共享发展成果的必然措施。2020年9月22日,习近平主席在75届联合国大会一般性辩论上向全世界宣布了中国应对气候变化的目标:二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和;之后,习近平主席在二十国集团领导人利雅得峰会“守护地球”主题边会上的致辞对其之前的宣布指出,中国言出必行,将坚定不移加以落实;紧接着,习近平主席在气候雄心峰会上就落实2030年前达峰时的能源低碳发展的目标宣布,到2030年非化石能源占一次能源消费比重将达到25%左右,比之前的目标提升了5个百分点,风电、太阳能发电总装机容量将达到12亿千瓦以上。
  实现碳中和目标2060年需要60亿千瓦风电+太阳能发电装机
  首先,我国2030年前实现碳中和,届时碳排放峰值将超过100亿吨;其次,之后的30年,我们要努力并必须做到2060年前实现碳中和,这将是一项非常艰巨的任务,很多发达国家承诺2050年实现碳中和,他们从碳达峰到碳中和的跨度为50-70年时间,可我们只有30年时间;第三,发达国家在实现碳达峰的同时他们的能源消费量也达到了峰值,我国就不同了,中国仍然是一个发展中的大国,随着经济的增长,能源消费量会继续呈现刚性的需求和增长,2030年前实现碳达峰时我国的能源消费量还远达不到峰值,根据我国与发达国家的经济差距对比,以及中央提出的2035和2050目标来看,我国能源消费量的峰值年最早是2035年或在2035至2040年期间。
  基于上述三点分析,在2030年前实现碳达峰之后,我国还会有5到10年能源增长期。从发电技术的环境友好、人类友好的更强优势来看,风电和太阳能发电技术将起到扭转乾坤的作用,不仅要为尽早实现碳达峰出力,还要为达峰之后的能源消费增量以及替代化石燃料的存量贡献力量。我们预计,到2060年,风+光发电装机要到60亿千瓦以上,年提供近11万亿千瓦时电量,由此可见,风电和太阳能发电必须实现跨越式发展才能实现2060目标。
  党的十九大提出建设清洁低碳、安全高效的能源系统,我们认为能源系统将从大型、集中式、自上而下、以供方为中心的运行模式向模块化、分布式的、自下而上的、开放式的、以消费者为中心的未来能源系统运行模式转变。同时,走向未来能源系统的一系列转变将以依靠绿色电力开发为核心的能源系统实现,因为代表着未来能源消费的先进生产暨生活方式都离不开电力的支撑,例如,燃油汽车将被电动汽车取代,铁路、公路、水路甚至航空在碳中和的同时都将实现100%电动化和智能化,工厂也将在电气化的基础上实现高度自动化,等等。我们通过与OECD国家的经济暨能源发展进行对比分析,我国既要实现2035暨2050的发展目标,同时也要在2060年前实现碳中和,届时我国2050年终端用能的电气化比例要达到60%以上、2060年终端用能的电气化比例将达到70%。因为,只有实现高比例电气化才能使我国节能第一的战略得以有效实施,同时也为非化石能源发展提供充足的发展空间。
  我国光伏发电产业发展现状暨能力
  目前我国光伏产业链的各环节已处于全球绝对领先地位,占据全球70%以上的市场份额,这是我国为数不多的国内强、国际也强并具有产业化领先优势的行业。贸易方面,美国自2011年开始推动对我国产品加征关税,“反补贴、反倾销、201、301”手段均使用过,不但没有打垮我们,反使我国光伏产业越做越强;技术方面,无论是晶硅还是薄膜,无论是产业化还是理论阶段,我国已有多项技术取得全球领先水平;产业方面,产业自给率“基本上”实现国产化,体现在设备、零部件、原辅材、软件系统、标准体系等方面,产品性价比全球最优、各环节产能规模全球第一。
  根据中国光伏行业协会(CIPA)的统计,2019年,我国光伏新增装机量已连续7年全球第一,累计装机量连续5年全球第一;我国多晶硅产量连续9年位居全球首位,组件产量连续13年居全球首位,多晶硅、硅片、电池片、组件产量分别占据全球的67.3%、97.4%、78.7%与71.3%,且继续保持高速增长态势;技术研发方面,我国光伏的产业化技术水平始终引领全球,组件功率或电池转换效率多次打破世界纪录、各种高效电池技术均已在我国实现规模化生产,制造装备的国产化率超过95%;企业发展方面,2019年中国大陆进入全球产量前10的光伏制造企业数量为:多晶硅7家、硅片10家、电池片9家、组件8家,且产量位居世界第一的企业均在中国;应用市场方面,我国开展的光伏发电领跑基地中应用的新产品引领全球风潮,带动全球中标电价不断走低,截至目前,户用光伏装机已达1300万千瓦,其中,光伏扶贫作为十大精准扶贫之一,已为200万农户提供了精准扶贫服务;产业国际化方面,我国光伏企业在20个以上国家或地区建厂,产品出口至近200个国家或地区,2019年我国光伏产品出口额超200亿美元。
  据统计,我国已有近20家光伏企业通过合资、并购、投资等方式在海外布局产能;主要集中在越南、泰国、马来西亚等国家;截至2019年底,海外布局的电池片有效产能达到17GW(同比增加39.3%),组件有效产能达21GW(同比增加16.0%);2020年,前三季度组件出口量约53.6GW,2019年同期是52.3GW。
  “十三五”期间,硅片、电池片、组件价格均下降50%以上,系统价格下降了47.2%。2020年8月,位于葡萄牙的光伏项目最低电价达到了再创世界纪录的0.0112欧元(合1.32美分)/千瓦时。在我国,2020年竞价项目中青海海南州以0.2427元/千瓦时(折合3.46美分/千瓦时),低于2019年达拉特旗0.26元/千瓦时。可见,太阳能发电的平价上网时代已经到来,2020年,我国光伏基本实现发电侧平价上网。预计,2020年全年,我国光伏组件产量突破100GW,有效产能达到120GW。
  目前,光伏发电在越来越多的国家成为最具竞争力的电力产品。以2020年统计为计,国内有效组件产能加上国际产能已达150GW,完全可以满足2030年前实现碳达峰的需求,也即太阳发电产能可以提供每年净增1亿千瓦的装机容量,同时为2060年前实现碳中和打下了一个坚实的基础。据CIPA预测,2020年全球光伏新增并网规模110-135GW;“十四五”,预计我国的光伏产业可以为年均新增光伏装机70-90GW提供充足的保障。随着碳达峰目标的实现,我国太阳能发电装机将迎来年净增1亿千瓦的时代。
  我国风力发电产业发展现状暨能力
  根据行业初步统计,2020年虽然受到新冠疫情严重影响,但风电整机厂商的出货量仍将超过4500万千瓦,年底新增并网风机2700万千瓦左右。包括金风科技、远景能源、明阳智能等在内的国内前10整机制造企业,目前整体产能已近7000万千瓦。从风力发电设备的零部件产能来看,叶片产能相对充足,合计产能接近8000万千瓦;齿轮箱、主轴承、铸件、发电机和变流器等方面发展均衡,产能为6500万千瓦到7500万千瓦不等,基本上可以支撑整机7000万千瓦生产能力。
  2019年,我国陆上风电机组单位千瓦价格已降至3600元,陆上风电项目平均单位千瓦造价为7000元左右。据国际可再生能源署(IRENA)成本数据库中的数据,2019年,中国陆上风电项目的平均平准化度电成本(LCOE)已降至0.315元/千瓦时,部分陆上风电项目的LCOE低于0.25元/千瓦时。预计未来3-5年,相同容量风电场的发电量将会增加为现在的3倍左右,届时度电成本将再下降50%。据预测,到
  2021年,海上风电指导上网电价达到0.7元/千瓦时,海上风电项目仍具有投资价值。2020年,全国风电设备平均利用小时数超过2000小时。
  风电经过30年的发展已经成为成熟产业。我国风电在原材料、设备制造、运输、风电场开发和运维服务、电网运行、负荷侧等方面均已跻身于世界前列,并建立起成熟的产业体系,形成了涵盖叶片、齿轮箱、发电机、变桨偏航系统、轮毂、塔架等主要零部件的生产体系,
  风电装机规模和增速连续多年均居世界第一。
  2008年前,国内风力发电机组制造商主要依靠购买技术许可证的方式进入市场进行风力发电机组的制造。2009年开始,我国国内企业自主研发能力逐步提高,当年市场供应120个机型中,国内企业自主研发机型51个,占总数的42.5%,同比增长104%;联合设计机型25个,占总数的208%,同比增长150%。到2015年,我国整机企业基本实现自主研发。
  风力发电机组技术涉及空气动力学、材料力学、机械、电子电气、控制技术、材料科学等,技术难度大。我国风力发电机组在国外业主方的技术认可度与国外整机制造商在国外业主方的技术认可度还存在一定的差距。目前,我国风电整机和零部件配套产能为7000万千瓦左右,基本上可以满足“十四五”和“十五五”国内风力发电市场的需求和2030年前实现碳达峰的风电发展需求。但是,从2060年前实现碳中和的要求和国际市场的需求来看,我国风电产业发展同目前的太阳能光伏产业发展还有差距,实现碳中和目标需要风、光并驾齐驱的发展。所以,无论从满足碳中和的要求还是满足未来市场发展空间的需求,我国的风电产业还需要在技术创新引领下迈上一个新的台阶,风电整机和零部件配套能力需要满足年净增1亿千瓦装机量的需求。
  电力系统如何应对大规模波动性电源接入电网的挑战
  我们需要用辩证法的思维模式去看待风电、太阳能发电接入电网时产生波动性的影响。波动性是经济社会运转的常态,不变是暂时的、变才是永恒的,有些事情是我们已经习以为常了它的不变,加上现实利益集团的捆绑,所产生的惯性力量使我们不愿意改变它而已。经济社会需要在变化中发展,所有新的技术都是为应对这个“变化”而产生。
  人类需要不断发明新的技术才能适应这种变化,只有以不断挑战“变化”的心态才能创新、发明和应用以大数据、云计算、人工智能、物联网、移动通信、区块链等新信息技术为主导的新技术,这些代表着本世纪发展方向的技术足以使未来电力系统的运行模式应对发电测风、光并网的波动性。例如,我们有世界最强大的、实现了省与省之间以及区域与区域之间的互联的全国覆盖电网,可是,我们电网的输电效率同欧洲电网和美国电网相比差距甚远,通过电力市场化的改革和电网智能运行模式就可以挖掘电网的输电潜力,实现电既可以从眼前来也可以从远方来的经济模式;以“大云智物移链”为基础的需求侧响应技术可以将负荷适时变为源荷,以电动汽车为例,到2060年,我国将有4亿到5亿辆电动汽车,每一辆电动汽车都一台微型的储能电站,届时,4亿辆电动汽车可以为电网提供40亿千瓦的储能,可以充足应对60亿千瓦风电+太阳能发电装机。