能源结构进入变革时代,未来谁是主力军?

能源放大镜 2022-08-26

新能源太阳能核电

5299 字丨阅读本文需 13 分钟

展望未来,石油和天然气依然是世界经济发展的重要基石,油气行业运用其强大的运营能力和创新能力,为全球能源转型探索新的解决方案。科技创新是整个产业的支撑,也起到引领的作用,化石能源是有限的,所以必须探索新能源的发展,环境日益恶劣,碳中和、低碳清洁化能源也是大势,这两者是新能源发展的灯塔。而从源头上更新我们所需要的能源,使之与生命系统相协调,比如太阳能和风能以及其他提到的能源,则是在能源领域拥有未来智慧的表现。

一、传统能源仍然是全球经济发展的主导能源

在低碳减排的背景下,全球经济的发展对传统的能源的依赖逐渐减轻,但却丝毫没有影响传统能源的主导地位。2020年,石油仍然是全球能源结构中比重*的能源类型,占比高达31%;其次是煤炭和天然气,为27%和25%;可再生能源仅占6%。

不同国家地区的情况不一,中国的经济发展非常依赖煤炭,能源结构中煤炭的占比高达57%;而欧洲在能源变革中,天然气作为相对较清洁的传统能源,成了欧洲能源转型的主要过渡能源。但不管是煤炭、天然气还是石油,新旧能源的交替是缓慢的过程,过渡期的能源结构会更加脆弱,如果转型的力度过于剧烈,新能源的供给瓶颈就会暴露。

2021年下半年,欧洲天然气供需严重失衡,爆发天然气荒,电价飙涨不仅影响居民的生活,同时更高的能源价格冲击欧洲的经济。表面上欧洲的天然气危机是受俄罗斯对欧洲的天然气供应紧缩以及当年冬天天气恶劣等因素影响,更深层次的原因是欧洲能源转型过程中的阵痛,可再生能源比重的快速提升是欧洲能源变革中的硕果,但也造成了欧洲能源体系的脆弱,“看天吃饭”的风能、太阳能(8.640, -0.01, -0.12%)无法及时补给能源的缺口。

中国在去年出现的动力煤暴涨也是类似的逻辑,在有关部门的强有力干预下,动力煤价格才逐渐从历史*点回落。“燃煤之急”暴露了中国能源转型过程的弊端,我国是全球*的煤炭生产国和消费国,在双碳背景下,要立足以煤为主的基本国情,去煤不能太急,能源转型不能冒进。

相对于天然气和煤炭,石油的替代更加艰难。石油是“工业的血液”,在过去半个世纪的时间里,充当全球经济发展的主要能源,除了超然的能源地位,石油化工还是材料工业的支柱,在国民经济的发展中有难以取代的作用,即便在能源变革加速推动下,石油的能源主导地位岿然不动。2022年以来,在俄乌冲突爆发和疫情反复的影响下,国际石油供需紧张,国际油价疯狂上涨,进一步放大了市场对供应短缺的紧张情绪,石油的战略地位更加凸显。

二、能源变革的主力军

在新的再生能源中,最值得人们关注的就是“太阳能”。

几千年来,人类文明一直渴望利用太阳这个取之不尽、用之不竭的火球。为了摆脱化石燃料,世界也需要利用更多的太阳能。我们的这颗恒星产生的能量是最终到达地球的光束能量(阳光)的20亿倍。然而,那些光束所提供的能量却是世界所需能量的1万倍以上。这意味着,从理论上讲,对美国来说,仅仅覆盖得克萨斯州1%面积的太阳能电池板就可以满足全美所有的电力需求。换言之,太阳可以让世界能源增长成千上万倍。

实际上,太阳能市场自2000年起几乎每年都成长40%以上。如果这种趋势持续发展下去,太阳能很快就会在全球能源生产量中占100%。太阳能的持续增长,终将逐步取代化石燃料的市场份额。

如果中国和美国保持稳定的需求,且发展中国家重启因新冠疫情而被推延的太阳能计划,2021年全球太阳光电装置量将比前一年增加20%以上。彭博新能源财经估算,2021年全球太阳光电装置量规模为151吉瓦到194吉瓦。若装置量达到194吉瓦,将有望较前一年成长45%以上。

韩国也将从新万金的大规模计划开始推动太阳能发电事业。为了成为碳中和国家,韩国将制订具体目标并付诸行动其太阳能市场规模将逐渐扩大。2020年,韩国的太阳能市场规模只有3.8吉瓦,但2021年将成长到超过4吉瓦。

如果全球经济能够稳定下来,2022年将会出现高达200吉瓦的太阳能需求。与2017年的需求相比,这会是五年来首次增加将近2倍。

当前,太阳能提供了全球1/3的电力能源。到21世纪结束之前,将阳光转化为电能、热能和便携式燃料可以满足世界上大部分的能源需求。到那时,21世纪将作为人类最终驯服太阳的时代而被历史铭记。

并且,未来的太阳能技术也将不同于在当前的硅基太阳能光伏电池板。不可否认,如今这些光伏电池板确实在确立太阳能技术为可行能源方面发挥了重要作用,它们的成功也让全球的投资者坚信投资清洁能源项目是安全的。当前,这些光伏电池板,正在从最初的笨重、外形简陋、性能极差,逐渐进化为如今的轻巧、新颖美观,并且具备更高的光电转化效率。到2030年,工业打印机将开始大量生产各种颜色和不同透明度的太阳能光伏涂层。10年后,给人们的房子涂上太阳能涂层或许将会和涂油漆一样便宜。

虽然太阳能已经成为能源革命的主角,但这个舞台仍然需要配角。

三、新能源其他细分产业,主要是风电、核电、氢能。

1、风电

2021年,风电总装机容量3.3亿千瓦,同比新增47.57GW(100GW=1亿千瓦)。2020年、2021年,风电有肉眼可见的巨大增长,原因在于新能源产业是政策推动的,政策是根本。2019年5月,发改委发布《关于完善风电上网电价政策通知》,主要内容有2块。

一是关于陆上风电的上网电价。

2018年底之前核准的陆上风电项目,2020年底前仍未完成并网的,国家不再补贴;2019年1月1日至2020年底前核准的陆上风电项目,2021年底前仍未完成并网的,国家不再补贴。自2021年1月1日开始,新核准的陆上风电项目全面实现平价上网,国家不再补贴。

最重要的内容是上一句,文件规定陆上风电项目自2021年取消国家补贴,因此2020年有一波陆上风电的抢装潮。比如2020年,我国陆上风电新增装机68.6GW,是海上风电新增装机3GW的近23倍。

二是关于海上风电的上网电价。

2018年底前已核准的海上风电项目,如在2021年底前全部机组完成并网的,执行核准时的上网电价。2022年及以后全部机组完成并网的,执行并网年份的指导价。

文件规定2021年底前并网的海上风电项目有国家补贴,自2022年取消国家补贴,因此2021年有一波海上风电的抢装潮。比如2021年,我国陆上风电新增装机41.4GW,同比大幅减少,海上风电新增装机14.5GW,同比增长近3倍。补贴的力量从来都是“巨大的”。自2022年开始,新增风电项目不再有国家补贴,增长率不如前两年是必然的,不过仍然是市场最为看好的赛道之一。

原因当然在于政策。

《“十四五”现代能源体系规划》,规定到2025年,非化石能源消费比重达到20%左右,非化石能源发电量比重达到39%左右。

前一个目标已经实现,国家能源局数据,2021年我国清洁能源消费比重达到25.3%。后一个目标还有差距,中电联数据,2021年我国非化石能源发电量比重达到34.6%,距离目标还有4.4个百分点。这个差距很大程度上必须指望风电和光伏的增量来追平。

在国家补贴退出、新能源消纳责任落在地方政府之后,风电项目的经济效益成为产业发展的关键。风电项目的经济效益,显而易见,取决于上网电价和度电成本。大体上,风电项目经济效益=发电量×(上网电价-度电成本)。

上网电价,发改委《关于2021年新能源上网电价政策有关事项的通知》规定,2021年起,新核准陆上风电项目国家不再补贴,平价上网;2021年起,新核准海上风电项目上网电价由地方政府制定,在燃煤发电基准价内的部分由电网企业结算。在燃煤发电基准价外的部分,当然由地方政府财政补贴了。

简而言之,风电上网电价与煤电基准价挂钩,一般不会超过煤电市场价,大约在0.35-0.45元之间。

现在,我们只需要知道,陆上风电度电成本基本控制在0.2-0.3元,海上风电度电成本基本控制在0.4-0.5元之间。也就是说,陆上风电项目已经实现了正收益,海上风电项目还需要地方政府财政补贴,不过已经非常接近正收益门槛。在总装机容量和新增装机容量方面,陆上风电比海上风电多得多,经济性是主要原因。

未来,随着风电度电成本进一步下降(几乎是必然事件),风电项目的经济效益进一步提升,产业前景很好。

2、核电

核电一直是比较神秘的,大家看到的基本上都是表面的东西,我由于某些特殊的原因,了解得比较多,所以直接说结论:“我极其看好我国的核电,是国之重器,是蓄势待发的雄狮”。

突然想起前几天被“乾坤圈”刷屏了,大家应该都看到了吧,世界第一大圈非常高调的从世界人民眼前飘过,就是用在核电上的。

其实之前我国只有《中核》和《中广核》两家具备核电站的建设和运营资格,近几年才放开新进入了不少公司。截止2021年底,我国在运核电机组53台,装机容量5464.7万千瓦。

《“十四五”现代能源体系规划》到2025年,核电运行装机容量达到7000万千瓦。简单计算一下,到2025年,核电装机容量复合年增长率6.4%。

中国核能行业协会《中国核能发展报告(2021)》预计,到2025年在运核电装机达到7000万千瓦,在建核电装机达到3000万千瓦;到2030年,在运核电装机容量将达到1.2亿千瓦,发电量占全国发电量8%。

核电的发展主要取决于2个因素:安全性和经济性。

这些年全世界都有点谈核色变的感觉,当然法国除外,法国是世界第二大核电国,核电占比高达7成,而且法国人民对核安全这个问题,好像并没那么在乎。不像德国,极端到要关闭所有核电站,估计等俄 乌 战 争结束真可能会放弃所有核电站。

美国是全球第一,虽然发电占比20%,看起来好像不是特别高,但是核电站非常多,

技术进步让核电站的安全性和经济性大大提高。第一代核反应堆是1950年代苏联和美国的实验原型堆。第二代核反应堆是1960年代在实验原型堆基础上设计的压水堆、沸水堆、重水堆。第三代核反应堆具有非能动安全系统,发生严重事故的概率下降1-2个数量级。其实历史上发生的三次大的核电事故,1979年美国的三里岛事故、1986年苏联的切尔诺贝利事故、2011年日本的福岛事故,都是人为因素占主因。

不过核事故的影响实在太大太广了,仅仅三次事故,就对全世界的核电行业都产生了非常深远的影响。任何事物我们都应当辩证的去看待,风险和问题只能说明难度,并不能说明就应该放弃,有问题解决问题就好了嘛。

2020年,我国自主第三代核电技术、抗震等级达9级、抗大飞机撞击的“华龙一号”首台核电机组投入运行。“华龙一号”机组发电功率增加5-10%,采用世界最高安全要求和最新技术标准。1台“华龙一号”机组一年发电量达100亿度,能够满足100万城市人口一年的生产生活用电需求。

2021年,我国自主第四代核电技术的示范工程也成功并网发电,设备国产率90%以上。在“多发满发”的新能源政策下,核电发电量和经济效益同比提高。2021年,核电发电量4000亿度左右,同比增加11.2%,上网电量3800亿度左右,同比增加11.4%。

以上市公司业绩为例,2021年中广核营收807亿,同比增加14.3%,扣非净利润97亿,同比增加3.4%。我个人看好核电产业,核电作为唯一稳定的非化石能源电力,有望替代煤电成为电力系统的基础负荷电源。目前核电发电量占全国发电量5%以上,中国核能协会预计到2030年发电量占比8%左右,长期来看上升空间很大。

短期来看,核电初始投资大、回收周期长、技术门槛高,不如风电、光伏产业容易上规模。但是核电有一个任何新能源都眼红的优点,那就是对储能要求没那么高。目前所有新能源的死穴都是储能问题,储能技术一直未能突破,而不管是太阳能还是风能,发电的稳定性都不高,没有储能环节来缓冲的话,效率就始终无法很好的提升。

太阳能发电和风力发电就没这个特点,完全无法储能。而核电某种程度上跟火力发电有点像,可控、效率是最高的。

3、氢能

说起氢能,不得不想起日本,在新能源汽车的方向选择上,日本没有选择电动汽车,而是选择了氢能汽车。所以目前日本在电动汽车行业完全失去了先机和竞争力,但是氢能汽车日本是绝对的世界第一。

2021年,我国氢气产量和消费量超过3340万吨。从供给侧看,我国氢气供给主要是煤制氢,2019年占比40%以上。

煤制氢、天然气制氢、石油制氢,化石能源制氢合计占比64%,制氢过程会排放大量温室气体,称之为灰氢。

工业副产品提纯制氢占比32%,主要从焦炉煤气、氯碱尾气之类工业副产品中提纯氢气,称之为蓝氢。电解水制氢占比4%,问题是电价太贵。

利用风电、光伏清洁电力制氢是未来的大方向,全程不排放温室气体,符合双碳政策,称之为绿氢。

2021年,我国弃水电量约175亿度,弃风、弃光电量超过200亿度。这个时候,电解水制氢就是目前最有可行性的储能手段之一,因为储能技术瓶颈主要在物理结构和化学特性,电解水制氢等于是绕开了这个瓶颈。

虽然绕开了储能的难题,但是氢的储存和运输却同样存在难点。

从需求侧看,我国氢气需求主要是原油炼化和合成氨化肥,2019年合计占比90%。供给和需求中间还有一个储存和运输的环节。储氢有3种方式,气态、液态、固态。

高压气态储氢是目前主流的储氢方式,低温(-240℃以下)液态储氢成本太高,主要用在航天领域。液态储氢还有一种方式,在液态有机物中加氢,成本较高,目前没有规模商用。固态储氢是在金属合金材料中加氢,形成金属氢化物,技术尚在研发。

上述储氢方式,低温液态储氢密度最大,但是技术难度最高、成本最高,液态有机物和固态储氢是未来的主流。

高压气态运氢是目前主流的运氢方式,一般短途运输采用储氢罐拖车或者纯氢管道,中长距离运输采用天然气管道混氢。但是如果超过1500公里,不如在当地电解水制氢划得来。目前全球纯氢管道长度也就不到4500公里,我国纯氢管道长度仅有100公里。液态和固态运氢方式规模太小,先略过了。

在我国能源变革中,氢能作为一种新能源,近几年上升到国家层面。《“十四五”现代能源体系规划》提出,攻克可再生能源制氢和氢能储运、应用及燃料电池等核心技术,力争氢能全产业链关键技术取得突破,推动氢能技术发展和示范应用。国家能源局《氢能产业发展中长期规划(2021-2035年)》提出,到2025年,基本掌握核心技术和制造工艺,初步建立较为完整的供应链和产业体系。到2030年,形成较为完备的创新体系、供应体系,可再生能源制氢广泛应用。到2035年,形成氢能产业体系,构建涵盖交通、储能、工业等氢能应用生态,可再生能源制氢在终端消费中比重明显提升。

文章来源:木禾投研,观察未来科技,投资界

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