中国的能源结构,用一句话就可以总结——“多煤、少油、缺气”。
传统能源早在明朝之时,煤炭已然成为冶炼的重要能源之一。
宋应星在《天工开物》中记载:“凡煤炭普天皆生,以供锻炼金、石之用。
”他还记录了采煤时用长竹筒伸向井底,用来排除毒气的方法;石油在古时又称“石漆”、“水肥”、“猛火油”,关于石油的记载,最早也可以追溯到公元1世纪的《汉书·地理志》。
▲中国第一家煤矿企业—开平煤矿,图源中国地质报自从1877年唐山开滦煤矿投产以来,煤炭一直在我国能源结构中占据着主导地位,最高占比超过95%,至今仍有60%的比重,直到现在,煤炭石油等还是中国使用最为广泛的能源。
根据国家统计局数据统计:我国2021年全国发电量为81,112.8亿千瓦时。
全国主要发电量有5种类型,火力发电,水力发电,风力发电,太阳能发电和核能发电。
2021年火力发电量为57702.7亿千瓦时,占全国发电量比重超过71%。
依托丰富的煤炭存储量,火力发电占据我国供电的半壁江山。
▲图源智研咨询黑色星期五如今的中国人早已习惯了用电自由,但在上世纪80年代末至90年代初,“拉闸停电”对于广大城市家庭来说,算是家常便饭。
1992年8月28日,星期五,一个让北京人民印象深刻的日子。
这天下午,北京市供电局接到华北电管局下达的紧急命令——因为电网负荷过载,电力供应不过来,北京需要“拉闸限电”。
随后一个小时,北京1000多路电网,被断掉了765路,相当于总负荷的三成。
停电那一天,北京四大商场之一的“隆福大厦”,建店40年以来第一次被断电,据估计一天营业额损失过百万,因为停电造成的损失过大,北京市供电局通讯员唐松寒曾给《北京晚报》撰稿,称“8·28”这一天为“黑色星期五”。
▲图源北晚新视觉那段时间是中国能源形势最严峻的时期,一边是改革开放后,突飞猛进的工业、民生用电需求,另一边却是老旧落后的能源供应,能源缺口甚至高过百废待兴的建国初期。
为此,近30年来,中国分别在能源开采、发电设备、输电网络三个关键环节,掀起了三次“能源革命”,中国的能源产量,也在“革命”之中,从1980年的世界第八、美国的1/3,成为世界第一,美国的1.7倍。
新能源崭露头角2004年,德国在世界范围内率先拉开新能源电力补贴的序幕。
受补贴政策的刺激,2010年德国光伏产业比重,一度占到世界的40%。
看到德国新能源政策取得成功后,我国很快也在2006年施行《可再生能源法》,推出适合国情的新能源补贴政策。
这是我国可再生能源发展历程中的标志性事件。
该法案通过“设立可再生能源发展基金”(通过对所有工商用电加价来获取补贴资金)与“全额保障收购”(电网企业满额收购风电和光伏发电)两项规定,极大促进了我国可再生能源的发展。
这一次,中国和西方发达国家几乎站在同一起跑线。
在新能源的探索阶段,由于当时氢能领域发展刚刚起步且光伏行业从原材料到消费市场都不能扛起新能源的大旗,中国把新能源开发的重心转向风电。
1986年,山东荣成马兰风电场引进了3台丹麦公司的先进机组,建立了我国第一座陆上风电场。
随后也有了当时亚洲最大的新疆达坂城风电场。
1998年,新疆新风科工贸公司注册成立,一年后,研发出了首台国产风机,2001年时便用在了电厂并网发电。
随后,中国敏锐的企业家们看到了风电、光伏等可再生能源的巨大潜力,纷纷行动起来。
随着光伏产业进入“平价时代”,相信已经没有人再怀疑光伏发电普及的可行性,但在光伏发展早期,产业中却存在着关于光伏电池片的“路线之争”。
20世纪70年代,一种基于活性材料非晶硅(a-Si)的薄膜电池横空出世,由于薄膜电池采用的活性材料几乎全部都是直接带隙半导体,吸光能力明显强于晶体硅2个数量级以上,因此仅需晶体硅1%的用量就有望达到相同的吸光能力。
▲图源东方证券研究所尤其薄膜电池刚刚面世初期,得益于庞大的想象空间和显著的成本优势,薄膜电池一度从晶硅电池手中抢下超过30%的市场份额,甚至被称为是下一代光伏技术。
但薄膜电池的荣光也仅限于此,由于迟迟无法突破效率瓶颈,再加上形成规模优势后晶硅价格大幅降低,导致薄膜这种效率偏低的电池形式逐渐被市场所淘汰,在2011年前后,晶硅电池把薄膜电池挤下了车。
新能源大规模扩充时期2009年哥本哈根会议之后,风电补贴政策出现很大变化。
主要是我国当时向全世界做出承诺“2020年中国非化石能源消费比重提高到15%”。
原先,非化石能源发电主要还是依靠水和核能发电,但建设周期较长。
因此,要实现这一目标,短期只有通过大力发展风电和光伏发电。
这15%的目标承诺就主导了2009年之后我国风电和光伏发电行业十年大发展。
2009年和2011年的政策调整,为我国风电和光伏发电行业的超高速增长提供了契机。
从风电行业来看,在风电固定上网电价确定后,仅2009年一年的新增装机容量就达到1373万千瓦,而此前累计的装机容量仅为965万千瓦,这意味着风电装机容量用一年时间就发展到过去十几年才达到的规模。
2009年-2017年,风电新增装机容量年均增长率高达138%。
▲图源中建二局光伏发电的发展情况同样如此。
2011年,光伏发电进入固定上网电价阶段,新增装机容量仅一年时间就达到270万千瓦,而此前累计的装机容量才80万千瓦。
同时,光伏发电的投资增长率远远高于风电,2011年-2017年光伏发电的新增装机容量年均增长率达到228%。
新能源发展到了今天,中国光伏企业霸占了海外市场的半壁江山,风电企业也占据全球份额的1/3。
但风电和光伏发电能否在能源结构改革中发挥重要作用,最终由它们的生产成本决定。
目前,能源的成本价格还是扭曲状态,例如火电的成本很低,但如果考虑火电的污染税和碳价,它的成本将高于风电和光伏发电。
因此,风电和光伏发电最终能在多大程度上替代火电,就需要对比二者完全真实的成本价格,包括污染税、碳价、储能和调峰等成本。
未来展望之清洁能源看着光伏、储能行业如日中天,很容易想到“起了大早、赶个晚集”的氢能。
在过去很长一段时间,氢能发展相对都是慢的。
幸运的是,行业里的企业都还在坚持。
21世纪初以来,受全球气候变化和环境问题影响,节能减排和能源清洁化步伐加快,氢能在能源转型中的潜力再次获得人们关注。
氢能是理想的清洁二次能源,用可再生能源制氢,用储氢材料储氢,用氢燃料电池发电,将构成“净零排放”可持续利用的氢能系统,成为可再生能源之外实现“深度脱碳”的重要路径。
▲氢能燃料电池系统展品,图源明天氢能如今,氢能的发展潜力越来越被国际认可,欧美日韩等地区和国家积极制定支持氢能投资政策。
截至目前,占世界GDP70%的18个国家制定了氢能发展战略,全球直接支持氢能源部署的政策总计约50项。
美国自2010年以来,每年对氢能和燃料电池的资助达1亿~2.8亿美元。
欧洲燃料电池和氢能联合组织于2019年2月发布《欧洲氢能路线图:欧洲能源转型的可持续发展路径》研究报告,提出了欧盟面向2030年、2050年的氢能发展路线图;欧盟委员会于2020年3月10日宣布成立“清洁氢能联盟”;日本将“氢能社会”纳入国家发展战略,2014年以来先后制定《第四次能源基本计划》、《氢能基本战略》、《第五次能源基本计划》、《氢能与燃料电池路线图》,计划到2025年,燃料电池汽车数量达到20万辆,到2030年达到80万辆,燃料补给网络包括900个加氢站,是目前的9倍左右。
氢能具有清洁低碳,应用面广、便于存储、互联协同的优点,但也存在产业基础薄弱,成本偏高、安全性方面的问题。
目前我国氢能生产主要依赖化石能源,氢能消费集中在化工原料。
清洁能源制氢和能源化利用仍处于发展初期,未来氢能在交通重型货运和电力储能领域有较大发展前景。