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能源轉型離我們有多遠?
來源:享能匯工作室 時間:2020-10-26 字體:[ ]

有時候分析一個行業的走勢我們可能需要站在更高的角度,如果沒有全局觀,那么未來的變化是很難把握的。

風光無限的可再生能源

盡管可再生能源作為新能源的代表已經有些年了,但最近風光無限的仍然是“風光”。先看三則信息:

2020 年 10 月 21 日,國務院副總理劉鶴在 2020 金融街論壇年會開幕式上發表主旨演講時表示,疫情的重要啟示就是要始終促進人類與自然的和諧相處。要推動綠色發展,構建綠色低碳、循環發展的經濟體系,大力發展清潔能源、可再生能源和綠色環保產業,增強發展的可持續性。與此同時,我們要高度重視結構調整,防止重復建設,合理提高市場集中度,增強市場主體核心競爭力,加快構建以國內大循環為主體、國內國際雙循環相互促進的新發展格局。

在十一國慶假期海外光伏龍頭股價全線大漲,漲幅最高的福萊特玻璃期間漲幅達到 48%,漲幅最小的阿特斯漲幅達到 20%,平均漲幅高達 36%。節后第一個交易日,當其他板塊個股還在緩緩而動時,光伏板塊上市公司已全線翻紅,且大批封板。

2020 年 10 月 14 日舉行的 2020 年北京國際風能大會上,《風能北京宣言》發布。為進一步加快全球風電發展,《宣言》發出五點倡議。其中,為達到與碳中和目標實現起步銜接的目的,在“十四五”規劃中,須為風電設定與碳中和國家戰略相適應的發展空間:保證年均新增裝機 5000 萬千瓦以上,2025 年后,中國風電年均新增裝機容量應不低于 6000 萬千瓦,到 2030 年至少達到 8 億千瓦,到 2060 年至少達到 30 億千瓦。

無論從政策引導,還是資本市場里投資人的反應,以及相關的輿論都似乎在說新能源馬上就要來了,但站在這個時間點上我們有必要反問,從傳統能源轉型到可再生能源真的是確定的嗎?我們預期的未來,一定會是真正的未來嗎?

以史為鏡鑒興替

前段時間比較熱的一本書是高瓴資本創始人張磊的《價值》,其中一段話是說:

做價值投資要看到行業的發展、公司的演進和管理層的潛力,包括這個生意是如何誕生、如果變化、如何消亡,以及這些結果背后的驅動因素,看成因和結果。……研究全球的商業進化史,通過在世界各地尋找先進的商業軌跡,對全球不同地區、不同產業生態的"物種演化“收集加工。分析的角度可能是行業的上下游,可能是不同的產品形態和定位,可能是某種資源或能力的稀缺性,也可能是影響這個生意的其他環境和基礎設施,甚至可能是創意團隊的獨特稟賦,核心目的是用全球的樣本把產業演變的邏輯進行沙盤模擬,把歷史性和前瞻性貫穿起來,形成一個跨地區、跨周期的分析結果。

我們現在面臨的新一次能源轉型到底是什么呢?

首先能源轉型是什么?

在網上看了下,簡單地說現在熱議的能源轉型實際上是能源結構的轉型。那什么是能源結構呢?就是我們消納各種能源的比例。比如 100 年前人們用的主要能源是木頭和煤炭,后來變成了石油和天然氣。

能源轉型真的是這么簡單嗎?

“能源轉型”一詞最早可能出自 1980 年德國科學院出版的名為《能源轉型:沒有石油與鈾的增長與繁榮》的報告。報告的核心觀點之一是呼吁放棄核電和石油能源,這個觀點當時引起了巨大的爭論也受到強烈反對,然而三十年河東三十年河西,這個觀點后來竟然逐漸成為了德國能源政策的基本內容。

2002 年后,“能源轉型”的含義逐漸演變為“轉向分布式可再生能源和能源效率",宣傳最終的目標是建立 100%基于可再生能源的能源體系。而德國也成了世界上向可再生能源轉型的優等生,而“能源轉型”也常常被等同于“向可再生能源轉型”。

當然,“能源轉型”的含義肯定是不局限于“向可再生能源轉型”里,而能源轉型也在人類歷史上多次出現過。比如根據歷史演進,人類利用能源大致可分為五個階段,如下:

雖然能源利用史可以簡單的分為這幾個階段,但這并不就是能源轉型。

能源轉型的模型

或許很多人把能源轉型簡單的理解一次能源轉化問題,但實際上并非那么簡單。就能源轉型來說就有“三次轉型論”、“五次轉型論“和“兩次轉型論”。這里的理論展開來說有很多,結合其中的理論和思想,對以下幾個問題做一個簡單的討論。

 “一次能源品種”的更替和顯著變化是能源轉型嗎?

有一定道理,但不全面,一次能源品種的替換是一種結果,也并不能解釋為什么我們會從一種能源轉化為另一種能源。就目前為止我們所使用的一次能源,比如煤炭、石油、天然氣,已經在這個地球上存在了上億年了,至少從人類誕生時這些一次能源就是存在的。

前人也并不是壓根不用這些一次能源,比如中世紀時期英國城市用煤就非常普遍了,到 18 世紀初,不僅用于取暖,而且在很多工業領域,如玻璃制造、啤酒釀造、制糖、肥皂制造等生產中也都在用煤炭。石油的利用甚至可以追溯到公元前 3000 多年,古埃及人把瀝青作為“木乃伊”的防腐劑,中國也在秦漢時期把石油用作燃料和潤滑油。

所以一次能源都是“客觀存在”的,只是取決于我們怎么用。

原動機是能源轉型的起點和核心動力

當我們說發現一種“新”能源時,本質是發現了一種“新利用方式”,也就是新的能源轉換器。

“五次能源轉型論”是加拿大學者瓦茨拉夫·斯米爾在 2004 年發表的論文中提出的。他的理論認為判斷能源轉型的最重要標準是根據極大改善能源轉換效率的“原動機”(prime movers)來判定。“原動機”即是能源轉換器,簡單的說,“原動機”使人類使用能源的效率大幅提升。

比如煤炭和木柴都可以用來取暖,但煤炭排放煙霧和有害氣體讓人的使用體驗很不好。其后新的原動機——蒸汽機的發明改變了煤炭傳統使用方式,不僅提高了效率,而且使得其用途從傳統的取暖供熱市場進入了動力市場,成為交通運輸市場的主要燃料。再之后有因為新的原動機——內燃機的發明和推廣,使得交通領域的煤炭讓位于了石油。其后渦輪機和發電機的出場,又使煤炭在后來成了主要的發電燃料。

因此原動機的發明、推廣、迭代、創新是能源轉型的源動力。如果用第一性原理看,技術是能源轉型的核心關鍵因素。

能源體系至關重要

除了上面的一次能源,原動機以外,還有一個很重要的因素是能源體系。能源作為一種商品,既有普通商品的屬性,也具有特殊商品的屬性。從普通商品屬性說起,一個商品從原料到消費者一定是包含生產、運輸和消費的上下游環節。從特殊商品屬性說起,能源品種自身的特性,如能量密度、利用便利度等等也都影響了能源體系的構成。

在我們熟知的能源中,原油的運輸可以用油輪,路上可以用管道,但煤炭的使用往往存在一個運輸半徑,這也是為什么國家要西電東送的原因之一,把煤轉化成電,比直接運煤效率高。不過總體而言,煤炭、石油和天然氣同屬于化石能源,其能源生產、運輸和消費體系具有共同特征:大規模生產、長距離輸送和大規模消費。

當然能源體系不單包括上下游環節,還有市場機制,政策等等都是能源體系的一部分。如果說原動機是影響生產力的主要因素,那么能源體系就是影響生產關系的主要因素。

綜上所述,能源轉型需要至少從三個角度看,即原動機、一次能源和能源體系。

可再生能源轉型面臨的挑戰

可再生能源主要包含水電、風電、太陽能發電等,雖然都是可再生能源,但面臨的情況不同。

先說水電,水力發電的歷史可以追溯到 19 世紀末,1878 年法國建成了世界上第一座水電站,到今天已經 142 年了,但截止2019年全球水力發電量占比為15.9%。這與水資源這種一次能源的特性有關,水資源的分布不均勻,可以作為水能的資源有限性和水量因季節性波動的特性,使得其很難成為主導性能源。

目前我國在水電的利用的規模上是世界第一,截止 2020 年 8 月底我國水電裝機 3.6 億千瓦時,占全國發電裝機容量的 17.4%,全國規模以上電廠水電發電量占全國規模以上電廠總發電量的15.99%。

風力用于發電的歷史可以追溯到 1891 年,丹麥建成了世界第一座風力發電站,在 1931 年蘇聯建造了第一座 100 千瓦的風力發電機,是最早商業化的風電發電機。光伏發電的原理發現于 1839 年,由法國科學家貝克雷爾發現了“光生伏特效應 ”。1954 年,美國科學家恰賓和皮爾松在美國貝爾實驗室首次制成了實用的 單晶硅太陽電池,誕生了將太陽光能轉換為電能的實用光伏發電技術。

因此風能和太陽能的發展也有七八十年的發展,近幾年由于國家的推動和政策補貼有了非常大的發展。但風能和太陽能要想完成新一輪能源轉型仍然面臨諸多挑戰。

能源屬性和能源體系的挑戰

雖然風能和太陽能是分布相對均衡和廣泛的可再生能源,從總量上看,有成為主導能源的可能性。然而風能和太陽能的能量密度低,能量輸出不穩定,且不可存儲,使得這兩種能量更適宜本地消費,也就是我們通常理解的更適宜于分布式發電。此前太陽能和光伏的價格一直不具備競爭力,但近幾年的技術進步,使得兩者的成本不斷下降。然而經濟角度的因素并不能消除物理屬性上的問題,從植物能源向化石能源轉型相對順利的原因之一,是化石能源的能量密度高、便于存儲和運輸以及原動機的效率不斷替身,使之具有成為主導能源的先天優勢。

所以能源屬性的不同必然會導致整個能源的生產、運輸和消費體系的轉型,從目前看,如果要消納更多風電和光伏的發電,從集中式發電向分布式發電是一個趨勢。

 轉型的動力差異

在了解本輪能源轉型時一直存在一個疑問,即經濟的驅動因素何在?因為幾乎所有關于本輪向可再生能源轉型的原因主要歸因于氣候原因和環境原因。回顧歷史上的能源轉型,“新”能源的使用(包含“新的”原動機和“新的”一次能源)主要源于其一次能源相對安全可靠穩定和原動機帶來的效率提升,與其匹配的能源體系構建也是市場自發完成的,或者至少政府的干預基本沒有影響新的能源體系與前兩個要素的匹配過程。也就是說之前的轉型是因為新技術——新的原動機產生,而帶來了一次能源使用的變化及能源體系建設的改變。從經濟性考慮,其更高效的動力轉化也是非常符合經濟效益的。

然而本輪的能源轉型,一開始就是在政府干預下推進的。全球向可再生能源轉型由原動機驅動為主轉向政府政策主導,背后的動因是環境惡化和全球氣候變暖的威脅。

從這里可以看到思路轉變的體現,即世界整體都在從一個以“效率”思維往“安全”思維轉型,也就是說即使在短期看經濟是不劃算的,但為了長期的發展和安全可以犧牲短期利益,換取更長久的發展。這點不單在能源上,在制造業回遷本國,自主國產化等方面都有體現。

因此我們看到了幾乎各國政府在推動可再生能源轉型的過程中,都是依靠政府支持和政策補貼。為了更長久的發展,這是一個正確的選擇,但過程必然是曲折的,因為“舊的”能源寡頭更愿意沿著現有的能源體系前進,而不是轉向新的能源體系。

轉型的長期性與迫切的轉型需求矛盾

從歷史看,除了一些能源資源豐富的小國外,多數國家的能源轉型是一個長期漸進過程。而且,工業化和城市化發展所堆積的龐大能源規模和量級進一步提高了當前能源轉型的“門檻”。19 世紀 90 年代末,當植物能源的份額下降到世界一次能源供應的 50%以下時,需要用來替代剩余植物能源消費而增加的化石燃料供給不到 20 艾焦(EJ)(相當于 4.78 億噸油當量)。到 2010 年,全球化石能源每年消費高達 400 艾焦(95.53 億噸油當量)。這意味著需要替代化石能源消費所要增加的非化石能源總規模是 19 世紀 90 年代的 20 倍。

當前能源轉型的艱巨性與要求加快向非化石能源轉型的客觀迫切性形成了強烈反差。近期中國 2060 碳中和目標的宣布,更加凸顯了政府力求轉型的急迫性,相關行業的從業人員也倍感壓力,因為這顯然不是一個容易實現的目標。

可再生能源的高成本

可再生能源轉型的國家中,德國一直被視為標桿,但德國能源轉型也推高了電價。事實上,在前一階段能源轉型中,已建成的太陽能和風能項目補貼使得德國的電價很長一段時間在歐盟國家中處于高位。據德國聯邦能源和水資源協會(BDEW)的統計,2000-2013年,德國居民電價上漲幅度高達106.9%,企業用電價格漲幅為145.79%,遠超歐盟其他國家。使得德國電價高企有諸多原因,但能源轉型是重要的驅動因素。當然成本問題隨著光伏和風電的平價上網或許不會經歷如德國電價高企的情況。

在我國電力體系向市場化轉型的過程中,一方面希望市場機制這只“看不見的手”形成市場價格,一方面在轉型的過程中要提升我國產品的競爭力就必須在生產要素成本上下功夫,比如這幾年一直強調的降低工商業電價,而另一方面為了環境和氣候問題,我們仍需大力發展綠色能源。可以說幾方面的目標和壓力使得我國的電力市場發展困難多多。

雖然本文講了許多可再生能源轉型面臨的諸多問題,但并非不看好可再生能源的發展,相反,在看清了大趨勢的情況下,更覺得世界潮流浩浩蕩蕩,順之者昌逆之者亡。然而前途是光明的,道路永遠是曲折的,希望人們在理性的認識清楚其問題和挑戰后更加務實和勇敢的向前推進改革步伐。

希望明天更加美好!祝愿中國的電力發展成功,綠色轉型成功。

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