引言:碳中和是指國家、企業、產品、活動或個人在一定時間內直接或間接產生的二氧化碳或溫室氣體排放總量,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或溫室氣體排放量,實現正負抵消,達到相對“零排放”。目前已有120多個國家承諾“碳中和”。
當前,全球正處于從高碳向低碳及凈零碳轉型的重要歷史時期,圍繞碳中和將開啟一輪新技術和新產業的競賽。碳中和在推動綠色經濟復蘇的同時,將促進包括能源、制造、科技、消費等眾多行業的價值鏈重構。就當前全球形勢看,實現清潔低碳發展既是當前發展的迫切需要,也是未來的必然要求。
2020年9月22日,中國政府在第七十五屆聯合國大會上提出:“中國二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值,努力爭取2060年前實現碳中和?!蔽覈鴮η鍧嵞茉窗l展高度重視,投資額連續多年位居全球第一,水電、風電、光伏發電裝機容量穩居全球首位。碳中和承諾,無疑將為清潔能源產業注入長期發展動力,并帶來圍繞清潔能源的各種新興機遇。
一、太陽能產業
中國太陽能產業規模位居世界第一,中國是太陽能熱水器生產和應用大國,也是重要的太陽能光伏電池生產國。
太陽能光伏電池包括晶體硅電池和薄膜電池兩類,晶體硅電池占據絕大部分市場份額,占比超過90%。中國光伏發電產業鏈條較為成熟,全球市場地位突出,2019年中國硅料、硅片、電池和組件產量分別達到34.3萬噸、135GW、110GW和100GW,全球占比分別達到66.9%、97.8%、82.7%、76.9%。
薄膜電池為近些年發展起來的技術,市場占比較小。隨著新一代產品成本大幅下降,碲化鎘電池出貨量有望迎來高速成長期,2019年First Solar公司組件產量大幅增長到5.7GW。銅銦鎵硒薄膜電池轉換效率提升較快,國內己有漢能、中建材、國家能源集團等企業布局薄膜電池產業化項目。
太陽能與建筑結合相關產業不斷拓展。隨著中高溫太陽能熱水器的開發,太陽能熱水器的應用領域不再局限于提供熱水,正逐步向取暖、制冷、烘干和工業應用方向拓展。太陽能與建筑一體化技術日益完善,主、被動太陽房,太陽能熱發電和太陽能制冷等技術快速發展,已形成不同規模的產業鏈。
二、風力發電產業
近年來,中國風電連續多年新增裝機居全球首位,成為全球第一風電大國。風電超越核電,成為僅次于火電、水電的中國第三大主力電源。
中國已成為全球最大的風電零部件制造供應鏈基地。就國內來看,中國風電起步于“三北”地區,經歷“建設大基地、融入大電網”的快速發展。目前,陸上風電受限于風資源和電力需求區域錯配的問題,“三北”等風電資源區存在一定的消納問題和棄風現象。
在風電資源區之外,中國在國際上創新發展出低速風電產業,低風速開發引領世界風電向著更長葉片、更高塔筒、定制化設計、全生命周期的方向發展。中國中東部和南部地區可開發低風速風資源達10億千瓦,目前開發量不到兩成,未來拓展空間巨大。近年來,開發低風速風資源的分散式風電項目布局加速。
海上風電是風力發電的重要領域,是推動風電技術進步和產業升級的重要力量。海上風電與陸上風電相比,具有距離負荷中心近、風機利用效率高、不占土地資源等優勢。截至2019年底,全球海上風電累計裝機容量27.2GW,比2018年增長24%;全球已投運海上風電場共146個,其中英國海上風電累計裝機容量9.7GW。
近年來,山東、江浙、福建、廣東等中東部沿海經濟發達、負荷集中地區,海上風電市場得到快速發展。大功率風機已成為海上風電未來的發展方向,運輸吊裝運維設備和船舶進一步專業化,帶動了新的風電產業鏈發展。
三、氫能源產業
氫能源發展仍處于商業化初期,隨著技術突破和規?;瘧?,氫能全產業鏈有望迎來發展爆發期。日本是氫能產業技術的掌握者,專利第一,三菱、松下、豐田等具有全產業鏈布局的綜合優勢。
據預測,到2050年世界能源邁入天然氣、石油、煤炭和新能源“四分天下”時代,氫能約占18%,創造年均2.5萬億美元的市值,未來10-20年全球氫能產業將迎來快速發展的重大機遇期。未來備用電源、船舶、有軌電車及分布式發電等場景豐富,相關產業領域有望掀起產業新浪潮。日本正在加速渦輪氫氣發電機、氫燃料電池商用車、氫能冶金的開發與應用。
氨氣可能成為未來氫氣大規模運輸的重要載體,氨燃料產業已受到世界多個國家的關注,歐洲、日本、韓國、中國都已開展氨燃料船舶研發。日本經濟產業省日本高度重視氨燃料產業鏈布局,打造涵蓋船舶建造、設備研制、燃料加注的全產業鏈;計劃到2030年用氨與煤炭混燒,替代日本燃煤發電站20%的煤炭供應,最終目標是建設氨氣發電廠,作為新的低碳電力結構的一部分。
四、核能產業
核電主要有核裂變發電和核聚變發電兩種路徑,核聚變發電尚處于前期研究,核裂變發電技術不斷成熟,目前已發展到第三代核電技術,核電技術的發展趨勢是安全水平更加卓越、經濟性更好、核燃料利用率更高、廢物產生量更少。
近年來,國內外核能綜合利用相關技術快速發展,小型堆作為一種新興機組逐漸引起各國關注。小型核電能夠滿足直接面向用戶的分布式能源系統在供電、城市供熱、工業供汽和海水淡化、同位素生產等各種領域的應用需求。
過去20多年,為適應全球能源低碳化大趨勢,各核能大國努力擴大核能應用范圍,多用途核電小堆開發逐漸成為發展重點。比爾·蓋茨創辦的核能企業TerraPower,計劃建造小型先進的核電站,以補充由太陽能和風能等間歇性能源供應的電網。在國內,國家電投在齊齊哈爾市推動核能供熱小堆落地,打造東北地區冬季取暖“無煤化、零碳化”典范。
隨著人類技術的不斷進步,特別是在超導材料、量子計算機等一些先進技術的帶動之下,未來可控核聚變技術有可能成為現實,到時核聚變電站將可以為人類帶來非常豐富的能源。2021年4月,中國“人造太陽”工程實現核聚變達到一分鐘燃燒,對于可控核聚變發展具有里程碑的意義。
五、地熱能產業
地熱能作為新能源中的優勢能源之一,再次進入經濟發展的主流趨勢,而其利用模式,也由市場經濟初期的地熱溫泉利用,逐步向能源為主的利用模式轉型,使可貴的地熱資源得到充分、高效的利用。
進行大型集中供暖是地熱能供暖發展的必然趨勢。地熱能集中供暖,能提升對能源本身的高效利用,降低小片區應用造成的能源損耗。冷熱站將深層的地熱井供暖與淺層地源熱泵制冷結合起來,不僅可以集中供暖,也可以集中制冷,不僅提高了生活的舒適度,也極大地提高能效。
地熱發電是地熱能利用的高級形式,是一種新能源整體實力的體現,2019年全球地熱發電累計裝機容量增長至13.93GW。目前的地熱發電,依舊受資源條件和開發水平的限制,我國能夠進行高溫地熱發電的淺層區域并不多,而更多的地熱能蘊藏在幾千米深處的干熱巖中,儲量很大,開采成本較高。
六、生物質能產業
生物質是一種碳中性能源,它在生長過程中吸收二氧化碳,然后在燃燒過程中重新釋放到大氣中,達到二氧化碳排放凈平衡。生物質能是世界第四大能源,僅次于煤炭、石油和天然氣。
生物質能綜合利用模式包括發電、供熱、制氣、制油、制生物質碳等,工業文明所需的所有能源商品,生物質能均可提供。從全世界可再生能源利用來看,生物質能源終端使用占比超過了50%,尤其是在歐洲生物質能源在新能源中的比重超過60%,遠遠超過風能、太陽能。
生物質發電可分為直接燃燒發電、混合燃燒發電、垃圾發電、沼氣發電和氣化發電。中國生物質能發展主要以發電利用為主,非電利用為輔。在縣域、農村地區,利用秸稈、畜禽糞污和有機生活垃圾,通過生物質熱電聯產、厭氧發酵生產沼氣及生物天然氣,可很好地解決縣域、農村清潔供暖難題。
七、分布式儲能
儲能是將電能轉化為其他形式的能量儲存起,分布式儲能是指分布在用戶側的儲能系統,與分布式發電系統共同構成分布式能源網絡。隨著我國大力推動“新基建”的建設,通信系統、商業園區、工業廠房、社區住宅、海島、偏遠地區等場景對穩定供電的需求增大,分布式儲能擁有巨大的市場藍海。
截至2020年3月底,全球已投運電力儲能項目的累計裝機規模達184.7GW,同比增長1.9%。其中抽水蓄能項目主要用于發電側儲能,一般由電力公司投資用于削峰填谷穩定電力供應,已投運抽水蓄能項目占比達92.6%。
分布式儲能系統依賴的設備、解決方案,主要有各類儲能設備以及智能微電網系統,其中未來市場前景較大的主要有燃料電池、固態電池、超級電容器、液流電池等。目前,主要細分領域普遍面臨技術不成熟、成本高昂難以大規模商業化推廣、產業生態缺失等問題,制約了行業的發展,也為創新創業發展提供了巨大的想象空間。
八、智慧能源管理
隨著清潔能源和新能源在能源增量中的比重逐步增大,多能互補、協調發展將有助于提高新能源和清潔能源的使用量和消納水平。未來風電、光伏等行業將進一步融入大數據、云計算等新一代信息技術,智能化和信息化將成為新能源行業的重要發展趨勢。
能源互聯網以智能電網為核心、可再生能源為基礎、互聯網為紐帶,通過能源與信息高度融合,將分布式發電、儲能系統、負荷等組成眾多的微型能源網絡。能源互聯網將顛覆現有的能源格局與能源體系,也催生新興商業模式和機遇的不斷涌現,包括燃氣分布式、光伏分布式、增量配電網、電動汽車及需求側管理等。
在智慧能源管理領域,已涌現出不少成功的企業。例如遠景智能構建的能源物聯操作系統EnOS,目前連接協同全球超過100GW的能源終端與5000萬智能設備。遠景智能可以為智慧新能源、智慧工廠、綜合能源管理、智慧出行、智慧城市等領域提供解決方案和智能產品,通過智能軟件解決方案與服務智慧賦能發電、樓宇、園區、交通、城市等多個場景,推動從電力生產側到消費側的協同成本降低。
小結
綜上分析,在碳中和的引領下,清潔能源將成為一個確定性強、長期的、廣泛的產業機遇,呈現出多樣化的產業發展機會,包括成熟技術的產能擴張、成果產業化項目落地、清潔能源運營項目、新的技術方向研發等。在清潔能源產業鏈上搶占先機固然重要,但更重要的是切準產業技術的發展方向,做長遠的謀劃,把握好發展節奏。