光伏能火多久？底层逻辑在这里

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国家近些年大力发展新能源产业，尤其自2020年提出“双碳”目标后，新能源领域获得了更大的关注。新能源领域中，光伏表现十分亮眼。7月7日，国际能源署（IEA）发布《光伏全球供应链特别报告》，认为到2025年，在用于光伏组件生产的关键部件上，世界将几乎完全依赖中国。光伏制造可大致分为多晶硅、硅片、电池片、组件四个环节，2021年中国这四个制造环节的全球产量占比均在75%以上。中国光伏强到何种程度？光伏是否真值得被如此看好？这个赛道是否具有长期的竞争力？近期，千亿市值龙头通威重磅发声，其所著《未来 碳中和与人类能源第一主角》一书，深度分析了光伏的逻辑，将自身发展路径和对行业的判断和盘托出，把光伏新能源讲透了。

01

碳中和第一主角

当清洁能源消费占到未来能源消费的80%以上时，太阳能、风能、水能、核能、氢能以及生物质能将扮演重要的角色。但是，哪一种能源会是其中的支柱？

答案无疑是太阳能。

太阳能无处不在，总量巨大。人们可以以极低的成本，获取这一零排放零污染的永续清洁能源。

我们先看看其他清洁能源。

风能

相对于传统的化石能源，风能在能源供给的过程中不会产生温室气体， 并且风能作为自然界中的一种可再生能源，可以源源不断地为人类提供庞大的能源补充。全球风能不但储备极为丰富，而且分布广泛，几乎涉及所有的国家和地区。由于风能技术相对简单，不会因为制造材质等因素影响转换效率，因此从20世纪70年代开始，风能是新能源领域中发展最快、装机容量占比最大的能源。目前，全球最大的风力发电机组是位于丹麦的“V164”：220米高的主体，搭配三个80米长的叶片，一天的发电量就足以满足当地数百户家庭一个月的用电量需求。海上风电是未来风电的重要发展方向。但是，风能也有间歇性和不稳定性的缺点，有风与没风、风大与风小在发电功效上存在很大的差异。这导致风力发电无法根据需求增减发电，必须与其他的电力来源或储存设施一起使用，提供范围内的能源补充和替代，才能保障电力的稳定供应。同时，风力发电对电站建设的地域要求更高，且以大型电站建设为主，不适合进行分布式布置。不过，瑕不掩瑜，在未来的能源体系中，风能必然会占据一席之地。水能水能的特点包括廉价与清洁，既可以用于发电，也能转换为机械能做功，是所有可再生能源中历史最悠久、技术最成熟、适用最广泛的一种能源。总装机容量高达 22.5GW的三峡水电站，这是目前世界上最大的水电站。水资源的开发利用从表面上看清洁无污染，却会对周围的生态环境产生影响。埃及阿斯旺大坝于 20世纪70年代初竣工，一度是埃及人引以为傲的能源工程，不仅解决了当地雨季和旱季水资源分布不均的问题，还为国家提供了廉价的电力，使得工业发展进而实现工业化成为可能。但随着时间的推移，阿斯旺大坝对尼罗河流域生态平衡的影响逐渐显露。在上游蓄水的同时，大量富含养料的泥沙沃土也被锁在了上游，下游和沿岸土壤出现大规模盐渍化，河口三角洲的面积严重缩小 ；库区则沉淀了大量富含微生物的淤泥，使得藻类及浮游生物疯狂生长，水质严重恶化，依河而居的居民的健康受到损害。这不是个例，肯尼亚的姆韦亚水电站、我国台湾的美浓水库都存在不同程度的生态破坏情况。不少环保人士和团体也因此反对兴建大型水电站。不过，纵观全球经验，几乎所有的国家都在积极开发利用水能，所以水电站在目前的能源体系中占据重要地位。核能与其他能源相比，核能有数不尽的优势。能量高、清洁、稳定。20世纪下半叶，有技术能力支撑的国家开始争先恐后地发展核能，其中70年代的装机容量增长量超过700%。但1986年切尔诺贝利事件打破了核能神话。8 吨多的强辐射物质泄漏， 产生相当于500颗二战时美国向日本投放的原子弹的核辐射强度，包括俄罗斯、白俄罗斯和乌克兰在内的6万平方千米的土地被污染，数万人不幸遇难，更多人由于放射性物质的影响患上了癌症。切尔诺贝利事件引起了世界各国对核电的反思，公众开始反对核电，部分国家停止核电厂的建设，全球核能市场首次出现萎缩。在20世纪90年代，其增速甚至不足5%。2011年3月，地震引发的日本福岛核泄漏事故再次为人类敲响警钟。德国、瑞士、意大利先后宣布退出核电布局，法国、韩国也开始逐步减少未来核电的规划布局。由于核裂变技术存在巨大的安全风险，人们将未来核能的应用投向了核聚变技术。但要实现可控的核能技术发电，在应用上十分困难，因为核聚变发电的两大难点是上亿度的点火温度和长时间稳定地约束运行。如果要实现大规模应用，至少还需要半个世纪的探索，也许在 21世纪末核聚变技术能够走出实验室。生物质能生物质能具有资源量大、燃烧可控、能源质量高的特点。自20世纪90年代以来，生物质能在农业发达的国家得到了广泛发展。巴西一直着力研究以甘蔗为主要原料的生物液体路径，在21世纪初一跃成为生物液体燃料大国 ；欧洲通过政策补贴以鼓励生物质能的发展 ；美国在2009年生产出 117.84亿千克的大豆，用于生产生物质燃料。但2010年以后，行业内关于生物质能的讨论声越来越小，主要原因在于获取生物质燃料需要耕种。在耕种空间增长极为有限的情况下，如果依然发展生物质能，势必会和农业产生利益冲突。从经济效益角度来说，同样面积的土地用于种植粮食的收益远不如用于种植生物质燃料，资本做何选择不言而喻。长此以往，会在能源问题上衍生出更多的矛盾。另外，从能源利用效率来看，生物质能并不经济。此外，秸秆、垃圾、沼气燃烧产生的温室气体并不比传统化石能源少，生物质能的应用只能解决能源可持续问题，面对环境问题仍显得力不从心。在未来的能源体系中，以垃圾焚烧发电、沼气燃烧发电、乙醇汽油为代表的生物质能会继续发展，但绝对不是主流。氢能氢能好处众多 ：氢气燃烧后的产物只有水，清洁无污染；随着电解水制绿氢的技术日益成熟，氢能可以被看作一种取之不尽、用之不竭的可再生能源 ；氢的发热值极高，燃烧1千克的氢气能释放出1.4×108焦耳的热量，是同质量天然气的两倍左右。如果可以在交通工具上普及，全球交通的碳排放将得到极大的遏制。2019年，氢能首次被写入《政府工作报告》。在“双碳”目标的驱使下，氢能更是迅速跻身能源革命的热门赛道，甚至被誉为21世纪最具发展潜力的清洁能源。中国氢能联盟预计到2030年和2050年，中国氢气终端能源占比分别达5%和 10%以上。但是，氢能也有不小的局限。首先，氢能是二次能源，并非一次能源，它需要通过其他能源制取。其次，氢气的体积能量密度小是致命缺点。如果要增大体积能量密度，就需要增加压力，使用特制的储氢罐储存。这无疑又会增加氢气的应用成本和阻力。另外，氢气相比于其他气体十分容易泄漏，使用和储存起来比其他气体更困难，特别是在相对封闭的空间内，比如地下停车场、仓库，一旦泄漏很容易发生爆炸。为了达到安全标准，加氢站需要选在远离闹市区、空旷的地方，配备特殊的安全设备，建设成本相当高。这些限制条件都为氢能及氢能汽车的发展蒙上了阴影。从上游的制氢到中游的运氢、储氢，再到终端的氢站建设、氢能汽车应用，以氢为核心的能源体系面临重重困难。正因如此，特斯拉 CEO 马斯克公开向媒体称 ：“燃料电池没有未来。”而氢燃料电池就是马斯克所言“燃料电池”的主要产品。所以，虽然氢能一直是能源市场中人们关注的重点，但时至今日，除了运载火箭实现了氢燃料的大规模应用，依然是一种相对边缘化的能源。但可以预见，随着新一轮碳中和的热潮，氢能将继续得到发展，作为二次甚至三次能源，将担任重要的配角。通过比较以上五种新能源的优劣势，可以大致推测出它们在未来能源体系中的占比 ：风能> 水能> 氢能> 核能> 生物质能。但在实现碳中和的道路上，能够真正充当主角的能源，应该是路径最短、转换效率最高、利用相对最方便的太阳能。

02

主角的优势

本质上，不论是传统的化石能源，还是风能、水能、生物质能等新能源，都没有跳脱出太阳本身，只是太阳能的不同表现形式。

既然太阳能无处不在，那么将分散的能量汇集起来，正是人类未来能源的主要来源之一。但我们此处所讲的太阳能，是指太阳辐射能的光电、光热和光化学的直接转化。特别是光电转化，即太阳能光伏发电，是最有前景的能源技术。

第一，技术原理最先进。

太阳能光伏发电的原理相比于其他能源则更为简便快捷。化石能源需要通过燃烧，先转化为热能，然后转化为电能。风能、水能需要将风与水的动能转化为机械能，再转化为电能。

而太阳能是从光子运动直接转化为电子远动，是从光到电的直接转化。这意味着光伏发电的原理最简单、先进。

第二，总量巨大。

据估计，地球表面每日接收的太阳能相当于1亿桶石油所生产的能量，甚至太阳只要照射地球一小时，所积蓄的能量就足以供人类消费一年。

而且，这个巨大的火球已沸腾近50亿年。据物理学家预测，太阳的寿命约为100亿年，因此太阳还能照耀地球50亿年之久。太阳能几乎就是“永恒能源”。

第三，分布广。

“阳光普照”一词将太阳能的属性描述得尤为精准。相比其他能源，太阳能是最易获得、最公平的能源。

我国全年日照时数大于2000小时的地区占国土总面积的2/3以上，具有利用太阳能的良好条件。这一点就连以“分布广”著称的风能都无法媲美，更不用说石油、煤炭等传统能源了。

第四，光伏发电最重要原材料的“硅”，也十分丰富。

我国硅资源丰富，青藏高原东北部、江苏东海、河南偃师、宁夏石嘴山、湖北宜昌、四川乐山及广元、云南昭通等地区都存在储量达千万吨甚至亿吨以上的巨型硅矿，同时全国各地几乎都发现了高品位含氧化硅矿。

第五，应用场景非常广泛。

不仅能建设集中型电站，还能通过建设分布式的小型电站，甚至在每家每户的屋顶安装电池组件进行发电。在航天航空、交通、农业、建筑、军事、城市照明等多个领域，都可以应用太阳能光伏发电。

甚至在远离人烟的沙漠、海岛，也会因为有了光伏发电而灯火通明。

这些属性，决定了太阳能光伏发电拥有巨大的发展潜力。它是当之无愧的清洁能源第一主角。

03

算一道算术题

10年前，每1kW的光伏发电设备和系统成本为 3万～5万元。随着产业规模的不断扩大、技术迭代的不断加快、智能制造的迅速推广，光伏发电成本下降了90%以上。

未来三五年，1kW的光伏发电成本还有可能降到 2000元、1000元，甚至更低。成本低廉、清洁无污染的光伏发电正在被越来越多的国家及其居民接受，它的应用正在全球迅速扩散。

越来越多的光伏电站拔地而起，越来越便宜的光电并入电网。

2021年5月11日，国家能源局下发《关于 2021年风电、光伏发电开发建设有关事项的通知》，提出2021年全国风电、光伏发电的发电量占全社会用电量的比重达到11%左右，后续逐年提高，确保2025年非化石能源消费占一次能源消费的比重达到20%左右 ；同时建立保障性并网、市场化并网等多元保障机制，2021年风光保障性并网规模不低于9000万kW。

有了强大的技术与制造能力、足够低廉的成本和积极的产业政策后，那么到2060年，

·中国社会到底会有多少光伏？

·中国作为世界上人口最多、经济总量居全球第二的国家，以及世界第一的能源生产国与消费国，到2060年实现碳中和时，整个能源体系中的光伏占比应该有多大？

·人均光伏装机容量是多少？

回答这些问题不仅为我国实现碳中和树立了方向、确定了目标，而且影响着光伏产业的发展，因为它决定了清洁能源究竟将给我们的社会带来多大的影响。

《能源生产和消费革命战略（2016—2030）》提出，到2050年非化石能源在国家能源体系中占比将超过一半。

但业内诸多意见领袖都认为这个目标还是过于保守，因为光伏产业的发展是以指数形式增长的。

首先，碳排放将加重温室效应这一点毋庸置疑，为应对气候危机，我们需要同步升级能源结构。

其次，以光伏为代表的新能源技术同样适用摩尔定律。

在经过前期铺垫之后，未来的技术路径也将呈现指数级发展。到2050年中国的清洁能源占比将远远超过50%。

按2060年碳中和的目标节点推算，中国清洁能源的占比至少要达到80%，其中一半将是光伏。在这个前提下，不妨做一道简单的算术题，算一算到2060年中国究竟需要多少光伏。

中国现在一年消耗石油约5亿吨，在全部能源消耗中占18.9%，也就是说如果将能源供给来源全部替换为石油，我们一年至少需要26.5亿吨的石油。

每 100GW 的光伏系统每年生产的电力，相当于0.5亿吨石油的等效能量， 所以如果我们现在将26.5亿吨石油全部替换为光伏，需要5300GW 的光伏装机容量（2020年，我国的光伏装机容量约为253GW）。全国约14亿人口，人均至少需要 3.8kW的光伏装机容量。

考虑到未来40年中国社会将全面发展，经济规模可能会翻一番甚至更多， 现代化水平也将不断提升，未来人均能源消费量也会迅速增加。

2019年美国人均能源消费量是我国的3.66倍（2019年，中国消费的能源约为 48.6亿吨标准煤，人口约14亿 ；美国在 2019 年消费的能源为41.63亿吨标准煤，人口约3.28亿）。如果我国在2060年人均能源消费量达到2019年美国的水平，那么， 到2060年，我国人均至少需要 13.9kW 的光伏装机容量。

假设2060年在我国的能源结构中光伏占到50%，那么未来人均至少需要6.95kW的光伏装机容量。

人均近7kW的光伏装机容量是一个什么样的概念？假设人口总数不变， 每人拥有7kW的光伏装机容量，那么届时中国将会需要累计9800GW 的光伏装机容量。也就是说，除去已有的约 253GW装机量，未来40年我们每年至少都需要新增约237GW的光伏装机容量。

看似繁重的任务对中国光伏产业的发展来说，将是一个巨大的推动力。人均7kW的光伏装机容量、累计9800GW的光伏装机容量，将深刻改变中国社会。

除了太阳能之外，风能、水能、核能等也将进一步发展。能源生产清洁化作为这个时代的标志性事件，正在把人类带向未来的发展阶段。

中国计划在2060 年实现碳中和目标，在光伏产业的支撑下预计会提前5～10年实现。

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