聚焦 | 能源转型离我们有多远?

2020-10-26 16:27 来源: 打印 扫码手机看

  有时候分析一个行业的走势我们可能需要站在更高的角度,如果没有全局观,那么未来的变化是很难把握的。

  风光无限的可再生能源

  尽管可再生能源作为新能源的代表已经有些年了,但最近风光无限的仍然是“风光”。先看三则信息:

  (来源:微信公众号“享能汇”ID:Encoreport 作者:享能汇工作室)

  2020 年 10 月 21 日,国务院副总理刘鹤在 2020 金融街论坛年会开幕式上发表主旨演讲时表示,疫情的重要启示就是要始终促进人类与自然的和谐相处。要推动绿色发展,构建绿色低碳、循环发展的经济体系,大力发展清洁能源、可再生能源和绿色环保产业,增强发展的可持续性。与此同时,我们要高度重视结构调整,防止重复建设,合理提高市场集中度,增强市场主体核心竞争力,加快构建以国内大循环为主体、国内国际双循环相互促进的新发展格局。

  在十一国庆假期海外光伏龙头股价全线大涨,涨幅最高的福莱特玻璃期间涨幅达到 48%,涨幅最小的阿特斯涨幅达到 20%,平均涨幅高达 36%。节后第一个交易日,当其他板块个股还在缓缓而动时,光伏板块上市公司已全线翻红,且大批封板。

  2020 年 10 月 14 日举行的 2020 年北京国际风能大会上,《风能北京宣言》发布。为进一步加快全球风电发展,《宣言》发出五点倡议。其中,为达到与碳中和目标实现起步衔接的目的,在“十四五”规划中,须为风电设定与碳中和国家战略相适应的发展空间:保证年均新增装机 5000 万千瓦以上,2025 年后,中国风电年均新增装机容量应不低于 6000 万千瓦,到 2030 年至少达到 8 亿千瓦,到 2060 年至少达到 30 亿千瓦。

  无论从政策引导,还是资本市场里投资人的反应,以及相关的舆论都似乎在说新能源马上就要来了,但站在这个时间点上我们有必要反问,从传统能源转型到可再生能源真的是确定的吗?我们预期的未来,一定会是真正的未来吗?

  以史为镜鉴兴替

  前段时间比较热的一本书是高瓴资本创始人张磊的《价值》,其中一段话是说:

  做价值投资要看到行业的发展、公司的演进和管理层的潜力,包括这个生意是如何诞生、如果变化、如何消亡,以及这些结果背后的驱动因素,看成因和结果。……研究全球的商业进化史,通过在世界各地寻找先进的商业轨迹,对全球不同地区、不同产业生态的"物种演化“收集加工。分析的角度可能是行业的上下游,可能是不同的产品形态和定位,可能是某种资源或能力的稀缺性,也可能是影响这个生意的其他环境和基础设施,甚至可能是创意团队的独特禀赋,核心目的是用全球的样本把产业演变的逻辑进行沙盘模拟,把历史性和前瞻性贯穿起来,形成一个跨地区、跨周期的分析结果。

  我们现在面临的新一次能源转型到底是什么呢?

  首先能源转型是什么?

  在网上看了下,简单地说现在热议的能源转型实际上是能源结构的转型。那什么是能源结构呢?就是我们消纳各种能源的比例。比如 100 年前人们用的主要能源是木头和煤炭,后来变成了石油和天然气。

  能源转型真的是这么简单吗?

  “能源转型”一词最早可能出自 1980 年德国科学院出版的名为《能源转型:没有石油与铀的增长与繁荣》的报告。报告的核心观点之一是呼吁放弃核电和石油能源,这个观点当时引起了巨大的争论也受到强烈反对,然而三十年河东三十年河西,这个观点后来竟然逐渐成为了德国能源政策的基本内容。

  2002 年后,“能源转型”的含义逐渐演变为“转向分布式可再生能源和能源效率",宣传最终的目标是建立 100%基于可再生能源的能源体系。而德国也成了世界上向可再生能源转型的优等生,而“能源转型”也常常被等同于“向可再生能源转型”。

  当然,“能源转型”的含义肯定是不局限于“向可再生能源转型”里,而能源转型也在人类历史上多次出现过。比如根据历史演进,人类利用能源大致可分为五个阶段,如下:

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  虽然能源利用史可以简单的分为这几个阶段,但这并不就是能源转型。

  能源转型的模型

  或许很多人把能源转型简单的理解一次能源转化问题,但实际上并非那么简单。就能源转型来说就有“三次转型论”、“五次转型论“和“两次转型论”。这里的理论展开来说有很多,结合其中的理论和思想,对以下几个问题做一个简单的讨论。

  “一次能源品种”的更替和显著变化是能源转型吗?

  有一定道理,但不全面,一次能源品种的替换是一种结果,也并不能解释为什么我们会从一种能源转化为另一种能源。就目前为止我们所使用的一次能源,比如煤炭、石油、天然气,已经在这个地球上存在了上亿年了,至少从人类诞生时这些一次能源就是存在的。

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  前人也并不是压根不用这些一次能源,比如中世纪时期英国城市用煤就非常普遍了,到 18 世纪初,不仅用于取暖,而且在很多工业领域,如玻璃制造、啤酒酿造、制糖、肥皂制造等生产中也都在用煤炭。石油的利用甚至可以追溯到公元前 3000 多年,古埃及人把沥青作为“木乃伊”的防腐剂,中国也在秦汉时期把石油用作燃料和润滑油。

  所以一次能源都是“客观存在”的,只是取决于我们怎么用。

  原动机是能源转型的起点和核心动力

  当我们说发现一种“新”能源时,本质是发现了一种“新利用方式”,也就是新的能源转换器。

  “五次能源转型论”是加拿大学者瓦茨拉夫·斯米尔在 2004 年发表的论文中提出的。他的理论认为判断能源转型的最重要标准是根据极大改善能源转换效率的“原动机”(prime movers)来判定。“原动机”即是能源转换器,简单的说,“原动机”使人类使用能源的效率大幅提升。

  比如煤炭和木柴都可以用来取暖,但煤炭排放烟雾和有害气体让人的使用体验很不好。其后新的原动机——蒸汽机的发明改变了煤炭传统使用方式,不仅提高了效率,而且使得其用途从传统的取暖供热市场进入了动力市场,成为交通运输市场的主要燃料。再之后有因为新的原动机——内燃机的发明和推广,使得交通领域的煤炭让位于了石油。其后涡轮机和发电机的出场,又使煤炭在后来成了主要的发电燃料。

  因此原动机的发明、推广、迭代、创新是能源转型的源动力。如果用第一性原理看,技术是能源转型的核心关键因素。

  能源体系至关重要

  除了上面的一次能源,原动机以外,还有一个很重要的因素是能源体系。能源作为一种商品,既有普通商品的属性,也具有特殊商品的属性。从普通商品属性说起,一个商品从原料到消费者一定是包含生产、运输和消费的上下游环节。从特殊商品属性说起,能源品种自身的特性,如能量密度、利用便利度等等也都影响了能源体系的构成。

  在我们熟知的能源中,原油的运输可以用油轮,路上可以用管道,但煤炭的使用往往存在一个运输半径,这也是为什么国家要西电东送的原因之一,把煤转化成电,比直接运煤效率高。不过总体而言,煤炭、石油和天然气同属于化石能源,其能源生产、运输和消费体系具有共同特征:大规模生产、长距离输送和大规模消费。

  当然能源体系不单包括上下游环节,还有市场机制,政策等等都是能源体系的一部分。如果说原动机是影响生产力的主要因素,那么能源体系就是影响生产关系的主要因素。

  综上所述,能源转型需要至少从三个角度看,即原动机、一次能源和能源体系。

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  可再生能源转型面临的挑战

  可再生能源主要包含水电、风电、太阳能发电等,虽然都是可再生能源,但面临的情况不同。

  先说水电,水力发电的历史可以追溯到 19 世纪末,1878 年法国建成了世界上第一座水电站,到今天已经 142 年了,但截止2019年全球水力发电量占比为15.9%。这与水资源这种一次能源的特性有关,水资源的分布不均匀,可以作为水能的资源有限性和水量因季节性波动的特性,使得其很难成为主导性能源。

  目前我国在水电的利用的规模上是世界第一,截止 2020 年 8 月底我国水电装机 3.6 亿千瓦时,占全国发电装机容量的 17.4%,全国规模以上电厂水电发电量占全国规模以上电厂总发电量的15.99%。

  2011年-2019年全球发电量及结构

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  来源:2020年版REN21《全球再生能源现况报告》

  风力用于发电的历史可以追溯到 1891 年,丹麦建成了世界第一座风力发电站,在 1931 年苏联建造了第一座 100 千瓦的风力发电机,是最早商业化的风电发电机。光伏发电的原理发现于 1839 年,由法国科学家贝克雷尔发现了“光生伏特效应 ”。1954 年,美国科学家恰宾和皮尔松在美国贝尔实验室首次制成了实用的 单晶硅太阳电池,诞生了将太阳光能转换为电能的实用光伏发电技术。

  因此风能和太阳能的发展也有七八十年的发展,近几年由于国家的推动和政策补贴有了非常大的发展。但风能和太阳能要想完成新一轮能源转型仍然面临诸多挑战。

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  全国发电装机容量占比

  来源:中电联

  能源属性和能源体系的挑战

  虽然风能和太阳能是分布相对均衡和广泛的可再生能源,从总量上看,有成为主导能源的可能性。然而风能和太阳能的能量密度低,能量输出不稳定,且不可存储,使得这两种能量更适宜本地消费,也就是我们通常理解的更适宜于分布式发电。此前太阳能和光伏的价格一直不具备竞争力,但近几年的技术进步,使得两者的成本不断下降。然而经济角度的因素并不能消除物理属性上的问题,从植物能源向化石能源转型相对顺利的原因之一,是化石能源的能量密度高、便于存储和运输以及原动机的效率不断替身,使之具有成为主导能源的先天优势。

  所以能源属性的不同必然会导致整个能源的生产、运输和消费体系的转型,从目前看,如果要消纳更多风电和光伏的发电,从集中式发电向分布式发电是一个趋势。

  转型的动力差异

  在了解本轮能源转型时一直存在一个疑问,即经济的驱动因素何在?因为几乎所有关于本轮向可再生能源转型的原因主要归因于气候原因和环境原因。回顾历史上的能源转型,“新”能源的使用(包含“新的”原动机和“新的”一次能源)主要源于其一次能源相对安全可靠稳定和原动机带来的效率提升,与其匹配的能源体系构建也是市场自发完成的,或者至少政府的干预基本没有影响新的能源体系与前两个要素的匹配过程。也就是说之前的转型是因为新技术——新的原动机产生,而带来了一次能源使用的变化及能源体系建设的改变。从经济性考虑,其更高效的动力转化也是非常符合经济效益的。

  然而本轮的能源转型,一开始就是在政府干预下推进的。全球向可再生能源转型由原动机驱动为主转向政府政策主导,背后的动因是环境恶化和全球气候变暖的威胁。

  从这里可以看到思路转变的体现,即世界整体都在从一个以“效率”思维往“安全”思维转型,也就是说即使在短期看经济是不划算的,但为了长期的发展和安全可以牺牲短期利益,换取更长久的发展。这点不单在能源上,在制造业回迁本国,自主国产化等方面都有体现。

  因此我们看到了几乎各国政府在推动可再生能源转型的过程中,都是依靠政府支持和政策补贴。为了更长久的发展,这是一个正确的选择,但过程必然是曲折的,因为“旧的”能源寡头更愿意沿着现有的能源体系前进,而不是转向新的能源体系。

  转型的长期性与迫切的转型需求矛盾

  从历史看,除了一些能源资源丰富的小国外,多数国家的能源转型是一个长期渐进过程。而且,工业化和城市化发展所堆积的庞大能源规模和量级进一步提高了当前能源转型的“门槛”。19 世纪 90 年代末,当植物能源的份额下降到世界一次能源供应的 50%以下时,需要用来替代剩余植物能源消费而增加的化石燃料供给不到 20 艾焦(EJ)(相当于 4.78 亿吨油当量)。到 2010 年,全球化石能源每年消费高达 400 艾焦(95.53 亿吨油当量)。这意味着需要替代化石能源消费所要增加的非化石能源总规模是 19 世纪 90 年代的 20 倍。

  当前能源转型的艰巨性与要求加快向非化石能源转型的客观迫切性形成了强烈反差。近期中国 2060 碳中和目标的宣布,更加凸显了政府力求转型的急迫性,相关行业的从业人员也倍感压力,因为这显然不是一个容易实现的目标。

  可再生能源的高成本

  在可再生能源转型的国家中,德国一直被视为标杆,但德国能源转型也推高了电价。事实上,在前一阶段能源转型中,已建成的太阳能和风能项目补贴使得德国的电价很长一段时间在欧盟国家中处于高位。据德国联邦能源和水资源协会(BDEW)的统计,2000-2013年,德国居民电价上涨幅度高达106.9%,企业用电价格涨幅为145.79%,远超欧盟其他国家。使得德国电价高企有诸多原因,但能源转型是重要的驱动因素。当然成本问题随着光伏和风电的平价上网或许不会经历如德国电价高企的情况。

  在我国电力体系向市场化转型的过程中,一方面希望市场机制这只“看不见的手”形成市场价格,一方面在转型的过程中要提升我国产品的竞争力就必须在生产要素成本上下功夫,比如这几年一直强调的降低工商业电价,而另一方面为了环境和气候问题,我们仍需大力发展绿色能源。可以说几方面的目标和压力使得我国的电力市场发展困难多多。

  虽然本文讲了许多可再生能源转型面临的诸多问题,但并非不看好可再生能源的发展,相反,在看清了大趋势的情况下,更觉得世界潮流浩浩荡荡,顺之者昌逆之者亡。然而前途是光明的,道路永远是曲折的,希望人们在理性的认识清楚其问题和挑战后更加务实和勇敢的向前推进改革步伐。

  希望明天更加美好!祝愿中国的电力发展成功,绿色转型成功。

  参考资料:

  能源杂志:《德国电价上涨的背后逻辑》范珊珊

  《国家能源转型:德、美实践与中国选择》朱彤 王蕾著

  BP Statistical Review of World Energy 2019

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