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“终极替代”,谁领风骚?

作者:李河君   出版社:中信出版社  和讯读书
  在我们赖以生存的地球上,人类已经繁衍出了第70亿名成员,她的名字叫丹妮卡·卡马乔。如何使以卡马乔为代表的人类后代过上绿色、和平、可持续的新能源生活?化石能源有三大死穴—“质、量、分布”,使其无法支撑世界文明的可持续发展,而风能、核能、潮汐能等新能源也各有各的局限,唯一可靠的能源替代将是太阳能替代煤炭和石油。

  这是一次“终极替代”,我已经越来越真切地感受到它的气息。

  化石能源三大“死穴”

  2011年10月31日,菲律宾马尼拉一个名叫丹妮卡·卡马乔的女孩一出生就被载入史册,因为她是这个地球上的第70亿个居民。

  丹妮卡·卡马乔并不知道,她的诞生是人口数量的一个新的里程碑,同时也令远在中国北京的我忧心忡忡:世界人口已经达到70亿,人口的增长必然带来能耗的增长,要满足超出人口数量几倍比例增长的人类能耗需要,作为一名致力于推动绿色能源的企业管理者,我该如何努力才能让中国的光伏产业尽早惠及小女孩的生活?

  于是我想到,应该尽快让大家理解可再生能源替代传统化石能源的必然性和必要性,并通过自己的努力加快这一替代过程的实现。

  所以,我要向全世界大声呼吁:太阳能时代已经到来,化石能源正在加速退出历史舞台,这是一个不可抗拒的历史潮流,也是一个不可逆转的过程,太阳能才是人类未来的希望所在!

  我之所以认定新能源革命的必然性,基本根据就是两条:一是以化石能源为主体的传统能源体系将难以为继;二是依托可再生能源优越禀赋形成的新能源体系将逐渐成为替代者。一个难以为继,一个可以替代,革命当然就要发生了。

  那么,为什么说以化石能源为主体的传统能源体系难以为继?这是因为化石能源在数量、质量、分布三个方面存在的硬制约和由此产生的不可克服的弊端。这是它的三个“死穴”。

  第一,化石能源存在“数量”上的硬制约。全球化石能源的储量是一个定数,探明储量和开采量的增加只是利用层次的改变,并不是数量的增加。作为一种既定数量的资源,它只会越消耗越少。

  储量是固定的,而人口却是不断增加的,经济也是不断增长的。随着工业化的普及和生活水平的提高,人类对于化石能源的消耗量迅速增加。更重要的是,能耗并不是与人口数量同比增长,而是超出其几倍。

  2007年,美国能源信息署预测,2010年世界能源需求量为105.99亿吨油当量,2020年将达到128.89亿吨油当量,2025年将达到136.50亿吨油当量。事实上,我们所消耗的能源远远超出原先的预测。而根据世界能源权威机构的分析,主要化石能源的可开采年限并不是很长。

  第二,化石能源存在“质量”上的硬制约。化石能源主要是碳氢化合物或其衍生物,通过化学反应达到能源利用,在此过程中,可能导致严重的环境污染和生态破坏。相关研究表明,大气中主要有五种污染物:氮氧化物(如一氧化氮与二氧化氮)、硫氧化物(如二氧化硫)、碳的氧化物(主要是一氧化碳)、碳氢化合物(如甲烷)以及各种悬浮颗粒物,它们基本上都来源于化石能源的使用。

  使用化石能源的主要后果包括酸雨、臭氧层破坏等。近20年来,随着经济的快速发展,环境污染已经成为威胁人类生存与健康的重大因素,尤以空气污染最为突出。地球将越来越不适宜人类和其他生物生存。

  第三,化石能源存在“分布”上的硬制约。化石能源深埋于地下,它的分布是固定的,而且在世界各国的分布是不均衡的。其不均衡体现在:第一,数量上的不均衡,有的国家多,有的国家少,有的基本没有;第二,品种上的不均衡,有的国家石油多,有的国家煤炭多,有的国家天然气多。

  除储量、品种分布的不均衡外,供需状态也不平衡。在一国范围内看,能源储量和能源消费不对称。有的国家储量多,而消费少;有的国家消费多,而储量少。比如,中东地区石油储量很大,约占世界总储量的65%,但人口总数少,消耗量也少;欧美等工业发达地区石油消耗量很大,而储量相对不足,这就需要从国外进口。

  对任何一个国家而言,能源都是其生存和发展的最重要的资源,保证能源供应都是头等大事。在能源分布不均衡的情况下,解决供应和消费不平衡的问题必然会催生国与国之间的各种纷争。可以说,化石能源左右着我们人类。

  在全球经济体系下,任何商业活动都与化石能源息息相关,整个人类文明都建立在碳资源上。石油紧缺必然会带来石油价格的上涨,这将直接导致全球商品和服务价格的攀升。同时,石油价格上涨将引起粮食危机和社会秩序骚乱。为转移国内矛盾,许多国家通常会选择将问题国际化,寻求外界扩张,争夺能源要地就成了战争的导火索。可见,能源危机可能引发一系列可怕的连锁反应,会上升到国家的战略问题高?,直接关乎人类的生存和人类文明的延续。

  因此,不均衡的化石能源会直接影响人类文明的延续。当可替代的新能源出现时,化石能源逐渐退出历史舞台将成为必然。

  该是哪一种?

  我们可以用什么来替代化石能源?我认为,对中国来说,太阳能是最好的选择。

  我们先讨论风能。风能除蕴藏量丰富外,还具有可再生、永不枯竭、清洁无污染等诸多优点。风是一种自然现象,由太阳辐射热引起。太阳光照射到地球表面,地球表面各处受热不均,产生温差,从而引起大气的对流运动,风由此形成。虽然到达地球的太阳能中只有2%能够转化为风能,但其总量仍十分可观。据估算,地球上的风能资源是水能资源的10倍,高达53万亿度/年。即使2020年全球的电力需求增长至25万亿~30万亿度,从纯技术的角度讲,只需利用地球上50%的风能就能够满足全球的电力需求。

  风力发电成本逐年下降,目前达到每度0.5~0.6元,是眼下最具成本优势的可再生能源。风能资源丰富地区的风力发电成本与燃油发电或燃气发电的成本相比,已经具备成本竞争力。

  中国初步探明的风能资源在陆地上约为2.53亿千瓦,沿海约为7.5亿千瓦,总计约为10亿千瓦,但这一风能资源只是10米低空范围内的风能,如果扩展到50~60米以上的高空,这一数字将至少再增加一倍,即20亿~25亿千瓦的风能资源。如果其中的2/3被开发,将可达到水能资源的4倍以上,开发前景十分广阔。

  但从我国风能资源的分布看,分布不均衡的问题比较突出。资源丰富的地区集中在东北、内蒙古、新疆、西藏和沿海地区,西南地区和中部的风能资源相对贫乏。由于地形的影响,风力的地区差异非常明显。在邻近的区域,有利地形处的风力往往是不利地形处的几倍甚至几十倍。

  风能也具有密度低、风力不稳定等缺点。此外,其发电能力仅相当于传统化石能源的1/3左右,其远距离输送成本也颇高(理论上是煤电的3倍),若将此成本计算在内,则其成本优势并不明显。

  虽然海上风能资源更丰富,但海上风能的建设、开发和运行远比陆地上复杂得多。比如,中国海洋功能区域划分不是很明晰,海上风电开发牵涉到海洋局、海事、军事、交通、渔业等多个部门的利益。风电场项目距离海岸较近时,较易和渔业、生态保护等发生冲突;距离海岸较远时,又会影响航道。

  在风机运营过程中,维护成本高企也成为制约其发展的重要因素。由于远离海岸,维护工作需要特殊的设备和运输工具,并网均需要进行额外投入,而且配套零部件以进口为主。目前,无论是建设成本还是运行成本,海上风电场都要高于陆上风电场。

  接下来,我们再来讨论水能。中国能源探明总储量的构成为原煤85.1%、水能11.9%、原油12.7%、天然气0.3%,能源剩余可采总储量的构成为原煤51.4%、水能44.6%、原油2.9%、天然气1.1%。我国传统能源以煤炭和水能为主,水能仅次于煤炭,居于十分重要的地位。

  然而,中国水资源虽然丰富但分布不均—西多东少,主要集中在西部和中部地区。根据汉能2006年的研究数据,在全国可开发水能资源中,东部的华东、东北、华北三大区域仅占6.8%,中南五大区域占15.5%,西北地区占9.9%,西南地区占67.8%。在西南地区,除西藏外,四川、云南、贵州三省占全国的50.7%。

  此外,大型电站比重大且分布集中。各省(区)单站装机10万千瓦以上的大型水电站有203座,其装机容量和年发电量占总数的80%左右;而且,70%以上的大型电站集中分布在西南四省。

  更不均衡的是,中国气候受季风影响,降水和径流分配不均,夏秋季4~5个月的径流量占年径流量的60%~70%,而冬季的径流量却很少,因而水电站的季节性电能较多。

  水能开发同样面临挑战。一方面,中国地少人多,修建水库往往受到淹没损失的限制,而在深山峡谷或河流中修建水库虽可减少淹没损失,但必须建高坝,工程比较艰巨。另一方面,中国大部分河流,特别是中下游,往往有防洪、灌溉、航运、供水、水产、旅游等综合利用要求。在水能开发时往往需要统筹规划,牵一发而动全身,需要综合考虑整个国民经济的最大经济效益和社会效益。

  可再生能源团队中的其他成员,比如生物质能、潮汐能和地热能等,尚未得到规模化运用,且在“质量”与“数量”上各有各的缺憾(下文会详细论述)。至于页岩气,在我看来,它并不属于可再生能源(下文会详细论述)。

  幸运的是,我们还有太阳能。太阳是地球的主要能源供应者。太阳在其核反应过程中释放的能量是巨大无比的,其中只有二十二亿分之一的能量经过1.5亿公里的长途跋涉来到地球,30%的能量被大气层反射回宇宙,23%的能量被大气层吸收,最终,每秒到达地球表面的功率仍然高达80万~85万千瓦,相当于每秒燃烧500万吨煤释放的能量。这些能量形成了水能、风能、潮汐能、地热能等。事实上,化石能源也是太阳能的转化物。因此,在新能源的替代中,太阳能理应成为最佳选择。

  终极替代

  经过对比我们得出结论:太阳能是最符合21世纪发展需求的新能源。那么,在适当的条件下,当我们实现太阳能发电的低成本、实现平价上网(太阳能发电?本与传统能源发电成本相当)时,分布式发电站就能够得到普遍认可与普及。届时,新能源将实现对化石能源的“终极替代”。

  从目前的形势看,“终极替代”离我们越来越近。在我国,光伏电站项目越来越多,超过70%的光伏装机容量都来自大型光伏电站。在世界范围内,分布式占光伏累计总装机容量的68.9%,在美国超过83%,德国超过85%,日本更是高达90%以上。从2012年开始,欧美主流的“分布式”光伏发电也在中国悄然兴起。分布式光伏设备主要安装在家庭、工厂的屋顶上,自发自用,多余的电量再上传至电网。

  2012年,在国家能源局的多份文件中,“分布式”取代光伏电站成为政策关注的重点。在提法上,对光伏电站的要求是“有序推进”,而对“分布式”的要求则是“大力推广”。

  2012年10月26日上午,国家电网召开了一场新闻发布会,这标志着并网政策出现了转机。国家电网宣布,接受6MW以下的分布式光伏发电并网,并承诺为此类项目的接入提供便利,受理、制定接入电网方案,并网调试全过程均不收取任何费用。不仅如此,2012年12月19日召开的国务院常务会议更是明确提出,“积极开拓国内光伏应用市场,着力推进分布式光伏发电”。

  对于刚刚经历过2012年欧美“双反”的光伏企业来说,如果国内的“分布式”市场能够顺利开启,无疑将成为消化光伏产能的一个新出口。

  不仅是个人,企业也在纷纷响应。2013年7月30日,中国航空工业集团公司(简称“中航工业集团”)400MW分布式光伏发电示范项目首批20MW项目在石家庄中航通飞华北飞机工业有限公司开工建设。这是在7月15日国务院出台《关于促进光伏产业健康发展若干意见》后,我国首个启动的大型分布式光伏发电项目,中航工业集团也成为我国第一家利用自身的厂房屋顶建设分布式光伏项目的大型中央企业。

  至于成本与普及问题,从目前来看,应该很快就能攻克。就成本而言,国内外的太阳能电池生产商都在努力,目前太阳能电池的发电成本越来越低。从2011年6月10日国家能源局与亚洲开发银行联合召开的太阳能发电规模化发展研讨会上传来的消息显示,光伏发电的成本比3年前降低了50%;在不考虑土地成本的情况下,中国的太阳能发电价格已降至1元/度以下。按照这样的速度,也许在3~5年内,太阳能电池的发电成本已经可以接近火电。

  事实上,已有研究表明:火电等化石能源如果加上其对环境影响的成本,其综合成本已在0.7元/度以上。

  关于普及问题,中国一直在努力解决商业模式问题,比如卖给电网的上网电价是多少;政府怎么补贴,又怎么退出补贴。毕竟,政府补贴的目的是将来不用补贴。这些政策性的问题是各国政府都在努力解决的。

  2013年7月31日,国家财政部发布通知,确定了分布式光伏发电项目按电量补贴的实施办法:国家对分布式光伏发电项目按电量给予补贴,补贴资金通过电网企业转付给分布式光伏发电项目所在的单位。

  清洁能源将占50%

  根据多年的从业经验,我得出一个判断:到2035年,清洁能源将占全球一次能源利用总量的50%。

  有人可能会问,50%是不是太乐观了?我的回答是,占比低于50%只能算作补充,不足以证明清洁能源是对化石能源的一种“替代”。我认为,很多人往往高估1~2年的变化,而低估5~10年的变化,更何况是20年以后!历史已经证明,能源结构上发生“替代”的时间间隔一次比一次短。

  目前,包括太阳能在内的清洁能源在能源消费结构中仅占13%的份额,而化石能源占87%,但新能源的开发与研究是大势所趋。美国总统奥巴马曾经预测,到2025年,可再生能源将占全球能源利用总量的25%;联合国秘书长潘基文也曾预测,到2030年,可再生能源将占全球能源利用总量的30%。

  从世界能源结构演变历史看,煤炭代替木柴成为主要能源的第一次能源消费结构变革用了100 多年;石油替代煤炭成为主要能源的第二次能源消费结构变革用了 60 年左右;目前,能源结构正朝着高效、清洁、低碳甚至无碳的方向发展。专家们预计,可再生能源有望在 2050年全面替代化石能源。但我认为,替代有可能不需要那么长的时间,因为光伏产业技术更新换代的速度、光伏发电成本降低的速度超乎我们的想象。

  或许很多人认为我说的事情虚无缥缈,认为清洁能源替代化石能源遥不可及,而作为身处一线的企业管理者,我有最直接的感悟和体会,我天天都能看见市场的硝烟,听见市场的炮声,而一线的实践表明,这一替代并不遥远。里夫金是清洁能源的积极倡导者,但在企业实践中,技术的发展速度之快仍然超乎他的想象。

  从2000年开始,太阳能的发展在5年内实现了超过40%的世界年均增长速度。20世纪90年代初,全球太阳能电池的产量不足100MW;到20世纪90年代末,全球太阳能电池的产量已经飙升至287.7MW,年均增长20%。2000~2006年,这个数字增至2.5GW。

  2011年,全球太阳能光伏电池产量为37.2GW,相比2010年的27.4GW提升了36%;2012年第一季度,全球太阳能光伏电池产量同比增长率高达120%。即便是受到欧盟“双反”的影响,中国2012年上半年的太阳能电池产量仍高达11.3GW,占全球总产量的63%左右。

  除了产量的提升,太阳能技术的进步更是重中之重。汉能选择的方向是薄膜技术。我们依据电池材料,可以将薄膜电池分为三类:硅基薄膜电池、化合物薄膜电池和染料敏化太阳能电池。其中,只有非晶硅薄膜、碲化镉薄膜和铜铟镓硒薄膜实现了商业化。

  资讯传媒OFweek行业研究中心出版的《2013~2015年全球与中国薄膜电池行业市场研究及预测分析报告》显示,全球薄膜电池行业兴起于2005年,在短短5年内,薄膜电池产量就从100MW增长到2009年的1 981MW。

  该报告还预测,2013年全球薄膜电池产量将比2012年增长30%,而2014~2016年全球薄膜电池产量的年均增长率在25%左右。预计到2016年,全球薄膜电池产量将达到12.5GW,行业产值将达到70亿美元。而且,薄膜电池的发电成本也在持续下降,MiaSole公司拥有世界上最先进的薄膜技术,其生产的铜铟镓硒薄膜光伏组件量产转化率已达15.5%,预计到2014年,生产成本将降至0.5美元/瓦。

  光伏企业通过多种渠道,快速把太阳能引入人们的生活。第一,各国纷纷出台“屋顶计划”,将太阳能发电系统安装在屋顶或住宅、办公室和公共建筑的外墙,与电网连接并向电网输电。

  第二,在新建筑模式下,光伏企业与房屋开发商合作,以太阳能发电为设计特点,请建筑师将电池整合在建筑物中,取代传统的建筑材料。这类建筑同样可以接入公共电网,比如中国无锡机场屋顶的太阳能离网项目。

  第三,将电池模块安装在系统上,太阳能发电系统通过充电控制器与蓄电池连接,生产的电力可以储存起来供日后使用。

  第四,挖掘各种新市场,比如太阳能照明、太阳能汽车等。

  第五,薄膜电池具有便携、可卷曲等特性,可以用来制造消费类电子产品和小型电器。

  在这些利好因素的综合作用下,光伏产业的春天即将来临。

  就我国而言,光伏应用市场已经打开,我国将由以前的光伏制造大国转变为应用方面的领先者。通过大规模的结构调整,广泛应用新的更好的产品,比如薄膜、转化率高的晶硅等,从而大幅降低整个市场成本,这样老百姓就能买到便宜的太阳能电力并最终实现平价上网。这一天并不遥远:2012年下半年,意大利已经实现平价上网,中国在两三年内也将实现。

  一旦太阳能的发电成本等于或低于传统化石能源的发电成本,替代还会远吗?

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