陳經：光伏風電水電超級能源網，中美歐誰能建成？
【文/觀察者網專欄作者 陳經】
在新能源領域，歐洲是真的急了。
以致於歐洲太陽能行業直接發出了“破產警告”：大量低價的中國進口產品已將一些歐洲製造商推向破產邊緣，不利於歐盟推動本土的綠色技術產業。
這不是危言聳聽，歐洲憑藉能源革命實現了工業化的騰飛，並由此保持上百年的發展優勢。中國後來居上，眼看在新能源領域要彎道超車，甚至要改變全球格局，歐洲不急才奇怪。
一、全球能源轉型邏輯
目前全球能源消費由化石能源主導，佔比80%以上，處於絕對優勢。即使是長期推進綠色能源政策的歐盟，2021年水風光也只佔能源消費總量的18%。從2010-2021年，中國水風光能源佔比從7.5%穩步上漲到15%，美國和日本只有11%。雖然都有意增加綠色能源佔比，但成本高要強撐着靠補貼，做不到太高。歐盟補貼最狠、最有想法，現在回頭看方向是找準了。
雖然光伏風電新能源在全球很火，但還在能源轉型的早期。但水風光能源沒有碳排放，必然要成為主力能源，而且從自然中來，無成本可再生，比不可再生的化石能源強。特別是隨着全球變暖問題的加劇，新能源逐漸成了“新寵兒”。
但全球變暖説了多少年了，一説減少碳排放就卡住了，還得靠化石能源。發達國家工業生產外遷，能源消耗減少，説碳排放在減少（絕對值還是很高），讓發展中國家定減排計劃。歐盟甚至搞起了碳交易、碳關税，想用綠色環保優勢佔據經濟發展先機，拉了島國賣力表演。發展中國家就講歷史、講人均，不能你們大搞碳排放發展起來了，我們想發展就不行。
技術的發展讓爭論聲變小。光伏成本從2009年的每度電0.359美元降成了0.036美元，只有原來的十分之一。風電成本從每度電0.135美元降到了0.038美元。相比之下，燃氣輪機（CCGT）、煤電、核電成本改進不大。2022年後光伏風電成本有所上升，是需求爆增，產能上來價格又會降下去。
這裏不得不説，光伏風電成本大降，主要是中國企業的貢獻。發改委2022年6月發佈的《“十四五”可再生能源發展規劃》的説法是：
水電具備百萬千瓦級水輪機組自主設計製造能力，特高壩和大型地下洞室設計施工能力世界領先。陸上低風速風電技術國際一流，海上大容量風電機組技術保持國際同步。光伏技術快速迭代，多次刷新電池轉換效率世界紀錄，量產單晶硅、多晶硅電池平均轉換效率分別達到22.8%和20.8%。水電產業優勢明顯，我國已成為全球水電建設的中堅力量。風電產業鏈完整，7家風電整機制造企業位列全球前十。光伏產業佔據全球主導地位，多晶硅、硅片、電池片和組件分別佔全球產量的76%、96%、83%和76%。全產業鏈集成製造有力推動我國可再生能源裝備製造成本持續下降、國際競爭力持續增強。
2021年清潔能源製造技術方面，中國公司在光伏產業絕對領先。電動汽車卡車與動力電池產業是中國優勢，就連地熱和電解綠氫產業都是如此。稍有差距的是風電，海上風電歐洲實力還可以，陸上風電北美有點實力了，但歐美也在擔心風電變成光伏的格局。
技術進步證明，歐洲大搞綠色經濟的想法很正確。歐洲探索，中國突破，人類社會能源轉型、文明形態革命的條件具備了。
從上面討論可知，全球能源轉型的路線已經有了，無非是兩個大方向：多發電，提高電力在最終消費中的佔比，少直接用碳排放高的化石能源；多用水風光清潔能源發電，少用化石能源發電。
普通人可能沒意識到能源轉型規模有多大。全球多國都制定了2030-2050年行動計劃，國際社會一起行動的力度空前。80年代以來全球產業最大的事是IT業崛起，現在出現了另一個大事，能源轉型。
能源和電力是全球經濟的基礎。從規劃來看，電力要從佔最終能源消費的20%，升到70%以上。化石能源佔比，要從80%以上降到20%以下，光伏與風電是關鍵。轉型涉及的經濟價值極為巨大，光是原油2022年市場價值就有2.1萬億美元，超過前10大金屬市場價值總和的兩倍。2022年全球發電量約30萬億度，市場價值3萬億美元以上，還在不斷增長。
還有一個相關的大動作，要建起智能電網，消納不穩定的光伏與風電。中國規劃了相當於日本全部發電能力的抽蓄產能，來支持光伏風電併網。以特高壓輸電為代表的智能電網技術，中國也是國際領先。各種替代儲能方案都在嘗試，如空氣儲能、熔鹽電站。
另外一個大動作是全電化，燃油車改電動車，各產業都來“以電代煤”、“以電代油”。遠期還有綠氫產業的設想，光伏風電分解水生產氫氣，作為工業動力與原材料。
近來國際國內唱衰中國經濟的聲浪，到了多年來的高點，這是目光短淺。中國站在全球能源轉型的絕對制高點，掌握了幾乎所有關鍵技術，產業優勢極大，歷史機遇極好。這是工業革命、生態文明級別的超級大利好，一些人從內心拒絕相信。如果是歐美掌握了新能源技術與產業優勢，不知道會吹成什麼樣？
歐美有兩個希望，一個是鈣鈦礦太陽能電池，光電轉換效率超過30%，比多晶硅指標好，可能彎道超車。一個是固態電池，比鋰電池技術指標好，但成本太高。目前，全球業界主要還是擔憂中國技術與產業優勢太大，美國對中國光伏產品加50%-250%的關税都擋不住。
轉型才剛開始，巨大的規模只露出一個尖。2022年新能源車還只佔全球汽車銷量的13%，中國以外不到7%。中國光伏出口開始暴增，但絕對規模還不算大。2022年光伏產品出口大增80%，但只有512億美元，佔總出口額的1.4%，風電設備出口只有10億美元。
今年出口行業有“新三樣”的説法，電動載人汽車、鋰電池、太陽能電池，上半年增長61.6%，但只拉動整體出口增長1.8%，絕對規模只佔整體出口的約3%。整體還是覺得外貿壓力大，外部需求不景氣。如果新能源產業出口增長持續發力，規模再大一些效果就會大得多。
從能源消費規模來説，中國、美國、歐洲三家絕對領先。上圖前十中只有德國是歐洲國家（能源意義上的歐洲不包括俄羅斯、白俄羅斯等獨聯體國家），但歐洲國家合計能源消費量是79.81艾焦（其中歐盟58.18艾焦）。全球能源消費是604.04艾焦，相當於168萬億度電（1艾焦是10的18次方焦耳，1度電等於360萬焦耳），是中國2022年發電量8.85萬億度的約19倍。
中美歐三家都拉開架勢要轉向新能源，它們的起點如何，執行起來會怎麼樣？
二、主要經濟體能源轉型數據
從能源消費來源看，經濟總量高的經濟體裏，歐洲在非化石能源方面有明顯優勢，核能、水電、可再生（光伏風電生物質地熱海洋能等等）三項都不弱，合計佔比高達28.9%，化石能源只佔71.1%。美國三項合計佔比18.94%，核能與可再生強一些。中國三項合計佔比18.37%，和美國接近，核電弱一些，水電是優勢，可再生追上來了。日本三項合計佔比15.13%，可再生方面還行，但是核能遭受打擊。俄羅斯三項合計佔比13.68%，靠核能水電吃老本，對可再生能源沒興趣。印度三項合計佔比11.55%，處於發展早期，對可再生能源興趣不小。
總體來説，主要經濟體要麼依賴煤，要麼依賴石油、天然氣，化石能源佔比不低，轉型任務都不輕。美歐日比中印領先的，是天然氣多煤少，污染較輕，另外可再生能源有較長時間的補貼投資歷史，核能也有歷史積累。歐洲發展新能源有領跑優勢，在主要經濟體裏率先將石化能源降到80%以下。
俄羅斯由於地理原因和巨大的資源優勢，依賴能源出口，脱離世界大勢。印度能源消費相對人口規模還較小，未來選擇很重要。雖然印度的口號是要綠色能源，但對化石能源的依賴可能會加深。中國油氣資源少，歷史上極度依賴煤，雖然一路降了十幾個百分點仍然高達55%，歷史包袱較重，但通過發展水風光發電，情況改善了很多。
2022年主要經濟體化石能源生產與消費
主要經濟體的化石能源生產，也各有特色（圖中全球生產消費有差異，是因為有庫存、替代產品）。俄羅斯三項都富餘，依賴能源出口。美國資源優勢非常好，天然氣與原煤都足夠，石油產量也是世界最高了，雖然仍不夠用，但從加拿大進口就能補上不少。日本什麼能源都缺，全部需要進口。歐洲也缺少能源，石油和天然氣生產一半以上靠挪威。印度除了煤好點，什麼都缺。中國煤不缺，石油和天然氣比歐洲、印度情況好點，就是煤的消費量太大。
從能源消費結構、政策力度看，中國、歐洲、美國是較為認真地在能源轉型。2022年三家合計能源消費335.11艾焦，佔全球的55.5%。水電、核能、可再生能源，三家合計分別為19.92、17.75、32.79艾焦，佔全球49.1%、73.6%、72.6%。因此，能源轉型要上量，還得靠中美歐三家，別國增長率再高暫時規模也不大。
主要經濟體碳排放（二氧化碳噸數）數據
2022年8個主要經濟體佔了全球碳排放的73.4%。中國碳排放佔比30.69%，能源消費佔比是26.4%，減排壓力最大。印度佔比7.55%，雖然不算高，但是10年增加了42.2%，增長不低。歐洲和日本10年碳排放減了約17%，有一定成效，美國也減了一些。中國比10年前排放增加17.5%，但是增速趨緩，2022年碳排放還降了0.1%。
從化石能源消費缺口來看，中國、印度、日本和歐洲，會較有動力發展可再生能源，俄羅斯沒有動力（還不如中東土豪有想法）。美國民主黨出於環保理念注重氣候變化，但也向歐洲出口天然氣替代俄羅斯供應，共和黨更注重能源工業，喜歡挖油採氣，有時和俄羅斯態度接近，比如特朗普在任期內悍然退出了巴黎氣候協定。
綜合能源生產、消費、碳排放的情況，中國與歐洲對可再生能源態度最積極，也最有能力。日本佔全球各項數據的比例越來越小，欠缺活力。俄羅斯只想靠能源優勢搞國際貿易。印度很需要可再生能源，但發展水平較低。美國資源豐富，發展可再生能源的動力不如中歐，有可能來回搖晃。
再考慮到中國的新能源技術與產能優勢，建成光伏風電水電超級能源網希望最大。如果還有其它地區也能建成超級能源網的話，應該是歐洲。再就是美國，但可能性小一些。也有可能歐美都搞不成，因為投資太大、技術落後、政策紛爭等原因幹得不順。
定性地看，中國將會在可再生能源佔比指標上趕超歐洲，成為全球綠色能源事業的主力和先鋒，發力衝擊新的生態文明。
這一點，我們可以通過主要經濟體光伏風電裝機與發電數據，對這個過程建立認識。中國與全球的規劃真的有可行性，也有時間節點。
三、可再生能源發電數據與時間表
中國在電力消費方面有優勢，而且會越來越明顯。根據中電聯《中國電氣化年度發展報告2022》，2021年中國電力佔終端能源消費的26.9%，比上年提升1.4個百分點；發電能源佔一次能源消費的45.8%，比上年提升0.7個百分點。工業部門電氣化率26.2%，建築部門電氣化率44.9%；交通部門電氣化率3.9%，已形成全球最大規模充電網絡；農業農村電氣化率35.2%，用電條件明顯改善，農機電氣化設備得到廣泛推廣應用。
圖表來自John Mathews等人的論文《Greening of China’s Electric Power System》
中國電氣化率在主要國家中位居前列，因為電力技術世界領先。預計到2025年，中國電力佔最終能源消費比例將達到31.2%。長期預期是，電能佔終端能源消費比重在2025年、2035年、2050年、2060年分別達到約32%、45%、60%、70%。有些學者的預測更為激進，認為2060年佔比要達到90%。目前中國2060年的能源轉型目標通常用“70/80/90”來代表，即電能佔終端能源消費70%以上，非化石能源佔能源消費比重80%以上，清潔能源發電佔比90%以上。
中國WWS（Water、Wind、Sun）裝機與發電佔比，1990-2021
如前所述，中國的問題是嚴重依賴煤炭。2021年之前10年，中國已經明顯有向水風光發電轉型的動作。但是到2021年，水風光發電量佔比仍然只有28%，增速不算太高，雖然在新裝機中的佔比上行到了43%。這是因為從功率角度看，風電和光伏裝機佔比高，但是發電時間遠少於火電，實際產出的電力佔比低。光伏發電是時間利用率最差的，風電也不高。
中電聯《2023年上半年全國電力供需形勢分析預測報告》稱，上半年各類電源利用小時數為：水電1239小時，同比降低452小時；火電2142小時，同比提高84小時；核電3770小時，同比提高97小時。併網風電1237小時，同比提高83小時；併網太陽能發電658小時，同比降低32小時。
由於風電和太陽能還有不併網的，光伏發電平均利用小時數大約只有火電的四分之一到五分之一，風電是光伏的兩倍，也不算好。因此，光伏風電實際發電量漲得比較慢。給人的印象是，轟轟烈烈上了很多光伏板和風機，發電量卻沒多少。
2022年，光伏發電量只佔全球發電量的4.5%。中國光伏發電量4276億度，同比增長30.8%，仍只佔全國發電量的4.9%，風電多一點佔9%，水電佔15%。中國光伏風電合計佔比約14%，2010年時這個數據是1%，基本可以忽略不計，2015年時只有4%，增速算可以，絕對規模還不大，現在算是打基礎，未發全力。
從每年全球各大地區的光伏新增裝機量來看，中國較為突出，但是有幾個階段。2011年之前是歐洲主導，之後中國入場。2013、2016年中國都加大了力度，新增裝機佔比達到了全球一半。但2018-2021年就沒什麼增長，新增裝機全球佔比跌到了三分之一，當時主要是對電網的消納能力有疑慮，光伏被稱為“垃圾電”。2022年後，各地區都開始加速，中國新增佔比回到40%。
但是中國累計光伏裝機全球佔比到2021年仍只有34%，和2018年持平，在三分之一晃盪了好幾年。其它幾個存量佔比較高的國家是，美國12%、日本7%、印度7%、德國6%、澳大利亞3%、西班牙2%。
在基建領域，這是罕見的，一般的節奏是中國發力之後，全球佔比持續上升。其中有兩個原因，一是光伏裝機相對容易操辦，買些板子來安裝比別的能源設備要方便，不少國家在大力投資。再一個是中國自己政策有些猶豫，電網怎麼辦沒想好，直到2022年決定走抽水蓄能路線，才真正開始發力。
這次發力是個什麼級別的？2022年中國累計光伏裝機容量是392GW。三峽電站裝機容量是2250萬千瓦，就是22.5GW，累計光伏裝機相當於17個三峽，但發電量只相當於約5個三峽。2022年開始大幅發力，光伏裝機新增87.4GW，比上年的54.93GW增長了59%。
進入2023年，光伏真正發力了。2023年上半年新增光伏裝機78.42GW，同比增長154%！僅光伏裝機就佔全部新增電源裝機的56%。7月，中國光伏協會將2023年預計裝機量由95-120GW上調至120-140GW。下半年光伏裝機通常遠多於上半年，140GW應該打不住。從中國各地的建設熱情來看，光伏很可能超預期發展。
上圖為主要經濟體2022年的發電量及來源，單位TWh等於10億度電。中國與印度是煤電主打，美國和俄羅斯是天然氣發電為主，日本是天然氣與煤電相當。加拿大與巴西水電佔到了60%以上，巴西化石能源發電只佔10.15%了，低碳做得非常好。
歐洲比較均衡，可再生能源發電佔比26.66%已經是最高的一個類別了。歐洲化石能源發電佔比只有37.7%了，中美印俄日都超過60%，歐洲在發電領域的綠色低碳確實做得不錯。因此，目前中國還在追趕歐洲，不能因為中國新能源技術領先就盲目自大樂觀。中國的優勢是可再生能源發電總量已經上來了，超過了歐洲，佔比雖然沒超過，但是發力後有趕超的希望，光伏風電裝機增速較高。
具體看可再生能源發電數據，主要是風電與光伏發電，還有生物質、地熱、海洋能發電等等。中國、歐洲、美國、加拿大、巴西主要靠風電，風電佔了全球可再生能源發電的一半。風電佔比高的原因是，在中國大幅降低光伏成本之前，風電成本比光伏發電要低，而且利用小時數有一倍的優勢。日本是政策問題，風電設備落後於美歐，就不想發展風電，導致越來越跟不上，需要補課。美歐日還發展了其它可再生能源，歐洲較為積極。
但是等光伏成本降下來之後，就顯示出了場地適應性強、安裝簡單的優勢了。後發的印度就是光伏發電比風電多了。從國際能源署的規劃來看，光伏發電量長期來説要追近、趕超風電。
從光伏風電累計裝機及10年平均增速來看，光伏的發展速明顯要高，增長潛力大。中國光伏與風電累計裝機佔全球約37%-40%，絕對規模都是全球第一，2022年分別增長28%與11.2%，增速領先歐美。
2023年上半年，中國風電累計裝機升至3.89億千瓦，同比增13.7%，風電發電量4628億度，同比增長20%。再結合上半年光伏新裝機同比增長154%的情況，光伏風電裝機都在加速。這是在累計裝機全球最高的情況下再次加速，展示了新能源工業體系的絕對力量，歐美建設速度難以跟上。
國際能源署發電路線圖，APC是指各國宣佈的計劃
2021年10月國際能源署（IEA）發佈的《全球能源行業2050淨零排放路線圖》中，2030年是重要節點，水電、光伏和風電發電量要接近煤電、天然氣發電，五條線先後交叉。到2050年，光伏與風電成為遙遙領先的兩大發電主力，光伏發電量相比2022年翻10倍，風電翻6倍，可再生能源發電佔比達70%。再加上化石能源發電配上CCUS碳捕集技術，能實現碳中和。
IEA這個規劃看似很遠期，其實並不遙遠，2030年基本能看出趨勢了。規劃到2050年全球發電量是約50萬億度，而2022年就有約30萬億度了，發電量本身增長不是太多，更多是從化石能源向可再生能源發電轉型。參考中國更為系統的規劃，可以印證IEA路線圖的可行性。
中國2020年9月提出“2030年碳達峯、2060年碳中和”目標後，隨着形勢的變化，很有可能提前實現目標。重要時間節點如下：
1.2025年前後，終端能源需求達到峯值37億噸標準煤。電源裝機30億千瓦，電力需求9.8萬億度，電能佔終端能源需求的32%。化石能源佔能源需求比例降至78%，碳排放達峯105億噸。
2.2026-2030年間，一次能源需求達到峯值57億噸標準煤，化石能源需求峯值43億噸標準煤。電力取代煤炭在終端能源消費的主導地位。風能、太陽能快速增長，成為主要非化石能源品種。電力部門碳排放總量達到峯值，不超過45億噸二氧化碳。
3.2035年終端能源需求34億噸標準煤，一次能源需求55億噸標準煤。電源裝機40億千瓦以上，電力需求12.4萬億度，進入飽和增長，電能佔終端能源需求45%。非化石能源總規模超過煤炭，佔能源消費40%，碳排放開始快速下降。
4.2040年前後，非化石能源佔比超過50%，單位GDP能耗達到世界先進水平。
5.2050年，終端能源需求降至28億噸標準煤，一次能源需求51億噸標準煤。電源裝機50億千瓦以上，電力需求14萬億度見頂，電能佔終端能源消費60%。非化石能源佔比70%。
6.2060年，終端能源需求降至24億噸標準煤，一次能源需求46億噸標準煤。電能佔終端能源消費70%。非化石能源佔比80%，風能佔比超30%，太陽能佔比超20%，風能太陽能合計佔能源需求50%以上。風電光伏裝機佔電源60%，發電量佔比45%，各類常規電源仍起到穩定電網的作用。能源消費碳排放降至6億噸，大幅低於碳吸收能力，提前實現碳中和目標。
值得注意的是，我國相當重視智能電網消納光伏風電的現實問題，並不一味追求新能源電力規模。這非常重要，越南快速發展光伏發電，已經碰到了電網基礎設施薄弱的問題。我國光伏與風電產能全球絕對領先，實現風能與太陽能佔比快速提升並不困難，但需要全面綜合地考慮問題，化石能源發電對穩定電網很重要，並非可以不要。
一個可能出乎預料的結論是，全球光伏風電建設需求如此之多，實現偉大的生態文明轉型，應該是很宏大的事。但中國的設備產能都沒有問題，甚至會過剩，長期壓制價格。全部產業鏈都打通了，在需求預期拉動下，中國生產商的擴產似乎沒有物理限制，投資能力也足夠強。新能源發電量在增長，這是累計的概念，新裝機增長代表加速，而設備產能是按預期超前增長。因此，全球能源轉型主要的障礙不會是設備生產，而會是對設備來源的恐慌與限制。
震撼之處在於，即使有到2050年的長期利好，中國光伏風電設備生產商的產能擴張，仍然可以把利好迅速消化，還不時因為需求的風吹草動有壓力。因此，如果歐美對於綠色能源事業態度堅決，擺脱內心對中國的恐懼，把光伏風電發電能力做起來，從供給上應無困難。
另外一個全球問題是電網消納。中國的智能電網水平全球領先，整合出了規模極大的全國電網，運營水平極高。對於消納新能源發電，中國考慮深遠，有規模極大的抽蓄配套，讓光伏風電以最合適的比例融入電網中，但2060年光伏風電發電量佔比也只有45%。
歐美與其它國家，如果光伏與風電發電量上來了，電網卻無法承受，問題會非常不簡單，可能涉及各國深層次的能源與電力體制問題。但也有些條件不錯，如家庭屋頂面積大，安裝分佈式光伏就合適。
總體而言，中國規劃細緻、執行有力、技術與產能保障有力，率先實現以光伏風電水電為主的超級能源網沒有問題，很快就能看到雛形。筆者預計，中國很可能會提前實現各階段目標，超超歐洲，成為綠色能源事業的全球領頭羊。
全球能源轉型的意願向好，但可能受制於各國的執行能力、技術能力、政策紛爭。一些國家不可避免地會與中國發生新能源產業鏈主導權的鬥爭。對這些國家，中國仍然會支持其能源轉型，提供性價比絕對優勢的新能源產品。但如果有人地緣鬥爭思維過剩，就會損害本國與全球利益。歐洲已經因為俄烏衝突深受其害，電價暴漲數倍，希望能吸取教訓，努力建成類似中國的超級能源網。
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