光伏电站的三大缺陷和不完美的能源解决方案

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昨天有投资人在微信群里提到电力,让我想到前两周在我们公司内部讲过一些与之相关的问题,发出来请大家帮忙看看有哪些不对的地方,请大家随便喷。

首先,我们都知道光伏的优点,包括大气环境友好,可再生,组件价格长期下降(组件从2011年的每瓦1美元以上,快速下降到2017年底的每瓦0.3美元,后来几年边际递减的速度有所下降,目前在0.22美元左右),这些我就不多讲了。

但是光伏组件不等于光伏电站。这个问题好像很容易被忽略。

忽略的结果是一个错误结论:光伏电站的大规模发展会导致电价越来越低。这明显和现实世界不符~光伏电站占比越高的地方,例如美国加州,英国,德国,电价都不是特别便宜,而是正好相反,都特别贵。

为什么是这样?需要了解光伏电站的三大缺陷:

芮城装机100万千瓦,占地2700万平米,年发电11亿度,代表了国内平均水平。格尔木领跑者50万千瓦,占地770万平米,年最大发电9亿度,代表最高效水平(顺便说一句,这是实现了平价上网的里程碑式电站,不过有一点大家不一定了解:它的770万平米土地一分钱也不要)。

用格尔木领跑者这个最高效的光伏电站与四川江油的一个普通火电厂比(注意天明电厂的近千亩用地还包括了一个大型煤炭储存基地,我们就模糊一点,都算发电用地好了),光伏度电用地也要比火电高130倍以上。

从人力成本上看,光伏电站的度电人力消耗相当于火电的6倍。

长远看随着土地和人力成本上升,对电价会有什么样的影响?

目前组件成本已降到光伏电站成本的30%以下,(并且其中最有降价潜力的硅片已经只占一半,其它材料成本要占一半),未来它每下降10%,带来的总成本下降只有3%,但是土地人力建安等其它成本每上升10%,总成本就会上升7%。。。

有一种理想化的解决方案是靠单位面积的发电效率提升,来促进光伏的土地和人力使用效率的提升。但是看一眼上表中,目前主流技术PERC和未来的技术路线HIT,IBC的产业化平均效率对比,就会发现:在可预见的未来这种提升会非常有限~毕竟,你不能把它搞成核反应,对吧?

这个缺陷决定了,光伏电站在身的高土地和人力成本之外,还需要高储能成本。


实际上从第一块单晶硅光伏出现到今天已经有六十六年了,它是一种典型的老能源解决方案。正是由于三大缺陷的存在,它一直被市场边缘化~很显然,跟另一种老能源火电相比,它会加据对土地和人力的依赖,具有靠天吃饭,逆文明进程的特征。

现在被迫使用这种更低效的老能源,核心原因是火电遇到了大气环境瓶颈。

所以更可靠的结论是:被迫大量使用光伏电站,加据对土地和人力的依赖,长远看会导致电价越来越贵。

反过来说就是,如果电价不能满足这个条件,要么持续财政补贴,要么就会出现新增光伏装机规模下降。

从上图中大家可以看到,中国的新增光伏装机从2017年之后已经开始下降(德国,美国,日本的新增装机高峰也分别出现在2012年,2016年,2017年)。原计划去年应该取消的光伏补贴,因为疫情等各种原因,三月份以后又给了8分每度。延迟到今年取消。

我们可以观察一下今年取消后的装机情况。

用电和吃粮不一样。人均粮食消耗是有上限的,很容易解决。

人均电力消耗暂时没有看到上限。互联网,区块链,5G,AI,智能汽车。。。如果说粮食是人类生存的必需品,电力就是今天人类文明发展的必需品。

文明的发展没有上限,对于没有上限的东西,很难有单一的完美解决方案。所以各有优缺点的火电,风电,太阳能(其实太阳能也不只是光伏,还有光热),水电,裂变核电等传统能源大概率会在很长时间内并存。同时人类也正在探索各种新的发电方式。

迄今为此,并没有什么完美的电力解决方案。因此发电这门生意,也有明显的周期性。并且这种周期具有短期价格弹性小,长期价格弹性大的独有特征~电力过剩的时候,降价也没法在两三年内迅速刺激用电量增长。电力交易所竞价从三毛跌到一毛五,也很难多用。然而一旦人们用惯了便宜电价支持的5G,AI,电动车。。。电力交易所竞价从一毛五涨到五毛,也很难少用。

同时,由于即发即用,无法储存,折旧在成本中的占比,建设周期等等因素决定了,发电这个生意的周期逆转反应有滞后性,不是从电价上涨开始,而是从缺电开始。。。

全部讨论

我来提供点不同的角度。

1.土地依赖; 首先光伏不仅仅只有地面电站,还有分布式的屋顶光伏及漂浮式光伏,并且该类分布式光伏发展速度在加快。另外,即便是大型地面光伏电站,对于土地,不能光看面积,火电站必须要考虑到燃料的运输与供应,所以选址需要考虑,而光伏可以建在荒漠、戈壁滩等地方,变废为宝。
2.人力资源依赖。一方面,从业人员的统计口径问题,应该包括上游制造商(火电庞大的产业链)、煤的挖掘与运输供应(这块容易被统计漏)、电站建设与运维,与光伏行业从业人员的统计口径是否一致存疑;另一方面,因为煤电的load factor 肯定是比光伏电站高的,通过发电量去除以从业人数也存在不合理的地方,在这种标准下,核电的转换效率及load factor 会比煤电更高。
3.生产与需求时点错配问题,确实是需要搭配储能或者多能源进行调峰,但储能电池的降价趋势十分明显,等待光伏储能一体化的进程。$隆基股份(SH601012)$

制约光伏发展的最大因素是接入问题。光伏并网后,对电网冲击很大,光伏电站的发电是随气象波动的,随机性很强,无法很好的服从电力调度。在电网中新能源发电原则不能超过25%左右。如何克服这个问题?一般是调峰,目前来说调峰最佳方案还是燃气机组,由于燃气机组启停方便,调峰性能良好,调峰速度快等优点现在普遍使用燃机调峰。燃机快速启动调峰,如果是热态的,循环配分轴机组,可以非常快速启动调峰整个过程大约只需要7分钟。燃机还具备深度调峰优势,燃机机组能够在低于50%额定负荷长时间稳定运行,当电网出现异常等情况,电网需要迅速调频和调峰时,利用燃机机组的调峰特性,可以迅速响应一次调频和AGC负荷,从而保证电网的安全稳定运行。
有的人说储能,储能大致可以有电池储能,水储能,氢储能等,这些现在各有缺点,还没普遍运用,大都在个别地方示范项目。电池储能首先,初始投资成本偏高也是掣肘电池储能建设的原因。目前电池储能按光伏项目装机规模20%、储能时间2小时计算,配套储能将导致企业初始投资成本提高8%-10%;其次,地方要求新能源配置储能,一般是对容量配比提出要求。另外调峰还有抽水蓄能电站,这对地形,水源要求太高只能小规模运用,在缺水地方无法普及。制氢储能,氢气属于危化品,制氢站,加氢站审批流程非常复杂,这是制约它发展的一个主要因素。
土地因素目前确实是制约光伏发展的第二大因素,负荷中心在东部地区,然而东部地区目前没有太多土地用来发展集中式光伏,有的人会说可以屋顶光伏啊,不占地方,这说法不竟其然,是外行人想当然,屋顶光伏只是补充,不是主流,第一它规模太小,第二不是所有屋顶都可以做光伏,需要存量屋顶做载荷试验,新建屋顶需要设计的时候就考虑预留光伏负荷,相对来说建筑材料,成本就上去了。屋顶光伏一般都是自发自用,余电很难上网,这就要求你企业自己消纳,还不能隔墙售电,这些都是制约屋顶光伏的因素,外行一般都想不到。
有的人又会说西部大量荒地,可以开发光伏啊。确实可以开发,但是我上面提到了,负荷中心在东部,你开发出来给谁用?他还不服帖,还要犟,会跟你说特高压输电。第一特高压建设成本很高,用来输送水电,火电等还可以,光伏涉及到光伏等效满负荷设备利用率这个问题,举个简单例子假设一个10MW的光伏电站,电网需要配套建设10MW输电线路,但实际电站输出功率随着太阳辐射强度变化,仅在最高峰时段能达到10MW。光伏等效满负荷发电时数每天只有3-5小时,输电设备利用率在3/24-5/24之间,,特高压输送距离远,造价贵,用来输送光伏会造成大量资源浪费,对电网稳定性冲击影响非常大。在西部开发光伏还要考虑消纳,很多被划分为红色预警区域,还有其他地区为橙色或黄色区域。在已无绿色消纳区域的情况下,新能源相对严峻消纳如何解决?
以上这些问题一般外行很难想到,买了光伏股票就屁股决定脑袋,容不得别人说光伏的一些缺点,这非常不好,兼听则明,多听听专业人士的不同意见,请勿喷我。@metalslime

直到2021年,仍然会有人讨论马车的优越性和进宫当太监的好处,这并不奇怪,有时候还因为特异独行而博得喝彩。
$隆基股份(SH601012)$ $通威股份(SH600438)$ $连城数控(OC835368)$

文章看完最后想了想,还是水电香

2021-01-08 12:58

看了你这篇盲人摸象的文章,我竟然无从反驳,到处是漏洞。

建议作者看一下中山大学沈辉老师的书---我心中的太阳。这本书刚刚出版,是一个从业几十年光伏人的深沉思考。你的很多观点是常识性的错误。是刻舟求剑的想法。要用更开阔的视野去看能源利用与新能源战略。

这才是雄文,俺早就明明白白,但是写不了这么细,主要也是懒得写

2021-01-08 21:25

怕高都是苦命人,追高可能是跳楼人

火电污染环境,这是天朝所绝对不允许的.
核电危险性极高,大概除了法国,其他欧洲国家都在清除核电.
光伏电池的制造过程中,也是有污染的,这是无可否认,但是,为什么极度讲究环保和社会责任的欧洲却大举新增光伏电站?起码,可以说明,光伏制造对环境污染,比火电污染少.
火电是成熟技术,确实节省人力,可看度电成本,光伏发电会逐步低于火电,至于说,耗费人力成本过高,那不是吸纳就业,更有利于社会吗?除非,你得出了结论,光伏发电成本会逐步上升的.
光伏发电跟新能源汽车一样,已经过了逻辑证伪期.作为一般的投资者,其实,去讨论这样的世界性趋势,实在是没大意思,包括我在内阿,闲得.

2021-01-08 17:58

看完三个问题,其实都是围绕着一个理由来说---成本,但忽略了一个发展新能源的一个主要的初衷,那就是生态危机,其实不管是欧盟还是中国,在度电成本还高高在上时,就已开始大力发展新能源,即使贴钱也要上,除了新能源,欧盟国家还强制在柴油中添加成本高昂的生物柴油,目的就是尽快的减碳,曾经有人问过荷兰的官员,为何要花费巨资强制添加成本高昂的生物柴油,一点都不经济,他回答说如果现在不添加,后面将会花费更多的钱来治理环境。看看那上升的基林曲线吧,再不大力发展新能源,那上升的斜率基本就不可逆了。