电力脱碳

       电力行业正在经历全球转型。过去十年,可再生能源发电成本已大幅下降(太阳能发电成本降低了80%,风能发电成本降低了约40%),与全球绝大多数地区的传统燃料(例如煤炭和天然气)相比已具有竞争力。2018年,可再生能源贡献了大部分的新增发电容量。在大多数市场上,可再生能源已是增加边际容量的最便宜选择,同时也是所有国家减少温室气体排放计划的重要组成部分。到2040年,电力系统脱碳率达到50%~60%在技术上并不困难,通常也是最经济的选择。从50%~60%到90%通常在技术上是可行的,但有时成本很高。要达到100%的脱碳率,在技术上和经济上可能都很困难。




        2019年发布的《BP世界能源展望》预测,到2040年,碳排放会比目前减少45%左右。其中电力行业的几乎完全脱碳技术在减少排放量方面发挥了核心作用。电力部门通常被认为是影响整个经济领域是否成功脱碳的关键所在,目前已经提出了许多成本效益俱佳的低碳解决方案,但即便如此,电力部门转型的速度和规模也不尽理想。不过,通过回顾历史,我们可以发现,电力部门在减少碳排放方面已经取得了进展,通过技术和政策的变革,电力部门能够走上脱碳的发展道路。然而,过去的成功并不代表现在,电力及其他部门在未来脱碳道路上会面临新的挑战,过去经验也不能直接给出电力部门脱碳的最佳技术路线图。零碳道路必然将面临诸多挑战,未来的战略应与过去有所不同。


      电能作为清洁、高效的二次能源,提升中国的电气化水平,支撑煤炭、石油、天然气等化石能源尽早达峰,是实现碳中和目标的必然路径。能源转型的关键是电力转型,电力是未来能源系统碳减排的主力,将在能源深度碳减排中发挥关键作用,电力行业脱碳是实现碳中和关键环节之一,电力脱碳和零碳化,是未来实现碳中和目标的重中之重。未来电力脱碳将从原来源随荷动的传统模式发展到源网荷储。实现电力行业脱碳,就要大力发展清洁能源,替代化石燃料,同时推广应用清洁氢能和碳捕捉利用技术,吸收燃煤电厂产生的二氧化碳等。





1.储能系统产业链

      储能是指通过介质或设备把能量存储起来,在需要时再释放出来的过程。储能的价值分为功率价值、容量价值、能量价值。它能实时功率平衡,提高系统容量系数,进行能量吞吐和转移。储能产业链分为上中下三游,储能系统的上游就是构成这个系统的零配件,如BM的零件包括电芯本体、电芯模组的外壳、模组之间的连接件;电芯使用类型会包括液流电池、钠离子电池、磷酸铁锂电池等。进一步电芯包括正负极、隔膜以及电解液等原材料。BMS、PCS、EMS作为电力电子器件则是由电容、电阻、电感、芯片、PCB板等构成的。储能系统的下游就是其应用场景,包括电源侧的、电网侧的以及用户侧的。电源侧多用于构建可再生能源+储能的应用场景,用来平滑新能源发电的电力输出;电网侧多用于构建电网+储能的应用场景,用来对电网进行调峰、调频,来稳定电力的运输;用户侧多用于构建微电网系统,用于家庭、楼宇、工业厂房等场景,通过削峰填谷(利用“夜间谷电价、白天平电价、上午及傍晚峰值电价”,对电力供应进行削峰填谷)的电价差降低使用成本。这里提醒一点,需要注意的是,大家常提到的光伏电站等应用到的储能,只是电源侧储能的一种应用情况。


       作为储能系统最关键的部件,储能电池无疑是行业中最为关注的。常见的用于储能电池种类多样,包括铅酸电池、镍氢电池、钠硫电池、液流电池以及锂离子电池,当然也有其他的,如燃料电池、空气电池等。


      储能技术则分为热储能、电储能、氢储能;其中电储能分为电化学储能、电磁储能和机械储能;电化学储能分为锂离子电池、铅蓄电池、钠硫电池、液流电池;电磁储能分为超级电容、超导储能;机械储能分为抽水蓄能、重力蓄能、压缩空气蓄能、飞轮蓄能。




2.分布式光伏产业链

       光伏产业链包括硅料、铸锭(拉棒)、切片、电池片、电池组件、应用系统等6个环节。上游为硅料、硅片环节;中游为电池片、电池组件环节;下游为应用系统环节。从全球范围来看,产业链6个环节所涉及企业数量依次大幅增加,光伏市场产业链呈金字塔形结构。


       目前我国太阳能光伏产业已经形成比较完整的产业链,特别是在太阳能电池制造方面已经达到了国际先进水平。光伏产业主要分为晶体硅与薄膜电池两大类,其产业链分别为:晶体硅产业链、薄膜电池产业链。


      分布式光伏产业链也是比较分散的,涉及的领域也比较多,主要有上游硅料、光伏玻璃、逆变器、光伏幕墙、防水材料、钢结构,也就是支撑光伏面板的架子等。


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      在全球能源需求不断升高,传统能源价格居高不下以及环境问题关注度不断提升的背景下,可再生能源在全球范围内得到快速发展。中国太阳能光伏产业也取得了骄人成绩,涌现了无锡尚德、江西赛维等一大批优秀太阳能光伏企业。但中国整个太阳能光伏产业发展却不尽如人意,存在核心技术落后、产业链发展不平衡、产品附加值低等问题。而产业链的发展与产业前景关系密切,正确认识我国太阳能光伏产业链发展现状与问题,是推动国内光伏产业健康发展的条件。


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3.特高压产业链

       特高压是指电压等级在交流1000千伏及以上和直流±800千伏及以上的输电技术,具有输送容量大、距离远、效率高和损耗低等技术优势。特高压能大大提升我国电网的输送能力。据国家电网公司提供的数据显示,一回路特高压直流电网可以送600万千瓦电量,相当于现有500千伏直流电网的5到6倍,而且送电距离也是后者的2到3倍,因此效率大大提高。


       特高压直流输电的主要特点是输送容量大、输电距离远,电压高,可用于电力系统非同步联网。特高压交流输电是指1000千伏及以上的交流输电,具有输电容量大、距离远、损耗低、占地少等突出优势。其中,特高压电器的上游行业主要影响特高压电器企业的原材料成本。原材料成本约占特高压电器总成本的20%-30%。特高压电器原材料供应商众多,议价能力较弱。特高压交流项目建设主要包括线路建设和变电站的建设,其中变电站的建设对特高压电器的需求效果较为明显。特高压电器生产企业的下游应用主要可分为电网建设和用户工程。因此,高压电器行业下游市场具有一定的封闭性,高压电器企业产品的90%用于电网建设,行业下游议价能力强。


       特高压电器行业中,行业竞争格局较为集中。特高压电器的电压等级越高,设计制造的难度也越高,对制造工艺和技术水平的要求也显著提高。另一方面,装配、试验场地占据的面积越大,容易形成技术垄断,导致特高压电器行业集中度不断提高。


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