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風(fēng)能和太陽能正成為全球首選能源 價格及性能可與傳統(tǒng)能源相媲美

  技術(shù)創(chuàng)新、成本效益和不斷增長的消費(fèi)者需求正在推動可再生能源——尤其是風(fēng)能和太陽能——成為首選能源。我們研究了推動這種轉(zhuǎn)變的幾大趨勢。

  執(zhí)行概要

  可再生能源最近才被公認(rèn)為“主流”能源,現(xiàn)在正迅速成為人們的首選能源。在全球多個發(fā)達(dá)國家和發(fā)展中國家都明顯存在強(qiáng)大的推動趨勢和需求趨勢,正在幫助太陽能和風(fēng)能與傳統(tǒng)能源競爭并贏得勝利。

  第一個推力是可再生能源在電網(wǎng)和市場上的價格和性能都達(dá)到了平價。其次,太陽能和風(fēng)能可以經(jīng)濟(jì)有效地幫助平衡電網(wǎng)。第三,新技術(shù)正在提升風(fēng)能和太陽能的競爭優(yōu)勢。

  來自能源消費(fèi)者的需求主要集中在三個目標(biāo)上,前三個趨勢使可再生能源得以充分地實現(xiàn)利用。隨著對每個目標(biāo)的不同程度的側(cè)重,消費(fèi)者正在尋找最可靠、最經(jīng)濟(jì)、最環(huán)保的能源。

  其中最主要的城市消費(fèi)者將可再生能源納入到智慧城市計劃,社區(qū)能源項目使獲得可再生能源途徑民主化,新興市場引領(lǐng)發(fā)展可再生能源的部署,以及企業(yè)擴(kuò)大了太陽能和風(fēng)能的采購范圍。

  這些趨勢可能通過兩個相互加強(qiáng)的良性循環(huán)繼續(xù)增強(qiáng)。新技術(shù)的部署將有助于進(jìn)一步降低成本和改善整合。這將使越來越多的能源消費(fèi)者能夠獲得他們喜歡的能源,并加速世界各地的國家能源過渡。

  推動可再生能源發(fā)展的因素

  由于這三方面的原因--電網(wǎng)平價指日可待、電網(wǎng)整合經(jīng)濟(jì)有效且可靠以及技術(shù)創(chuàng)新,增加可再生能源部署的長期障礙已經(jīng)消除。太陽能和風(fēng)能一度被認(rèn)為過于昂貴,無法拓展到利基市場以外的領(lǐng)域,但現(xiàn)在它們在價格上可以與傳統(tǒng)能源相媲美,而且它們的性能也越來越好。可再生能源帶來了許多需要解決的整合問題的觀點(diǎn)已經(jīng)被推翻:太陽能和風(fēng)能的整合開始幫助解決電網(wǎng)問題。最后,可再生能源不再等待支持技術(shù)的成熟,而是抓住尖端技術(shù)領(lǐng)先于傳統(tǒng)能源的機(jī)會。

  一. 可再生能源在價格和性能方面可與傳統(tǒng)能源相媲美

  太陽能和風(fēng)能的部署速度及其急劇下降的成本曲線甚至讓最樂觀的業(yè)內(nèi)人士和觀察人士都感到意外。盡管人們對風(fēng)能和太陽能的預(yù)期一直與現(xiàn)實情況想左,但在全球最大市場上,風(fēng)能和太陽能在沒有補(bǔ)貼的情況下,已經(jīng)成為傳統(tǒng)發(fā)電技術(shù)的競爭對手。

  風(fēng)能和太陽能已達(dá)到電網(wǎng)價格平價,并正接近傳統(tǒng)能源的性能水平。事實上,在世界大部分地區(qū),公用事業(yè)規(guī)模的陸上風(fēng)電和太陽能光伏發(fā)電的無補(bǔ)貼平均化能源成本(LCOE)已經(jīng)下降,甚至達(dá)到或低于大多數(shù)其他發(fā)電技術(shù)的成本。雖然聯(lián)合循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)等資源在負(fù)荷曲線方面具有更大的靈活性,但越來越便宜的電池存儲和其他創(chuàng)新有助于緩和風(fēng)能和太陽能間接的影響,使它們更具有與傳統(tǒng)能源競爭所需的可靠性。從價格角度看,陸上風(fēng)電已成為世界上成本最低的發(fā)電能源,無補(bǔ)貼的LCOE范圍為30-60美元每兆瓦時(MWh),低于最便宜的化石燃料天然氣(42-78美元每兆瓦時)的范圍。

  到2017年底,陸上風(fēng)電容量比2011年216千兆瓦容量增加了一倍多:共有121個國家部署了近495千兆瓦的陸上風(fēng)電,由中國、美國、德國、印度、西班牙、法國、巴西、英國、加拿大領(lǐng)導(dǎo)--這9個國家的陸上風(fēng)力已達(dá)到價格平價。在美國如大平原和德克薩斯等風(fēng)力最強(qiáng)的地區(qū)發(fā)電成本最低,東北部成本最高。從全球來看,成本最低的國家包括這9個領(lǐng)先國家,以及歐亞大陸和澳大利亞。

  公用規(guī)模的太陽能光伏非常熱門,它是緊隨風(fēng)能后第二便宜的能源。太陽能光伏的LCOE范圍的最高值(43-53美元/MWh)低于任何其他發(fā)電能源。2017年全球187個國家增加的光發(fā)電達(dá)創(chuàng)紀(jì)錄的93.7兆瓦--超過2011年的總?cè)萘?69兆瓦)--總產(chǎn)能達(dá)到386兆瓦,此乃由中國,日本,德國,美國,意大利,印度和英國領(lǐng)導(dǎo)。除了日本(主要由于高資本成本,日本是世界上光伏發(fā)電成本最高的市場之一)以外,太陽能價格在所有這些市場已達(dá)到平價。隨著日本轉(zhuǎn)向競爭性拍賣,太陽能價格平價有望在2025年至2030年之間實現(xiàn)。從全球來看,澳大利亞的太陽能光伏發(fā)電成本最低,非洲的太陽能光伏發(fā)電成本最高,這是由于投資成本所致。

  除了領(lǐng)先國家以外,隨著風(fēng)能和太陽能與其他發(fā)電能源之間的成本差距擴(kuò)大,全球范圍內(nèi)的風(fēng)能和太陽能價格平價也正在實現(xiàn)。除了聯(lián)合循環(huán)燃?xì)怆娬?,在過去的8年里所有傳統(tǒng)的LCOE能源和非間歇性可再生能源要么持平(生物質(zhì)和煤)或增加(地?zé)?、水力發(fā)電和核)。然而由于組件成本大幅下降以及效率提升--預(yù)計這兩大趨勢將繼續(xù)下去,陸上風(fēng)能和太陽能光伏的LCOE分別下降了67%和86%。據(jù)彭博新能源財經(jīng)報道,2018年上半年陸上風(fēng)能和太陽能光伏發(fā)電成本已經(jīng)下降了18%。在歐洲,日本和中國,競爭性拍賣是通過以較低價格推動無補(bǔ)貼部署進(jìn)一步降低成本的一個主要因素。

  發(fā)達(dá)國家的風(fēng)力渦輪機(jī)升級或“重新發(fā)電”,也通過提高產(chǎn)能因素將全球平均成本拉低。此外,隨著全球開發(fā)人員和國際組織聯(lián)手促進(jìn)項目開發(fā),發(fā)展中國家的成本可能會下降。這種伙伴關(guān)系有助于解決一些不協(xié)調(diào)問題(日本,德國和英國某些地區(qū)雖然是世界上太陽能最貧乏的地區(qū)但卻是全球太陽能領(lǐng)導(dǎo)者,而非洲和南美洲分別擁有最大的太陽能和風(fēng)能資源,但這些資源仍未得到開發(fā))。隨著風(fēng)能和太陽能發(fā)電能力的增長,許多傳統(tǒng)能源將開始以較低的容量運(yùn)行,導(dǎo)致現(xiàn)有和新建傳統(tǒng)項目的LCOE都增加。新太陽能和風(fēng)能發(fā)電廠的成本最終可能不僅會低于新傳統(tǒng)發(fā)電廠的成本,還會低于繼續(xù)以比全球現(xiàn)有運(yùn)營發(fā)電廠更低的成本運(yùn)營。這一點(diǎn)在去年Enel中標(biāo)的智利風(fēng)能、太陽能和地?zé)岚l(fā)電廠中已經(jīng)得到了證明,該發(fā)電廠將以低于現(xiàn)有煤炭和天然氣發(fā)電廠燃料成本的價格出售電力。

  公用規(guī)模的太陽能、風(fēng)能和存儲規(guī)模的競爭日益激烈,除了價格平價外,還電網(wǎng)性能也正在逐步改善。隨著存儲的增加,風(fēng)能和太陽能變得更加可調(diào)度,侵蝕了傳統(tǒng)能源長期以來的優(yōu)勢。雖然可再生能源開發(fā)及存儲會增加成本,但它們可以提供容量和輔助電網(wǎng)服務(wù),使其更有價值。監(jiān)管和市場結(jié)構(gòu)決定了附加價值能否貨幣化。但即使這些服務(wù)無法出售,這種組合也更有價值,因為運(yùn)營商可以滿足多種需求,并有可能將電網(wǎng)供電的時間轉(zhuǎn)移到非高峰、成本更低的時段。自2010年以來,鋰離子電池的成本下降了近80%,可再生能源存儲正在實現(xiàn)價格平價。所有頂級的太陽能市場都有包括存儲在內(nèi)的公用規(guī)模項目。在美國作為存儲市場的領(lǐng)跑者,太陽能存儲在一些市場上的競爭已經(jīng)非常激烈,以至于開發(fā)商Lightsource宣布其在西方的所有競標(biāo)都將包括存儲。將投資稅收抵免因素考慮在內(nèi),美國將從明年開始在亞利桑那州實施太陽能加儲能項目,其次是內(nèi)華達(dá)和科羅拉多,這兩個州的風(fēng)能加儲能項目也將實行平價。

  公用規(guī)模的電網(wǎng)平價并不是唯一趨勢,因為像屋頂太陽能這樣的分布式可再生能源正在達(dá)到價格平價和性能水平相當(dāng)。在這種情況下,當(dāng)自產(chǎn)電價低于零售電價時,就會達(dá)到價格平價。除了印度之外,商業(yè)太陽能光伏發(fā)電在所有處于電網(wǎng)平價的頂級太陽能市場的部分地區(qū)已達(dá)到無補(bǔ)貼平價。稅收抵免和凈計量等激勵措施使得住宅太陽能光伏在這些市場中也具有競爭力。太陽能安裝商越來越多地將電池存儲與家用太陽能結(jié)合起來。

  二. 經(jīng)濟(jì)高效和可靠的電網(wǎng)整合

  人們最常提到的阻礙太陽能和風(fēng)能利用的障礙之一是它們的間斷性。這種情況正在逆轉(zhuǎn):這很可能不再是風(fēng)能和太陽能需要解決的問題,而是電網(wǎng)平衡需要解決的問題。事實上,可再生能源整合的難度和成本并沒有預(yù)期的那么高。更重要的是,他們展示了增強(qiáng)電網(wǎng)彈性和可靠性的能力,并提供必要的電網(wǎng)服務(wù)。

  風(fēng)能和太陽能的間斷性挑戰(zhàn)可能被夸大了。大多數(shù)國家和地區(qū)處于可再生能源滲透率水平,需要對電網(wǎng)進(jìn)行最低限度的調(diào)整:可再生能源要么在系統(tǒng)級別上幾乎沒有注冊,要么只需要在運(yùn)營實踐和使用現(xiàn)有資源方面進(jìn)行微小的改變。在可再生能源滲透率高、需要更復(fù)雜的系統(tǒng)性更改的國家或地區(qū),傳統(tǒng)能源正在進(jìn)行調(diào)整,以使更多可再生能源能夠以經(jīng)濟(jì)的方式整合。例如,在整個歐盟、中國和印度,運(yùn)營商都對傳統(tǒng)的熱電廠和發(fā)電廠進(jìn)行了改造,以在不用電的情況下產(chǎn)生熱量,而煤電廠和CCGT電廠則提供了額外的靈活性和穩(wěn)定性。與鄰近市場的互聯(lián)是北歐和美國各地區(qū)成功推行的另一個關(guān)鍵工具,因為將可再生能源集中到一個更大的地區(qū),可以更經(jīng)濟(jì)有效地平滑其產(chǎn)出,并消除削減。

  風(fēng)能和太陽能對電價構(gòu)成下行壓力。從理論上講,由于太陽能和風(fēng)能的邊際發(fā)電成本為零,它們?nèi)〈烁嘿F的發(fā)電機(jī),降低了電價。在全球?qū)嵺`中,太陽能的部署平抑了中午的價格峰值,而風(fēng)能降低了夜間的價格。美國前20個實行太陽能和風(fēng)能發(fā)電州中,有四分之三的州的電價低于美國全國平均水平;四分之一的州是美國10個電力最便宜的州之一,其中包括風(fēng)能領(lǐng)頭羊德克薩斯州。歐洲最大的太陽能和風(fēng)能市場德國的批發(fā)價格在過去10年里下降了一半以上。丹麥?zhǔn)鞘澜缟祥g斷性可再生能源比例最高的國家(53%),不包括稅費(fèi)的電力價格是歐洲最低的。勞倫斯伯克利國家實驗室(Lawrence Berkeley National Laboratory)估計,一旦美國達(dá)到丹麥40% - 50%的可再生能源滲透率水平,一些州就會迎來“價格便宜到無法計量的能源”。

  由于電網(wǎng)可靠性和彈性越來越高,風(fēng)電和太陽能電池組的份額不斷增長。美國停電次數(shù)最少的州是太陽能和風(fēng)能發(fā)電最大的州。在過去的十年中,德克薩斯州的風(fēng)力發(fā)電量增長了645%,該州的電網(wǎng)可靠性指標(biāo)顯著提高。德國和丹麥的電網(wǎng)在過去10年里也變得更加可靠,盡管后者的風(fēng)電和太陽能發(fā)電量占其西部地區(qū)全年五分之一時間電力消耗的90%。互聯(lián)的丹麥和德國電網(wǎng)目前是世界上最可靠的電網(wǎng)。

  風(fēng)能和太陽能可以成為重要的電網(wǎng)資產(chǎn)。間斷性的可再生能源已經(jīng)在幫助平衡電網(wǎng)。例如,在2017年,風(fēng)力發(fā)電幫助降低了中北部大陸?yīng)毩⑾到y(tǒng)運(yùn)營商電力需求量最大三小時負(fù)荷的嚴(yán)重程度。但傳統(tǒng)的發(fā)電方式仍然提供了幾乎所有與頻率、電壓和容量有關(guān)的基本電網(wǎng)可靠性服務(wù)。不過,這種情況可能會改變,因為智能逆變器和先進(jìn)的控制使風(fēng)能和太陽能能夠提供與其他發(fā)電來源同樣或更好的服務(wù)。當(dāng)結(jié)合智能逆變器、風(fēng)能和太陽能可以比傳統(tǒng)發(fā)電廠更能提高產(chǎn)量,即使在太陽落山和風(fēng)停止之后也有助于穩(wěn)定電網(wǎng)。智能逆變器還可以將分布式資源轉(zhuǎn)化為對客戶影響最小的電網(wǎng)資產(chǎn)。

  三. 自動化、智能、區(qū)塊鏈等新技術(shù)推動可再生能源發(fā)展

  包括自動化、人工智能(AI)和區(qū)塊鏈在內(nèi)的新技術(shù),以及先進(jìn)的材料和制造工藝,可以加速可再生能源的部署。這些技術(shù)從簡化可再生能源的生產(chǎn)和運(yùn)營(自動化和先進(jìn)制造)到優(yōu)化使用(人工智能在天氣預(yù)報方面的應(yīng)用)、改善可再生能源市場(區(qū)塊鏈),以及改造太陽能電板和風(fēng)力渦輪機(jī)(先進(jìn)材料)等材料。這些技術(shù)通過幫助進(jìn)一步降低成本和促進(jìn)整合來支持前兩個趨勢。

  自動化大大減少了太陽能和風(fēng)能生產(chǎn)和運(yùn)營的時間和成本。去年,F(xiàn)irstSolar將其美國制造工廠自動化,使其電池板的尺寸增加了兩倍,其成本比中國競爭對手低30%,將生產(chǎn)過程從需經(jīng)過上百步的步驟、及耗時多天的過程轉(zhuǎn)變?yōu)橹恍鑾讉€步驟和幾個小時的過程。自動化對海上風(fēng)能也有重大的操作影響,每兆瓦裝機(jī)容量造成的計劃維修停機(jī)比任何其他發(fā)電技術(shù)都多。今年7月,全球最大的海上風(fēng)電場部署了全自動無人駕駛飛機(jī),并將檢查時間從兩小時縮短至20分鐘。展望未來,目前正在開發(fā)的爬行機(jī)器人將能夠?qū)μ柲茈姵匕搴惋L(fēng)力渦輪機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和材料進(jìn)行自動化的微波和超聲波檢查。

  AI 微調(diào)天氣預(yù)報優(yōu)化可再生資源利用。天氣預(yù)報是可再生能源整合的一個關(guān)鍵組成部分,因為天氣決定了風(fēng)能和太陽能的可用性,以及它們的消耗。在寒風(fēng)凜冽的天氣里,風(fēng)力發(fā)電的供需可能會同時增加,而風(fēng)大的夜晚,風(fēng)力發(fā)電供應(yīng)可能會增加但需求不變。人工智能系統(tǒng)可以通過處理衛(wèi)星圖像、氣象站測量數(shù)據(jù)、歷史模式,以及風(fēng)力渦輪機(jī)和太陽能電池板傳感器的數(shù)據(jù),來預(yù)測天氣,將預(yù)測與現(xiàn)實進(jìn)行比較,并通過機(jī)器學(xué)習(xí)調(diào)整模型,以生成越來越精確的預(yù)測。人工智能系統(tǒng)可以處理數(shù)百兆兆字節(jié)的數(shù)據(jù),并在高度精準(zhǔn)地提供頻繁的預(yù)測。領(lǐng)先的太陽能和風(fēng)能市場的國家預(yù)測系統(tǒng)集成了人工智能,大大提高了運(yùn)營商的準(zhǔn)確性并降低了成本。

  另一項可能惠及服務(wù)不足市場的技術(shù)是區(qū)塊鏈。

  先進(jìn)的材料和制造:鈣鈦礦和3D打印有望給太陽能和風(fēng)能產(chǎn)業(yè)帶來革命性的變化。鈣鈦礦自引入以來一直是發(fā)展最快的太陽能技術(shù),在不到十年的時間內(nèi)獲得了硅花費(fèi)了半個多世紀(jì)才達(dá)到的效率。2018年6月,一家英國和德國的初創(chuàng)公司在實驗室環(huán)境下展示了高達(dá)27.3%的鈣鈦礦硅串聯(lián)電池轉(zhuǎn)換效率,打破了獨(dú)立硅電池的實驗室記錄。比利時的研究人員在接下來的一個月里達(dá)到了類似的效率,他們都聲稱超過30%的效率是可以達(dá)到的。鈣鈦礦具有更簡單的化學(xué)性質(zhì),能夠捕獲比硅更大的光譜,并具有更高的效率潛力。鈣鈦礦也可以噴在表面和印刷輥,使生產(chǎn)成本更低和應(yīng)用更廣。鈣鈦礦模塊最早可能在2019年商業(yè)化。

  在風(fēng)能方面,增材制造(俗稱3D)正在為新材料的使用鋪平道路。兩家美國國家實驗室與該行業(yè)合作,制造了第一個3D打印的風(fēng)葉模具,大大降低了原型制作成本和時間,從一年多削減到三個月。下一個用例是3D打印葉片。這將使使用新的材料和嵌入式傳感器組合來優(yōu)化葉片的成本和性能。

  制造商正大舉投資于這些新技術(shù),因為他們預(yù)計太陽能和風(fēng)能的需求將不斷增長。

  需求

  隨著城市、社區(qū)、新興市場和企業(yè)尋求可靠、廉價和越來越清潔的能源,它們對可再生能源的需求日益增長。由于這些有利的趨勢,太陽能和風(fēng)能現(xiàn)在最適合實現(xiàn)這三個目標(biāo)。智慧可再生城市(SRCs)將可再生能源視為智慧城市戰(zhàn)略的重要組成部分;社區(qū)可再生能源使消費(fèi)者有權(quán)使用電氣化或行使電力選擇;新興市場正將太陽能和風(fēng)能作為推動其發(fā)展戰(zhàn)略的最佳手段;企業(yè)也在采購可再生能源,以提高他們的利潤,同時使他們的業(yè)務(wù)成為環(huán)境友好型。

  四. 智慧可再生城市

  智慧可再生城市認(rèn)識到太陽能和風(fēng)能可以為他們的智慧城市目標(biāo)提供動力。世界上大多數(shù)人口現(xiàn)在都生活在不斷發(fā)展的城市,其中一些城市已經(jīng)采取了積極的“智能”方法,通過連接傳感器技術(shù)和數(shù)據(jù)分析來管理他們的基礎(chǔ)設(shè)施。更先進(jìn)的智慧城市的重點(diǎn)是提高生活質(zhì)量、競爭力和可持續(xù)性。太陽能和風(fēng)能處于這些目標(biāo)的交匯點(diǎn),因為它們有助于降低污染、減少二氧化碳,同時促進(jìn)清潔電力出行、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和商業(yè)增長。智慧可再生城市正抓住這種融合所帶來的機(jī)會。最大的智慧可再生城市通過改造現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施來做到這一點(diǎn),而還剛剛開始部署智慧可再生城市則要從頭開始。

  智慧可再生城市可以定義為具有太陽能和/或風(fēng)能的城市,以及包含可再生能源成分的智慧城市計劃。表1按風(fēng)能和太陽能發(fā)電的比例列出了100多萬人口的城市。圣地亞哥是全球的領(lǐng)導(dǎo)者。太陽能和風(fēng)能已經(jīng)占到其電力結(jié)構(gòu)的三分之一以上,該市的目標(biāo)是到2035年實現(xiàn)100%的可再生能源。圣地亞哥也是一個由當(dāng)?shù)卣鲗?dǎo)的智慧可再生城市——當(dāng)美國政府放棄對氣候變化的承諾時,圣地亞哥承諾繼續(xù)使用可再生能源。與加州全州的目標(biāo)相比,該市還有一個更加雄心勃勃的可再生能源目標(biāo)。與此同時,亞洲的主要城市齋浦爾是一個全國性的智慧可再生城市。印度政府設(shè)立了100個智慧城市任務(wù),其中包括太陽能需求。齋浦爾沒有可再生能源的目標(biāo),但將受益于今年設(shè)定的雄心勃勃國家目標(biāo)。齋浦爾的主要智慧可再生城市項目是屋頂太陽能基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)電,從8個地鐵站開始,白天全部使用太陽能。最后,歐洲領(lǐng)導(dǎo)者漢堡(Hamburg)是一個地方性的智慧可再生城市。雖然德國沒有提供國家智慧城市戰(zhàn)略或資金支持,但歐盟提供了許多平臺和資金來源,支持智慧可再生城市的倡議。這些智慧可再生城市共同面臨的挑戰(zhàn)是如何將現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施和系統(tǒng)改造成更智能、更可再生的系統(tǒng)。

  五.新興市場成為領(lǐng)先市場

  太陽能和風(fēng)能產(chǎn)業(yè)和市場在發(fā)達(dá)國家(定義為33個高收入的經(jīng)合組織成員國)已經(jīng)開始并走向成熟,但它們的重心已經(jīng)轉(zhuǎn)移到新興市場(所有非發(fā)達(dá)國家)。2013年,新興市場陸上風(fēng)電增長超過發(fā)達(dá)國家,2016年太陽能光伏增長超過發(fā)達(dá)國家;2017年,它們占全球可再生能源新增投資的63%,將與發(fā)達(dá)國家的投資差距擴(kuò)大至創(chuàng)紀(jì)錄的高點(diǎn)。目前,他們的累積容量即將超過發(fā)達(dá)國家(圖5)。新興市場幫助降低了可再生能源的成本,使他們能夠超越發(fā)達(dá)國家部署的可再生能源,實現(xiàn)低碳發(fā)展,創(chuàng)新也有利于發(fā)達(dá)國家的方式。

  作為全球領(lǐng)導(dǎo)者,中國正在推動新興市場在可再生能源增長方面的崛起。中國在2017年實現(xiàn)了最大的太陽能和風(fēng)能增長和總裝機(jī)容量,是唯一一個在風(fēng)能和太陽能發(fā)電超過100兆瓦的市場。2017年,僅中國就占據(jù)了新增太陽能發(fā)電裝機(jī)容量的一半以上,占全球太陽能光伏板產(chǎn)量的三分之二。前十大太陽能光伏供應(yīng)商中有8家來自中國,前三家中國風(fēng)電企業(yè)的市場份額最大。此外,中國是唯一一個同時躋身新興市場跨境清潔投資前10大投資市場和前10大進(jìn)行投資的國家,也是新興市場中唯一一個跨境投資排名前10的國家。從2015年創(chuàng)記錄的跨境清潔投資年到2017年上半年,中國在11個新興市場的風(fēng)能和太陽能投資達(dá)22.3億美元,從13個投資國獲得了13.4億美元的風(fēng)能和太陽能投資。

  新興市場正在孕育創(chuàng)新。發(fā)達(dá)國家從最初在新興國家興起的市場和產(chǎn)品設(shè)計中獲益。例如,可再生能源拍賣是新興市場最先采用的一種趨勢,它導(dǎo)致全球可再生能源價格大幅下跌。一些在或為新興市場設(shè)計的太陽能和風(fēng)能產(chǎn)品也正在發(fā)達(dá)市場中應(yīng)用。例如,旨在使發(fā)展中國家的遠(yuǎn)離電網(wǎng)區(qū)通電的微型電網(wǎng)已經(jīng)在發(fā)達(dá)國家的偏遠(yuǎn)礦山得到應(yīng)用。

  更廣泛地說,企業(yè)在促進(jìn)發(fā)達(dá)國家和發(fā)展中國家之間推動可再生能源增長的轉(zhuǎn)化方面發(fā)揮著越來越大的作用。

  . 企業(yè)參與的范圍不斷擴(kuò)大

  企業(yè)正在以新的方式采購可再生能源,涉及的行業(yè)也越來越多。隨著企業(yè)越來越關(guān)注其采購質(zhì)量--標(biāo)準(zhǔn)是確保采購創(chuàng)造可衡量的、額外的可再生能源能力,電力采購協(xié)議(PPA)正成為首選工具。

  PPA是增長最快的企業(yè)采購工具。2017年,企業(yè)通過自行發(fā)電或采購,在全球范圍內(nèi)采購了465太瓦時(TWh)的可再生能源。在企業(yè)采購可再生能源的75個國家中,有三種采購工具可供不同程度使用:EAC,公用事業(yè)綠色采購計劃(UGP)和PPA。

  EAC是最廣泛使用的采購工具,在57個國家都有使用,而且很容易獲得。它們允許企業(yè)證明自己符合政府的可再生能源要求或自愿減排目標(biāo)。然而,它們并沒有充分利用可再生能源的成本效益,也未必總能帶來額外效益。UGP在39個國家可用,大部分在歐洲,但卻是使用最少、最不透明的工具。它們通常與EACs綁定在一起,并且具有相同的缺點(diǎn)。PPA在35個國家可用,并且迅速傳播。2017年,10個國家的企業(yè)簽署了創(chuàng)紀(jì)錄的5.4兆瓦可再生能源PPAs協(xié)議。到2018年7月底,企業(yè)數(shù)量已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過這一記錄,在28個市場購買了7.2兆瓦。 PPA比EAC和UGP提供了更大的額外性并節(jié)約了更多成本,但也高于常用電力價格。

  這三種工具在北美和大多數(shù)歐洲國家都可用。這些發(fā)達(dá)國家仍然是領(lǐng)先的企業(yè)采購市場,信息技術(shù)仍然是領(lǐng)先的部門。然而,其它行業(yè)的企業(yè)也在增加可再生能源的采購,而新興市場正在讓這變得更容易。新興市場印度和墨西哥也提供了全套的采購工具,跨國企業(yè)和國內(nèi)企業(yè)的采購也在不斷增加。

  結(jié)論

  太陽能和風(fēng)能最近跨越了一個新的門檻,在全球大部分地區(qū)從主流能源轉(zhuǎn)變?yōu)槭走x能源。隨著它們的價格和性能達(dá)到與傳統(tǒng)能源同等的水平,他們提升電網(wǎng)容量能力也日益提高,并通過新技術(shù)變得越來越有競爭力,部署障礙和上限正在消失。太陽能和風(fēng)能已經(jīng)是全球最便宜的能源之一,但它們還有很長的路要走:它們還有很大的提升空間。成本將持續(xù)下降,成功的整合在新技術(shù)的支撐下迅速進(jìn)行,新技術(shù)帶來了更高的效率和能力。

  與此同時,對可再生能源的需求正在瘋狂地增長。太陽能和風(fēng)能現(xiàn)在最接近于滿足能源消費(fèi)者的三個優(yōu)先需求:可靠性、可承受性和環(huán)境責(zé)任。在丹麥等領(lǐng)先的可再生能源市場,超國家、國家和地方社區(qū)的利益與這些目標(biāo)是一致的。在其他國家,如美國和澳大利亞,政府領(lǐng)導(dǎo)人在降低二氧化碳的努力上正在有所下降,城市、社區(qū)和企業(yè)已經(jīng)成為最相關(guān)的角色。它們已加緊填補(bǔ)空缺,促進(jìn)需求繼續(xù)增長。最后,隨著新興市場的發(fā)展和(或)電氣化,它們的電力需求將出現(xiàn)最顯著的增長,并且已經(jīng)一躍成為太陽能和風(fēng)能領(lǐng)域的領(lǐng)軍者。

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風(fēng)能和太陽能正成為全球首選能源 價格及性能可與傳統(tǒng)能源相媲美

發(fā)布時間:2018-09-20   來源:中國財經(jīng)觀察網(wǎng)

  技術(shù)創(chuàng)新、成本效益和不斷增長的消費(fèi)者需求正在推動可再生能源——尤其是風(fēng)能和太陽能——成為首選能源。我們研究了推動這種轉(zhuǎn)變的幾大趨勢。

  執(zhí)行概要

  可再生能源最近才被公認(rèn)為“主流”能源,現(xiàn)在正迅速成為人們的首選能源。在全球多個發(fā)達(dá)國家和發(fā)展中國家都明顯存在強(qiáng)大的推動趨勢和需求趨勢,正在幫助太陽能和風(fēng)能與傳統(tǒng)能源競爭并贏得勝利。

  第一個推力是可再生能源在電網(wǎng)和市場上的價格和性能都達(dá)到了平價。其次,太陽能和風(fēng)能可以經(jīng)濟(jì)有效地幫助平衡電網(wǎng)。第三,新技術(shù)正在提升風(fēng)能和太陽能的競爭優(yōu)勢。

  來自能源消費(fèi)者的需求主要集中在三個目標(biāo)上,前三個趨勢使可再生能源得以充分地實現(xiàn)利用。隨著對每個目標(biāo)的不同程度的側(cè)重,消費(fèi)者正在尋找最可靠、最經(jīng)濟(jì)、最環(huán)保的能源。

  其中最主要的城市消費(fèi)者將可再生能源納入到智慧城市計劃,社區(qū)能源項目使獲得可再生能源途徑民主化,新興市場引領(lǐng)發(fā)展可再生能源的部署,以及企業(yè)擴(kuò)大了太陽能和風(fēng)能的采購范圍。

  這些趨勢可能通過兩個相互加強(qiáng)的良性循環(huán)繼續(xù)增強(qiáng)。新技術(shù)的部署將有助于進(jìn)一步降低成本和改善整合。這將使越來越多的能源消費(fèi)者能夠獲得他們喜歡的能源,并加速世界各地的國家能源過渡。

  推動可再生能源發(fā)展的因素

  由于這三方面的原因--電網(wǎng)平價指日可待、電網(wǎng)整合經(jīng)濟(jì)有效且可靠以及技術(shù)創(chuàng)新,增加可再生能源部署的長期障礙已經(jīng)消除。太陽能和風(fēng)能一度被認(rèn)為過于昂貴,無法拓展到利基市場以外的領(lǐng)域,但現(xiàn)在它們在價格上可以與傳統(tǒng)能源相媲美,而且它們的性能也越來越好??稍偕茉磶砹嗽S多需要解決的整合問題的觀點(diǎn)已經(jīng)被推翻:太陽能和風(fēng)能的整合開始幫助解決電網(wǎng)問題。最后,可再生能源不再等待支持技術(shù)的成熟,而是抓住尖端技術(shù)領(lǐng)先于傳統(tǒng)能源的機(jī)會。

  一. 可再生能源在價格和性能方面可與傳統(tǒng)能源相媲美

  太陽能和風(fēng)能的部署速度及其急劇下降的成本曲線甚至讓最樂觀的業(yè)內(nèi)人士和觀察人士都感到意外。盡管人們對風(fēng)能和太陽能的預(yù)期一直與現(xiàn)實情況想左,但在全球最大市場上,風(fēng)能和太陽能在沒有補(bǔ)貼的情況下,已經(jīng)成為傳統(tǒng)發(fā)電技術(shù)的競爭對手。

  風(fēng)能和太陽能已達(dá)到電網(wǎng)價格平價,并正接近傳統(tǒng)能源的性能水平。事實上,在世界大部分地區(qū),公用事業(yè)規(guī)模的陸上風(fēng)電和太陽能光伏發(fā)電的無補(bǔ)貼平均化能源成本(LCOE)已經(jīng)下降,甚至達(dá)到或低于大多數(shù)其他發(fā)電技術(shù)的成本。雖然聯(lián)合循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)等資源在負(fù)荷曲線方面具有更大的靈活性,但越來越便宜的電池存儲和其他創(chuàng)新有助于緩和風(fēng)能和太陽能間接的影響,使它們更具有與傳統(tǒng)能源競爭所需的可靠性。從價格角度看,陸上風(fēng)電已成為世界上成本最低的發(fā)電能源,無補(bǔ)貼的LCOE范圍為30-60美元每兆瓦時(MWh),低于最便宜的化石燃料天然氣(42-78美元每兆瓦時)的范圍。

  到2017年底,陸上風(fēng)電容量比2011年216千兆瓦容量增加了一倍多:共有121個國家部署了近495千兆瓦的陸上風(fēng)電,由中國、美國、德國、印度、西班牙、法國、巴西、英國、加拿大領(lǐng)導(dǎo)--這9個國家的陸上風(fēng)力已達(dá)到價格平價。在美國如大平原和德克薩斯等風(fēng)力最強(qiáng)的地區(qū)發(fā)電成本最低,東北部成本最高。從全球來看,成本最低的國家包括這9個領(lǐng)先國家,以及歐亞大陸和澳大利亞。

  公用規(guī)模的太陽能光伏非常熱門,它是緊隨風(fēng)能后第二便宜的能源。太陽能光伏的LCOE范圍的最高值(43-53美元/MWh)低于任何其他發(fā)電能源。2017年全球187個國家增加的光發(fā)電達(dá)創(chuàng)紀(jì)錄的93.7兆瓦--超過2011年的總?cè)萘?69兆瓦)--總產(chǎn)能達(dá)到386兆瓦,此乃由中國,日本,德國,美國,意大利,印度和英國領(lǐng)導(dǎo)。除了日本(主要由于高資本成本,日本是世界上光伏發(fā)電成本最高的市場之一)以外,太陽能價格在所有這些市場已達(dá)到平價。隨著日本轉(zhuǎn)向競爭性拍賣,太陽能價格平價有望在2025年至2030年之間實現(xiàn)。從全球來看,澳大利亞的太陽能光伏發(fā)電成本最低,非洲的太陽能光伏發(fā)電成本最高,這是由于投資成本所致。

  除了領(lǐng)先國家以外,隨著風(fēng)能和太陽能與其他發(fā)電能源之間的成本差距擴(kuò)大,全球范圍內(nèi)的風(fēng)能和太陽能價格平價也正在實現(xiàn)。除了聯(lián)合循環(huán)燃?xì)怆娬?,在過去的8年里所有傳統(tǒng)的LCOE能源和非間歇性可再生能源要么持平(生物質(zhì)和煤)或增加(地?zé)?、水力發(fā)電和核)。然而由于組件成本大幅下降以及效率提升--預(yù)計這兩大趨勢將繼續(xù)下去,陸上風(fēng)能和太陽能光伏的LCOE分別下降了67%和86%。據(jù)彭博新能源財經(jīng)報道,2018年上半年陸上風(fēng)能和太陽能光伏發(fā)電成本已經(jīng)下降了18%。在歐洲,日本和中國,競爭性拍賣是通過以較低價格推動無補(bǔ)貼部署進(jìn)一步降低成本的一個主要因素。

  發(fā)達(dá)國家的風(fēng)力渦輪機(jī)升級或“重新發(fā)電”,也通過提高產(chǎn)能因素將全球平均成本拉低。此外,隨著全球開發(fā)人員和國際組織聯(lián)手促進(jìn)項目開發(fā),發(fā)展中國家的成本可能會下降。這種伙伴關(guān)系有助于解決一些不協(xié)調(diào)問題(日本,德國和英國某些地區(qū)雖然是世界上太陽能最貧乏的地區(qū)但卻是全球太陽能領(lǐng)導(dǎo)者,而非洲和南美洲分別擁有最大的太陽能和風(fēng)能資源,但這些資源仍未得到開發(fā))。隨著風(fēng)能和太陽能發(fā)電能力的增長,許多傳統(tǒng)能源將開始以較低的容量運(yùn)行,導(dǎo)致現(xiàn)有和新建傳統(tǒng)項目的LCOE都增加。新太陽能和風(fēng)能發(fā)電廠的成本最終可能不僅會低于新傳統(tǒng)發(fā)電廠的成本,還會低于繼續(xù)以比全球現(xiàn)有運(yùn)營發(fā)電廠更低的成本運(yùn)營。這一點(diǎn)在去年Enel中標(biāo)的智利風(fēng)能、太陽能和地?zé)岚l(fā)電廠中已經(jīng)得到了證明,該發(fā)電廠將以低于現(xiàn)有煤炭和天然氣發(fā)電廠燃料成本的價格出售電力。

  公用規(guī)模的太陽能、風(fēng)能和存儲規(guī)模的競爭日益激烈,除了價格平價外,還電網(wǎng)性能也正在逐步改善。隨著存儲的增加,風(fēng)能和太陽能變得更加可調(diào)度,侵蝕了傳統(tǒng)能源長期以來的優(yōu)勢。雖然可再生能源開發(fā)及存儲會增加成本,但它們可以提供容量和輔助電網(wǎng)服務(wù),使其更有價值。監(jiān)管和市場結(jié)構(gòu)決定了附加價值能否貨幣化。但即使這些服務(wù)無法出售,這種組合也更有價值,因為運(yùn)營商可以滿足多種需求,并有可能將電網(wǎng)供電的時間轉(zhuǎn)移到非高峰、成本更低的時段。自2010年以來,鋰離子電池的成本下降了近80%,可再生能源存儲正在實現(xiàn)價格平價。所有頂級的太陽能市場都有包括存儲在內(nèi)的公用規(guī)模項目。在美國作為存儲市場的領(lǐng)跑者,太陽能存儲在一些市場上的競爭已經(jīng)非常激烈,以至于開發(fā)商Lightsource宣布其在西方的所有競標(biāo)都將包括存儲。將投資稅收抵免因素考慮在內(nèi),美國將從明年開始在亞利桑那州實施太陽能加儲能項目,其次是內(nèi)華達(dá)和科羅拉多,這兩個州的風(fēng)能加儲能項目也將實行平價。

  公用規(guī)模的電網(wǎng)平價并不是唯一趨勢,因為像屋頂太陽能這樣的分布式可再生能源正在達(dá)到價格平價和性能水平相當(dāng)。在這種情況下,當(dāng)自產(chǎn)電價低于零售電價時,就會達(dá)到價格平價。除了印度之外,商業(yè)太陽能光伏發(fā)電在所有處于電網(wǎng)平價的頂級太陽能市場的部分地區(qū)已達(dá)到無補(bǔ)貼平價。稅收抵免和凈計量等激勵措施使得住宅太陽能光伏在這些市場中也具有競爭力。太陽能安裝商越來越多地將電池存儲與家用太陽能結(jié)合起來。

  二. 經(jīng)濟(jì)高效和可靠的電網(wǎng)整合

  人們最常提到的阻礙太陽能和風(fēng)能利用的障礙之一是它們的間斷性。這種情況正在逆轉(zhuǎn):這很可能不再是風(fēng)能和太陽能需要解決的問題,而是電網(wǎng)平衡需要解決的問題。事實上,可再生能源整合的難度和成本并沒有預(yù)期的那么高。更重要的是,他們展示了增強(qiáng)電網(wǎng)彈性和可靠性的能力,并提供必要的電網(wǎng)服務(wù)。

  風(fēng)能和太陽能的間斷性挑戰(zhàn)可能被夸大了。大多數(shù)國家和地區(qū)處于可再生能源滲透率水平,需要對電網(wǎng)進(jìn)行最低限度的調(diào)整:可再生能源要么在系統(tǒng)級別上幾乎沒有注冊,要么只需要在運(yùn)營實踐和使用現(xiàn)有資源方面進(jìn)行微小的改變。在可再生能源滲透率高、需要更復(fù)雜的系統(tǒng)性更改的國家或地區(qū),傳統(tǒng)能源正在進(jìn)行調(diào)整,以使更多可再生能源能夠以經(jīng)濟(jì)的方式整合。例如,在整個歐盟、中國和印度,運(yùn)營商都對傳統(tǒng)的熱電廠和發(fā)電廠進(jìn)行了改造,以在不用電的情況下產(chǎn)生熱量,而煤電廠和CCGT電廠則提供了額外的靈活性和穩(wěn)定性。與鄰近市場的互聯(lián)是北歐和美國各地區(qū)成功推行的另一個關(guān)鍵工具,因為將可再生能源集中到一個更大的地區(qū),可以更經(jīng)濟(jì)有效地平滑其產(chǎn)出,并消除削減。

  風(fēng)能和太陽能對電價構(gòu)成下行壓力。從理論上講,由于太陽能和風(fēng)能的邊際發(fā)電成本為零,它們?nèi)〈烁嘿F的發(fā)電機(jī),降低了電價。在全球?qū)嵺`中,太陽能的部署平抑了中午的價格峰值,而風(fēng)能降低了夜間的價格。美國前20個實行太陽能和風(fēng)能發(fā)電州中,有四分之三的州的電價低于美國全國平均水平;四分之一的州是美國10個電力最便宜的州之一,其中包括風(fēng)能領(lǐng)頭羊德克薩斯州。歐洲最大的太陽能和風(fēng)能市場德國的批發(fā)價格在過去10年里下降了一半以上。丹麥?zhǔn)鞘澜缟祥g斷性可再生能源比例最高的國家(53%),不包括稅費(fèi)的電力價格是歐洲最低的。勞倫斯伯克利國家實驗室(Lawrence Berkeley National Laboratory)估計,一旦美國達(dá)到丹麥40% - 50%的可再生能源滲透率水平,一些州就會迎來“價格便宜到無法計量的能源”。

  由于電網(wǎng)可靠性和彈性越來越高,風(fēng)電和太陽能電池組的份額不斷增長。美國停電次數(shù)最少的州是太陽能和風(fēng)能發(fā)電最大的州。在過去的十年中,德克薩斯州的風(fēng)力發(fā)電量增長了645%,該州的電網(wǎng)可靠性指標(biāo)顯著提高。德國和丹麥的電網(wǎng)在過去10年里也變得更加可靠,盡管后者的風(fēng)電和太陽能發(fā)電量占其西部地區(qū)全年五分之一時間電力消耗的90%?;ヂ?lián)的丹麥和德國電網(wǎng)目前是世界上最可靠的電網(wǎng)。

  風(fēng)能和太陽能可以成為重要的電網(wǎng)資產(chǎn)。間斷性的可再生能源已經(jīng)在幫助平衡電網(wǎng)。例如,在2017年,風(fēng)力發(fā)電幫助降低了中北部大陸?yīng)毩⑾到y(tǒng)運(yùn)營商電力需求量最大三小時負(fù)荷的嚴(yán)重程度。但傳統(tǒng)的發(fā)電方式仍然提供了幾乎所有與頻率、電壓和容量有關(guān)的基本電網(wǎng)可靠性服務(wù)。不過,這種情況可能會改變,因為智能逆變器和先進(jìn)的控制使風(fēng)能和太陽能能夠提供與其他發(fā)電來源同樣或更好的服務(wù)。當(dāng)結(jié)合智能逆變器、風(fēng)能和太陽能可以比傳統(tǒng)發(fā)電廠更能提高產(chǎn)量,即使在太陽落山和風(fēng)停止之后也有助于穩(wěn)定電網(wǎng)。智能逆變器還可以將分布式資源轉(zhuǎn)化為對客戶影響最小的電網(wǎng)資產(chǎn)。

  三. 自動化、智能、區(qū)塊鏈等新技術(shù)推動可再生能源發(fā)展

  包括自動化、人工智能(AI)和區(qū)塊鏈在內(nèi)的新技術(shù),以及先進(jìn)的材料和制造工藝,可以加速可再生能源的部署。這些技術(shù)從簡化可再生能源的生產(chǎn)和運(yùn)營(自動化和先進(jìn)制造)到優(yōu)化使用(人工智能在天氣預(yù)報方面的應(yīng)用)、改善可再生能源市場(區(qū)塊鏈),以及改造太陽能電板和風(fēng)力渦輪機(jī)(先進(jìn)材料)等材料。這些技術(shù)通過幫助進(jìn)一步降低成本和促進(jìn)整合來支持前兩個趨勢。

  自動化大大減少了太陽能和風(fēng)能生產(chǎn)和運(yùn)營的時間和成本。去年,F(xiàn)irstSolar將其美國制造工廠自動化,使其電池板的尺寸增加了兩倍,其成本比中國競爭對手低30%,將生產(chǎn)過程從需經(jīng)過上百步的步驟、及耗時多天的過程轉(zhuǎn)變?yōu)橹恍鑾讉€步驟和幾個小時的過程。自動化對海上風(fēng)能也有重大的操作影響,每兆瓦裝機(jī)容量造成的計劃維修停機(jī)比任何其他發(fā)電技術(shù)都多。今年7月,全球最大的海上風(fēng)電場部署了全自動無人駕駛飛機(jī),并將檢查時間從兩小時縮短至20分鐘。展望未來,目前正在開發(fā)的爬行機(jī)器人將能夠?qū)μ柲茈姵匕搴惋L(fēng)力渦輪機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和材料進(jìn)行自動化的微波和超聲波檢查。

  AI 微調(diào)天氣預(yù)報優(yōu)化可再生資源利用。天氣預(yù)報是可再生能源整合的一個關(guān)鍵組成部分,因為天氣決定了風(fēng)能和太陽能的可用性,以及它們的消耗。在寒風(fēng)凜冽的天氣里,風(fēng)力發(fā)電的供需可能會同時增加,而風(fēng)大的夜晚,風(fēng)力發(fā)電供應(yīng)可能會增加但需求不變。人工智能系統(tǒng)可以通過處理衛(wèi)星圖像、氣象站測量數(shù)據(jù)、歷史模式,以及風(fēng)力渦輪機(jī)和太陽能電池板傳感器的數(shù)據(jù),來預(yù)測天氣,將預(yù)測與現(xiàn)實進(jìn)行比較,并通過機(jī)器學(xué)習(xí)調(diào)整模型,以生成越來越精確的預(yù)測。人工智能系統(tǒng)可以處理數(shù)百兆兆字節(jié)的數(shù)據(jù),并在高度精準(zhǔn)地提供頻繁的預(yù)測。領(lǐng)先的太陽能和風(fēng)能市場的國家預(yù)測系統(tǒng)集成了人工智能,大大提高了運(yùn)營商的準(zhǔn)確性并降低了成本。

  另一項可能惠及服務(wù)不足市場的技術(shù)是區(qū)塊鏈。

  先進(jìn)的材料和制造:鈣鈦礦和3D打印有望給太陽能和風(fēng)能產(chǎn)業(yè)帶來革命性的變化。鈣鈦礦自引入以來一直是發(fā)展最快的太陽能技術(shù),在不到十年的時間內(nèi)獲得了硅花費(fèi)了半個多世紀(jì)才達(dá)到的效率。2018年6月,一家英國和德國的初創(chuàng)公司在實驗室環(huán)境下展示了高達(dá)27.3%的鈣鈦礦硅串聯(lián)電池轉(zhuǎn)換效率,打破了獨(dú)立硅電池的實驗室記錄。比利時的研究人員在接下來的一個月里達(dá)到了類似的效率,他們都聲稱超過30%的效率是可以達(dá)到的。鈣鈦礦具有更簡單的化學(xué)性質(zhì),能夠捕獲比硅更大的光譜,并具有更高的效率潛力。鈣鈦礦也可以噴在表面和印刷輥,使生產(chǎn)成本更低和應(yīng)用更廣。鈣鈦礦模塊最早可能在2019年商業(yè)化。

  在風(fēng)能方面,增材制造(俗稱3D)正在為新材料的使用鋪平道路。兩家美國國家實驗室與該行業(yè)合作,制造了第一個3D打印的風(fēng)葉模具,大大降低了原型制作成本和時間,從一年多削減到三個月。下一個用例是3D打印葉片。這將使使用新的材料和嵌入式傳感器組合來優(yōu)化葉片的成本和性能。

  制造商正大舉投資于這些新技術(shù),因為他們預(yù)計太陽能和風(fēng)能的需求將不斷增長。

  需求

  隨著城市、社區(qū)、新興市場和企業(yè)尋求可靠、廉價和越來越清潔的能源,它們對可再生能源的需求日益增長。由于這些有利的趨勢,太陽能和風(fēng)能現(xiàn)在最適合實現(xiàn)這三個目標(biāo)。智慧可再生城市(SRCs)將可再生能源視為智慧城市戰(zhàn)略的重要組成部分;社區(qū)可再生能源使消費(fèi)者有權(quán)使用電氣化或行使電力選擇;新興市場正將太陽能和風(fēng)能作為推動其發(fā)展戰(zhàn)略的最佳手段;企業(yè)也在采購可再生能源,以提高他們的利潤,同時使他們的業(yè)務(wù)成為環(huán)境友好型。

  四. 智慧可再生城市

  智慧可再生城市認(rèn)識到太陽能和風(fēng)能可以為他們的智慧城市目標(biāo)提供動力。世界上大多數(shù)人口現(xiàn)在都生活在不斷發(fā)展的城市,其中一些城市已經(jīng)采取了積極的“智能”方法,通過連接傳感器技術(shù)和數(shù)據(jù)分析來管理他們的基礎(chǔ)設(shè)施。更先進(jìn)的智慧城市的重點(diǎn)是提高生活質(zhì)量、競爭力和可持續(xù)性。太陽能和風(fēng)能處于這些目標(biāo)的交匯點(diǎn),因為它們有助于降低污染、減少二氧化碳,同時促進(jìn)清潔電力出行、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和商業(yè)增長。智慧可再生城市正抓住這種融合所帶來的機(jī)會。最大的智慧可再生城市通過改造現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施來做到這一點(diǎn),而還剛剛開始部署智慧可再生城市則要從頭開始。

  智慧可再生城市可以定義為具有太陽能和/或風(fēng)能的城市,以及包含可再生能源成分的智慧城市計劃。表1按風(fēng)能和太陽能發(fā)電的比例列出了100多萬人口的城市。圣地亞哥是全球的領(lǐng)導(dǎo)者。太陽能和風(fēng)能已經(jīng)占到其電力結(jié)構(gòu)的三分之一以上,該市的目標(biāo)是到2035年實現(xiàn)100%的可再生能源。圣地亞哥也是一個由當(dāng)?shù)卣鲗?dǎo)的智慧可再生城市——當(dāng)美國政府放棄對氣候變化的承諾時,圣地亞哥承諾繼續(xù)使用可再生能源。與加州全州的目標(biāo)相比,該市還有一個更加雄心勃勃的可再生能源目標(biāo)。與此同時,亞洲的主要城市齋浦爾是一個全國性的智慧可再生城市。印度政府設(shè)立了100個智慧城市任務(wù),其中包括太陽能需求。齋浦爾沒有可再生能源的目標(biāo),但將受益于今年設(shè)定的雄心勃勃國家目標(biāo)。齋浦爾的主要智慧可再生城市項目是屋頂太陽能基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)電,從8個地鐵站開始,白天全部使用太陽能。最后,歐洲領(lǐng)導(dǎo)者漢堡(Hamburg)是一個地方性的智慧可再生城市。雖然德國沒有提供國家智慧城市戰(zhàn)略或資金支持,但歐盟提供了許多平臺和資金來源,支持智慧可再生城市的倡議。這些智慧可再生城市共同面臨的挑戰(zhàn)是如何將現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施和系統(tǒng)改造成更智能、更可再生的系統(tǒng)。

  五.新興市場成為領(lǐng)先市場

  太陽能和風(fēng)能產(chǎn)業(yè)和市場在發(fā)達(dá)國家(定義為33個高收入的經(jīng)合組織成員國)已經(jīng)開始并走向成熟,但它們的重心已經(jīng)轉(zhuǎn)移到新興市場(所有非發(fā)達(dá)國家)。2013年,新興市場陸上風(fēng)電增長超過發(fā)達(dá)國家,2016年太陽能光伏增長超過發(fā)達(dá)國家;2017年,它們占全球可再生能源新增投資的63%,將與發(fā)達(dá)國家的投資差距擴(kuò)大至創(chuàng)紀(jì)錄的高點(diǎn)。目前,他們的累積容量即將超過發(fā)達(dá)國家(圖5)。新興市場幫助降低了可再生能源的成本,使他們能夠超越發(fā)達(dá)國家部署的可再生能源,實現(xiàn)低碳發(fā)展,創(chuàng)新也有利于發(fā)達(dá)國家的方式。

  作為全球領(lǐng)導(dǎo)者,中國正在推動新興市場在可再生能源增長方面的崛起。中國在2017年實現(xiàn)了最大的太陽能和風(fēng)能增長和總裝機(jī)容量,是唯一一個在風(fēng)能和太陽能發(fā)電超過100兆瓦的市場。2017年,僅中國就占據(jù)了新增太陽能發(fā)電裝機(jī)容量的一半以上,占全球太陽能光伏板產(chǎn)量的三分之二。前十大太陽能光伏供應(yīng)商中有8家來自中國,前三家中國風(fēng)電企業(yè)的市場份額最大。此外,中國是唯一一個同時躋身新興市場跨境清潔投資前10大投資市場和前10大進(jìn)行投資的國家,也是新興市場中唯一一個跨境投資排名前10的國家。從2015年創(chuàng)記錄的跨境清潔投資年到2017年上半年,中國在11個新興市場的風(fēng)能和太陽能投資達(dá)22.3億美元,從13個投資國獲得了13.4億美元的風(fēng)能和太陽能投資。

  新興市場正在孕育創(chuàng)新。發(fā)達(dá)國家從最初在新興國家興起的市場和產(chǎn)品設(shè)計中獲益。例如,可再生能源拍賣是新興市場最先采用的一種趨勢,它導(dǎo)致全球可再生能源價格大幅下跌。一些在或為新興市場設(shè)計的太陽能和風(fēng)能產(chǎn)品也正在發(fā)達(dá)市場中應(yīng)用。例如,旨在使發(fā)展中國家的遠(yuǎn)離電網(wǎng)區(qū)通電的微型電網(wǎng)已經(jīng)在發(fā)達(dá)國家的偏遠(yuǎn)礦山得到應(yīng)用。

  更廣泛地說,企業(yè)在促進(jìn)發(fā)達(dá)國家和發(fā)展中國家之間推動可再生能源增長的轉(zhuǎn)化方面發(fā)揮著越來越大的作用。

  . 企業(yè)參與的范圍不斷擴(kuò)大

  企業(yè)正在以新的方式采購可再生能源,涉及的行業(yè)也越來越多。隨著企業(yè)越來越關(guān)注其采購質(zhì)量--標(biāo)準(zhǔn)是確保采購創(chuàng)造可衡量的、額外的可再生能源能力,電力采購協(xié)議(PPA)正成為首選工具。

  PPA是增長最快的企業(yè)采購工具。2017年,企業(yè)通過自行發(fā)電或采購,在全球范圍內(nèi)采購了465太瓦時(TWh)的可再生能源。在企業(yè)采購可再生能源的75個國家中,有三種采購工具可供不同程度使用:EAC,公用事業(yè)綠色采購計劃(UGP)和PPA。

  EAC是最廣泛使用的采購工具,在57個國家都有使用,而且很容易獲得。它們允許企業(yè)證明自己符合政府的可再生能源要求或自愿減排目標(biāo)。然而,它們并沒有充分利用可再生能源的成本效益,也未必總能帶來額外效益。UGP在39個國家可用,大部分在歐洲,但卻是使用最少、最不透明的工具。它們通常與EACs綁定在一起,并且具有相同的缺點(diǎn)。PPA在35個國家可用,并且迅速傳播。2017年,10個國家的企業(yè)簽署了創(chuàng)紀(jì)錄的5.4兆瓦可再生能源PPAs協(xié)議。到2018年7月底,企業(yè)數(shù)量已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過這一記錄,在28個市場購買了7.2兆瓦。 PPA比EAC和UGP提供了更大的額外性并節(jié)約了更多成本,但也高于常用電力價格。

  這三種工具在北美和大多數(shù)歐洲國家都可用。這些發(fā)達(dá)國家仍然是領(lǐng)先的企業(yè)采購市場,信息技術(shù)仍然是領(lǐng)先的部門。然而,其它行業(yè)的企業(yè)也在增加可再生能源的采購,而新興市場正在讓這變得更容易。新興市場印度和墨西哥也提供了全套的采購工具,跨國企業(yè)和國內(nèi)企業(yè)的采購也在不斷增加。

  結(jié)論

  太陽能和風(fēng)能最近跨越了一個新的門檻,在全球大部分地區(qū)從主流能源轉(zhuǎn)變?yōu)槭走x能源。隨著它們的價格和性能達(dá)到與傳統(tǒng)能源同等的水平,他們提升電網(wǎng)容量能力也日益提高,并通過新技術(shù)變得越來越有競爭力,部署障礙和上限正在消失。太陽能和風(fēng)能已經(jīng)是全球最便宜的能源之一,但它們還有很長的路要走:它們還有很大的提升空間。成本將持續(xù)下降,成功的整合在新技術(shù)的支撐下迅速進(jìn)行,新技術(shù)帶來了更高的效率和能力。

  與此同時,對可再生能源的需求正在瘋狂地增長。太陽能和風(fēng)能現(xiàn)在最接近于滿足能源消費(fèi)者的三個優(yōu)先需求:可靠性、可承受性和環(huán)境責(zé)任。在丹麥等領(lǐng)先的可再生能源市場,超國家、國家和地方社區(qū)的利益與這些目標(biāo)是一致的。在其他國家,如美國和澳大利亞,政府領(lǐng)導(dǎo)人在降低二氧化碳的努力上正在有所下降,城市、社區(qū)和企業(yè)已經(jīng)成為最相關(guān)的角色。它們已加緊填補(bǔ)空缺,促進(jìn)需求繼續(xù)增長。最后,隨著新興市場的發(fā)展和(或)電氣化,它們的電力需求將出現(xiàn)最顯著的增長,并且已經(jīng)一躍成為太陽能和風(fēng)能領(lǐng)域的領(lǐng)軍者。

      關(guān)鍵詞:區(qū)塊鏈, 風(fēng)能,太陽能,能源


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