陈经：光伏风电水电超级能源网，中美欧谁能建成？
【文/观察者网专栏作者 陈经】
在新能源领域，欧洲是真的急了。
以致于欧洲太阳能行业直接发出了“破产警告”：大量低价的中国进口产品已将一些欧洲制造商推向破产边缘，不利于欧盟推动本土的绿色技术产业。
这不是危言耸听，欧洲凭借能源革命实现了工业化的腾飞，并由此保持上百年的发展优势。中国后来居上，眼看在新能源领域要弯道超车，甚至要改变全球格局，欧洲不急才奇怪。
一、全球能源转型逻辑
目前全球能源消费由化石能源主导，占比80%以上，处于绝对优势。即使是长期推进绿色能源政策的欧盟，2021年水风光也只占能源消费总量的18%。从2010-2021年，中国水风光能源占比从7.5%稳步上涨到15%，美国和日本只有11%。虽然都有意增加绿色能源占比，但成本高要强撑着靠补贴，做不到太高。欧盟补贴最狠、最有想法，现在回头看方向是找准了。
虽然光伏风电新能源在全球很火，但还在能源转型的早期。但水风光能源没有碳排放，必然要成为主力能源，而且从自然中来，无成本可再生，比不可再生的化石能源强。特别是随着全球变暖问题的加剧，新能源逐渐成了“新宠儿”。
但全球变暖说了多少年了，一说减少碳排放就卡住了，还得靠化石能源。发达国家工业生产外迁，能源消耗减少，说碳排放在减少（绝对值还是很高），让发展中国家定减排计划。欧盟甚至搞起了碳交易、碳关税，想用绿色环保优势占据经济发展先机，拉了岛国卖力表演。发展中国家就讲历史、讲人均，不能你们大搞碳排放发展起来了，我们想发展就不行。
技术的发展让争论声变小。光伏成本从2009年的每度电0.359美元降成了0.036美元，只有原来的十分之一。风电成本从每度电0.135美元降到了0.038美元。相比之下，燃气轮机（CCGT）、煤电、核电成本改进不大。2022年后光伏风电成本有所上升，是需求爆增，产能上来价格又会降下去。
这里不得不说，光伏风电成本大降，主要是中国企业的贡献。发改委2022年6月发布的《“十四五”可再生能源发展规划》的说法是：
水电具备百万千瓦级水轮机组自主设计制造能力，特高坝和大型地下洞室设计施工能力世界领先。陆上低风速风电技术国际一流，海上大容量风电机组技术保持国际同步。光伏技术快速迭代，多次刷新电池转换效率世界纪录，量产单晶硅、多晶硅电池平均转换效率分别达到22.8%和20.8%。水电产业优势明显，我国已成为全球水电建设的中坚力量。风电产业链完整，7家风电整机制造企业位列全球前十。光伏产业占据全球主导地位，多晶硅、硅片、电池片和组件分别占全球产量的76%、96%、83%和76%。全产业链集成制造有力推动我国可再生能源装备制造成本持续下降、国际竞争力持续增强。
2021年清洁能源制造技术方面，中国公司在光伏产业绝对领先。电动汽车卡车与动力电池产业是中国优势，就连地热和电解绿氢产业都是如此。稍有差距的是风电，海上风电欧洲实力还可以，陆上风电北美有点实力了，但欧美也在担心风电变成光伏的格局。
技术进步证明，欧洲大搞绿色经济的想法很正确。欧洲探索，中国突破，人类社会能源转型、文明形态革命的条件具备了。
从上面讨论可知，全球能源转型的路线已经有了，无非是两个大方向：多发电，提高电力在最终消费中的占比，少直接用碳排放高的化石能源；多用水风光清洁能源发电，少用化石能源发电。
普通人可能没意识到能源转型规模有多大。全球多国都制定了2030-2050年行动计划，国际社会一起行动的力度空前。80年代以来全球产业最大的事是IT业崛起，现在出现了另一个大事，能源转型。
能源和电力是全球经济的基础。从规划来看，电力要从占最终能源消费的20%，升到70%以上。化石能源占比，要从80%以上降到20%以下，光伏与风电是关键。转型涉及的经济价值极为巨大，光是原油2022年市场价值就有2.1万亿美元，超过前10大金属市场价值总和的两倍。2022年全球发电量约30万亿度，市场价值3万亿美元以上，还在不断增长。
还有一个相关的大动作，要建起智能电网，消纳不稳定的光伏与风电。中国规划了相当于日本全部发电能力的抽蓄产能，来支持光伏风电并网。以特高压输电为代表的智能电网技术，中国也是国际领先。各种替代储能方案都在尝试，如空气储能、熔盐电站。
另外一个大动作是全电化，燃油车改电动车，各产业都来“以电代煤”、“以电代油”。远期还有绿氢产业的设想，光伏风电分解水生产氢气，作为工业动力与原材料。
近来国际国内唱衰中国经济的声浪，到了多年来的高点，这是目光短浅。中国站在全球能源转型的绝对制高点，掌握了几乎所有关键技术，产业优势极大，历史机遇极好。这是工业革命、生态文明级别的超级大利好，一些人从内心拒绝相信。如果是欧美掌握了新能源技术与产业优势，不知道会吹成什么样？
欧美有两个希望，一个是钙钛矿太阳能电池，光电转换效率超过30%，比多晶硅指标好，可能弯道超车。一个是固态电池，比锂电池技术指标好，但成本太高。目前，全球业界主要还是担忧中国技术与产业优势太大，美国对中国光伏产品加50%-250%的关税都挡不住。
转型才刚开始，巨大的规模只露出一个尖。2022年新能源车还只占全球汽车销量的13%，中国以外不到7%。中国光伏出口开始暴增，但绝对规模还不算大。2022年光伏产品出口大增80%，但只有512亿美元，占总出口额的1.4%，风电设备出口只有10亿美元。
今年出口行业有“新三样”的说法，电动载人汽车、锂电池、太阳能电池，上半年增长61.6%，但只拉动整体出口增长1.8%，绝对规模只占整体出口的约3%。整体还是觉得外贸压力大，外部需求不景气。如果新能源产业出口增长持续发力，规模再大一些效果就会大得多。
从能源消费规模来说，中国、美国、欧洲三家绝对领先。上图前十中只有德国是欧洲国家（能源意义上的欧洲不包括俄罗斯、白俄罗斯等独联体国家），但欧洲国家合计能源消费量是79.81艾焦（其中欧盟58.18艾焦）。全球能源消费是604.04艾焦，相当于168万亿度电（1艾焦是10的18次方焦耳，1度电等于360万焦耳），是中国2022年发电量8.85万亿度的约19倍。
中美欧三家都拉开架势要转向新能源，它们的起点如何，执行起来会怎么样？
二、主要经济体能源转型数据
从能源消费来源看，经济总量高的经济体里，欧洲在非化石能源方面有明显优势，核能、水电、可再生（光伏风电生物质地热海洋能等等）三项都不弱，合计占比高达28.9%，化石能源只占71.1%。美国三项合计占比18.94%，核能与可再生强一些。中国三项合计占比18.37%，和美国接近，核电弱一些，水电是优势，可再生追上来了。日本三项合计占比15.13%，可再生方面还行，但是核能遭受打击。俄罗斯三项合计占比13.68%，靠核能水电吃老本，对可再生能源没兴趣。印度三项合计占比11.55%，处于发展早期，对可再生能源兴趣不小。
总体来说，主要经济体要么依赖煤，要么依赖石油、天然气，化石能源占比不低，转型任务都不轻。美欧日比中印领先的，是天然气多煤少，污染较轻，另外可再生能源有较长时间的补贴投资历史，核能也有历史积累。欧洲发展新能源有领跑优势，在主要经济体里率先将石化能源降到80%以下。
俄罗斯由于地理原因和巨大的资源优势，依赖能源出口，脱离世界大势。印度能源消费相对人口规模还较小，未来选择很重要。虽然印度的口号是要绿色能源，但对化石能源的依赖可能会加深。中国油气资源少，历史上极度依赖煤，虽然一路降了十几个百分点仍然高达55%，历史包袱较重，但通过发展水风光发电，情况改善了很多。
2022年主要经济体化石能源生产与消费
主要经济体的化石能源生产，也各有特色（图中全球生产消费有差异，是因为有库存、替代产品）。俄罗斯三项都富余，依赖能源出口。美国资源优势非常好，天然气与原煤都足够，石油产量也是世界最高了，虽然仍不够用，但从加拿大进口就能补上不少。日本什么能源都缺，全部需要进口。欧洲也缺少能源，石油和天然气生产一半以上靠挪威。印度除了煤好点，什么都缺。中国煤不缺，石油和天然气比欧洲、印度情况好点，就是煤的消费量太大。
从能源消费结构、政策力度看，中国、欧洲、美国是较为认真地在能源转型。2022年三家合计能源消费335.11艾焦，占全球的55.5%。水电、核能、可再生能源，三家合计分别为19.92、17.75、32.79艾焦，占全球49.1%、73.6%、72.6%。因此，能源转型要上量，还得靠中美欧三家，别国增长率再高暂时规模也不大。
主要经济体碳排放（二氧化碳吨数）数据
2022年8个主要经济体占了全球碳排放的73.4%。中国碳排放占比30.69%，能源消费占比是26.4%，减排压力最大。印度占比7.55%，虽然不算高，但是10年增加了42.2%，增长不低。欧洲和日本10年碳排放减了约17%，有一定成效，美国也减了一些。中国比10年前排放增加17.5%，但是增速趋缓，2022年碳排放还降了0.1%。
从化石能源消费缺口来看，中国、印度、日本和欧洲，会较有动力发展可再生能源，俄罗斯没有动力（还不如中东土豪有想法）。美国民主党出于环保理念注重气候变化，但也向欧洲出口天然气替代俄罗斯供应，共和党更注重能源工业，喜欢挖油采气，有时和俄罗斯态度接近，比如特朗普在任期内悍然退出了巴黎气候协定。
综合能源生产、消费、碳排放的情况，中国与欧洲对可再生能源态度最积极，也最有能力。日本占全球各项数据的比例越来越小，欠缺活力。俄罗斯只想靠能源优势搞国际贸易。印度很需要可再生能源，但发展水平较低。美国资源丰富，发展可再生能源的动力不如中欧，有可能来回摇晃。
再考虑到中国的新能源技术与产能优势，建成光伏风电水电超级能源网希望最大。如果还有其它地区也能建成超级能源网的话，应该是欧洲。再就是美国，但可能性小一些。也有可能欧美都搞不成，因为投资太大、技术落后、政策纷争等原因干得不顺。
定性地看，中国将会在可再生能源占比指标上赶超欧洲，成为全球绿色能源事业的主力和先锋，发力冲击新的生态文明。
这一点，我们可以通过主要经济体光伏风电装机与发电数据，对这个过程建立认识。中国与全球的规划真的有可行性，也有时间节点。
三、可再生能源发电数据与时间表
中国在电力消费方面有优势，而且会越来越明显。根据中电联《中国电气化年度发展报告2022》，2021年中国电力占终端能源消费的26.9%，比上年提升1.4个百分点；发电能源占一次能源消费的45.8%，比上年提升0.7个百分点。工业部门电气化率26.2%，建筑部门电气化率44.9%；交通部门电气化率3.9%，已形成全球最大规模充电网络；农业农村电气化率35.2%，用电条件明显改善，农机电气化设备得到广泛推广应用。
图表来自John Mathews等人的论文《Greening of China’s Electric Power System》
中国电气化率在主要国家中位居前列，因为电力技术世界领先。预计到2025年，中国电力占最终能源消费比例将达到31.2%。长期预期是，电能占终端能源消费比重在2025年、2035年、2050年、2060年分别达到约32%、45%、60%、70%。有些学者的预测更为激进，认为2060年占比要达到90%。目前中国2060年的能源转型目标通常用“70/80/90”来代表，即电能占终端能源消费70%以上，非化石能源占能源消费比重80%以上，清洁能源发电占比90%以上。
中国WWS（Water、Wind、Sun）装机与发电占比，1990-2021
如前所述，中国的问题是严重依赖煤炭。2021年之前10年，中国已经明显有向水风光发电转型的动作。但是到2021年，水风光发电量占比仍然只有28%，增速不算太高，虽然在新装机中的占比上行到了43%。这是因为从功率角度看，风电和光伏装机占比高，但是发电时间远少于火电，实际产出的电力占比低。光伏发电是时间利用率最差的，风电也不高。
中电联《2023年上半年全国电力供需形势分析预测报告》称，上半年各类电源利用小时数为：水电1239小时，同比降低452小时；火电2142小时，同比提高84小时；核电3770小时，同比提高97小时。并网风电1237小时，同比提高83小时；并网太阳能发电658小时，同比降低32小时。
由于风电和太阳能还有不并网的，光伏发电平均利用小时数大约只有火电的四分之一到五分之一，风电是光伏的两倍，也不算好。因此，光伏风电实际发电量涨得比较慢。给人的印象是，轰轰烈烈上了很多光伏板和风机，发电量却没多少。
2022年，光伏发电量只占全球发电量的4.5%。中国光伏发电量4276亿度，同比增长30.8%，仍只占全国发电量的4.9%，风电多一点占9%，水电占15%。中国光伏风电合计占比约14%，2010年时这个数据是1%，基本可以忽略不计，2015年时只有4%，增速算可以，绝对规模还不大，现在算是打基础，未发全力。
从每年全球各大地区的光伏新增装机量来看，中国较为突出，但是有几个阶段。2011年之前是欧洲主导，之后中国入场。2013、2016年中国都加大了力度，新增装机占比达到了全球一半。但2018-2021年就没什么增长，新增装机全球占比跌到了三分之一，当时主要是对电网的消纳能力有疑虑，光伏被称为“垃圾电”。2022年后，各地区都开始加速，中国新增占比回到40%。
但是中国累计光伏装机全球占比到2021年仍只有34%，和2018年持平，在三分之一晃荡了好几年。其它几个存量占比较高的国家是，美国12%、日本7%、印度7%、德国6%、澳大利亚3%、西班牙2%。
在基建领域，这是罕见的，一般的节奏是中国发力之后，全球占比持续上升。其中有两个原因，一是光伏装机相对容易操办，买些板子来安装比别的能源设备要方便，不少国家在大力投资。再一个是中国自己政策有些犹豫，电网怎么办没想好，直到2022年决定走抽水蓄能路线，才真正开始发力。
这次发力是个什么级别的？2022年中国累计光伏装机容量是392GW。三峡电站装机容量是2250万千瓦，就是22.5GW，累计光伏装机相当于17个三峡，但发电量只相当于约5个三峡。2022年开始大幅发力，光伏装机新增87.4GW，比上年的54.93GW增长了59%。
进入2023年，光伏真正发力了。2023年上半年新增光伏装机78.42GW，同比增长154%！仅光伏装机就占全部新增电源装机的56%。7月，中国光伏协会将2023年预计装机量由95-120GW上调至120-140GW。下半年光伏装机通常远多于上半年，140GW应该打不住。从中国各地的建设热情来看，光伏很可能超预期发展。
上图为主要经济体2022年的发电量及来源，单位TWh等于10亿度电。中国与印度是煤电主打，美国和俄罗斯是天然气发电为主，日本是天然气与煤电相当。加拿大与巴西水电占到了60%以上，巴西化石能源发电只占10.15%了，低碳做得非常好。
欧洲比较均衡，可再生能源发电占比26.66%已经是最高的一个类别了。欧洲化石能源发电占比只有37.7%了，中美印俄日都超过60%，欧洲在发电领域的绿色低碳确实做得不错。因此，目前中国还在追赶欧洲，不能因为中国新能源技术领先就盲目自大乐观。中国的优势是可再生能源发电总量已经上来了，超过了欧洲，占比虽然没超过，但是发力后有赶超的希望，光伏风电装机增速较高。
具体看可再生能源发电数据，主要是风电与光伏发电，还有生物质、地热、海洋能发电等等。中国、欧洲、美国、加拿大、巴西主要靠风电，风电占了全球可再生能源发电的一半。风电占比高的原因是，在中国大幅降低光伏成本之前，风电成本比光伏发电要低，而且利用小时数有一倍的优势。日本是政策问题，风电设备落后于美欧，就不想发展风电，导致越来越跟不上，需要补课。美欧日还发展了其它可再生能源，欧洲较为积极。
但是等光伏成本降下来之后，就显示出了场地适应性强、安装简单的优势了。后发的印度就是光伏发电比风电多了。从国际能源署的规划来看，光伏发电量长期来说要追近、赶超风电。
从光伏风电累计装机及10年平均增速来看，光伏的发展速明显要高，增长潜力大。中国光伏与风电累计装机占全球约37%-40%，绝对规模都是全球第一，2022年分别增长28%与11.2%，增速领先欧美。
2023年上半年，中国风电累计装机升至3.89亿千瓦，同比增13.7%，风电发电量4628亿度，同比增长20%。再结合上半年光伏新装机同比增长154%的情况，光伏风电装机都在加速。这是在累计装机全球最高的情况下再次加速，展示了新能源工业体系的绝对力量，欧美建设速度难以跟上。
国际能源署发电路线图，APC是指各国宣布的计划
2021年10月国际能源署（IEA）发布的《全球能源行业2050净零排放路线图》中，2030年是重要节点，水电、光伏和风电发电量要接近煤电、天然气发电，五条线先后交叉。到2050年，光伏与风电成为遥遥领先的两大发电主力，光伏发电量相比2022年翻10倍，风电翻6倍，可再生能源发电占比达70%。再加上化石能源发电配上CCUS碳捕集技术，能实现碳中和。
IEA这个规划看似很远期，其实并不遥远，2030年基本能看出趋势了。规划到2050年全球发电量是约50万亿度，而2022年就有约30万亿度了，发电量本身增长不是太多，更多是从化石能源向可再生能源发电转型。参考中国更为系统的规划，可以印证IEA路线图的可行性。
中国2020年9月提出“2030年碳达峰、2060年碳中和”目标后，随着形势的变化，很有可能提前实现目标。重要时间节点如下：
1.2025年前后，终端能源需求达到峰值37亿吨标准煤。电源装机30亿千瓦，电力需求9.8万亿度，电能占终端能源需求的32%。化石能源占能源需求比例降至78%，碳排放达峰105亿吨。
2.2026-2030年间，一次能源需求达到峰值57亿吨标准煤，化石能源需求峰值43亿吨标准煤。电力取代煤炭在终端能源消费的主导地位。风能、太阳能快速增长，成为主要非化石能源品种。电力部门碳排放总量达到峰值，不超过45亿吨二氧化碳。
3.2035年终端能源需求34亿吨标准煤，一次能源需求55亿吨标准煤。电源装机40亿千瓦以上，电力需求12.4万亿度，进入饱和增长，电能占终端能源需求45%。非化石能源总规模超过煤炭，占能源消费40%，碳排放开始快速下降。
4.2040年前后，非化石能源占比超过50%，单位GDP能耗达到世界先进水平。
5.2050年，终端能源需求降至28亿吨标准煤，一次能源需求51亿吨标准煤。电源装机50亿千瓦以上，电力需求14万亿度见顶，电能占终端能源消费60%。非化石能源占比70%。
6.2060年，终端能源需求降至24亿吨标准煤，一次能源需求46亿吨标准煤。电能占终端能源消费70%。非化石能源占比80%，风能占比超30%，太阳能占比超20%，风能太阳能合计占能源需求50%以上。风电光伏装机占电源60%，发电量占比45%，各类常规电源仍起到稳定电网的作用。能源消费碳排放降至6亿吨，大幅低于碳吸收能力，提前实现碳中和目标。
值得注意的是，我国相当重视智能电网消纳光伏风电的现实问题，并不一味追求新能源电力规模。这非常重要，越南快速发展光伏发电，已经碰到了电网基础设施薄弱的问题。我国光伏与风电产能全球绝对领先，实现风能与太阳能占比快速提升并不困难，但需要全面综合地考虑问题，化石能源发电对稳定电网很重要，并非可以不要。
一个可能出乎预料的结论是，全球光伏风电建设需求如此之多，实现伟大的生态文明转型，应该是很宏大的事。但中国的设备产能都没有问题，甚至会过剩，长期压制价格。全部产业链都打通了，在需求预期拉动下，中国生产商的扩产似乎没有物理限制，投资能力也足够强。新能源发电量在增长，这是累计的概念，新装机增长代表加速，而设备产能是按预期超前增长。因此，全球能源转型主要的障碍不会是设备生产，而会是对设备来源的恐慌与限制。
震撼之处在于，即使有到2050年的长期利好，中国光伏风电设备生产商的产能扩张，仍然可以把利好迅速消化，还不时因为需求的风吹草动有压力。因此，如果欧美对于绿色能源事业态度坚决，摆脱内心对中国的恐惧，把光伏风电发电能力做起来，从供给上应无困难。
另外一个全球问题是电网消纳。中国的智能电网水平全球领先，整合出了规模极大的全国电网，运营水平极高。对于消纳新能源发电，中国考虑深远，有规模极大的抽蓄配套，让光伏风电以最合适的比例融入电网中，但2060年光伏风电发电量占比也只有45%。
欧美与其它国家，如果光伏与风电发电量上来了，电网却无法承受，问题会非常不简单，可能涉及各国深层次的能源与电力体制问题。但也有些条件不错，如家庭屋顶面积大，安装分布式光伏就合适。
总体而言，中国规划细致、执行有力、技术与产能保障有力，率先实现以光伏风电水电为主的超级能源网没有问题，很快就能看到雏形。笔者预计，中国很可能会提前实现各阶段目标，超超欧洲，成为绿色能源事业的全球领头羊。
全球能源转型的意愿向好，但可能受制于各国的执行能力、技术能力、政策纷争。一些国家不可避免地会与中国发生新能源产业链主导权的斗争。对这些国家，中国仍然会支持其能源转型，提供性价比绝对优势的新能源产品。但如果有人地缘斗争思维过剩，就会损害本国与全球利益。欧洲已经因为俄乌冲突深受其害，电价暴涨数倍，希望能吸取教训，努力建成类似中国的超级能源网。
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