新能源大時代,誰是大贏家?——光伏、鋰電、氫能行業全解析
發布日期:
2021-05-07
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題記:在30·60的號角下,中國正進入一個全新的且富有絕對想象空間的新能源大時代,這其中既有浮沉十年走向平價的光伏,也有逐步大放異彩的鋰電池、儲能以及被寄予厚望的氫能,它們將共同推動中國走向碳中和的星辰大海。


同樣是新能源,上述幾個行業,既有共性與融合,也有其獨特的發展路徑與特點。本文作者試圖從技術路線、發展路徑、潛力空間、數據測算等多個維度就新能源涉及的多個行業進行剖析。


鋰電池領域投資還有機會嗎?


2021年寧德時代(CATL)的全球市場份額將進一步攀升,比亞迪刀片電池批量供應,刀片一出安天下。預計前五大:寧德時代(CATL)、LG、松下、比亞迪、三星會占據全球市場份額的85%以上,前十名占據95%的份額。鋰電池行業既是資金密集型行業,又是技術密集型行業。


鋰電池行業競爭比光伏更加慘烈,光伏設備投資也會面臨技術路線和成本之爭,但是一般不會清零。而鋰電如果沒有合適的客戶和過硬的產品,極有可能面臨設備投資打水漂,這方面已經有案例出現。


本質上光伏產品及組件相對標準化同質化,一線品牌和一般產品差異不大,很難賣出產品溢價;而鋰電池涉及到電化學,易學難精,一線產品往往比一般產品溢價5%以上,有些細分產品甚至會更極端;導致有效優質產能嚴重不夠,差的產品即使低價也無人問津。


關于磷酸鐵鋰和三元:寧德時代董事長曾毓群認為,磷酸鐵鋰電池的增長速度會非常快,因為它比較便宜。隨著充電樁越來越多,電動汽車的續航里程就不需要那么長。“沒開過電動車的人比較焦慮,真正開過的人就不大焦慮,所以應該來說磷酸鐵鋰比例會逐漸的增加,三元占比會減少。”


隨著磷酸鐵鋰占有率提高,現階段再布局鋰電池首先得明確產品定位,確保產品有市場機會,市場得精準細分,專注做好一款磷酸鐵鋰動力電芯兼顧儲能可能有大的市場機會。


磷酸鐵鋰的巨大想象空間不僅體現在對續航要求較低的乘用車上,更大空間在對壽命要求更高的商用車領域,儲能領域。


電池是能源的儲存介質,大能源領域本質是成本為王,效率優先;光伏、鋰電概莫如是。


像早年的光伏領域,2016年前都是成本更低的多晶硅片電池占據主流,一度市占率超過85%。在光伏巨頭隆基持續產業投入的影響下,金剛線切割硅片工藝異軍突起,徹底打破單晶硅片成本瓶頸,2020年單晶市占率超過85%。在下一代大硅片,薄片化工藝趨勢下,N型單晶TOPCon工藝將引領下一代光伏技術變革,單晶將淘汰掉多晶硅片;N型TOPCon電池與HIT電池之爭,同樣基于成本考慮,TOPCon將成為下一代光伏電池主流;


主要考慮以下三方面因素:1、即使量產情況下,設備投資HIT是TOPCon的2倍左右,而且老產線沒有辦法改造,所有產線得重置,這是所有巨頭們最頭疼的;2、HIT及TOPCon效率相當,在疊加鈣鈦礦方面機會均等(鈣鈦礦市場機會尚未出現),需取決于鈣鈦礦的成本和方案;3、耗材成本HIT的銀漿遠遠高于TOPCon,TOPCon漿料未來有可能全面使用更低成本漿料,成本差距會更加巨大。


電動車領域的電池情況稍微溫和些,三元和鐵鋰,不存在誰淘汰誰,基于用戶多元化選擇。


三元能量密度更高,體積更小,低溫性能更好,將在部分高端車型始終占據一席之地。而磷酸鐵鋰以低成本長壽命等特性快速搶占其他其他市場,尤其以電動重卡,工程機械,儲能領域最為矚目。


鋰電池產銷瘋狂擴張的十年


2021年將是大力出奇跡的一年,電動車及動力電池領域將迎來未來十年增長最快的一年,也是行業巨擘瘋狂布局奠定江湖地位的一年;之前的各種預測都有可能出現極大偏差。半年前筆者曾做過一個預測,回頭看行業已經發生重大變化,新能源替代的腳步,正以大家難以估量的速度在加速替代;我們通常會高估1-2年的變化,而低估未來10年的變化,確實替代的速度將更加猛烈。


2021年動力電池出貨量,全球大概率超過350gwh,比2020年增長150%,全球電動車2021年出貨量達到600萬輛以上,中國市場有機會成倍增長到250萬臺,發展勢不可擋。筆者之前調研到部分廠家出貨量甚至增長3-500%,磷酸鐵鋰用量接近60%,這種驚人的發展速度可能持續一段時間。鋰電前5名,甚至前10名都在瘋狂布局產能。


2025年,全球電動車占有率超過35%,達到3000萬輛,按平均60度/車計算,電池用量達到1800gwh,C公司產能可能達到1000gwh,巨頭正式步入TWH時代。儲能及商用車領域用量估計超過500gwh,三元與磷酸鐵鋰的比例可能接近35:65,磷酸鐵鋰將占據市場絕對主流。


展望2030年,全球電動車出貨量會整體超過90% ,達到9000萬輛,動力電池用量超過6000gwh,0.6元/kwh,則動力電池市場為3.6萬億人民幣,燃油車無限接近禁售,算上儲能市場鋰電池的出貨量極有可能接近1萬億美元。


光伏+儲能撼動傳統石化能源


2030年,以光伏+儲能為代表的新能源將顛覆整個傳統能源生產的格局!


全面顛覆傳統能源需要解決的問題?實現低成本光伏+低成本儲能,綜合成本低于火電。光伏的系統成本已經降到3元/W,部分分布式電站已經降到2.35元/W的成本,遙想2007年系統成本達到60元/W,13年時間,成本降到5%;很快磷酸鐵鋰儲能系統降到1元/wh以下,充放次數可以達到10000次。


2025年光伏系統成本到2元/W,攤到25年折舊加財務成本,1500小時/年發電小時數,度電成本0.1元每度電以內;儲能系統成本低于1元/WH,充放次數10000次,按15年折舊,度電存儲成本低于0.1元每度,;光伏+儲能系統成本0.2元/kw,2030年成本有望降到0.15元每度電以內,成本遠低于化石能源。


2020年全球用電量約30萬億度,隨著電動化的迅速發展,則2030年全社會用電量將達到50萬億度。2030年大概率發生事件,光伏+儲能可以占領全球電力市場30%,約15萬億度電。按全球范圍發電條件來看,平均1250小時的年發電量可以期待,1GW(100萬千瓦)裝機量約12.5億度電。


則15萬億度電,需要總裝機量12000GW,地面裝機占地面積約12萬平方公里。預測光伏地面系統成本2025年2元/W(組件1元/W);2030年1.8元/W(組件0.8元/W),光伏市場未來需求10年需求,12000*18-=216000億,21.6萬億人民幣。

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2040年全球電力需求將達到70萬億度,2040年占領全球電力市場60%,約42萬億度電,需要總裝機量33600GW,2030-2040年得新增21600GW光伏裝機量,地面裝機新增土地面積21萬平方公里。


成本方面,2035年1.6元/W(組件0.7元/W),2040年1.5元/W(組件0.6元/W),整體光伏市場21600*15=32.4萬億人民幣,進入平穩發展期。


2021-2030將是光伏行業的白金十年。



儲能市場配比


2030年,15萬億度電約需要60%儲能,9萬億度電儲能,平均每天充放1.2次計算,工作按300天計算,需要7.5萬億kwh儲能,需要250億kwh儲能裝機量,約25000GWH。


儲能市場按照均價0.8元/kwh計算,市場總量20萬億,跟光伏市場相當并駕齊驅。

2040年,42萬億度電約需要60%儲能,25.2萬億度電儲能。平均每天充放1.2次計算,工作按300天計算,需要21萬億kwh儲能,需要700億kwh儲能裝機量,約70000GWH;新增45000gwh。


儲能市場按照均價0.65元/kwh計算,市場總量29.25萬億,跟光伏市場體量相當。

未來十年毫無疑問是光伏和儲能最為輝煌的十年,誕生的機會不可估量。


氫能市場涌動:風光儲聯合制氫


隆基股份與朱雀投資布局氫燃料,光伏龍頭布局氫燃料,給了大家很多想象空間,光伏+氫能戰略浮出水面,利用越來越廉價的光伏發電來制備儲存氫氣,既解決了光伏發展的天花板,也生產出大量可替代石油的清潔能源。日本最近投產了全球最大的光伏制氫項目,國內領先企業陽光電源,隆基抓緊產業布局。中石油,中石化等傳統能源企業同樣在加快光伏+儲能+制氫的產業布局。


實際上最近中東的光伏招標電價以及達到1.04美分/kwh,真是沒有最低只有更低,技術的迅速發展大大超過我們的想象,中東地區的光伏+儲能有可能在2025年達到2美分/kwh,那中國鄂爾多斯高原,青海格爾木地區2025年光伏+儲能成本將達到2.5美分/kwh,折合0.1625元/kwh,光儲聯合制氫將大行其道,電解水制氫的直接能源成本將低于10元/KG。


氫能市場將異軍突起,氫能來源廣泛,燃燒性能好且零排放,有望成為碳中和戰略中的核心一環。氫是宇宙中分布最廣泛的物質,約占宇宙質量的 75%。氫氣燃燒性能良好,且安全無毒。氫氣空氣混合時可燃范圍大,具有良好的燃燒性能,而且燃燒速度快。


同時氫氣燃燒時主要生成水和少量氨氣,不會產生諸如一氧化碳、碳氫化合物等,與其他燃料相比更清潔。同時氫氣導熱性能、發熱值高。氫氣的導熱系數高出一般氣體導熱系數的10倍左右,是良好的傳熱載體。


氫的發熱值 142,351kJ/kg,是汽油發熱值的 3 倍,遠高于化石燃料、化工燃料和生物燃料的發熱值。氫的獲取途徑多、熱值高、燃燒性能好、清潔低碳,更重要的是反應后生成的水,又可在一定條件下分解出氫,實現循環再生可持續發展。


氫能的應用方向


作為燃料廣泛應用于交通運輸行業,用于氫燃料電池或者直接燃燒;供熱:鋼鐵水泥造紙氨氣應用或者建筑行業直接供熱;作為冶金及鋼鐵行業還原劑還有石化行業的原材料。水泥行業燃燒大量的天然氣和煤炭,為了碳減排,需要氫氣來中和二氧化碳生產甲醇。


現階段大量氫氣來源于煤制氫及天然氣制氫,即所謂的灰氫,隨著風光發電成本進一步下降以及電解水制氫設備成本的快速下降,未來2-3年,綠氫的制備成本可以到10元每公斤,不用儲存加壓,純化直接用于石化行業作為原料,水泥行業,冶金鋼鐵等行業,需求將暴增。


煤制氫成本約7元每公斤,天然氣制氫約10元每公斤,則綠氫的制備成本接近天然氣制氫,考慮到未來的碳稅和碳交易收益,綠氫將極大的替代現有的煤制氫以及天然氣制氫。


2500萬噸的氫氣存量空間將形成一定替代,新增場景體現在陸地交通運輸場景,海上貨運、郵輪、飛機、水泥、冶金等領域將全面采用氫氣。


氫氣用途展望:低成本氫氣除氫燃料電池車輛使用,石油化工,煉鋼等都將得到更大規模使用。


工業副產氫的熱值價值相當于12元/KG,理論上氫氣終端銷售價格在當下這個是底線價格,按氫燃料電池用于交通行業,16度電/kg氫氣的水平,則氫氣轉化為電能的價格為每度電0.75元,這個是極限假設的價格。


如果綠氫的價格可以低于12元/Kg,需要考慮制氫設備的折舊和效率,需要光伏風電的價格低于0.15元/kwh,則氫氣可以摻雜在天然氣管道中,摻雜比例在5-10%,對管道的影響會比較少。可以考慮在天然氣管道的周邊建設大規模的風光互補電站來來聯合制氫。


這個場景12元/公斤的氫氣如果用在電動車上,通過儲能、運輸、加注到車端成本則可能接近30元每公斤,成本偏高。而直接用于石化,鋼鐵則減少了大量中間環節。也可以考慮用在水泥行業碳捕捉,將二氧化碳+氫氣,制取甲醇。石化,鋼鐵,水泥行業如果大規模推廣氫氣應用,需求量將不低于1億噸,二氧化碳的減排量更是驚人,極大加快推動碳中和。


按照現階段城市氫氣補貼后的價格一般高于30元/KG,換算成度電成本接近2元/度電,遠遠高于現在的工業電價:谷電約0.3元/度電,平電約0.6元/度電,峰值約電價1.2元/度。氫燃料電池的使用成本會一直高于鋰電,乘用車用氫燃料電池的必要性大打折扣。


那么,氫燃料電池在交通運輸的使用應該在廣闊的長途運輸,商用大卡車,遠洋貨輪,該場景需要能量密度較高的氫燃料。


以商用車領域為例:然而續航超過300公里的49噸牽引車,配置6組氫瓶+110kw燃料電池系統+130kwh鋰電,整個系統約2.5噸,比傳統天然氣車及柴油車的質量多1噸左右。解決方案是氫瓶減重,用全氫燃料電池系統。氫燃料的大規模使用,最終必須滿足成本低于化石能源,才有機會普及。目前來看任重道遠,而跟純電動拼使用成本尚不具備優勢,只能拼場景;如果能夠得到15元/KG的綠色氫氣,長途貨運,遠洋貨輪,煉鋼這些場景則可以大規模應用氫氣。


如何低成本制氫?


光照條件充足的中東地區,可利用光伏+儲能+制氫,考慮到光伏和儲能成本接近2美分/kwh,在中東地區制氫將變得實際可行。


用高能量密度氫氣來儲存新能源以替代石油資源,將是沙特及中東地區最大的機會。如果沙特建設龐大的光伏電站約3000GW,占地面積3萬平方公里,年發電量可以達到6.3萬億度,考慮到全天候制氫,則60%需要通過鋰電儲能,其中6萬億度電用來電解水制取氫氣,產生1億噸氫氣,10元每公斤的氫氣通過海運將占領全球市場,每年收入1萬億人民幣,與沙特現階段的石油規模相當。


電解海水制氫還可得到副產品氘氚,又是人類終極能源核聚變的主要原材料,實現商用航天的關鍵。


全球大規模光伏發電成本最低為沙特等中東地區,沙特土地面積超過190萬平方公里,有大量的土地建設光伏系統。傳統石油巨頭可全面轉型為新能源巨頭,以提供高能量密度的氫氣為主,2025年沙特光伏成本降到0.8美分/kwh,折合人民幣約5.2分/kwh。沙特氫氣能源成本低于5元人民幣每公斤,全部成本將低于7元/KG,運往全球價格約12元/KG,全球終端銷售價格約12-15元人民幣每公斤。


低于15元/KG的氫氣,在長途貨運,遠洋航海,煉鋼,石化,建材等都將占有一席之地。考慮沙特得天獨厚的地理位置,亞非歐板塊中心,從紅海通過蘇伊士運河運往歐美,馬六甲海峽運往亞太地區都將具有成本優勢。


筆者2018年造訪日本,曾與軟銀孫正義的高參島聰先生交流,島聰提及:孫正義曾經構想在沙特建設全球最大的光伏基地,再找中國最好的光伏及鋰電技術去沙特聯合設廠,打造光伏+鋰電的黃金能源組合。生產全世界最便宜的電力通過中國的特高壓技術建設涵蓋中亞、東北亞的電力網絡,經過伊朗,中亞,中國,將清潔的電力輸送給日本,因為日本的平均電價超過0.2美金/kwh。不得不佩服孫的雄才偉略,異想天開。


光伏電站易建,不過經過這么多國家建電力網絡難度就大了,而光伏儲能制氫則就變得更容易實現了,然后通過遠洋運輸更有可落地性。


很多人會問,中國會成為新能源領域的沙特嗎?中國不一定成為新能源領域的沙特,倒可以成為產業輸出方;沙特源于獨到的地理位置,如果和中國聯手有機會在未來的五十年,仍然成為全球的新能源中心。


在于中國目前是全球最大的光伏生產基地,光伏技術領先全球,光伏技術具有標準化,可復制的特點。而且形成了獨立的裝備能力和材料開發能力,行業內又有普遍后進入者優勢,可后發制人。


那么就可以在中東地區發展光伏+鋰電儲能產業,低成本足以改變全球能源格局,同樣中國的鋰電技術具有跟光伏類似的特點。沙特可以和中國強強聯手共同發展光伏及鋰電儲能產業,中國通過技術輸出在沙特建設全球最大的光伏基地和光伏儲能電站,沙特利用強大的資本實力實現從石油到新能源的轉型。


沙特的光伏產品可以行銷全球,光伏產生的電可以銷售到歐洲及非洲、印度等亞洲缺電國家。光伏制氫可以遠銷亞洲,歐美,沙特有機會成為新的全球能源中心。


中東已經在行動!


阿聯酋三個國有實體組成了阿布扎比氫能聯盟,將富含化石燃料的酋長國定位于未來綠氫氣的主要出口國,海灣國家已經認識到了這種替代燃料的重要性,氫能的開發在下一步是至關重要的。從最大的石油輸出國成為最大的氫氣出口國,這樣的機會將刺激沙特阿拉伯以及阿聯酋,沙特王國已經計劃在特大未來城市中建造世界上最大的由光伏和風能聯合制氫工廠,整個城市將是綠色電力,沙特也想實現氫氣出口國的偉大的計劃,他們認為沙特將成為氫氣的全球領導者,給沙特下一個50年機會。


當然全世界其他的地方,尤其是光照和風電特別發達的地區,例如澳大利亞也在計劃發展氫氣,宣布要投資1500億美金用于綠色氫氣的制造;中國的西北地區正在大力發展光伏風電聯合制氫。沙特有全球最好的光伏資源,全球的光照時間最長,最長時間甚至可以達到一年2800個小時;如果可以全力以赴的發展綠色的氫氣,將有機會成為全球最大的綠色氫氣的制造基地,同時成本可以做到全球最低。


總之,平價的新能源將在下個十年惠及全球,實現大部分國家的能源獨立、自由和平。

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作者簡介:陳方明,易津資本&博雷頓科技創始人,博雷頓科技正成為電動工程機械、重卡及相關領域配套儲能的領軍企業。作為有超過十年風險投資經驗的專家,在新能源、新材料領域做了深厚布局。


他著眼于高精尖技術,聚焦新能源領域的硬科技,投資過常州聚和、拉普拉斯、凱世通、南通天盛、杭州矚日及量孚等一大批新能源企業。其中量孚作為磷酸鐵鋰正極材料公司,其利用獨特工藝,一步法合成磷酸鐵鋰,有望將磷酸鐵鋰正極材料成本降低20%。


陳方明是上海市五一勞動獎章獲得者,他創立的博雷頓獲得了高新技術企業、高新技術成果轉化、市重點人工智能示范項目、高端裝備首臺套、交通部國家級行業研究中心、上海市專精特新項目等一系列名號和榮譽。


拉普拉斯公司簡介:

深圳市拉普拉斯能源技術有限公司成立于2016年,始終致力于成為泛半導體領域國產高端制造裝備與解決方案的引領者。目前已形成覆蓋光伏和半導體兩大行業的多元化產品矩陣,包括低壓硼擴散爐、低壓磷擴散爐、氧化爐、退火爐、SiC/GaN基器件用超高溫退火爐、SiC/GaN基器件用超高溫氧化爐、LPCVD、PECVD VEGA、PECVD TWIN、ALD、PEALD、組件貼膜、配套自動化等。公司在深圳擁有集研發、制造和運營為一體的總部園區,同時在無錫設立了拉普拉斯(無錫)半導體科技有限公司,規劃并建設占地面積達90畝的制造中心。拉普拉斯以“為客戶攻克技術難點、實現規模化和智能化制造”為己任,熱烈歡迎業內友人蒞臨指導工作。

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