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“碳中和”背后的中国能源大三角

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“碳中和”背后的中国能源大三角

一个国家的命运,往往和“能源体系的创新革命”紧密相关。比如美国在19世纪下半叶的崛起,就离不开其打造的最具时代性的“原油体系”:

 

在生产端,洛克菲勒创办了标准石油公司,通过改良设备、以及高效的冶炼技术,提高了炼化效益,继而控制了美国95%的市场,又通过价格战、雇文痞、收买黑帮等方式,一度控制了全球85%的市场;

 

在运输端,洛克菲勒放弃了当时广泛流行的铁路运输,开创性地建立了庞大的输油管道,大幅降低了石油成本;

 

在消费端,亨利·福特开创了流水线的生产方式,搞出了廉价的T型车,把洛克菲勒的石油消化得干干净净。

 

“高效炼化技术-全新输油管道-创新汽车生产线”,最终形成了“生产-传输-利用”的循环体系,成功取代了由英国主导的“煤炭体系”,大大加速了美国工业的发展。在1929年时,美国拥有全球78%的汽车,汽油和燃油料占石油总消费量85%1,工业文明遥遥领先。

 

所以等到二战时,在希特勒小心翼翼呵护着罗马尼亚的油田、日本绞尽脑汁在印度尼西亚搜刮原油时,美国可以毫无顾忌地挥霍燃油资源,驱动着同盟国的坦克洪流和庞大舰队淹没法西斯。到1945年,其石油产量(2.35亿吨)是轴心国产量总和的89倍。

 

“生产-传输-利用”的循环体系也成为了二战后美国石油霸权的基石。即使到了21世纪,美国在传统能源界的实力依旧在不断膨胀。在生产端,美国通过页岩油在2019年重新登上了世界第一大石油生产国的宝座。中东即使打成焦土,对美国的影响也有限。

 

与之形成鲜明对比的是,虽然并非贫油国,但作为世界工厂的中国每年进口石油超过2000亿美元,而如果算上与俄罗斯、伊朗签下石油管道输送合同,以及为了越过马六甲海峡,在巴基斯坦和缅甸修建的港口等,我国在能源安全上的投资则是天文数字。

 

而要真正打破这个局面,中国需要的也是一次在能源领域的创新革命。这便是如今最热的赛道:“硅能源”革命,即由光伏-特高压-新能源车组成,对应一个新的“生产-传输-利用”循环体系。

 

过去20年里,中国在多条战线上同时规划了空前规模的产业政策,在发电、传电、用电各个环节的支出总计几乎不下万亿。这些政策,在一些经济学家眼里,叫做“扭曲资源配置”,舆论也在“骗补、过热”和“寒冬、遇冷”中摇摆。

 

但不可否认的是,“光伏、特高压、新能源”这个循环体系,在2020年都相继迎来了突破和发展,中国能源大三角正逐渐完备,也给了决策层2060年实现“碳中和”的信心。在“清洁能源”政治正确的外衣之下,“碳中和”的本质,是一场硅能源取代碳能源的能源革命。

 

对中国而言,这是一场比半导体更重要的军备竞赛。

 

01. 光伏:无尽的能源

 

“大三角”的第一角是光伏。在讲光伏之前,先说一个以前就很热、近几年特别热的词汇:卡脖子。

 

所谓的卡脖子,是指缺少国外供应的某些部件或材料,国内产业就无法运行的难受状况。即便某个产业的下游制造产能规模很大,但如果设备依赖进口,材料也依赖进口,一旦海外断供,产业就马上停摆。被卡得浑身难受的半导体产业,便是一个典型案例。

 

但中国的光伏产业却是一个特例。目前,中国是全球光伏行业中占比规模最大的国家,硅料、组件等四大环节中资企业占比全部超过50%3设备不但全部国产化,产量也占了全球七成,产品不仅毛利高,工艺技术也有多次打破世界记录,已经到了可以卡别人脖子的阶段。

 

“碳中和”背后的中国能源大三角

中国光伏在产业链中的位置,华泰证券

 

光伏技术起源于美国的贝尔实验室,产业大力推广则在欧洲。本世纪初,随着德国政府开始大力扶持光伏产业,光伏发电成为欧盟各国主流,需求出现井喷式爆发,中国顺势进入了这一行业。

 

不过彼时的中国光伏产业,还处于搞来料加工的状态,即把别人的硅片买来贴在板子上,做成光伏组件,靠吃海外补贴就赚的盆满钵满,以至于先后诞生了施正荣和李河君两位首富,但核心技术始终在别人手里。

 

这种天花板极低的模式很快就遭到了打击:2012年,以美国、欧盟、印度为代表,西方接连发起对中国光伏产业反补贴、反倾销的“双反”调查。清洁能源这块肥肉不仅中国想要,别人也看在眼里,提高关税、限定价格,力求把新兴的中国光伏行业按倒在襁褓之中。

 

行业大寒潮下,曾是世界第一光伏电池厂商的无锡尚德,在金融危机和双反调查等多重打击下,资不抵债于2013年宣布破产重组,7年前还是中国首富的施正荣黯然退场。据说当时前往无锡的访者中流传着一句招呼词儿,“你也是来讨债的4?”

 

一打就垮让光伏一时间成了过街老鼠,但几乎同一时间,“看得见的手”把行业从底部迅速捞了起来。2013年,政府启动了大规模的光伏补贴新政,大力刺激国内需求,年初标杆电价补贴政策出台,年底国内行业增速就达到212.89%[14]

 

“碳中和”背后的中国能源大三角

熊猫造型的光伏电站,山西大同,2018年

 

到2020年年底,中央财政对可再生能源的补贴累计砸了2100多亿,由于高昂的成本,光伏发展前十年主要还是靠政府补贴。而只要是有补贴的行业,就会有骗补的存在。不过,大规模补贴虽然补出了两个声名狼藉的首富,但也补出了一个爽文级的小公司逆袭。

 

这家公司便是前段时间火出圈的隆基股份。这家公司由兰州大学毕业生李振国创立,名字源于兰州大学老校长江隆基。在第一批国内龙头倒下后,隆基敏锐的抓住了一个名为金钢线切割的工艺变化趋势,押注更适合金钢线工艺的单晶硅材料,大获成功。

 

之后,隆基又押注生产设备国产化,最终创造了一个股价8年40倍,市值4000亿的财富神话,成为全球最大的太阳能单晶硅棒和硅片制造商。在这背后,除了政府坚决的补贴塑造了一个庞大的国内市场以外,还有一个重要因素,那就是整个光伏行业的明显特征:

 

简单来说,光伏本质上还是一个成本驱动的行业,技术、工艺、规模抑或管理上引起的效率提升和成本降低,最后都将积累成综合性优势。

 

这种情况下,背靠最大消费市场的中国公司可以通过不断试错各种工艺,再扩大规模来稳步降本、提高质量逐步胜出。这一种螺旋式胜利模版,“量产-工艺/技术-利润”这三个指标实现了正向循环自我加强。

 

隆基并非个例,这几年,中国已经崛起了一个蔚为壮观的“光伏军团”,横扫了整个光伏产业链。这其中,有全产业链的隆基,也有制霸硅料的通威股份、光伏玻璃大王福莱特玻璃、胶膜龙头福斯特,甚至在光伏逆变器领域,华为也一直是世界第一5

 

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中国光伏军团一瞥

 

行业打了胜仗,也带来了社会性的变革。过去十年,光伏发电的度电成本已经下降了89%,这让我国近80%的国土上,光伏发电成本都低于燃煤。青海省无补贴的平价光伏上网项目,上网电价每度电仅仅为0.227元,只有东部浙江省燃煤上网电价的6成。

 

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光伏度电成本下降速度

 

可再生能源并非只有光电一种,大力发展光伏的同时,中国在可再生能源上正在多头下注,包括风电、水电等。根据IRENA数据,2019年中国陆上风电、太阳能光伏、水电累计装机规模分别占全球总量的34%、35%、27%,均居全球第一[13]

 

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中国能源结构转变设计蓝图

 

2019年前后,跨越了临界点的光伏,正在大迈步向前,直到新的问题横亘出来。

 

光电资源“西北高,东南低”的地理分布,正好和我国用电需求“西北低,东南高”完美背离。这导致了一系列问题:西北光照资源最丰富的新疆和甘肃两省,“弃光率”高达30%,也就是说,发出来的电有三成都被浪费了。一个重要原因就是,发电距离电力消费中心太远了。

 

新疆天山下辛辛苦苦发出来的电,如何运到3000公里之外的上海弄堂?这成了摆在决策者面前的第二道考题。

 

02. 特高压:千里送鹅毛

 

光伏外送难题的解决,取决于中国的另一块拼图:特高压。

 

要把电输送出去,就要靠常见的高压线,电压越高,输送电力就越远,常见的高压线一般是220千伏,而作为高压线加强版的特高压,则是800千伏,甚至1000千伏的高压。如果普通高压线是电力的铁路,特高压就是电力的高铁。

 

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2020年,青海至河南±800千伏特高压工程施工现场

 

2004年,刚上任的国家电网总经理刘振亚主张直接上特高压。但特高压的上马,也和当年高铁一样,遭遇了激烈的反对。有专家“很有创意地”把特高压称作“克隆霸王龙”计划:为了增加肉类供应,把现有的牛羊猪禽全拿出来喂霸王龙,得不偿失6

 

传统的发电思路是:扩建铁路网,把西部的煤运到东部,各地自己建电站。小电站的调度也方便,技术难度低,还能解决当地就业问题。而特高压的思路则是,在西部煤矿建大型坑口电站,降低发电成本,然后通过延绵千里的大型高压电塔,输入到东部大城市。

 

反对者认为,把本可以分散运输到各地小电站的煤,集中在一个地方加工,再用昂贵的高压塔传送出去,这不就是用牛羊猪禽全拿出来喂霸王龙来增加肉类供应吗?

 

事实也确实是这样:十几年来,中国的特高压投资相当于5条大秦铁路,但传输的电只相当于大秦铁路运煤发电量的一半。即便再把大秦铁路延长一倍,铁路运煤的投资也远小于特高压建设投资。

 

经济账虽然没算错,但局限也很明显,一句话总结就是:格局小了。

 

采用铁路运煤路线,虽然眼下成本更低,但是也意味着中国能源将被锁死在煤电路线上。假以时日,清洁能源的传输将是日后不得不面对的一个问题。在眼前的苟且和诗与远方之间,决策层做出了抉择:小国才做选择,大国我全都要,特高压和铁路一起上马。

 

“碳中和”背后的中国能源大三角

长达3000公里的1100千伏准东-皖南特高压传输线

 

特高压惊险的技术攻关且按下不表,我们先看看投资金额:从2006年开始大手笔投资特高压开始,中国的特高压建设经历了三次大的投资高峰,14年下来,投资总额高达6091亿8。要知道,三峡大坝和京沪高铁,单个项目的投资额也“只有”2000亿。

 

通过这张贯通全国的电网,有超过5000亿度电从西部运往中国各地,更为关键的是,在2016年后,特高压忽然帮助光伏打开了成本的大门。新疆“弃光率”从30%下降到5%,曾经弃光同样严重的甘肃更是只有2.4%,其中一个重要原因就是特高压的大规模接入。

 

比如2017年建成的从甘肃酒泉到湖南的特高压,将相当于6个长沙电厂的年发电量的400亿千瓦时清洁能源,跨越2383公里输入到了湖南9

 

另一条作用于新疆的哈密南-郑州工程外送电力达到了312.58亿度,其中一半以上为新能源发电。而对于弃光率仍然很高的青海,特高压也安排上了。比如,青豫特高压直流工程是世界首条高海拔地区的100%输送可再生能源的特高压输电大通道,工程起于青海,止于河南驻马店。

 

就这样,本是平行线发展的两大赛道,光伏-特高压完美出现了结合点,中国集齐了新能源竞赛的第二块拼图。

 

但特高压也不是光伏能源的终极灵丹妙药,光伏毕竟只有白天能发电,晚上就熄火,如果要稳定的上网,更好的办法是把能源储存起来,另外,多发出的电如何能得到更好的应用呢?

 

第三块拼图带着争议,正在呼啸而来。

 

03. 电动车:需求的反哺

 

首先要说明的是,中国的“生产-传输-利用”能源三角,并非像素级复刻美国。最大的差别就是“利用”这个环节。

 

美国当年的“利用”环节,是庞大的汽车保有量对石油资源的消耗,从而让能源三角运转起来。而中国目前并没有新的电力需求——即使按照工信部的规划2035年新能源汽车销量占比达到50%,考虑到总保有量,电力需求的增长也不会是一条陡峭的曲线。

 

但新能源汽车的发展会直接带动另外一个领域的飞速发展,这个领域会直接补齐“生产-传输-利用”的大三角。这个领域就是:储能。

 

如同前文提到,因为电力即产即用的特性,任何时候生产量和需求量都需要严格匹配。像光伏如果白天发的电如果太多,不能及时存储下来并网就只能白白浪费,这也是“弃光”严重的原因之一。而要解决“弃光”的问题,很重要的一个手段就是储能。

 

简单理解,储能的重要性就相当于吃饭为什么需要碗——如果把电力比作“工业粮食”,光伏、风电是“生产机”(帮忙生产更多粮食),特高压电网是“大运河”(帮忙输送了更多粮食),储能就相当于“大粮仓”(帮忙存储更多粮食)[11]

 

而在各种储能方式中,锂电池储能无疑是最方便的,但缺点到也很明显:贵。每度电储能成本高达0.6~0.8元,这个价格比电价还高了一倍。这就直接导致多发出来的电与其存起来,还不如弃掉划算。但如果能够大幅降低储能成本,“弃光”就可以得到解决。

 

怎么降低锂电池的成本?一个叫莱特定律的公式可以帮助解决这个问题。

 

1936年,西奥多-莱特在研究生产成本时,发现飞机生产数量每累计增加一倍,制造商就会实现成本按百分比持续下降,比如生产第2000架飞机的成本比生产第1000架飞机的成本低15%,生产第4000架飞机的成本,比生产第2000架飞机的成本低15%。

 

锂电池也符合这个定律:电池产量每次翻倍,其成本会下降28%[12]

 

而电动车会带来电池产量的剧增:一辆续航里程超过200英里的电动车电池相当于5000部iPhone,即使仅有1%的汽车销量从汽油动力转换为电动汽车,电池的需求量相对于全球智能手机都将增加一倍以上。电动车的普及,将重新加速电池成本的下降。

 

“碳中和”背后的中国能源大三角

锂电池价格走势

 

简单总结下,随着电动车爆发带来的推动,储能成本将会持续下降,光伏+锂电池储能成本会不断降低,根据GTM数据,2012年到2017年电化学储能电站成本大幅下降78%。而且未来到2030年,储能成本会下降到1000元/kWh,我国大部分地区光储结合就能实现平价。

 

至此,中国的“光伏-特高压-新能源”三个产业,会让能源的“生产-传输-利用”的三角形成闭环,而且可以自我造血,不断正向加强。

 

解锁储能产业的新能源汽车行业是闭合能源三角的重要一环,不但带来光伏的市场,更重要的是帮中国汽车工业找到了一条弯道。

 

强大的汽车产业从来都是工业强国的标配。德日不必多提,在英美法意汽车也是占出口额10%左右的大宗商品,但中国的汽车工业,几十年的技术换市场下来却并不是太成功,自主品牌的生存空间也不断被挤压。

 

中国很多产业落后于美国,并不是做不出来,而是无法形成正向循环。在汽车行业,由于欧美起家早、底子深,产业链相互嵌套早已形成一个稳如磐石的汽车利益生态圈,这种强大的护城河导致中资选手即便单点实现突破,也毫无用处。如果硬要举国之力强攻,反而不划算。

 

这种情况下怎么办?只能等。

 

过去一百年,汽车工业的窗口期只敞开过两次,第一次是上世纪20年代的福特T型流水线,第二次是70年代的丰田精益生产,前者催生了美国强大的汽车工业,彻底甩开了欧洲,而后者则让日本后来居上成为汽车新贵,直到今天仍然是日本经济的“护国柱石”。

 

而产业链重构的新能源汽车,就是第三次窗口,也是唯一一次有可能在一个国家经济支柱型产业上让中国弯道超车的机会。此外,由于新能源车的核心部件全面电气化,由此衍生出了更多商业模式,让汽车这个行业第一次跟互联网、人工智能挂上了钩。

 

这条重新洗牌的超级赛道,市场也给出了超高的预期。特斯拉2020年一共卖了50万辆车,只有丰田同期销售量的二十分之一不到,市值却是丰田的数倍。以市值来计算,去年11月份,比亚迪的市值超过奔驰、蔚来汽车市值超过宝马、连小鹏汽车都可以和菲亚特称兄道弟。

 

在电动车的加持下,世界车企市值前十竟然跑进了三家中国企业,这让琢磨了几十年市场换技术和弯道超车的中国车企,收获了意外惊喜。

 

“碳中和”背后的中国能源大三角

全球汽车企业市值,2020年

 

而这背后同样离不开中国政府的大规模补贴,从2013年至今,中国对新能源车的补贴总额超过3000亿[10],直接催生了世界上最大的新能源汽车市场,新能源电池市场、 以及如雨后春笋一般诞生的造车新势力。

 

在新能车的技术路线上,中国也采取了和特高压同样的策略:纯电、混动、氢能源我全都要。路线看似相互掣肘,其实是一种行之有效的政策哲学:在一个超级赛道的早期,谁也不敢过早扼杀潜在的技术苗头,中国也输不起赌错路线这种错误,不如留着且走且看。

 

这种撒胡椒面式的重注补贴在2019年逐渐降温,从早期的保姆式全面呵护到断奶补贴,引进鲶鱼特斯拉,政策的主观能动性和行业发展水平挂钩,相比一味补贴和一味开放,不同阶段调整“胡萝卜+大棒”组合的配比程度,更能筛选出真正能打的选手。

 

可能细心的读者会发现:中国的“生产-传输-利用”能源三角,背后是“光伏-特高压-电动车”这三个庞大的产业,这三个产业有着非常明显的共同点:赛道都是超级庞大、政策都是多头下注、力度都是穷追猛打,最后都获得了一定的成功——尽管存在争议。

 

这背后是什么秘密?这背后其实就是中国产业超车的一种独特模式。

 

04. 尾声:超车的秘密

 

2000年,万钢上书国务院,建议发展新能源汽车。同年,32岁的李振国创办西安新盟电子科技有限公司(隆基股份的前身),2005年夏天,发改委组织了一个关于特高压的研讨会,会议地点别有深意的选在了北戴河,刘振亚带着半米厚的材料走入会场。

 

15年后,光伏成本全面低于燃煤价格,隆基股份市值接近4000亿。经历了三轮建设高潮的特高压电网,作为经济恢复“新基建”的核心项目,全面重启,预计一年投资就高达1800亿。特斯拉在中国量产,以宁德时代为代表的国产电动车产业链龙头开始崛起。

 

一切巧合背后,都有必然。

 

在产业规律层面,电力在技术层面上达到了超越石油的临界点。能源产业分为4个环节:生产,运输,存储和应用。随着技术和规模效应的双重夹持,这四个环节都出现了大规模的降本,这是电气化转型得以到来的基础。

 

在产业政策层面,中国的特点一直是超级赛道、多头下注、穷追猛打。比起精准的预测,中国更像一个深筹玩家,即利用自己数量巨大的筹码,在一个超级赛道里广泛押注,以寻求加倍的回报。

 

新能源发电领域:全球能源市场超过5万亿美元,中国同时对光伏、风电等多个新能源端下注,一旦技术出现突破以后,中国企业就依托庞大的产能快速扩产,占据全球光伏70%以上的产能。

 

能源传输领域:电力设备市场超过2万亿美元。中国同时对特高压电网和运煤专线下注,当中国的特高压技术完成国有化以后,中国立刻掀起了特高压投资潮,甚至将产能输出到巴西、哈萨克斯坦等地,成为全球特高压建设的“总包工头”。

 

新能源汽车领域:全球汽车市场超过3万亿美元。中国同时对纯电汽车、油电混动、甚至氢能源下注,当中国掌握电池技术以后,产能迅速暴涨到全球的70%以上,新能源汽车销量则超过全球50%。

 

正是因为这种对着大赛道饱和式下注,才等到了最后的开花结果。但这种罕见的饱和式押注赛道的能力,在全世界范围内几乎找不到第二个例子

 

一方面,中国有足够多的筹码下注赛道,而对财政力量不足的中小型国家来说,产业政策往往面临二选一的困难,每一次押注尚且风险巨大,就更不用说多赛道多次下注。当然,这种疯狂下注的模式需要财政纪律、及时纠偏以及对骗补行为的严惩不贷。

 

在新能源汽车领域,日本其实并没有像上个世纪那样延续神话:试水纯电,浅尝辄止;发展混动,全球不理;押注氢能源,未来遥遥无期。值得注意的是,日本押注的氢能源路线其实在技术上不弱,但由于内需市场太小,外部市场不接受,难以成为主流。

 

更重要的是,对于坐拥全球38%制造能力的中国来说,只要突破一个赛道的核心技术,就能够和自己的大规模制造能力结合起来,就会从成本和规模上彻底碾压竞争对手。“发达国家粉碎机”和“海外中产粉碎机”的称呼虽然有夸大,但其实有些道理。

 

被疫情中断的制造业外流,其实给了中国一个绝佳的战略机遇期。要知道,大洋彼岸的反击计划已经提上了日程。

 

以光伏为例,根据美国太阳能协会(SEIA)的数据,特朗普任期内,美国的光伏产业基本原地踏步。然而拜登上任一周内,就围绕可再生能源发展签署了一系列行政命令,对光伏行业展现出了奶妈式的关怀。中国刚宣布2060年实现碳中和,拜登就宣布美国要把数字提前到2050年。

 

攒齐“大三角”的中国,将与美国展开一场真正的能源角逐。

 

丁仲礼院士以前讲过:排放权就是发展权,对于发展中国家来说更是基本人权。“碳中和”背后的能源竞争,会影响中国的产业布局,会影响中国的发展质量,也一定影响我们民族未来的生存空间。

 

作者:陈帅/张假假

 

文章来源远川研究所,版权归原作者所有,如有侵权请联系本人删除。

 

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