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看待光伏问题需要有宏观思维
2021-04-07 20:20:50

  不谋全局者,不足谋一域。不谋万世者,不足谋一时。我们看待问题,需要有宏观思维。

  近日,读了《光伏,也许一直都是一场骗局》这篇文章,说点自己的读后感。

  首先,简单介绍下光伏的现状

  光伏电站目前装机成本5元/W。以最小使用寿命是25年(目前行业最早的,有40年左右的组件依然可以正常发电),按照我国主要3类光照地区,每瓦时装机容量至少可以发25度电,加上每度电5分钱的维护成本,光伏发电每度电的实际成本是0.3元/kWh。

  那一定有人会问,光伏为啥还有那么多补贴?不补贴就没法生存呢?这个问题问的好。其实非常简单,国家补贴的钱,基本上是用来支付资金成本~银行的贷款利息。而银行,又是国有的,这样看来,这个补贴不是更像农村压井抽水时用的引水吗

  每瓦时装机的光伏电站,需要多少电能进行制造呢?又能产生多少电能呢?现在我来粗略算下。

  以每公斤硅材料为例:

  硅料生产90kWh/kg,可产出46片多晶硅片耗能约70kWh,对应电池组件约100kWh,每公斤硅料对应的组件,一共用电量约260kWh。而对应的组件,可以发多少度电呢?46×4.4×25≈5060度电(三类光照地区,最小使用寿命),电能投入产出比至少为1:19,这真是能量倍增器啊。

  当然,光伏发的电,由于云层及气候因素,并不稳定,这一点必须在这里进行分析。曾经有听人说过,光伏电站不稳定,得备火力电站才行,如此等等。这些言论,没必要反驳,举个例子,给大家看,请读者自己思考。中国空调保有量接近5亿台,以每台空调配3kWh的光伏电站,光伏发的电,全部用在空调上,中国需要多少光伏电站?1500GW!可能有人说东北都不用空调?东北夏天是不用空调,可是一个冬天一家需要几千度电取暖,否则就要烧煤,看看东北的冬天什么样子,呛的喘不过气啊。而1500GW,分30年,每年就要50GW的装机容量。恰恰,光伏中国年产60GW,足够用。这里只是举个例子,刚好在阳光最强的时候,空调开机也最多。并不是说其他能源就不行,只有光伏行。

  这里不得不说储能这件事,需要燃料的能源,基本不考虑储能,而多数清洁能源,储能就非常重要了。快离子导体储能,成本高,危险系数大,并不被看好(三星一个小电池就把大家吓成这样,那如果能量提升上亿倍,又会是什么样呢?)目前来看,压缩空气储能/液态空气与蓄水储能,是比较常见的方式,而其中压缩空气储能尤其是液态空气储能,配合气化吸热的斯特林冷热发电机及压缩空气发电机,经过系统优化,其效率可达到50%左右,这个能量密度相当于汽油发电机中储存的汽油能量密度的20分之一,这几乎是范德华力储能的极限了。加上材料可重新再利用,这一储能方式极可能成为人类未来的主要储能方法之一。更重要的光热发电之后会有提及。

  以上的信息,相信大家对光伏已经有了基本的认识:0.3元每度电制造成本+1:19的能源投入产出比。下面,我们引入一个全新的理念:总能源投入产出比。之前的能源投入产出比,只考虑了硅材料到组件的制造环节,而把铝材料、玻璃、底座、逆变器、导线等按照采购成本计算。那么,只有总能源投入产出比高于1:1,光伏才能作为能源来使用。

  还是以一公斤硅材料对应的组件进行计算:

  铝边框54度电。平板玻璃15~25度电。EVA、导线、基座、逆变器、三氯氢硅合成等约合100度电。

  则,1公斤硅料对应的光伏电站,所有的材料电耗为约260+70+25+100=455kWh,刚才说过总发电量为5060kWh(比较保守的计算方法),那么,光伏电站,发电,能源投入产出比接近1:10。也就是说如果只用光伏发电来生产光伏电站,我们的能源依然以十倍的速度递增。

  即使配备30天的压缩空气储能/液态空气储能+总装机容量30%的斯特林冷热发电机+压缩空气发电机,其总能量投入产出比也高于1:5。而其电站造价摊到每度电制造成本约在0.5元每度电以内。

  能源,是国家发展的基石。非可再生资源,更是国家重要的战略资源。用来燃烧,不仅污染环境,而且是对子孙后代的不负责任。煤炭石油天然气发电,不管我们愿意还是不愿意,未来50年内,都将逐步枯竭。而摆在我们面前的替代能源,还有哪些呢?水力发电,已经开发到极致了。地热、生物质、秸秆焚烧、可燃冰,不能成为主流,他们连辅助能源都很难做到。煤炭石油天然气发电,污染了全国老百姓的肺,而且在一些人的有生之年内也将消耗殆尽。风力发电,由于风场地域限制,有成为辅助能源的可能性,但其对大气循环的影响,需要审慎研究,再大规模安装。核能,采用乏燃料技术,可以成为主流能源,但其使用时间,以目前储量如果大规模应用不会超过150年,可以肯定子孙后代会谴责我们用光了所有核燃料,产生如此多的核废料,并且安全性和被攻击的可能性都是大问题,100枚巡航导弹,对中国这么地大物博的国家,可能都没有体现,但如果攻击核电站,就可能摧毁我们大片沿海地区,沉重打击经济。潮汐能,可以成为沿海地区的辅助能源。具体大家可以自己查找下有关文献,研究一下,这里不再详述。

  那么,我们讲了这么多,未来20年、50年、100年,中国人的能源究竟该从何而来,这个问题已经非常严肃的摆在我们面前了。不有计划的发展光伏,行吗?光伏,在中国人的参与下,发电成本10年下降90%,目前实际制造成本并不比煤电高多少。可能有人会说光热发电,是不是可以替代光伏,这个问题问的好。光热将成为未来中国的主流能源,这是毋庸置疑的事。但对于光热动辄700~1000℃的高温,基于安全的分布式基本没法使用,以及光热对场地的要求,光热发电更适合于大规模地面电站,光伏作为光热的有力补充,在不适合建设光热的地方,比如说城市屋顶、比如山坡丘陵、比如鱼塘水榭、比如说1000平方米以内的空间,都是光伏的用武之地。这里比较有意思的是,光伏对改善当地气温的效果,大概是同等面积森林的3~5倍。也可以这么说,都市屋顶全用光伏发电,会使大城市的温度,更像乡村。如果还能对外输电的话,都市的生活会更加凉爽惬意。

  太阳能,能量如此之大,如此取之不尽,我们需要合理利用,面对未来可见的能源危机,必须把太阳能应用技术与制造提高到应有的高度。这是工业革命的终点,不论中间有多少次升级换代。举个简单的例子,中国600km长,100km宽的光伏/光热发电站,就可以发2015年的全国用电度数了。当然,对于光伏,这需要每年生产150GW,提前30年生产,这显然不现实,目前光伏世界产能约每年70GW,中国约60GW。更不现实的是,作为光热的有力补充,中国也不可能每年生产150GW全用光伏。这需要一个规划,5年、10年、50年、100年的规划,一步步踏踏实实的走。

  再次,从经济角度来看看光伏的意义

  优质的内循环经济,是我们国家经济发展的重中之重。

  以房地产为例,1万亿资金,进入房地产,大概可以产生8~10万亿的GDP,最后剩余一座座空房子,抢夺实体的用工,使实体成本大幅上升,进而使中国以制造为主的经济,雪上加霜,具体的大家都感觉的到,这里不详细说了。

  投资1万亿建光伏或者光热电站,会剩余什么呢?1万亿元资金≈(200GWh光伏或若干光热/风力/潮汐/地热等电站,连续投资30年,之后可以每年发6万亿度电,目前中国一年用电量在4~5万亿度)≈当年8~10万亿GDP+至少3万亿度电+高温冶炼技术/高温材料技术/精密仪器技术/半导体技术等高端制造业技术+未来能源布局。

  跟房地产比,哪个对社会更有意义呢?更关键的是这3万亿度电,是清洁能源,不仅彻底堵上了碳排放锁在中国发展脖颈上的加锁,也兑现了中国节能减排的承诺,更有意思的是,光伏的实际制造成本电费,竟然比美国的电费还有竞争力,这进一步增加了我们的国际竞争力。

  大家可能对实际制造成本的算法,并不认可,其实理解起来很简单:目前光伏发电成本中,有大量的成本是国内银行利润、税务负担、利益集团截留,但这在其他国家可能会大幅下降,对于人为的不合理的成本增加,我们把它算进成本,拿这个成本去衡量一个有战略意义的事物,会贻误发展的机会。

  就比方说,一瓦光伏电站,一年发一度电,要还接近0.3元/度的银行利息,在一系列前道工序都交了增值税后,发的洁净能源依然要交增值税等。关键是投资方还要得到10%左右的回报(0.2~0.3元/kWh)。最后,一度电卖0.9~1元,这就是光伏必须依靠补贴的原因,这也是光伏扶贫具有可行性的跟结所在!(如果国家掏钱,那0.9元~1元的电费里,0.5~0.6元都是就可以留给国家或者贫困家庭,持续大于25年,足足一代人啊。)光伏作为国家重要的能源战略,不应该是这样的待遇!

  这篇文章,引用的很多文献,这里对其表示感谢。并有大量的研究和计算,这里也基本一带而过。有兴趣的读者可以进一步的分析研究。

  太阳能~光伏对于中国为数不多的自给自足率极高的、有核心竞争力的、被发达国家反倾销的高端制造业而言,作为优质的内循环经济点,以及未来主流能源,如果10年前,乃至6年前,你说光伏可能是一场骗局,作为这个行业的工程师,还真不好意思反驳你。可是时间到了2016年底,在中国人的努力下,光伏发电成本下降了90%,所有核心技术全部掌握,并且把欧美打的找不到北的时候,你说光伏可能一直是一场骗局,我只能回你一句话:有空撕扯光伏,不如多用些心在自己的领域,做到优秀,也给中国人争争光!

  世界这么大,我们需要多看多想多学习。

  才学浅薄,不到之处,请前辈批评指导。

  题外话

  光伏的电费非常有意思。如果成本0.3元/每度,今年是0.3元,10年、20年、30年之后,它的成本还是0.3元/度电!我们还记得30年前,86年的电费吗?对,几分钱。如果我们可以在2016年用1986年的电费,本身,这就是极强的竞争力。因为成本固定死了,可是钱却在不断贬值。而非可再生资源的价格,是随着钱的贬值而提升的,所以煤电的价格,30年后很难保持在几分钱,它也要跟着通货膨胀水涨船高。从这一角度,主要一次性投资的,如光伏这种优质的内循环经济增长点,带来的能源价格下跌,反倒拥有极强的成本竞争优势。最终,就会体现在国家竞争力上。


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