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2020年十大清洁技术趋势

光伏系统工程  来源:水电总院  作者:水电总院国际业务部团队  2020/5/9 9:30:46  我要投稿  

北极星太阳能光伏网讯:2020年初,金融信息公司HIS Markit发布了《2020十大清洁技术趋势》报告,介绍了2020年减少温室气体排放以及应对气候变化的技术,包括扩大风电与光伏发电比例、发展碳捕获相关技术、发展氢能和储能设备、发挥大型油气公司的作用等。水电总院国际业务部团队对报告进行了编译解读,并与大家分享。

前言

清洁技术对减少温室气体排放、实现低碳发展至关重要。长久以来,能源为人类社会提供热能、电力和动能,极大地促进了经济发展。然而,传统的能源发展模式不利于能源可持续发展,若不采取措施,将会对社会经济环境带来不可逆转的负面影响。当前,能源行业面临的最大的挑战是减少温室气体排放,具有不同成熟度与扩展性的新型清洁能源技术是解决上述挑战的重要方式。与能源转型相关的技术路线图、经济成本和供应链主要包括:

• 通过扩大陆上风电和光伏发电比例,温室气体减排取得了巨大进展。海上风电发展前景广阔;

• 火电温室气体排放量占全球发电行业总排放量的40%。为了减少这部分排放量,需要发展包括碳捕获与储存、直接空中捕获等在内的新型技术;

• 电池和大规模储能设备可快速促进间歇性可再生能源技术的发展;

• 氢气用途广,可促进工业部门脱碳、为建筑物供暖以及为交通运输提供燃料,但目前氢气生产成本还比较高;

• 大型油气公司工程技术先进、资本雄厚且规模大,因此对全球能源经济去碳化至关重要。

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图1 HIS Markit总结的关键清洁能源技术

十大清洁技术趋势抢先看

1、随着成本持续下降,2020年风电和光伏装机容量预计将达到220GW;

2、2020年陆上风电装机将继续增加,海上风电将在漂浮式基础、大型风机方面取得进展;

3、2020年电池制造产能将继续向主要电动汽车市场转移;

4、随着电网稳定性日益受重视,储能将在增强电网稳定性方面发挥重要作用;

5、受欧洲相关项目的推动,氢能源正加速发展;

6、受新冠疫情影响,2020年电动汽车销售放缓,但长期发展潜力巨大;

7、2020年石油行业的重点是评估、公布和减少温室气体排放;

8、2020年对于追求碳中性增长的航空业来说是至关重要的一年;

9、油气公司对低碳行业的投资将持续增加,促进部门能源转型;

10、二氧化碳脱除技术对减少大气碳排放十分重要。

01丨随着成本持续下降,2020年风电和光伏装机容量预计将达到220GW

• 预计2020年太阳能光伏和风电装机容量将达220 GW,相比去年增加16%。2010年后,光伏和风电年装机年均增幅将达到300%。

• 随着各国追求环境、社会和管理(ESG)目标的意愿高涨以及技术的规模化发展,新能源相关基础设施投资的吸引力增强,2020年各界对光伏和风电的投资将继续增长。欧美可再生能源市场蓬勃发展,将带动今年上市公司的增加。

过去四年,以光伏、陆上风电和海上风电为主的可再生能源发展速度以及超过了煤炭和天然气等传统能源。自2010年以来,可再生能源新增装机达1.3TW。IHS Markit预计可再生能源成本持续下降将进一步促进全球可再生能源发展;未来十年,亚洲可再生能源装机增量将处于全球领先地位。

2019-2030年间,按平准化度电成本衡量的可再生能源成本将持续下降。未来十年,光伏和陆上风电的加权平均成本将低于35美元/MWh。其中太阳能光伏平准化度电成本下降最快,预计降幅将达30%。

成本大幅下降将进一步提高可再生能源竞争力。到2030年,可再生能源平准化度电成本预计实现跨技术融合,并在大多数市场中低于化石燃料的边际成本。

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图2 光伏和风电平准化度电成本区间和加权平均值($/MWh)

02丨2020年陆上风电装机将继续增加,海上风电将在漂浮式基础、大型风机方面取得进展

• 2020年海上风电新增装机将略微下降,未来十年陆上和海上风电装机将保持持续增长趋势。

• 2020年,世界上单机容量最大的漂浮式海上风电将正式试运行,该电站安装了3台8.4MW的风机。

IHS Markit预计,2020年陆上风电装机将新增64 GW,比2019年增加6%。由于开发商竞相在补贴到期前完成项目,中国大陆和美国将成为新增装机主力。2030年,全球风电装机将超过1.2 TW,是2019年末装机的两倍多。但邻避主义仍是陆上风电发展的一大威胁,并可能导致某些市场海上风电政策转变。

2020年海上风电的新增装机与2019年相近,为7GW。装机增量主要来自中国大陆、英国、荷兰和中国台湾。考虑到中国大陆的上网电价政策将于2022年到期,各开发商都加快了建设速度。

葡萄牙沿岸的25MW漂浮式海上风电项目将于2020年正式试运行,该项目安装了三台8.4 MW的风机,是当前世界上单机容量最大的漂浮式海上风电项目,是漂浮式基础发展的新里程碑。

机组大型化将是未来风电发展的一个重要趋势。基于一些供应商的声明,IHS Markit预测,2021年后,陆上5MW+以及海上10MW+的风机将普及。

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图3 2019~2025年全球海上风电新增装机以及平均风机尺寸情况

03丨2020年电池制造产能将继续向主要电动汽车市场转移

• 截至2019年底,中国大陆锂电池产能占全球产能的86%,预计未来三年该比例将下降。

• 2018年第四季度以来,欧洲和北美宣布将新增339GWh的电池产能,以上产能多数将于2020年投入生产,其中超过一半的产能(181GWh)由亚洲电池制造商所有和运营。

近几年,受电网电力储存和电动汽车发展的推动,电池需求快速增长,锂电池制造业产能也迅速扩张。中国大陆在锂电池供应链方面表现强势,过去三年新增产能超过450GWh。截至2019年底,中国大陆占全球锂电池产能的80%以上。

然而,随着全球主要市场电动汽车的发展,其他地区电池产能也在增加。事实上,中国大陆锂电池新增产能已连续三个季度同比下降(2019年Q2-Q4)。与之相反,自2018年第三季度到2019年第三季度,欧洲制造业产能每个季度均有上涨。北美主要产商也公布了新发展战略。

尽管2020年中国电池产能占比预计将会下降,亚洲制造商在电池生产行业仍占主导地位。自2018年第四季度以来,欧洲和北美宣布新增339GWh产能,大多数将于2020年投入生产。中国和韩国电池制造商拥有其中181GWh的产能,且新工厂都邻近主要的电动汽车设备制造商,这些电动汽车设备制造商将是未来储能的主要潜在客户。

2020年,电池供给能否满足不断增长的电动汽车市场需求尚不明确,但是亚洲制造商将在将继续占据市场主导地位。

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图4 2018-2019年全球主要市场锂电池新增产能变化情况

04丨随着电网稳定性日益受重视,储能将在增强电网稳定性方面发挥重要作用

• 进行长期持续的储能部署,才能实现清洁能源政策目标。

• 自然灾害频发对电力系统可靠性和稳定性要求变高,储能可提高整个电力系统的抗风险能力。

截至目前,美国一半以上的州制定了可再生能源目标,例如加利福尼亚州计划到2045年可再生能源占比达100%,与此同时,储能尤其是长时间大容量储能系统的发展迫在眉睫。可再生能源弃电日益严重更证实了储能的重要性。低成本可再生能源电力的供需匹配,对于保证电力系统可靠性十分重要;同时还需实现包括多天和季节性储存在内的长时间储存能力。

气候变化增加了自然灾害的频率与破坏程度,电网破坏带来严重经济损失。加利福尼亚州和澳大利亚的火灾、波多黎各和巴哈马的飓风等都对电力系统带来挑战,加利福尼亚北部火灾断电造成的经济损失高达25亿美元。在此背景下,储能显得尤为重要,不仅可以提高电网抗灾能力,在灾后重建中也起到了十分重要的支撑作用。

主要用于增强电网输配能力的储能系统将从2019年的100 MW增加到2025年的1.2 GW。为了充分发挥储能在增强电网稳定性方面的作用,政策制定者需加快制定储能发展规划,并创新储能商业模式,这对于未来可再生能源大规模规模发展和应对自然灾害具有重要意义。

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图5 2019-2025年全球不同区域用于增强电网稳定性的储能联网规模增长情况

05丨受欧洲相关项目的推动,氢能源正加速发展

• 电制气项目成本大幅下降,引发投资空前增长以及管道项目扩张。现有电解输入容量(electrolysis input capacity)为72MW,根据已有计划,未来五年将新增2 GW的电解输入容量,其中大部分项目来自欧洲。

• IHS Markit 预计2030年制氢成本将下降46%,通过可再生能源电力进行电解制氢成本将变得比化石燃料发电制氢和碳捕获结合的方式更具竞争力。

2015-2020年间,受可再生能源发电成本和电解槽成本下降的驱动,可再生和低碳电力电解制氢成本下降了45%。过去两三年间,全球各国发展低碳氢气的兴致高涨。与此同时,环境压力增加以及生产成本下降引发了对价值链的空前投资。

氢气既可大规模和长时间地储存和对间歇性发电进行调峰(这对电池而言将是挑战),又可以在低碳实现方式有限的脱碳行业发挥重要作用。特别是对于工作过程中需要高温、用电成本高昂的工业过程,采用氢能优势更为明显。

过去几年制氢成本降低,政府和公司纷纷制定政策和措施促进低碳氢气的发展,并发起试点项目大规模生产、运输和使用氢气。例如,日本、欧盟、加利福尼亚州、中国大陆和澳大利亚都在发展氢能列车。这将为氢能源发展带来积极的连锁影响,进一步降低其成本。未来几年是氢气发展的重要阶段,需要密切关注。

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图6 全球电力制氢方面的电力多元化利用(Power-To-X)项目发展规模(截至2020年1月)

06丨受新冠疫情影响,2020年电动汽车销售放缓,但长期发展潜力巨大

• 相比2018年,2019年电动汽车销量增速显著下降。与2018年同期相比,2019年8月主要电动汽车市场首次出现负增长,10月与11月情况也不容乐观。

• 中国大陆制造份额、燃料成本以及排放标准等,将是未来十年电动汽车制造与销售市场增长的关键驱动力。

2019年前三个季度重要电动汽车市场销量持续增长,但增幅略低于2018年。由于补贴减少,中国大陆电动汽车销售自2019年7月开始同比下降。2019年全年数据目前还不可得,但2019年10月与11月的数据表明销量同期下滑,这意味着2019年全年电动汽车销量增速显著放缓。

2020年,新冠疫情对电动汽车销量造成一定冲击。虽然目前全面评估疫情对电动汽车销量与供应链的影响还为时过早,但长期来看,全球电动汽车发展仍然潜力巨大。中国大陆产能占比大,加之燃料成本和排放标准的提高,将促进未来十年电动汽车的生产和销售。

在欧洲,受二氧化碳排放限制变严以及补贴增加,主要市场电动汽车销售额将增长。美国许多汽车制造商购买电动汽车将获得7500美元的税收抵免(非特斯拉和通用汽车车型,因为以上公司汽车制造数量已经超过能够获得补贴的最大数量)。随着联邦政府取消对某些电动汽车的补贴,电动汽车在州层面上获得的补贴在某些情况下可能发挥更大的作用(例如最近在加利福尼亚州补贴缩减,导致马萨诸塞州和特拉华州的电动汽车销量增加)。

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图7 中国大陆和其他主要市场电动汽车销售情况

07丨2020年石油行业的重点是评估、公布和减少温室气体排放

• 石油公司正在采取一些直接措施来降低温室气体排放强度,包括转变投资组合、发展天然气和其他清洁能源、建设低碳商业链以及减少核心业务温室气体排放量。

• 石油公司也正在提高自身信息公开程度,同时采取更全面的方法了解生活中的二氧化碳排放以及使用石油和天然气所带来的二氧化碳排放。

政府、投资者和其他利益相关者也日益关注能源转型对石油和天然气公司竞争力的影响。因此,温室气体排放强度或每单位产出的温室气体排放已成为公司关注的关键指标。

石油公司也正在提高自身信息公开程度,同时采取更全面的方法评估生活以及石油和天然气的使用所带来的二氧化碳排放(即全生命周期温室气体排放)。IHS Markit等众多第三方机构表示,这些举措有助于减少温室气体排放,尤其是当评估方法和计算范围存在细微差别而影响结果可比性时效果更为显著。

与此同时,石油公司也在采取直接措施来降低生产中的温室气体排放强度,包括转变投资组合、发展天然气和其他清洁能源、建设低碳商业链等。减少石油和天然气生产相关的温室气体排放正越来越吸引公众的关注,很多石油公司在此领域的行动可以带来一些最直接、最切实的减排结果。石油公司在减排方面所做的努力包括:

• 提高检测能力,减少甲烷意外泄露

• 转而使用低碳电力能源(例如风电和光伏发电)

• 提高能效

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图8 当前石油公司投资关注点排序统计

08丨2020年对追求碳中性增长的航空业来说是至关重要的一年

• 2020年对于航空业将是至关重要的一年。由于发展迅速并且减排措施有限,航空业正在探索碳中性增长模式。从2021年起,航空公司将以2020年碳排放量为基准,对超出基准的排放量进行付费。

• 由于电池和燃料电池技术发展相对缓慢,且低碳型可持续航空燃料可能在可预见的未来缺乏竞争力,因此碳中性发展将不仅仅是一种权宜之计。

有限的减排方法对航空业减排带来严峻挑战。IHS Markit 研究表示2005-2050航空需求预计增长四倍。航空业计划从2020年开始实现碳中性增长,并且到2050年全球航空业二氧化碳排放量相比2005年水平降低50%。

新冠疫情对全球飞机燃料需求造成一定影响,使未来以2020为基准实现碳中性增长更加困难。即使在疫情爆发前,航工业发展迅猛之时,实现脱碳也有困难。受疫情影响,2020年出行计划显著减少,基准行业排放量很有可能低于之前的预期,为航空公司在寻求应对未来排放量增长时带来更大挑战,并让一些主要参与的国家受到质疑。

在脱碳方法有限的情况下,购买碳配额来抵消排放量是长远之计吗?电池和燃料电池技术的发展速度较慢,难以与大型商用飞机液体燃料相竞争。低碳可持续航空燃料尽管可以作为一项长期脱碳策略,但是未来价格可能比传统的喷气燃料更昂贵。总的来说,航空业需要进行相关措施部署(可能是在不远的将来),来实现脱碳目标。

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图9 航空业碳排放(在没有燃料替代和实现碳中性增长情况下)与碳排放目标对比

09丨油气公司对低碳行业的投资将持续增加,促进部门能源转型

• 2019年油气公司对清洁技术的兼收并购和风险投资活动创历史新高。通过清洁技术的兼收并购和风险投资,油气公司获得相关技术和能力发展新的低碳业务线,以实现能源转型,未来这一趋势将一直持续。

• 近期发生的兼收并购(Lundin石油公司收购OX2可再生能源公司的风电项目)和风险投资(Total公司对Scoop公司的风险投资)案例证实了这一趋势,与此同时,一些私人公司的决策将受这些大型油气企业的战略决策影响。

自从开始进行能源转型,油气公司对低碳领域的兴趣不断增加。IHS Markit预计这一趋势将持续下去,到2025年,主要油气公司在低碳领域的总支出将达到100亿美元(2018年为60亿美元)。兼并和风投两个工具备受关注,因为它们可以为低碳业务链奠定基础,并帮助石油和天然气公司在其核心领域以外的行业迅速建立业务。

投资活动涵盖整个低碳产业链,包括可再生能源发电、交通运输和能效。2019年,太阳能发电行业的兼并交易最多(17笔交易),而石油和天然气公司最多的风投活动是交通运输(mobility)类交易(16笔交易)。行业的投资领域将集中于可再生能源发电和电动汽车,因为这些领域是建立在石油和天然气行业现有能力的基础上的。例如,各公司正在利用其建设和管理海上石油平台的专业知识来开发海上风电。类似的,综合石油公司的零售服务站可以通过车辆充电桩和数字化移动服务平台在电动汽车领域树立行业地位。

目前,这些清洁能源相关兼并和风投主要集中于欧洲的综合性大型油气公司。随着行业发展,为了积极推进能源转型,越来越多的油气公司正积极发展清洁能源相关业务,包括北美独立企业、国际油气勘探与生产公司、国家石油公司和服务商等。IHS Markit预计未来将会有越来越多的油气公司开始能源转型。

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图10 油气公司在低碳领域的兼并和风投活动统计

10丨二氧化碳脱除技术对减少大气碳排放十分重要

• 不同发展阶段的脱碳技术(CDR)将在碳捕获过程中发挥重要作用。

• 考虑CDR技术复杂,大规模扩张对资金与跨行业协作有一定的要求,大型油气公司最有能力扩大这些技术的规模。

近十年来,油气公司成功运用碳捕获和封存技术增加采油量,目前需要扩大碳捕获和封存技术的应用规模,以便在更多的二氧化碳排放之前就将碳捕获和存储起来。

处于不同发展阶段的CDR技术具有不同的成本和可扩展性。目前较为常用的技术包括:使用植物和土壤吸收碳、具有碳捕获和存储功能的生物能源、碳矿化和直接空气捕获等。这些技术对于那些脱碳难度大的行业(化肥,水泥和钢铁)以及捕获燃煤电厂的碳排放至关重要。

目前,大规模应用这些技术存在诸多挑战,例如缺乏财政激励政策(碳价)、大规模示范项目资金问题、公众接受度和缺乏管控体系等。

大型油气公司更可能在这些技术的运用上发挥重要作用。

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图11 温室气体排放和二氧化碳脱除技术


结合以上内容,水电总院国际业务部团队针对东盟未来清洁技术发展趋势给出以下总结:

1、受优越的资源禀赋和利好的政策环境推动,可再生能源的开发应用将是东盟区域内趋势;

2、亚洲区域的电池生产能力将驱动区域内储能运用和电动汽车的发展;

3、东盟低碳转型将更顺应国际趋势,区域内国家将重视低碳转型;受发展阶段的限制,低碳发展还将面临一些困难和挑战。


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