國務(wù)院發(fā)展研究中心企業(yè)研究所 周健奇
光伏是全球增長最快的一類新興電源。國際能源署在2019年1月發(fā)布的《世界能源展望2018》中預(yù)測,光伏全球裝機(jī)容量將在2040 年左右超過煤電。我國光伏產(chǎn)業(yè)已形成了較強(qiáng)的全球競爭優(yōu)勢,如能保持并強(qiáng)化,就有助于我國在全球電力變革中占據(jù)主動。
近十年來,全球化石燃料、核能、水能的合計(jì)發(fā)電量占比始終高于90%或接近90%,甚至一度高達(dá)95%,近幾年才剛剛降至90%以下。見圖1。

圖1 化石燃料、核能、水能發(fā)電量的全球占比
盡管其他能源類型的發(fā)電技術(shù)早已有之,但長期以來因經(jīng)濟(jì)性等原因?qū)е聼o法大規(guī)模應(yīng)用。
而未來幾年,隨著光伏等新興電源的快速發(fā)展將實(shí)現(xiàn)電源結(jié)構(gòu)的多元化。2015 年,光伏發(fā)電量全球占比首次達(dá)到1%,并在2018年穩(wěn)步超過2%。全球光伏發(fā)電量占比從有到1%用了約170年時(shí)間,從1%到2%僅用3年時(shí)間。目前,光伏是全球增長最快的電源。綜合國家統(tǒng)計(jì)局、國家能源局、國際能源署以及“全球煤電追蹤”數(shù)據(jù):2018 年,全球光伏新增裝機(jī)容量超過105 吉瓦;全球煤電新建產(chǎn)能約50 吉瓦、淘汰機(jī)組約31吉瓦,合計(jì)新增產(chǎn)能約19吉瓦;水電、核電、風(fēng)電分別新增裝機(jī)容量約22吉瓦、15吉瓦、54吉瓦。光伏新增裝機(jī)容量接近其他幾類電源新增裝機(jī)容量之和。
根據(jù)國際能源署預(yù)測:2040 年,化石燃料、核能、水能發(fā)電量的全球占比將從目前的90%左右下降至53%左右。其中,燃煤發(fā)電量全球占比預(yù)計(jì)下降最快,將從目前的38%左右降至5%左右。相反,光伏(不包括聚光太陽能)發(fā)電量全球占比將從目前的2%升至17%左右。見圖2。

圖2 2040年全球電源結(jié)構(gòu)預(yù)測
“再電氣化”是全球能源消費(fèi)大趨勢。電氣化是化石燃料發(fā)電、水電、核電等技術(shù)創(chuàng)新的結(jié)果,以提高電力消費(fèi)的普及度為核心;再電氣化則是由光伏、風(fēng)電以及儲能等新能源技術(shù)創(chuàng)新來驅(qū)動,包含了綠色能源消費(fèi)的深意。未來的趨勢是,電力消費(fèi)仍然保持較快增速,但傳統(tǒng)電源的消費(fèi)占比將明顯下降,新興電源的消費(fèi)占比將大幅提升。
光伏是全球再電氣化的重要驅(qū)動力之一。傳統(tǒng)電力行業(yè)是規(guī)模效益時(shí)代的典型代表,主要以大規(guī)模集中生產(chǎn)、輸送和消費(fèi)為主。光伏受環(huán)境限制較輕,可根據(jù)用戶的需求和條件在屋頂、庭院、空地、水面等閑置的載體上安裝,能夠做到隨處可見。光伏有兩種方式:一種是集中式,近似于傳統(tǒng)電源,通過大面積集中安裝,將太陽能集中轉(zhuǎn)換為電能,再將電能通過高電壓等級的電網(wǎng)集中輸送至消費(fèi)地;另一種是分布式,可進(jìn)行小規(guī)模集成安裝,所發(fā)電力可以自用,也可以通過配電網(wǎng)上網(wǎng)。未來隨處可見的是分布式光伏。分布式光伏雖然產(chǎn)能分散,但以點(diǎn)成面、以面聯(lián)網(wǎng),消費(fèi)與生產(chǎn)合一、電能在點(diǎn)與點(diǎn)之間雙向流動,從而形成網(wǎng)絡(luò)化的規(guī)模經(jīng)濟(jì)。見圖3。

圖3 分布式光伏的消費(fèi)生產(chǎn)合一特性
電網(wǎng)企業(yè)的基本商業(yè)模式有兩種:一是從生產(chǎn)端買電,經(jīng)由電網(wǎng)載體傳輸,再賣給消費(fèi)端;二是只承擔(dān)電網(wǎng)服務(wù)職能,不參與電力交易,類似于高速公路但又比高速公路復(fù)雜。采用第一種模式的電網(wǎng)企業(yè)是管道組織,采用第二種模式的電網(wǎng)企業(yè)是平臺組織。目前,電網(wǎng)企業(yè)的商業(yè)模式往往兩種兼而有之,但有主次之分。我國的電網(wǎng)企業(yè)是以管道型為主。
分布式光伏將促進(jìn)以管道型為主的電網(wǎng)企業(yè)向平臺網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)型。首先,電網(wǎng)接受單個(gè)消費(fèi)者生產(chǎn)的電量雖少,但接受源會越來越多、接受總量會越來越大,并由此產(chǎn)生巨大的電力流量和實(shí)時(shí)交易需求,從而促其開展并不斷強(qiáng)化平臺服務(wù)。其次,平臺化的微電網(wǎng)將更為普遍。若干套安裝于屋頂、庭院、空地、水面的分布式光伏系統(tǒng)可在有限范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)自發(fā)自用、余電交易。這樣的區(qū)域可以是園區(qū)、海島、社區(qū)、辦公區(qū)等,這樣的物理架構(gòu)被稱為微電網(wǎng)(或微網(wǎng))。微電網(wǎng)具有典型的平臺特征。根據(jù)世界銀行發(fā)布的全球微電網(wǎng)數(shù)據(jù):目前,全球共有1.9萬個(gè)微電網(wǎng),服務(wù)0.4億人,以水力、柴油為主要能源。預(yù)計(jì)到2030年,全球微電網(wǎng)數(shù)量將達(dá)到21萬個(gè),服務(wù)4.9億人,供電模式將轉(zhuǎn)變?yōu)橐蕴柲転榛A(chǔ)的多能互補(bǔ)。2017年,我國就印發(fā)了《推進(jìn)并網(wǎng)型微電網(wǎng)建設(shè)試行辦法》;2019年12月,江蘇省率先出臺分布式發(fā)電市場化交易規(guī)則,明確提出電網(wǎng)企業(yè)在分布式發(fā)電市場中按規(guī)定收取“過網(wǎng)費(fèi)”。
首先,我國電力消費(fèi)規(guī)模全球最大,這是我國光伏裝機(jī)迅猛增長的市場基礎(chǔ)。2015年,我國成為光伏累計(jì)裝機(jī)容量全球第一大國;自2016 年以來,我國對全球光伏新增裝機(jī)容量的貢獻(xiàn)超過40%;從2017 年開始,我國光伏累計(jì)裝機(jī)容量的全球占比超過30%。目前,我國光伏累計(jì)裝機(jī)容量是排名第二的美國的2.8倍左右。見圖4、圖5。

圖4 全球光伏產(chǎn)業(yè)大國演變
其次,我國光伏設(shè)備制造規(guī)模同樣全球最大,在光伏硅片、電池、組件等光伏核心環(huán)節(jié)的全球市場占有率非常高。根據(jù)中國光伏行業(yè)協(xié)會資料,我國光伏多晶硅、硅片、電池片、組件、逆變器產(chǎn)量均為全球第一。其中:多晶硅全球市場占有率接近60%,光伏硅片全球市場占有率超90%,電池片和組件全球市場占有率均超70%,逆變器全球市場占有率約為50%。

圖5 我國光伏累計(jì)和新增裝機(jī)容量全球占比

圖6 中國121家上市企業(yè)光伏產(chǎn)業(yè)分布圖
首先,我國光伏發(fā)展產(chǎn)業(yè)鏈完善。本報(bào)告選取滬市A股、深市A 股、新三板、香港H 股、美股的121 家中國光伏企業(yè)為樣本進(jìn)行業(yè)務(wù)分析后發(fā)現(xiàn),121 家企業(yè)的業(yè)務(wù)幾乎可涵蓋光伏全產(chǎn)業(yè)鏈。見圖6。
其次,光伏產(chǎn)業(yè)鏈全球第一集團(tuán)軍主要以中國光伏企業(yè)為主。我國不乏擁有世界最大規(guī)模的產(chǎn)業(yè),但很多大產(chǎn)業(yè)的企業(yè)不在世界第一集團(tuán)軍的行列,屬于大而不強(qiáng)。但光伏產(chǎn)業(yè)不同。2019 年,“全球光伏20 強(qiáng)(綜合類)”中的16 強(qiáng)是中國光伏企業(yè),前6 強(qiáng)全部是中國企業(yè)。其余4 家外國企業(yè)分別是2 家美國企業(yè)、1 家韓國企業(yè)和1家德國企業(yè)。此外,全球10 大光伏組件企業(yè)中有9家中國企業(yè),9 家中國企業(yè)的合計(jì)出貨量占10大組件企業(yè)總出貨量的99%;全球前5大單晶組件企業(yè)和前5 大多晶組件企業(yè)全部是中國企業(yè);全球光伏逆變器出貨量最高的2 家企業(yè)是中國企業(yè),合計(jì)出貨量的全球占比超過35%。
首先,我國光伏產(chǎn)業(yè)擁有國內(nèi)半導(dǎo)體技術(shù)支撐。光伏與半導(dǎo)體同屬硅材料產(chǎn)業(yè)鏈,光伏發(fā)電系統(tǒng)利用的就是半導(dǎo)體材料的電子特性。光伏也因此被歸類為泛半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)。美國、日本、德國都曾是全球光伏第一大國,其原因均與本國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的技術(shù)實(shí)力密切相關(guān)。我國半導(dǎo)體研發(fā)起步并不晚。美國貝爾實(shí)驗(yàn)室在1947年取得半導(dǎo)體領(lǐng)域的重大技術(shù)突破,我國在1958年研制成功首塊硅單晶。我國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)雖然還無法實(shí)現(xiàn)技術(shù)全球領(lǐng)先,但擁有較為完善的科研體系,整體實(shí)力不俗。
其次,我國率先突破單晶硅電池應(yīng)用技術(shù)。光伏電池是光伏系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分,目前主要以多晶電池和單晶電池為主。單晶電池曾在很長一段時(shí)間內(nèi)處于實(shí)驗(yàn)室研發(fā)階段,直到我國在2016 年前后取得技術(shù)創(chuàng)新后才逐步實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。目前,我國單晶PERC 電池技術(shù)已成為全球光伏電池的主流技術(shù)之一,并帶動全球光伏電池轉(zhuǎn)換效率不斷提升。
再次,全球已經(jīng)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)的光伏電池主要是單晶PERC 電池和多晶電池,其轉(zhuǎn)換效率的世界紀(jì)錄均由我國創(chuàng)造。據(jù)中國光伏行業(yè)協(xié)會統(tǒng)計(jì):2019 年,我國再次提升單晶PERC 電池轉(zhuǎn)換效率世界紀(jì)錄,連續(xù)3 次刷新多晶電池轉(zhuǎn)換效率世界紀(jì)錄。
我國光伏產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用技術(shù)優(yōu)勢突出,但也存在基礎(chǔ)技術(shù)短板。與半導(dǎo)體基礎(chǔ)研發(fā)不足有關(guān),我國光伏基礎(chǔ)研發(fā)較為薄弱。光伏應(yīng)用的主流技術(shù),例如前面提到的PERC 技術(shù),以及黑硅技術(shù)、異質(zhì)結(jié)技術(shù)等均起源于國外實(shí)驗(yàn)室。我國只是在此基礎(chǔ)上突破了應(yīng)用創(chuàng)新,例如PERC 電池效率的提升。我國光伏產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)技術(shù)創(chuàng)新滯后于應(yīng)用技術(shù)創(chuàng)新,會影響下一代創(chuàng)新的進(jìn)程。光伏電池目前主要是P 型的PERC 電池,下一代應(yīng)用將以更高效的N型為主。我國光伏企業(yè)雖在積極布局,但受技術(shù)成熟度低、設(shè)備投資昂貴、經(jīng)濟(jì)性不足等因素影響,N型電池產(chǎn)品還無法在短期內(nèi)投入市場。但近期,法國半導(dǎo)體企業(yè)Soitec 公司、法國微電子研究機(jī)構(gòu)與德國弗勞恩霍夫太陽能系統(tǒng)研究所聯(lián)合研發(fā)的一項(xiàng)新技術(shù),讓光伏電池的實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)換效率達(dá)到46%,約為目前最高電池效率的2 倍。此外,基礎(chǔ)研發(fā)短板對我國光伏材料硅技術(shù)、光伏設(shè)備技術(shù)研發(fā)也形成了制約,不利于已有技術(shù)優(yōu)勢的保持和強(qiáng)化。
首先,集中式光伏發(fā)展過快。目前,集中式電站在我國光伏行業(yè)占比較高。根據(jù)國家能源局?jǐn)?shù)據(jù):2018 年,我國光伏發(fā)電量的71.26%來自集中式電站。從實(shí)踐中看,我國集中式光伏發(fā)展存在兩大難題。
一是電量難消納。集中式光伏布局在電力主消費(fèi)地最為理想,但實(shí)際卻是多布局在人跡較少的地區(qū),例如我國西北部地區(qū)等。主要原因在于,我國電力主消費(fèi)地是人口密集、經(jīng)濟(jì)相對發(fā)達(dá)地區(qū)。但這些地區(qū)土地成本高,發(fā)展集中式光伏經(jīng)濟(jì)性不足。而西北部地區(qū)土地資源豐富、陽光充裕,發(fā)展集中式光伏較經(jīng)濟(jì)。但電力生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)了,電力消費(fèi)卻不經(jīng)濟(jì)。由于遠(yuǎn)離電力主消費(fèi)地,集中式光伏電站所發(fā)的充足電力需要經(jīng)過高壓電網(wǎng)集中外送。這些地區(qū)恰恰也是火電的主產(chǎn)區(qū),大量的火電也要外送。相關(guān)政府部門需要多方協(xié)調(diào)才能解決西北部地區(qū)集中式光伏的“窩電”難題。有些國家不同,例如一些沙漠國家,人口密集大城市的周邊即是光照條件好、大面積閑置的沙漠,發(fā)展集中式光伏可以實(shí)現(xiàn)成本較低、效率較高的即發(fā)即用。我國的情況則較為適宜在電力消費(fèi)量大、人口相對密集的地區(qū)發(fā)展分布式電站。
二是補(bǔ)貼難到位。集中式光伏的補(bǔ)貼對象是集中式光伏電站,需要經(jīng)過一系列的程序才能發(fā)放下來。由于電站指標(biāo)管理與補(bǔ)貼管理分屬不同政府部門,因此電站補(bǔ)貼滯后于電站運(yùn)營。近幾年,集中式光伏發(fā)展較快,其中不乏騙補(bǔ)行為。結(jié)果導(dǎo)致補(bǔ)貼累計(jì)額度巨大,形成歷史拖欠。我國在2016年4月之后并網(wǎng)的集中式光伏發(fā)電項(xiàng)目中,還有很多政府補(bǔ)貼至今沒有到位。最長的已等待超過3 年時(shí)間。拖欠的集中式光伏電站補(bǔ)貼數(shù)額也越來越大,清欠難度不小。分布式光伏補(bǔ)貼則不然,由當(dāng)?shù)毓╇娋指鶕?jù)用戶上網(wǎng)電量如期結(jié)算。
其次,服務(wù)環(huán)節(jié)發(fā)展滯后。概括而言,我國光伏產(chǎn)業(yè)的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在上游和中游的制造環(huán)節(jié)。但光伏制造雖強(qiáng),光伏服務(wù)卻有待提升。光伏產(chǎn)業(yè)鏈的上游、中游是將光伏發(fā)電設(shè)備制造出來,下游才能實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換和利用。下游在光伏產(chǎn)業(yè)鏈上體現(xiàn)為光伏電站的建設(shè)和運(yùn)維,實(shí)則非常復(fù)雜,包括標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)、定制化安裝、系統(tǒng)維護(hù)、電力傳輸和存儲、交易和結(jié)算、大數(shù)據(jù)服務(wù)、培訓(xùn)以及融資等等。尤其是大量的分布式光伏電站,對數(shù)字化、智能化的能源互聯(lián)網(wǎng)提出了非常高的安全運(yùn)營要求。下游服務(wù)整體不足,導(dǎo)致光伏產(chǎn)業(yè)生態(tài)不完善。首先,建設(shè)、安裝和運(yùn)營的標(biāo)準(zhǔn)體系仍有空白,不同地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)管理水平差距明顯;其次,服務(wù)行業(yè)有待規(guī)范,服務(wù)主體良莠不齊;再次,金融服務(wù)、電網(wǎng)服務(wù)較為單一,目前的服務(wù)內(nèi)容主要以專項(xiàng)貸款、單向交易和結(jié)算為主,還可進(jìn)一步面向越來越多的分布式用戶探索金融創(chuàng)新、電網(wǎng)平臺創(chuàng)新等。
能源變革的主陣地是電力。生產(chǎn)主體多元化,大量分散的生產(chǎn)消費(fèi)者產(chǎn)生。這些生產(chǎn)消費(fèi)者一旦連接成網(wǎng),將激發(fā)雙邊或多邊電力市場需求的快速增長。我國電力交易機(jī)制是在傳統(tǒng)電源結(jié)構(gòu)下形成的,還不能完全適應(yīng)大量產(chǎn)生的分布式光伏交易。多數(shù)情況下,電力的賣方和買方不直接交易,而是通過售電類企業(yè)交易。只有符合條件的工業(yè)大用戶可以直接同電力生產(chǎn)企業(yè)交易。見圖7。

圖7 我國電力交易示意圖
盡管直接交易的電量占全社會交易電量的比重在2019年超過30%,但直接交易的主體并不包括具備生產(chǎn)能力的電力消費(fèi)者。由于分布式光伏發(fā)電的裝機(jī)總量還不大,已有的電力交易機(jī)制尚可滿足需求。但隨著時(shí)代的發(fā)展,不斷增長的分布式光伏用戶,以及微電網(wǎng)用戶將產(chǎn)生與其他電力用戶直接交易的需求,電力交易機(jī)制的不足將愈發(fā)顯現(xiàn)。其中涉及定價(jià)機(jī)制、交易結(jié)算、微電網(wǎng)項(xiàng)目審批等難題,此外,還引申出管道型電網(wǎng)向平臺化的智能電網(wǎng)轉(zhuǎn)型的企業(yè)改革問題。智能電網(wǎng)是融合多元電源,具有雙邊或多邊交易服務(wù)功能的電力平臺。智能電網(wǎng)以分布式光伏發(fā)電等新興清潔電源的創(chuàng)新發(fā)展為主要驅(qū)動力,被公認(rèn)為再電氣化階段的發(fā)展方向。智能電網(wǎng)以實(shí)實(shí)在在的電網(wǎng)設(shè)施為物理架構(gòu),為各類型電力生產(chǎn)用戶和消費(fèi)用戶提供能夠雙邊或多邊連接與互動的網(wǎng)絡(luò)空間。目前的電網(wǎng)企業(yè)是以管道型為主的組織,運(yùn)營的電網(wǎng)具有智能功能,但還不是智能平臺電網(wǎng)。不僅是電網(wǎng)需要升級,電網(wǎng)企業(yè)也需要轉(zhuǎn)型。
參照以引導(dǎo)應(yīng)用技術(shù)創(chuàng)新為主的“光伏領(lǐng)跑者計(jì)劃”的做法,制定以引導(dǎo)基礎(chǔ)技術(shù)創(chuàng)新為主的相關(guān)計(jì)劃,形成光伏基礎(chǔ)技術(shù)創(chuàng)新的賽馬機(jī)制,對光伏企業(yè)開展基礎(chǔ)技術(shù)研發(fā)給予政策支持;充分考慮光伏技術(shù)與半導(dǎo)體技術(shù)的相通性,將較快發(fā)展的光伏產(chǎn)業(yè)作為半導(dǎo)體技術(shù)應(yīng)用的一個(gè)重要領(lǐng)域,形成雙促進(jìn)的聯(lián)合創(chuàng)新,重點(diǎn)加強(qiáng)光伏基礎(chǔ)技術(shù)研發(fā)儲備。
針對我國電力消費(fèi)相對集中于經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)、人口較密集地區(qū)的特點(diǎn),考慮到集中式光伏存在的現(xiàn)實(shí)問題,立足居民和工商業(yè)的需求有計(jì)劃地逐步提高分布式光伏并網(wǎng)總量;發(fā)揮中國光伏行業(yè)協(xié)會、各地方光伏行業(yè)協(xié)會的作用,在已有工作的基礎(chǔ)上進(jìn)一步加快完善光伏發(fā)電的服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)體系,以標(biāo)準(zhǔn)帶動光伏服務(wù)實(shí)體的規(guī)范成長;拓展光伏平臺的服務(wù)功能,例如增加光伏云的功能模塊,讓平臺既可交易電量,也可交易載體和發(fā)電系統(tǒng)的使用權(quán),實(shí)現(xiàn)屋頂和院落等載體的擁有者和資金擁有者對接,通過集資、入股、租賃等方式有效降低融資成本。
將分布式光伏發(fā)電用戶分為居民和工商業(yè)兩類,分別建立相應(yīng)的交易機(jī)制。面向居民類電力消費(fèi)者,選擇居民市場規(guī)模較大的地區(qū),以電網(wǎng)為平臺,建立分布式新能源交易市場,重點(diǎn)探索居民生產(chǎn)者與居民消費(fèi)者間的直接電力交易;面向工商業(yè)類電力生產(chǎn)消費(fèi)者,在工商業(yè)集聚區(qū)域,鼓勵發(fā)展微電網(wǎng),落實(shí)2017 年發(fā)布的《推進(jìn)并網(wǎng)型微電網(wǎng)建設(shè)試行辦法》,重點(diǎn)解決微電網(wǎng)審批、運(yùn)行存在的核準(zhǔn)審批難、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、微電網(wǎng)內(nèi)部用戶間交易方式不明確、微電網(wǎng)與其他消費(fèi)用戶無法直接交易等問題;對已經(jīng)開展的地方試點(diǎn)、園區(qū)試點(diǎn)給予鼓勵和支持。
激勵電網(wǎng)企業(yè)向平臺化轉(zhuǎn)型。新電改后,我國電網(wǎng)企業(yè)正從管道型組織向管道與平臺共存的混合型組織轉(zhuǎn)型。推動改革需要激勵,還應(yīng)加強(qiáng)對電網(wǎng)企業(yè)的平臺業(yè)務(wù)支持,包括依托電網(wǎng)的大數(shù)據(jù)服務(wù)和后臺系統(tǒng)建設(shè)電力云服務(wù),并向后端延伸業(yè)務(wù)開展用戶電力消費(fèi)智能管理服務(wù),綜合拓展電網(wǎng)平臺服務(wù)功能等。