2020年12月21日，國家能源局局長章建華在出席發(fā)布會時稱，中國已經(jīng)成為全球最大的能源生產(chǎn)國，同時也是全球最大的能源消費(fèi)國。未來，中國將加大煤炭的清潔化開發(fā)利用，大力提升油氣勘探開發(fā)力度；加快風(fēng)能、太陽能、生物質(zhì)能等非化石能源開發(fā)利用，推動低碳能源來替代高碳能源；以新一代信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)為契機(jī)，推動能源數(shù)字化和智能化發(fā)展。
在2020年，全球能源碳排放320億噸，中國碳排放99億噸，占全球碳排放的31%，如果從1750年開始統(tǒng)計(jì)，中國能源累計(jì)碳排放2100億噸，占全球碳排放的13%。
圖片來自舒總的報(bào)告
目前我國的雙碳目標(biāo)為在2030年前碳達(dá)峰，在2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和，這個目標(biāo)相對于目前世界上的幾大主要經(jīng)濟(jì)體而言，是要求最高，時間最緊迫的。
由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展的水平不同，歐盟在上世紀(jì)80年代即實(shí)現(xiàn)了碳達(dá)峰，日本在2008年，美國在2007年也分別實(shí)現(xiàn)了碳達(dá)峰，而這幾大經(jīng)濟(jì)體的碳中和目標(biāo)定在2050年，相較于我國，他們的時間更長，經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平也更高。
目前，我國的能源結(jié)構(gòu)中，非化石能源占比僅僅為15.9%，清潔能源（包括水電）發(fā)電量占比36%，煤炭占比52%，遠(yuǎn)高于世界平均水平，這和我國煤炭資源儲量豐富有一定關(guān)系，相較于一些發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體而言，我國能源結(jié)構(gòu)改革，任重道遠(yuǎn)。
以歐盟為例，2004年至2019年期間，歐盟可再生能源所占份額增加了一倍以上。
其中瑞典可再生能源占其終端能源消費(fèi)總量的一半以上，達(dá)56.4％，在2019年歐盟成員國中所占份額最高。其次是芬蘭（43.1％）、拉脫維亞（41.0％）、丹麥（37.2％）和奧地利（33.6％）。
如果單單以電力供應(yīng)角度分析，部分歐洲國家的可再生能源電力供應(yīng)占比只能用恐怖來形容：
2019年來自可再生能源的電力消耗占比超過70％的有個個國家，分別是奧地利（75％）和瑞典（71％）。占比超過50%的國家有：丹麥（65％）、葡萄牙（54％）和拉脫維亞（53％）。
如此高的可再生能源占比，在中國簡直不可想象，要知道區(qū)域電網(wǎng)中，可再生能源占比較高的省份，也沒有超過30%，這主要和目前我國儲能應(yīng)用經(jīng)濟(jì)性較差，電價較低有關(guān)。
由此，其實(shí)可以引出為實(shí)現(xiàn)碳中和最先需要解決的地方，就是能源的供給端，改變我國的能源供給結(jié)構(gòu)，加大可再生能源在電力供應(yīng)和終端消費(fèi)中的占比，是切實(shí)實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)最根本的途徑。
需要改變能源結(jié)構(gòu)，引入清潔電力必不可少，目前主流的清潔能源主要有：風(fēng)能、太陽能、氫能和水勢能。
雖然近年來，光伏深受資本市場追捧，但目前從各大發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體的能源結(jié)構(gòu)上看，占比最高的清潔能源仍然是風(fēng)能和水勢能，其中水勢能受制于環(huán)境保護(hù)和地理位置的限制，無法大規(guī)模推廣，風(fēng)能是目前當(dāng)之無愧的減碳主力軍。
2.1 風(fēng)能
1、風(fēng)力發(fā)電原理
空氣流過風(fēng)機(jī)葉片時，同時會產(chǎn)生推力和升力，目前的主流水平軸風(fēng)機(jī)利用的是升力，在理論計(jì)算中，其能量轉(zhuǎn)化率具有一個上限——貝茨極限（約0.593）。
貝茨極限的推導(dǎo)如下：
v1 - 流入風(fēng)機(jī)葉片的風(fēng)速
v2 - 流出風(fēng)機(jī)葉片的風(fēng)速
ρ - 空氣密度
s - 葉片掃風(fēng)面積
P -轉(zhuǎn)換的動能
P0 - 風(fēng)的初始動能
則葉片處單位時間內(nèi)通過的風(fēng)的質(zhì)量 M = ρ*s*(v1+v2 )/2 式1
根據(jù)能量守恒，葉片吸收的動能等于風(fēng)殘余動能與風(fēng)初始動能之差，于是得到：
P = (1/2)*M*(v1^2 - v2^2) 式2
將式1帶入式2得到：
P = (ρ/4)*(v1^2 - v2^2)*(v1+v2)*s
而風(fēng)的初始動能：P0 = (ρ/2)* v1^3*s
則有：P/P0 = (1/2)*(1-(v2/v1)^2)*(1+(v2/v1))
由上式可見
P/P0 為 v2/v1 的三次函數(shù)，求導(dǎo)可得兩個駐點(diǎn)，對應(yīng)兩個極值，分別為1/3和-1。
由于v2/v1為正（流入和流出風(fēng)速方向不會相反）
即當(dāng) v2/v1 = 1/3 時，P/P0 取得最大值 16/27≈0.593
以上，是從理論的角度來闡述利用風(fēng)力發(fā)電的可行性，目前主流的風(fēng)機(jī)廠商所用的三葉片水平軸風(fēng)機(jī)在工程上的應(yīng)用，能量轉(zhuǎn)化率已經(jīng)接近50%，由于葉片尖端的能量損失不可避免，基本在翼型設(shè)計(jì)上，已經(jīng)達(dá)到了空氣動力學(xué)的頂峰。
目前風(fēng)機(jī)的技術(shù)進(jìn)步主要是向著單機(jī)大型化的方向發(fā)展，不論是陸上的風(fēng)電機(jī)組還是海上的風(fēng)電機(jī)組，追求單機(jī)大型化，都可以減少土地（海洋）資源的浪費(fèi)，提高區(qū)域風(fēng)資源利用，減少各臺風(fēng)電機(jī)組之間的風(fēng)資源擾動，提高發(fā)電量，降低度電成本。
前幾日，由明陽推出的16MW海上風(fēng)電機(jī)組，是目前全球單機(jī)容量最高的風(fēng)電機(jī)組。
2021年8月20日，明陽智能推出MySE16.0-242海上風(fēng)電機(jī)組，該風(fēng)電機(jī)組單機(jī)容量達(dá)16MW，超過維斯塔斯V236-15.0MW、西門子歌美颯14MW-222DD、GE Haliade X 14MW-220三款機(jī)型，一舉“躍居”成為單機(jī)容量中國最大、全球最大的海上風(fēng)電機(jī)組。
解釋下：型號中的242指的是風(fēng)機(jī)的葉輪直徑，也就是說這個16MW的龐然大物，單單是葉片直徑就達(dá)到了242米，如果塔筒高度在有個150m左右，單機(jī)最高可以達(dá)到接近300m。
2、各大風(fēng)機(jī)廠商
上圖是全球前15大風(fēng)機(jī)廠商的市占率排名，第2、4、6、7、9、10、11、12、13、15都是我們國家的廠商，其中金風(fēng)科技（第二）還曾一度連續(xù)多年高居榜首，前文提到的明陽智能排在世界第六。
由于歐洲地區(qū)的風(fēng)資源條件過于優(yōu)質(zhì)，這幾年讓維斯塔斯排到了世界第一，這主要和資源條件有關(guān)，歐洲多平原，風(fēng)資源變化平緩，早幾年前就開始走單機(jī)大容量機(jī)組路線，容易上大規(guī)模風(fēng)電場，一些小體量的國家，60%以上的電能都由風(fēng)力發(fā)電提供（丹麥）。
而我國地形復(fù)雜多樣，風(fēng)資源條件多變，因此在前幾年的發(fā)展中，廠家的產(chǎn)品更適合復(fù)雜地形（例如山地）風(fēng)電場，單機(jī)容量遜色于其他前排選手，但在控制策略上更優(yōu)。
隨著單機(jī)大容量機(jī)組發(fā)展路線的確立，我國的風(fēng)機(jī)廠商正在奮力追趕，目前的主要限制因素不在廠家端，而在于風(fēng)機(jī)產(chǎn)業(yè)鏈的上游——高強(qiáng)度葉片材料的制造。
目前A股上市的主流風(fēng)機(jī)整機(jī)制造廠商有：
金風(fēng)科技
國內(nèi)無可爭議的第一，發(fā)家于新疆，最早從事風(fēng)力發(fā)電技術(shù)開發(fā)的企業(yè)，國內(nèi)連續(xù)9年市占率第一，走的技術(shù)路線為不需要齒輪箱加速的直驅(qū)型風(fēng)電機(jī)組，在未來大容量機(jī)組研發(fā)中，具有可靠性強(qiáng)的優(yōu)勢，但劣勢同樣存在，就是造價會偏高。
明陽智能
國內(nèi)排在第三，發(fā)家于廣東，其生產(chǎn)的機(jī)型具有豐富的抗臺經(jīng)驗(yàn)，利用沿海優(yōu)勢，在海上風(fēng)電開發(fā)領(lǐng)域積累有較深的經(jīng)驗(yàn)。走的技術(shù)路線為：半直驅(qū)路線，造價低于直驅(qū)但高于雙饋機(jī)組。
運(yùn)達(dá)股份
國企，技術(shù)積累雄厚，業(yè)內(nèi)人士（本人）盛贊其風(fēng)電機(jī)組性價比較高，目前在創(chuàng)業(yè)板上市，市值較低，但已進(jìn)入主升浪，借著上市融資，在20年風(fēng)電搶裝潮中大幅度擴(kuò)大市占率。其技術(shù)路線為雙饋型機(jī)組，同時也是唯一擁有國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的風(fēng)機(jī)廠商。
一個月前，偶爾看到運(yùn)達(dá)的市值，還曾吹過票，當(dāng)時運(yùn)達(dá)市值86億，現(xiàn)在么，120億了。
2.2 光伏
1、光伏發(fā)電原理
太陽光照在半導(dǎo)體p-n結(jié)上，形成新的空穴-電子對，在p-n結(jié)內(nèi)建電場的作用下，空穴由n區(qū)流向p區(qū)，電子由p區(qū)流向n區(qū)，接通電路后就形成電流。
2、各大光伏廠商
上圖是2020年全球光伏組件出貨排名，前十大廠家中，除了第六是韓國的，第九是美國的，其他全是中國的。
排第二的晶科在美股上市，A股上市的晶科科技和晶科能源雖然是同一個老板，但主要做電站建設(shè)和運(yùn)營，并不是生產(chǎn)光伏組件的企業(yè)。
其他幾家隆基、晶澳、天合等，市值都很高了，而且目前正處在光伏技術(shù)變革的前夕，組件企業(yè)的市值上升空間有限。
3、下一代光伏技術(shù)
PERC電池
目前主流技術(shù)路線為單晶硅PERC電池。
代表廠家：隆基股份
優(yōu)點(diǎn)：技術(shù)路線成熟，良品率高，市占率最高。
缺點(diǎn)：工業(yè)化生產(chǎn)的PERC電池（24%）已接近其光電轉(zhuǎn)換率的極限（24.5%），未來幾乎沒有提升空間。
Topcon電池
2013年由德國提出，基底材料為N型硅，通過添加氧化物的形式來增加背板的反射，提高光電轉(zhuǎn)換效率，本質(zhì)上可以理解為PERC電池的升級版。
代表廠家：隆基股份、中來股份、晶科、天合光能等
優(yōu)點(diǎn)：光電轉(zhuǎn)換率極限更高（28.7%），衰減率更低，生產(chǎn)線可基于目前的PERC生產(chǎn)線升級改造而成。
缺點(diǎn)：成本目前較高，工序更為復(fù)雜，良品率低，現(xiàn)在生產(chǎn)的可商用Topcon電池轉(zhuǎn)換率約24.5%。
HIT電池
1990年由日本提出，基底材料為N型硅，又名HJT/ SHJ/ HDT電池，通過在N型硅片基地添加非晶硅材料薄膜的形式來提高光電轉(zhuǎn)換效率。
代表廠家：隆基股份、通威股份、邁為股份等
優(yōu)點(diǎn)：工序簡單，光電轉(zhuǎn)換率高（27.5%），均為低溫工藝，硅片更薄理論上未來成本更低。
缺點(diǎn)：成本暫時較高，生產(chǎn)線需重新建設(shè)，無法在PERC基礎(chǔ)上改造。
PS：還有個雙面鈍化電池路線，懶得講了，雙面鈍化，成本很難做過以上兩種技術(shù)路線。
最近A股上炒得火熱的HJT設(shè)備概念，其實(shí)就是資本在押注下一代光伏技術(shù)以HJT為主，而設(shè)備作為最先收益的公司已經(jīng)起飛。
上圖是在上一篇光伏產(chǎn)業(yè)鏈分析文章中的分享，有興趣的可以直接戳下方鏈接閱讀，整個光伏組件制造的過程涉及多個環(huán)節(jié)，各個環(huán)節(jié)的龍頭都有其投資價值。
2.3 氫能
單篇文章篇幅有限，可以點(diǎn)擊結(jié)語下方的相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈分析文章，了解氫能哦。
