当今世界风云变幻，疫情蔓延、战争爆发、能源中断……以及在不安定下暴露出来的种种理念上的冲突，都让未来变得更不确定，不过，这反而增加了“粮食安全”和“能源安全”战略的确定性。如果本国粮食与能源安全还是在有限的资源里争夺必然引发更大的混乱，出路在于科技的创造力，而本次的能源革命正是在第四次工业革命的背景下，朝着摆脱资源约束的方向展开。编者按：本文旨在观察新能源革命下新型电力系统的投资机会，因为涉及太多的产业，在技术和产业生态的认知上都有较高的门槛，所以，文章很难做到面面俱到，铭沨提供给我的初稿有一万多字，对部分产业做了更详细的描述，但考虑这份报告的目标只是梳理投资方向，所以，我编辑的时候删除了一些过于细节的内容，一方面是为了规避认知上的差距，另一方面也是希望不要偏离“命题作文”的主题太远。但显然，这个由大数据连接起来的“可再生能源+储能+智慧能源”的新型电力系统的每个环节都在改变，而且，将深刻改变人类的生存方式和生活方式，每一个课题都值得我们深入研究。Industry Observer@01
从地下碳基能源到地上零碳能源
能源作为人类文明发展的基石，不仅为现代工业文明提供社会运转的能量，而且在不断变革中推动人类科学技术进步。然而，在过去200多年的历史中，人类能源的来源主要是开采地壳中的各类化石燃料。仿佛一个被诅咒的妖魔，这些被关押在地下千万年的黑色能源来到人间后释放了他们的活力，却也暴露出他们的“邪恶”：人们对他们的高度依赖造成了地质破坏，也带来了巨大的环境污染和气候变化。
由于化石燃料的主要构成为碳基结构，在使用过程中也不断在向大气环境中排放碳氧化物等温室气体，根据各国气象部门的统计，近100年来，地球的气温正在逐年且加速上升。这仿佛是一个悖论：人类的科技和制造生产能力在不断进步，而我们生存的自然环境却越来越差。
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其根本原因，还是由于我们对于能源的需求逐年提高，相应的开采和排放也逐年增加。从煤炭到石油、到天然气、到可再生能源，人类致力于摆脱碳基能源，然而，更多发展中国家要步入工业文明，这就意味着需要更多的能源。
从我国近十年数据来看，随着生产力需求的增加，发电量也在持续增长。而由于火力发电占到了整体发电量的60%，因此近年来我国的碳排放量已经达到了全球最高水平。2016年，全球178个缔约方共同签署的气候变化协定，对2020年后全球应对气候变化的行动作出的统一安排，目标是将全球平均气温较前工业化时期上升幅度控制在1.5摄氏度以内，这对处于工业高速发展的中国来说是一个巨大的挑战。
本次可再生能源革命主导国家是欧洲，除了对人类美好生活的追求，还有一个巨大的驱动力就是要尽量摆脱能源进口依赖问题。而随着俄乌战争的发酵，欧洲能源短缺、社会生产力下降、经济下行，能源安全问题变得更加紧迫，因此，欧洲近期又提出到2050年需要10万亿欧元绿色投资实现能源转型！
2020年9月22日，习近平主席在第七十五届联合国大会一般性辩论上宣布，中国力争于2030年前二氧化碳排放达到峰值、2060年前实现碳中和，这必将加速中国能源体系向可再生能源转型。我们注意观察就会发现，尽管近三年来，国际政治、经济形势变化莫测，国内新冠疫情严重影响经济发展，但能源产业却表现出强劲的增长势头。本次能源变革的主旋律是电气化、智能化和可再生能源替代，也就是构建新型电力系统。
所幸的是，我们正处于人类第三次能源革命的浪潮中，而世界能源革命总是与工业革命相伴相随，这一次的能源革命恰逢世界第四次工业革命，正是第四次工业革命的物联网、大数据、智能制造支撑着世界能源的巨大变革：能源正在从地下开采过渡到地上能源的聚合，从资源产业转变为科技制造业！显然，能源转型将带来巨大的资源重构，带来了新的市场和机遇，在数字化发展引导领工业快速变革的当下，能源工业和电力系统也将会深受数字化的影响。
新型电力系统的定义是：“以承载实现碳达峰碳中和，贯彻新发展理念、构建新发展格局、推动高质量发展的内在要求为前提，确保能源电力安全为基本前提、以满足经济社会发展电力需求为首要目标、以最大化消纳新能源为主要任务，以坚强智能电网为枢纽平台，以源网荷储互动与多能互补为支撑，具有清洁低碳、安全可控、灵活高效、智能友好、开放互动基本特征的电力系统。”核心是“源网荷储，多能互补”。这必然是一个更加智能的电力系统。我们从发电侧、输电侧和用电侧产业链来梳理一下新型电力系统的生态，并寻找在生态链中的变化与机遇。如果说传统能源是将目光聚焦于地下的话，新能源可能更多就是将视线移到了地表之上，风能和光伏自2010年左右开始成为电力增量最重要的来源。我国的风能和光伏资源主要集中在西部，而用电需求则集中在东部，因此早期风能和光伏由于受此限制，弃风率和弃光率都较高，曾经被质疑为垃圾电。但光伏和风电不断创新的结果是，可再生能源的发电成本已经接近甚至低于传统煤电的成本，部分地区已经实现平价上网，而随着光伏与风电技术的迭代，可再生能源替代传统能源已经成为确定的趋势。据国家能源局统计，过去十年间，我国可再生能源发电总装机达到11亿千瓦，水电、风电、光伏发电、生物质发电装机规模稳居世界第一。其中，风电光伏并网装机合计6.7亿千瓦，是2012年的近90倍。今年1-5月份，全国可再生能源发电新增装机4349万千瓦，占全国发电新增装机的82.1%。可再生能源由于主要依赖自然环境，因此会因为日照时间、季节变化或天气变化产生不稳定性，这就派生出一个平抑能源波动的产业——储能。目前占比最大的储能依然是100年前就有的抽水蓄能储能，但抽水蓄能的储能受制于地理环境和水资源，所以，无法解决大规模可再生能源的波动性问题，近期，更加灵活的电化学储能正在快速发展。截至2020年底，全球已投运储能项目累计装机规模191.1GW，从我国投运储能项目的装机结构来看，抽水储能目前最主要的储能方式，占比达89.3%。传统的发电方式属于集中发电，再通过网络提供传输和供给，而随着风能和光伏的发展，类似岛屿、屋顶发电、绿电制绿氢等应用场景采用分布式发电更加灵活、经济，未来的能源供给模式可能会通过集中发电上网作为主要供能。分布式轻型发电来进行补充，可以提升电网在高峰期的稳定性，降低电网整体压力。与分布式发电匹配的电力调动系统是微电网技术，主要研究电力电子技术、PLC控制系统、光电器件、光伏发电、风力发电等方面的基本知识和技能，在微电网技术领域进行光电产品的生产、质检、安装、调试、维护以及光伏发电、生物能发电等系统的开发等。例如：燃料电池、太阳能电池的生产与质检，风力发电、光伏发电、沼气发电技术的开发等。在工业4.0的背景下，新型电力系统引入数字孪生技术的应用，解决了高比例新能源输配电系统大规模、远距离输送的安全问题，对风能和光伏的使用效率逐渐得到了提升，而相应的电价也逐年下降，随着双高电网技术持续发展，对光伏和风能的使用率也会逐步增加。通过数字化的智能控制系统的介入，将新型的电力网络逐渐构建为一个智能化的供电系统，提升电网的输电效率的同时降低能源消耗，配合发电侧的新能源项目，降低目前存在的较高的“弃风率”和“弃光率”，减少垃圾电现象。在双碳目标下节能一定是一个重要的课题。节能的方式包括用电设备自身技术上的进步带来的节能（如节能冰箱、节能空调、节能反应器等）和智能化管理带来的系统节能（如合同能源管理）。但对于电力系统来说，如果只是仅仅依靠节能依然很难实现双碳目标，重要的是调整能源结构，一是降低发电端煤炭的比例，二是在能源消费端进一步降低石油在交通领域的应用比例，对用电侧实施电气化替代：推广电动汽车与燃料电池汽车。
Industry Observer@03
“可再生能源+储能+智慧能源”投资机会
人类第三次能源革命带来的不仅仅是能源结构变化这么简单，能源从地下有限资源到地上无限资源本质上是能源的基本属性从资源产业变为制造业。这一改变将深刻地影响人类生产方式与生活方式。对投资人来说，巨大的变革意味着新的投资机会。新型电力系统是一个基于能源革命与工业革命的能源体系的重构系统。过去20年，光伏、风电、电动汽车、燃料电池等新型能源的技术进步为大规模传统能源替代奠定了良好的基础，未来20年，将是各种新能源和新技术相互耦合，共建新能源体系的时代。可以预期的是，可再生能源成本将进一步降低，整个能源系统将更加智能。产业的生态蕴含着重大的机遇，我们需要聚焦几个具有规模性的板块。光伏是基于材料科技创新的产业，光伏行业得以高速发展的本质是度电成本的降低，在过去十年间，光伏行业历经单多晶转型，引入金刚线切割、双面技术、半片技术、多主栅技术，尺寸逐步做大等等技术革新，所有这一切本质上均为降低度电成本。P型PERC电池经过5年发展，已逐步逼近理论效率极限，目前产线量产效率23%左右，理论极限效率24.5%，未来提升空间有限，且提升难度极大。N型TOPCon技术具有高达28.7%的效率，拥有巨大的发展潜力，且N型TOPCon技术拥有低衰减、低功率温度系数、高双面率、高弱光响应能力等优良的特性，是十四五光伏产业发展的核心技术路线，也是目前各个主流厂家开始重点布局的技术路线。随着技术的更迭光伏和风电的能源转化效率还会进一步升级，目前光伏已经处在第二代太阳能电池技术并且大多公司都开始了如异质结、钙钛矿，和其他有机金属卤化物半导体作为吸光材料的第三代技术的研发，预计第三代技术将会较第二代技术的能源转化效率高出30%-40%。风电的基本原理是机械制造，所以，风电的创新很大程度上是通过产品结构、尺寸、驱动系统的创新来提升生产效率。目前，风机逐步偏向海上半直驱的方式进行开发，半直驱结合了双馈式重量和体积优势和直驱式的组件低消耗双重优势，可以将度电成本进一步降低30%左右。
我们目前之所以发电量持续增高，主要是因为用电侧市场不断扩大，但是用电效率却并没有得到太多提升，单独去提升发电效率或输电效率并不能完全解决目前的能源需求问题，用电侧通过智能化转型，提升用电效率，降低能源需求，也是目前国家积极推进的项目，比如近年来国家推进的数据中心能源“瘦身”项目，就是由于近年来数据中心的规模和数量在不断扩大。光伏行业和风电行业都还有比较大的成长空间，不过，这两个行业特别是创新比较多的光伏产业赚了太多的钱，即使是异质结、钙钛矿等新的技术也基本上是上市公司的储备项目，一级市场投资机会并不大。传统抽水蓄能受限于地理环境，因此新型储能备受关注。目前，因为技术成熟度的原因，电化学储能快速增长。从宁德时代、比亚迪等锂电企业的财务报表来看，除了来自电动汽车的需求，储能也成为重要的增长点。化学储能增长的驱动力来自需求和供给两个方面，从需求端，可再能源特别是分布式光伏的发展为化学储能带来刚需;从供给端来看，过去10年，电化学储能成本每年平均下降10%-15%，目前系统成本在1.5元/Wh左右。目前，我国抽水蓄能的累计装机规模最大，为172.5GW；电化学储能的累计装机规模为14.2GW，其中锂离子电池的累计装机规模就占13.1GW。但有限的锂资源不足以满足巨大的储能市场需求，考虑到储能产业对储能装备的重量要求不高，钠离子电池、液流电池都成为研究的方向，而来自氢能领域的专家对可以跨越时间和区域且供给不受限的氢储能更加看好，认为未来能源的核心将是“可再生能源+氢”。广义上讲，电池储能一直以来都是我们重要的储能方式之一，但即便是将电能储存在电池当中，依然会随时间流失造成电能的流失，而目前可再生资源的短板就是无法将生产的能源适时传输上网从而产生了不必要的浪费，而通过分布式制氢让氢气和可再生能源进行氢电耦合之后，可以扩展更多的应用场景，并且为没有条件或者条件艰难的电网建设场景如离岸风电等打开一条新的储能道路。相关的一些企业也在进行如和氢能进行氢电耦合等项目的探索，目前已知的就有隆基绿能，协鑫集团，阳光电源，远景能源，金风科技等这些行业龙头企业，并且这些企业都已经成立了相关的氢能部门为储能做研发相关工作。目前，比较成型的电化学储能企业及逆变器生产企业基本上已经上市，一级市场投资聚焦在钠离子电池、液流电池、氢储能。全球范围来看，到目前为止，石油依然是第一大能源，主要应用于交通运输，而这一替代正在经由电动汽车的快速增长得到确定。2022年上半年，国内新能源车产销分别完成266万辆和260万辆，同比均增长1.2倍，市场渗透率已经达21.6%，其中，上海新能源汽车累计销量达到84617辆，市场渗透率达到42.44%。这一确定性带来的效果是各地纷纷抢占新能源汽车扩产的商机，新建新能源汽车和锂电池产能。不过，在行业享受高速增长的盛宴时，也存在进一步发展的隐忧：一是资源约束，并不是地球下的锂一夜之间被用光，而是锂资源太过集中，而且跟煤炭、石油、天然气一样，锂是“地下能源”。一样有着“妖魔化”的特质，一年之内十倍涨幅，让汽车企业都不得不去抢占锂矿资源，这个行业太紧张了。第二个问题如此大规模的增量，如果存量市场渗透率达到20%，电力系统是否承受得起？第三个问题是到2025年，退役的电池将达到较大的规模，如何做好循环经济？
面对这几个问题，对锂电这个行业来说我们要关注的投资机会是：（1）关注替代锂电的新技术。如新一代锂离子电池（通过增强或更换电池的阳极和阴极材料，以改进现有锂离子电池的效能）、钠离子电池（主要用于储能）、固态锂离子电池（传统锂离子电池的液态电解液和隔膜替换为固态电解质）、含锂电池（如锂空气电池、锂硫电池）；
（2）关注锂离子电池生态闭环的业务，即废旧电池回收再利用。这是一个非常大的难点，可能是机会，也可能是行业发展的瓶颈。
（3）关注燃料电池的技术进步与产业化进程。过去几年，燃料电池成本从20000元/kW下降至目前的4000元/kW，而且成本每年以20-30%的速度下降，行业预计到2025年下降至1000元/kW，而近期又传来香港科技大学研究出铂金用量下降80%的催化剂，2014年，正是因为丰田和戴姆勒在铂金量上的突破才使得燃料电池汽车产业化成为可能，如果香港大学的这一技术进入产业化对行业来说又将是一次革命性的进步。燃料电池的优越性还在于它是真正的清洁能源，但燃料电池的产业化需要产业链上一系列的突破，如绿电制氢、储运、加氢站都是氢能发展的瓶颈，就像我们看到锂电的发展一样，突破瓶颈的部分正是市场的投资机会。前面储能部分和用电部分其实都已经提及氢能，之所以在这里单独提出来，是因为氢能对未来的能源结构，特别是新型电力系统具有非常重要的意义。氢在未来工业体系中兼有能源和工业原料双重属性。氢能被列为国家战略，是因为它对“双碳”目标和能源独立都是无法绕过的产业。而从投资的时点来看，光伏、风电、锂电的龙头企业已经形成，行业处于10到100的发展阶段，行业格局已经非常清晰，市场只能跟踪变化因子和突破瓶颈的部分；而氢能则是一个规模巨大，产业链长，应用领域比较宽，燃料电池只是其中的一个应用场景，氢能在化工、冶金、储能及分布式发电领域都有广泛的应用。氢气的制备、储运、加注、应用每个环节都蕴含着巨大的新增市场。根据中国氢能联盟的预计，到2030年，中国绿氢需求量将达到3500万吨，在终端能源体系中占比5%。到2050年氢能将在中国终端能源体系中占比至少达到10%，产业链年产值约12万亿元。目前已有30多个国家制定了具体的氢能战略，并拨出了760亿美元的政府资金。全球已宣布了200多个大型项目，总价值超过3000亿美元。如果说光伏、风电、氢能是新型电力系统的硬件条件的化，那么，智慧能源就是新型电力系统的软件条件，这个系统实际上渗透到从发电侧、输电侧到用电侧全产业链。智慧能源系统是以大数据、物联网、区块链等为基础，对能源微网和光储充电站的设备数据采集和协调控制,通过Energy AI技术，对海量能源运行数据进行采集和深度分析,对智能电网模型、太阳能和风能模型、BSS运营模型、需求侧数据模型等持续模拟训练，实现了精准的需求侧响应、发电量预测、BSS运营预测。如分布式发电和微电网，在发展的过程中就需要依赖大量的数据和智能化设备进行运维，我国目前在智慧能源的相关配套系统上同样处于起步阶段，这也是导致微电网和分布式发电发展速度在我国相对较慢的一个原因，虽然我国在能源的智能化系统起步相对较晚，但是依赖于信息技术在全球市场中的优势，目前已经有如华为，联想，阿里等公司相继推出了智能电网系统。目前针对风能方向的有阿里达摩院研发的XLINK网络协议技术，可以将风机的联网效率提升近80%；而针对光伏，华为也在2021年推出了FusionSolar优化解决方案，FusionSolar是一套通过AI以及云技术等ICT方式将光伏发电从发电端到使用端进行完善优化的方案，整套方案可以降低20%LCOS，提升放电量15%，降低初始配置30%，节约运维170万元/MWh/年，相信随着新能源市场的逐步发展完善，分布式发电+微电网+智慧能源系统将会在我们未来的生活中扮演重要的角色。微电网作为分布式发电和小型电网的发配电系统，将会伴随分布式发电的规模扩大而得到进一步发展。不同于一般的高压电网，微电网的优势主要是根据电能使用场景和区域不同可以灵活调配的高效输电网络系统，微电网除了可以作为分布式发电的独立输电网络，也可以并入主电网，通过管理系统的调配，做到特殊状态下的供电平衡关系。
目前，大规模可再生能源企业如隆基绿能、协鑫集团、明阳智能、天合光能、远景能源等都在构建智慧能源的体系，而且通过用户端的智慧能源建设可以让用户对能源的时间和来源有更加主动的选择。不过能源大数据基本上掌握在大型能源集团手上。从投资的角度来看，主要关注的方向是专注电力行业的数字服务企业、物联网企业、逆变器企业、微电网相关企业。可以从隆基生态链、华为生态链等角度出发寻找投资标的。节能很大程度上也是通过数字化来实现的，如2020年全国数据中心已经占据了全国社会用电的1.5%-1.9%。而根据第三方机构Uptime Institute的数据调查，目前一般的数据中心的PUE为1.67左右（PUE理论越趋于1越好），而我国目前发展的绿色数据中心已经可以将PUE做到1.22左右，预计一年可以节约用电1000万千瓦时。新型电力系统是一个基于可再生能源与数字化融合的系统，“源网荷储，多能互补”将是一个数字化、智能化的电网系统，各种能源取长补短。能源革命伴随着众多的产品创新，但智能化则渗透到产品的设计、制造和系统的运行中，让我们再一次见证能源革命与工业革命的相伴相随。特别声明：电动中国转载其他网站内容，出于传递更多信息而非盈利之目的，同时并不代表赞成其观点或证实其描述，内容仅供参考。版权归原作者所有，若有侵权，请联系我们删除。
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