近半年以來(lái)，多個(gè)省區(qū)陸續(xù)對(duì)外披露十四五能源發(fā)展規(guī)劃，并且對(duì)風(fēng)電、光伏在十四五期間的增量進(jìn)行了規(guī)劃和部署。據(jù)相關(guān)測(cè)算，目前已經(jīng)對(duì)規(guī)劃進(jìn)行披露的省份總數(shù)共達(dá)23個(gè)，總規(guī)模達(dá)到6.2億千瓦。作為產(chǎn)業(yè)鏈涵蓋最全面、建設(shè)范圍最廣、市場(chǎng)化水平最高的兩個(gè)新能源發(fā)電產(chǎn)業(yè)，風(fēng)電和光伏即將開(kāi)始第一輪正式爭(zhēng)霸。
目前無(wú)論是海上風(fēng)電還是陸上風(fēng)電均已全面實(shí)現(xiàn)平價(jià)，雖然國(guó)家在政策上對(duì)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)仍舊保持著還很大的扶持力度，但是總的來(lái)說(shuō)風(fēng)電已然是實(shí)現(xiàn)了“脫離拐棍，自己走路”，這就要求風(fēng)電與更多的發(fā)電類型同臺(tái)競(jìng)技，在能源市場(chǎng)中為自己爭(zhēng)取一席之地。在“十四五”這場(chǎng)能源大戰(zhàn)中，新能源將要如何pk化石能源？風(fēng)電將要如何pk光伏？我們不得而知。本文中，將會(huì)從光伏及風(fēng)電的技術(shù)原理及發(fā)電特點(diǎn)、成本比較、適配場(chǎng)景、大基地兼蓄發(fā)展四個(gè)層面進(jìn)行對(duì)比和論述。
光伏風(fēng)電發(fā)電特點(diǎn)對(duì)比
太陽(yáng)能電池工作原理的基礎(chǔ)是半導(dǎo)體PN結(jié)的光生伏打效應(yīng)，即當(dāng)太陽(yáng)光或其它光照射到半導(dǎo)體PN結(jié)時(shí)，就會(huì)在PN結(jié)兩邊出現(xiàn)電壓，叫做光生電壓。根據(jù)太陽(yáng)能發(fā)電的特點(diǎn)，我們可以分析出光伏電場(chǎng)存在以下特點(diǎn)：首先，適合小范圍建設(shè)，小至戶用，大至大規(guī)模能源基地建設(shè)均可使用，便于以村、縣為單位進(jìn)行推進(jìn)建設(shè)。其次，機(jī)組本身沒(méi)有活動(dòng)部件便于運(yùn)輸和組裝，在電場(chǎng)建設(shè)過(guò)程中可以大幅減少建設(shè)成本和時(shí)間成本，項(xiàng)目的推進(jìn)難度比較小。最后，光伏電場(chǎng)不產(chǎn)生廢棄物和噪音，對(duì)生態(tài)環(huán)境和居民居住環(huán)境的影響比較小，在項(xiàng)目的籌劃階段相對(duì)較為容易。
首先，光伏電場(chǎng)對(duì)日照時(shí)間和強(qiáng)度的依賴性很強(qiáng)，季節(jié)變化、晝夜交替都會(huì)對(duì)發(fā)電量產(chǎn)生很大影響，發(fā)電量的晝夜變化明顯，所處地區(qū)的年晝長(zhǎng)時(shí)間對(duì)光復(fù)電場(chǎng)發(fā)電總量的影響明顯。其次，在單位面積內(nèi)，光伏發(fā)電所產(chǎn)生的電量明顯低于風(fēng)力發(fā)電所產(chǎn)生的電量，在同等的發(fā)電量任務(wù)下，光伏電場(chǎng)所需要的場(chǎng)址面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于風(fēng)力發(fā)電。
風(fēng)力發(fā)電是利用風(fēng)力帶動(dòng)風(fēng)車葉片旋轉(zhuǎn)，再透過(guò)增速機(jī)將旋轉(zhuǎn)的速度提升，來(lái)促使發(fā)電機(jī)發(fā)電，在此過(guò)程中將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，再將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。基于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的發(fā)電原理，可以總結(jié)出以下特征。首次，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組通常體量較大，同時(shí)在單位面積內(nèi)所產(chǎn)生的電能要更多，在同等發(fā)電要求的基礎(chǔ)上，相較于光伏更加節(jié)省用地面積。其次，相較于光伏年可利用小時(shí)更長(zhǎng)，如果是海上風(fēng)電發(fā)電更為平穩(wěn)，同時(shí)發(fā)電量要更高。這也就意味著，風(fēng)力發(fā)電在大規(guī)模電場(chǎng)建設(shè)中更具優(yōu)勢(shì)。
但是風(fēng)力發(fā)電也存在一些天然的問(wèn)題存在。相較于光伏，風(fēng)力發(fā)電整個(gè)過(guò)程都是動(dòng)態(tài)的，這也就意味著對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的影響更大，在我國(guó)南部地區(qū)及中東部地區(qū)進(jìn)行分散式風(fēng)電的推進(jìn)建設(shè)，需要對(duì)環(huán)境及人口居住情況進(jìn)行考察。其次，風(fēng)電機(jī)組體量較大，需要在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行吊裝，這就意味著建設(shè)難度和成本都要高于光伏電場(chǎng)，同時(shí)在后期的運(yùn)維過(guò)程中，難度和成本也會(huì)不同程度的增加。
隨著多年以來(lái)國(guó)家加強(qiáng)對(duì)新能源產(chǎn)業(yè)的投入，目前在我國(guó)無(wú)論是光伏還是風(fēng)電，在制造業(yè)及相關(guān)配套產(chǎn)業(yè)上均已達(dá)到了世界先進(jìn)水平。但是由于新能源發(fā)電具有先天的不穩(wěn)定性，目前很多問(wèn)題依然存在，需要借助儲(chǔ)能或者調(diào)峰系統(tǒng)對(duì)“綠電”加以控制，才能為人所用。
根據(jù)相關(guān)的測(cè)算，光伏在最近的10年里，單瓦成本降低了90％以上，而風(fēng)電單瓦成本降低了50％以上。從單瓦成本上來(lái)看，似乎光伏具有更大優(yōu)勢(shì)。但是由于近年來(lái)海上風(fēng)電大量進(jìn)入市場(chǎng)，且如今海上風(fēng)電相關(guān)技術(shù)愈發(fā)成熟，單機(jī)容量大幅上升，同時(shí)具有靠近負(fù)荷中心的優(yōu)勢(shì)，大大增強(qiáng)了風(fēng)電產(chǎn)業(yè)在能源市場(chǎng)中的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。當(dāng)前，雖然海上風(fēng)電已經(jīng)全面進(jìn)入了平價(jià)時(shí)代，但是相對(duì)來(lái)說(shuō)成本還是偏高，隨著未來(lái)技術(shù)繼續(xù)提升，海上風(fēng)電機(jī)組的發(fā)電能力和可靠性將會(huì)進(jìn)一步增強(qiáng)。在未來(lái)的能源市場(chǎng)中，海上風(fēng)電的發(fā)展?jié)摿Ρ粯I(yè)內(nèi)所看好，普遍認(rèn)為其前景將會(huì)力壓陸上風(fēng)電，進(jìn)一提升在沿海城市的裝機(jī)比重。
從制造側(cè)來(lái)看，風(fēng)電制造企業(yè)相對(duì)來(lái)說(shuō)比較集中，造成這個(gè)現(xiàn)象的主要原因是風(fēng)電對(duì)企業(yè)的制造水平要求要更高。由于目前風(fēng)電機(jī)組朝著大型化發(fā)展趨勢(shì)明顯，未來(lái)的風(fēng)電整機(jī)體量將會(huì)更大，這將會(huì)大大提升產(chǎn)品的制造難度。通常，針對(duì)個(gè)別項(xiàng)目進(jìn)行生產(chǎn)制造，對(duì)比于光伏，風(fēng)電整機(jī)制造體量很大但是數(shù)量卻并不多，生產(chǎn)線價(jià)格低廉，制造標(biāo)準(zhǔn)要求卻比較高。這就導(dǎo)致了風(fēng)電市場(chǎng)中的參與企業(yè)相對(duì)來(lái)說(shuō)比較固定，都是一些掌握技術(shù)和充足資本的老牌企業(yè)。與風(fēng)電的技術(shù)導(dǎo)向型占主體不同的是，光伏更傾向于資本導(dǎo)向。光伏產(chǎn)品生產(chǎn)培植需要大量資本，可以說(shuō)越高的資本投入就可以生產(chǎn)出更優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品，反而對(duì)制造企業(yè)的體量要求、技術(shù)要求并不高。這也就意味著，單從產(chǎn)業(yè)鏈上來(lái)看，光伏產(chǎn)業(yè)所需要的資本投入要更高，風(fēng)電產(chǎn)業(yè)所需要的技術(shù)成本要更高。
從發(fā)電側(cè)來(lái)看，需要用到度電成本的計(jì)算公式，主要考量方面是項(xiàng)目的建造成本、年發(fā)電小時(shí)數(shù)、運(yùn)維成本。在年發(fā)電量相同的基礎(chǔ)上陸上風(fēng)電項(xiàng)目的運(yùn)維成本均到度電以后與光伏項(xiàng)目的運(yùn)維成本接近，海上風(fēng)電的運(yùn)維成本要偏高。從建造成本這一角度上來(lái)看，光伏項(xiàng)目受到的地理環(huán)境影響比較小，風(fēng)電項(xiàng)目受到的環(huán)境影響相對(duì)較大，地形、季節(jié)、環(huán)境均會(huì)對(duì)建造成本產(chǎn)生較大的影響。其中，風(fēng)電在三北地區(qū)的建造成本普遍較低，華北及中東部地區(qū)的建造成本次之，南部地區(qū)及人口相對(duì)聚集的省市建造成本更高，而海上風(fēng)電項(xiàng)目建造成本則要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于陸上風(fēng)電項(xiàng)目。由于風(fēng)電項(xiàng)目的年發(fā)電小時(shí)數(shù)要更高，年均發(fā)電量也要更高，平均到度電以后風(fēng)電度電成本要低于光伏度電成本。從長(zhǎng)期視角來(lái)看，未來(lái)光伏的降本空間要更大，而目前風(fēng)電產(chǎn)業(yè)仍舊處于部件國(guó)產(chǎn)化的紅利期，未來(lái)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)性可能會(huì)高于光伏產(chǎn)業(yè)。
總的來(lái)說(shuō)，光伏和風(fēng)電并不存在根本上的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)，可能在部分項(xiàng)目上風(fēng)電的度電成本要更低，但是在環(huán)境、自然條件、未來(lái)發(fā)展空間的綜合考量下，光伏的優(yōu)勢(shì)可能更為明顯。對(duì)于我國(guó)“雙碳”事業(yè)進(jìn)程而言，無(wú)論光伏還是風(fēng)電都是兩把“好槍”，無(wú)論哪個(gè)產(chǎn)業(yè)進(jìn)行革新，最重要的是將新能源電力置身于整個(gè)能源市場(chǎng)，在能源市場(chǎng)中提升占比，進(jìn)一步降低火電的比重。
相較于風(fēng)電，光伏的優(yōu)點(diǎn)在于適配范圍更廣，應(yīng)用場(chǎng)景更為靈活。由于光伏便于運(yùn)輸?shù)耐瑫r(shí)安裝成本比較低，在各類場(chǎng)景中融合度較高。例如，光伏便于與建筑相融合，在城市場(chǎng)景中應(yīng)用乃至于整縣推進(jìn)都具有更大的優(yōu)勢(shì)，目前光伏和商場(chǎng)及露天停車場(chǎng)的結(jié)合應(yīng)用已經(jīng)屢見(jiàn)不鮮，同時(shí)光伏作為新能源的“老大哥”早早就已經(jīng)走進(jìn)了鄉(xiāng)村，充分利用光資源為鄉(xiāng)村帶來(lái)清潔電力。
而風(fēng)電最突出的有點(diǎn)則在于適配大規(guī)模建場(chǎng)。在單位面積下，風(fēng)電彌補(bǔ)了光伏電站年利用率較低，年發(fā)電量較小的缺點(diǎn)，更大程度上放大的業(yè)主的收益。尤其在優(yōu)秀場(chǎng)址資源陸續(xù)減少的今天，在有限空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)更大收益顯得格外重要，也正因此風(fēng)電“家族”愈發(fā)壯大，抗冰凍、抗風(fēng)沙、抗臺(tái)風(fēng)等新機(jī)型層出不盡，風(fēng)電不僅走向了海洋淺灘，更是向高原、山地、沙漠、戈壁、荒灘、深遠(yuǎn)海進(jìn)軍。
值得一提的是“千鄉(xiāng)萬(wàn)村馭風(fēng)計(jì)劃”和“千鄉(xiāng)萬(wàn)村沐光行動(dòng)”的推行，徹底將鄉(xiāng)村清潔能源建設(shè)納入國(guó)家“雙碳”版圖。在計(jì)劃起初，光伏的推進(jìn)成果更為明顯，自去年年初開(kāi)始分布式光伏項(xiàng)目大量涌現(xiàn)，而風(fēng)電下鄉(xiāng)則是從去年九月開(kāi)始陸續(xù)進(jìn)入公眾視野。相對(duì)而言，光伏下鄉(xiāng)的難度要更小，因?yàn)楣夥l(fā)電具有更強(qiáng)的靈活性，而風(fēng)電下鄉(xiāng)則要充分考慮到機(jī)位定點(diǎn)、建設(shè)條件、資源評(píng)估、風(fēng)機(jī)臺(tái)數(shù)、土地占用等綜合因素，導(dǎo)致項(xiàng)目審批速度慢、建設(shè)難度大，嚴(yán)重阻礙了業(yè)主參與市場(chǎng)的積極性。目前分散式風(fēng)電的推進(jìn)工作受到了各方的廣泛支持。首先從項(xiàng)目審批階段進(jìn)一步簡(jiǎn)化流程，對(duì)各省的消納權(quán)重進(jìn)行科學(xué)分配，促進(jìn)項(xiàng)目的落地；其次，從技術(shù)層面上對(duì)分散式風(fēng)電項(xiàng)目進(jìn)行場(chǎng)景化定制，目前柔塔產(chǎn)品、低風(fēng)速產(chǎn)品、新型結(jié)構(gòu)產(chǎn)品陸續(xù)涌現(xiàn)；最后，充分調(diào)動(dòng)社會(huì)各方力量，進(jìn)一步擴(kuò)大項(xiàng)目落地的資金保障，進(jìn)一步為業(yè)主減輕項(xiàng)目推進(jìn)難度。
風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)的大力推行無(wú)疑為新能源產(chǎn)業(yè)帶來(lái)了全新生機(jī)。由于一般情況白天太陽(yáng)光線充足，夜晚風(fēng)較大，夏季陽(yáng)光資源較好，冬季風(fēng)資源相對(duì)豐富，所以風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)和光伏發(fā)電系統(tǒng)具有天然的互補(bǔ)性。也正是這種互補(bǔ)性，通過(guò)合理的利用和規(guī)劃，能夠盡可能的提升項(xiàng)目的年利用小時(shí)數(shù)，同時(shí)對(duì)發(fā)電曲線進(jìn)行調(diào)峰，增強(qiáng)電源可靠性。雖然近年來(lái)，新能源項(xiàng)目配備儲(chǔ)能系統(tǒng)發(fā)展的也相對(duì)完備，但是總的來(lái)說(shuō)配儲(chǔ)的成本價(jià)格還是比較高，影響業(yè)主的項(xiàng)目收益，通過(guò)風(fēng)光儲(chǔ)一體化建設(shè)的方式可以一定程度上降低項(xiàng)目的配儲(chǔ)要求，增強(qiáng)電源側(cè)的發(fā)電穩(wěn)定性。除此之外，風(fēng)光儲(chǔ)一體化項(xiàng)目還具有維系綠電市場(chǎng)電價(jià)穩(wěn)定、優(yōu)化資源配置、降低運(yùn)維成本等其他優(yōu)點(diǎn)。隨著我國(guó)新能源技術(shù)產(chǎn)業(yè)的逐漸完備，近些年來(lái)我國(guó)風(fēng)光儲(chǔ)一體化項(xiàng)目落地?cái)?shù)量及新增裝機(jī)容量逐年提升，獲取了豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，為新能源在我國(guó)的發(fā)展提供了一種更優(yōu)化的可行選擇。
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2022-07-25
風(fēng)電觀察王煜15300
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