小心风：对可再生能源增长热潮的看法

执行摘要

可再生能源的成本现在下降得如此之快，以至于它应该在短短几年内成为比传统化石燃料更便宜的发电来源。 自 2010 年以来，陆上风能发电成本下降了约 23%，而同期太阳能光伏发电成本下降了 73%。

在投入大量时间帮助能源领域的客户之后，我在本文中的目的是研究：

1. 过去十年可再生能源的增长及其预期增长。
2. 成本持续下降以​​及可再生能源关税持续下降的原因。
3. 关税下降对两个主要利益相关者的影响——发电公司和设备制造公司。

注意：在本文中，我们重点关注太阳能光伏（solar PV）和基于风能的公用事业规模电力，而不是其他不断发展的可再生技术，例如太阳能家庭系统（SHS）、基于电池/存储的应用、电动汽车（电动汽车）、供暖系统、生物燃料等。

1. 可再生能源的增长

2017 年，全球可再生能源发电量增加了 167 吉瓦 (GW)，全球达到近 2,200 吉瓦。 从这个角度来看，全球所有能源的总装机容量约为 6,700 吉瓦，因此可再生能源占所有已安装发电厂的 33%。 但是请注意，这并不意味着产生的所有能源中有 33% 来自可再生能源。 产生的总能量是容量因数 (CF/CUF) 或工厂负荷因数 (PLF) 的函数，并且通常对于煤炭和天然气等传统发电厂而言更高。 稍后我将详细介绍容量系数和工厂负载系数。

同期，煤炭和天然气发电的净增加量为 70 吉瓦，约占可再生能源增加量的 40%。 太阳能光伏（PV）在 2017 年显着增长 32%，其次是风能，增长 10%，而煤电增加量下降。

由于价格迅速下降、技术进步和日益有利的政策环境，全球可再生能源转型继续快速推进。

根据 IEA 的预测，到 2022 年，可再生能源将实现强劲增长，装机容量增长 43%（即增加 920 吉瓦）。 此外，风能和太阳能将占未来五年全球可再生能源产能增长的 80% 以上。

可再生能源增长由太阳能光伏、风能和中国主导

预计到 2040 年，全球计划投资新能源产能的 10 万亿美元中，可再生能源将占 86%。仅中国就占全球可再生能源产能增长的 40% 以上，占总投资的 45%，这主要是由对空气污染和容量目标的担忧。 与这一战略相辅相成的是，中国公司占全球太阳能电池年总制造能力的 60% 左右。 中国的市场和政策发展将对太阳能光伏需求、供应和价格产生更广泛的全球影响。

电力市场的这种深刻转变意味着到 2023 年太阳能和陆上风能将在经济上与美国新建的天然气发电厂竞争，到 2028 年超过它们。展望未来，到 2040 年太阳能和风能将占装机容量的近 50%，超过 33发电量百分比——风力发电量增加 4 倍，太阳能发电量增加 14 倍。

除装机容量外，发电量的增长

在能源生产方面，可再生能源现在也正在赶上传统能源主力煤炭。 这是了解功率 (MW) 和能源 (MWh) 之间差异的快速方法 – 一般来说，可再生能源的容量系数 (CF/CUF) 或工厂负荷系数 (PLF) 比传统发电厂低，即每 1 MW就容量而言，可再生工厂产生的能量（或 MWh）比相应的传统工厂少。

对于太阳能和风力发电厂，PLF 通常为 15-30%，而对于煤炭和天然气发电厂，PLF 可在 60-90% 范围内，PLF 也可达到 95%，即 1MW 可再生电厂通常每年产生 1,750 兆瓦时，而传统工厂通常每年产生 7,000 兆瓦时——这是一个巨大的差异。 在可再生能源中，只有水电可以与传统电力的PLF竞争，一些水电站的PLF超过70%。

即使 PLF 较低，产能增加率也已提高到在全球范围内，可再生能源现在产生与天然气发电厂相同数量的能源。 他们还预计到 2023 年将缩小与煤炭的差距（17% 的差距），这是一项重大成就。

2.生产成本下降

太阳能光伏中的摩尔定律

在我的观察中，组件和逆变器约占公用事业规模太阳能项目成本的 70%，而这两个组件一直在推动太阳能成本的下降。

要了解模块（实际面板）和逆变器的外观，以及它们在太阳能发电厂环境中的重要性，我参考了 Sarah Hwong 的示意图：

太阳能组件和逆变器价格下降的原因有多种，包括但不限于：供过于求、欧元和日元贬值、最低进口价格下调。 在太阳能光伏行业，买家对价格也极为敏感，这给设备供应商带来了持续的价格压力。 由于中国政府通过 2018 年 6 月启动的新政策限制太阳能增长，预计 2018 年全球太阳能组件的平均售价将下降约35% 。

风力设备价格下跌的驱动因素包括涡轮机和逆变器价格的下降、安装技术的改进、更好的供应链管理以及制造商的资金成本降低。

对平准化成本或 LCOE 的影响

平准化电力成本 (LCOE) 是能源的一个重要指标； 它衡量了发电厂（在其整个使用寿命内）产生每兆瓦时电力的总成本。 这包括项目开发、建设和各种运营费用的成本。 我们在 2018 年看到的是，太阳能光伏和风能的 LCOE 现在与化石燃料相当。

陆上风电的平均平准化成本最低，为 45 美元/兆瓦时，公用事业规模的光伏电站紧随其后，为 50 美元/兆瓦时。 相比之下，传统技术成本最低的是天然气联合循环技术，平均为 60 美元/MWh，燃煤电厂的平均成本为 102 美元/MWh。

许多可再生技术，如风能、太阳能和地热能，建造起来并不便宜，但一旦启动并运行，它们就没有燃料成本，而且通常也具有较低的 O&M 成本。 因此，可再生设备的设备成本下降对其 LCOE 的影响远大于传统发电设备成本的类似下降。 燃料、运营和维护成本通常会在 20-25 年期间随着通货膨胀而上升，因此它们对 LCOE 的影响不成比例。

因此，宣布的太阳能光伏和风电采购协议的合同价格越来越接近或低于新建天然气和燃煤电厂的发电成本。 您可以在下面看到尤其是太阳能成本降低的影响，其 2017 年的 LCOE 仅为 2009 年的 14%。

为什么我们仍然需要化石燃料？

尽管风能和太阳能现在具有成本竞争力，并且与化石燃料相比具有相当大的环境优势，但它们仍然被认为是“间歇性”或“可变”能源。 太阳并不总是闪耀，风并不总是在吹。

因此，风能和太阳能无法完全取代某些传统“基本负荷”来源为系统提供的服务。 然而，公用事业和电力运营商正在发现多种新方法，这些技术可以为整个电网提供更多价值。

可再生技术的下一个突破将是使用电池进行廉价、可扩展和高效的能源存储。 从某种意义上说，这是可再生能源的圣杯，能够储存能量以供无法发电时使用。 锂离子电池价格自 2014 年以来已减半，许多分析师认为，随着大量大型电池工厂的建成，价格将进一步下跌。 正如我们在埃隆马斯克的特斯拉和 SolarCity 等公司看到的那样，电池领域的创新和垂直整合正在迅速发展。

3. 可再生能源关税下降

上网电价 (FIT) 竞争性拍卖的兴起

可再生能源项目历来依赖政府政策，让他们对所发电的电价（或上网电价）充满信心，从而为项目收入提供指导。 政策现在正在改变方向，许多国家正在从政府设定的关税转向具有长期电力购买协议 (PPA) 的公用事业规模项目的竞争性拍卖。

PPA 是电力购买者或“承购者”（国有或私人公用事业或私人公司）与发电商签署的协议，以预定的成本或“关税”购买部分或全部发电量。定义的时间段（在可再生环境中通常为 20-25 年）。

预计 2017-22 年近 50% 的可再生能源产能扩张将由竞争性 PPA 拍卖推动，而 2016 年这一比例略高于 20%。这种通过招标的竞争性价格发现机制压缩了整个价值链的成本，从而成为更为政府提供具有成本效益的政策选择。

拍卖价格继续下跌

在印度、德国和土耳其等一些主要国家，竞争加剧使太阳能光伏和风能项目的薪酬水平在短短两年内降低了 30-40%。 尽管新建项目的平均发电成本仍然较高，但宣布的风能和太阳能拍卖价格继续下降。 在 2017-22 年期间，公用事业规模太阳能光伏的全球平均发电成本估计将进一步下降约 25%，陆上风能将进一步下降近 15%。

创纪录的低价出价

2017 年拍卖的最低关税来自墨西哥——平均太阳能和风能出价分别为 20.80 美元/兆瓦时和 18.60 美元/兆瓦时。 这两个数字都被认为是世界纪录低点。 在印度，太阳能拍卖的电价现在为 30-40 美元/兆瓦时，低于 4 年前的 90-100 美元/兆瓦时。 与世界各地的其他拍卖不同，在印度赢得关税不是与通货膨胀挂钩的，因此它们的实际价值会迅速下降。

公用事业和客户的好消息？

能源关税下降意味着国有公用事业和政府的支出减少。 如果将较低的价格转嫁给最终消费者（工业、商业或住宅），他们也会受益。 如果私营企业等终端消费者直接与发电公司签订购电协议，他们也会受益。

我们现在将研究这些关税下降对能源价值链中其他利益相关者（即发电公司和设备制造商）的影响。

四、对发电企业和制造企业的影响

关税下降迫使发电公司调整和优化成本。 降低设备采购成本、降低融资成本和规模经济比实际实施项目的能力更重要。 在发展中国家，由于当地货币贬值、对冲成本以及进口关税和税收的不确定性，开发商需要承担的额外风险也会增加这些成本。

成本削减措施

现行报价通常低于实际生产成本。 根据上述数据，太阳能的平均成本在 50 美元/MWh 范围内，而报价和中标现在在 30 美元以下/MWh 范围内。 即使我们考虑到 35-40 美元/MWh 的更低成本，这也意味着太阳能发电商的平均成本。 损失 5-10 美元/MWh 产生。 迫使电力生产商寻找其他降低成本的方法——其中一些可能会影响电厂 20-25 年的长期绩效。 在未提供详细技术规范或检验程序不严格的投标中，这可能导致以下项目的质量低于标准：

模块

进入组件制造的每个组件（即电池、背板、玻璃、框架等）都可以进行“成本优化”，但这些低于标准的组件能否产生 20-25 年的额定功率仍然存在被看到。 在模块中，电池是发生从阳光能到电能转换的地方。 在某些条件下，它们可以达到 80 摄氏度左右的温度，因此质量较低的电池会长期严重影响发电。

逆变器

它们的作用是将模块产生的直流电（DC）转换成可以馈入电网的交流电（AC）； 构成太阳能光伏系统核心的电路。 当今使用的大多数逆变器的使用寿命为 10-15 年，在平均 PPA 的期限内（即 25 年）至少需要更换一次。 但随着电价的下降和运维预算的降低，逆变器是一个常见的削减成本的牺牲品。

结构

钢结构，也称为模块安装结构，可以在各种天气条件下将模块支撑 20-25 年。 最新的趋势是减少安装结构中使用的钢材量，以每兆瓦吨数（每兆瓦小于 25 吨）和厚度（小于 1 毫米）计。 钢铁是与通货膨胀相关的相对昂贵的组成部分，因此会严重影响建筑预算。

其他

工厂成本的平衡，例如日常电缆、导体和接地，可能看起来是次要项目，但却是至关重要的。 在这里对质量进行妥协可能会导致工厂不理想，甚至不安全。 在安装程序方面也是如此，当预算低且时间紧迫时，预计工程和安装会走捷径

财大气粗者将占上风，整合势在必行

所有这些削减成本的措施都会影响工厂的整体产量（PLF 或 CUF），从而导致更高的 LCOE（按每千瓦时发电量计算）。 由于电价是固定的，因此实现率较低，因此开始了发电公司的恶性循环。

开发可再生能源资产现在只适用于财力雄厚的大型企业。 我有机会为多个大大小小的太阳能和风能项目客户提交投标书——在所有情况下，较小规模（小于 5MW）的投标不如较大的项目规模（50MW 以上）具有竞争力。 虽然这是大型项目所享有的自然优势，但在许多情况下，由于土地不可用或无法负担，建立一个 50MW 太阳能项目（需要大约 200-250 英亩的连续土地）可能不可行注意：每个MW太阳能需要4-5英亩的土地，可根据土地形状、地形和其他场地条件增加。

分布式发电的需求，而不是大型发电厂，是一个紧迫且古老的需求，但低关税只会加速小型发电机组的消亡。

普遍的低投标关税在“承购人”（购买者）心中对可再生能源的真实成本产生了不切实际的期望。 无论发电厂的规模如何，国有或私营的承购商都不愿意为任何可再生能源支付远高于最低报价的价格。 这再次导致了成本削减、次优性能、更高的 LCOE 和更高的发电机每千瓦时损耗的恶性循环。

这导致了太阳能发电行业的整合，只有少数参与者获得了州和中央公用事业公司宣布的所有主要 PPA 合同。 较小的参与者不得不改变他们的商业模式，并更多地关注 EPC（工程、采购和施工）模式以实现快速现金流，但由于现行关税，这里的利润微薄。 即使在较大的公司中，由于单位经济的恶化，也出现了清算和裁员。

对设备制造商的影响

面对持续的不可预测性，组件/电池制造商不得不调整策略。 由于中国控制着全球 40% 以上的太阳能光伏需求，因此这里做出的任何政策决定都会严重影响制造企业。 2018年5月，中国政府宣布取消对太阳能光伏的支持。 这导致市场供过于求，并担心未来几年将继续供过于求。 制造商面前的选择是：

1. 坐在库存上。
2. 寻找新客户来吸收多余的生产。
3. 以大幅折扣销售产品并降低产能以满足当前需求水平。
4. 上述所有的。

由于中国产品以历史低位涌入海外市场，这通常会导致中国和海外制造工厂的裁员。

在价格下跌的正面标题下，隐藏着危险

虽然可再生能源的成本已经下降，但公开的拍卖关税并未反映产生该能源的真实成本。 发电商收到的成本和收入之间的正差对价值链产生不利影响。 正如这里提到的，单位经济学总是很重要（即使在可再生能源中），公司必须忽视这一点，后果自负。

不应将价格下跌作为进步的一个例子来庆祝。 价格下跌需要具有可持续性和包容性，才能表明可再生能源制度的进步。