小心風：對可再生能源增長熱潮的看法

執行摘要

可再生能源的成本現在下降得如此之快，以至於它應該在短短幾年內成為比傳統化石燃料更便宜的發電來源。 自 2010 年以來，陸上風能發電成本下降了約 23%，而同期太陽能光伏發電成本下降了 73%。

在投入大量時間幫助能源領域的客戶之後，我在本文中的目的是研究：

1. 過去十年可再生能源的增長及其預期增長。
2. 成本持續下降以及可再生能源關稅持續下降的原因。
3. 關稅下降對兩個主要利益相關者的影響——發電公司和設備製造公司。

注意：在本文中，我們關注太陽能光伏（solar PV）和基於風能的公用事業規模電力，而不是其他不斷發展的可再生技術，例如太陽能家庭系統（SHS）、基於電池/存儲的應用、電動汽車（電動汽車）、供暖系統、生物燃料等。

1. 可再生能源的增長

2017 年，全球可再生能源發電量增加了 167 吉瓦 (GW)，全球達到近 2,200 吉瓦。 從這個角度來看，全球所有能源的總裝機容量約為 6,700 吉瓦，因此可再生能源佔所有已安裝發電廠的 33%。 但是請注意，這並不意味著產生的所有能源中有 33% 來自可再生能源。 產生的總能量是容量因數 (CF/CUF) 或工廠負荷因數 (PLF) 的函數，並且通常對於煤炭和天然氣等傳統發電廠而言更高。 稍後我將詳細介紹容量係數和工廠負載係數。

同期，煤炭和天然氣發電的淨增加量為 70 吉瓦，約佔可再生能源增加量的 40%。 太陽能光伏（PV）在 2017 年顯著增長 32%，其次是風能，增長 10%，而煤電增加量下降。

由於價格迅速下降、技術進步和日益有利的政策環境，全球可再生能源轉型繼續快速推進。

根據 IEA 的預測，到 2022 年，可再生能源將實現強勁增長，裝機容量增長 43%（即增加 920 吉瓦）。 此外，風能和太陽能將佔未來五年全球可再生能源產能增長的 80% 以上。

可再生能源增長由太陽能光伏、風能和中國主導

預計到 2040 年，全球計劃投資新能源產能的 10 萬億美元中，可再生能源將佔 86%。僅中國就佔全球可再生能源產能增長的 40% 以上，佔總投資的 45%，這主要是由對空氣污染和容量目標的擔憂。 與這一戰略相輔相成的是，中國公司佔全球太陽能電池年總製造能力的 60% 左右。 中國的市場和政策發展將對太陽能光伏需求、供應和價格產生更廣泛的全球影響。

電力市場的這種深刻轉變意味著到 2023 年太陽能和陸上風能將在經濟上與美國新建的天然氣發電廠競爭，到 2028 年超過它們。展望未來，到 2040 年太陽能和風能將佔裝機容量的近 50%，超過 33發電量百分比——風力發電量增加 4 倍，太陽能發電量增加 14 倍。

除裝機容量外，發電量的增長

在能源生產方面，可再生能源現在也正在趕上傳統能源主力煤炭。 這是了解功率 (MW) 和能源 (MWh) 之間差異的快速方法 – 一般來說，可再生能源的容量係數 (CF/CUF) 或工廠負荷係數 (PLF) 比傳統發電廠低，即每 1 MW就容量而言，可再生工廠產生的能量（或 MWh）比相應的傳統工廠少。

對於太陽能和風力發電廠，PLF 通常為 15-30%，而對於煤炭和天然氣發電廠，PLF 可在 60-90% 範圍內，PLF 也可達到 95%，即 1MW 可再生電廠通常每年產生 1,750 兆瓦時，而傳統工廠通常每年產生 7,000 兆瓦時——這是一個巨大的差異。 在可再生能源中，只有水電可以與傳統電力的PLF競爭，一些水電站的PLF超過70%。

即使 PLF 較低，產能增加率也已提高到在全球範圍內，可再生能源現在產生與天然氣發電廠相同數量的能源。 他們還預計到 2023 年將縮小與煤炭的差距（17% 的差距），這是一項重大成就。

2.生產成本下降

太陽能光伏中的摩爾定律

在我的觀察中，組件和逆變器約占公用事業規模太陽能項目成本的 70%，而這兩個組件一直在推動太陽能成本的下降。

要了解模塊（實際面板）和逆變器的外觀，以及它們在太陽能發電廠環境中的重要性，我參考了 Sarah Hwong 的示意圖：

太陽能組件和逆變器價格下降的原因有多種，包括但不限於：供過於求、歐元和日元貶值、最低進口價格下調。 在太陽能光伏行業，買家對價格也極為敏感，這給設備供應商帶來了持續的價格壓力。 由於中國政府通過 2018 年 6 月啟動的新政策限制太陽能增長，預計 2018 年全球太陽能組件的平均售價將下降約35% 。

風力設備價格下跌的驅動因素包括渦輪機和逆變器價格的下降、安裝技術的改進、更好的供應鏈管理以及製造商的資金成本降低。

對平準化成本或 LCOE 的影響

平準化電力成本 (LCOE) 是能源的一個重要指標； 它衡量了發電廠（在其整個使用壽命內）產生每兆瓦時電力的總成本。 這包括項目開發、建設和各種運營費用的成本。 我們在 2018 年看到的是，太陽能光伏和風能的 LCOE 現在與化石燃料相當。

陸上風電的平均平準化成本最低，為 45 美元/兆瓦時，公用事業規模的光伏電站緊隨其後，為 50 美元/兆瓦時。 相比之下，傳統技術成本最低的是天然氣聯合循環技術，平均為 60 美元/MWh，燃煤電廠的平均成本為 102 美元/MWh。

許多可再生技術，如風能、太陽能和地熱能，建造起來並不便宜，但一旦啟動並運行，它們就沒有燃料成本，而且通常也具有較低的 O&M 成本。 因此，可再生設備的設備成本下降對其 LCOE 的影響遠大於傳統發電設備成本的類似下降。 燃料、運營和維護成本通常會在 20-25 年期間隨著通貨膨脹而上升，因此它們對 LCOE 的影響不成比例。

因此，宣布的太陽能光伏和風電採購協議的合同價格越來越接近或低於新建天然氣和燃煤電廠的發電成本。 您可以在下面看到尤其是太陽能成本降低的影響，其 2017 年的 LCOE 僅為 2009 年的 14%。

為什麼我們仍然需要化石燃料？

儘管風能和太陽能現在具有成本競爭力，並且與化石燃料相比具有相當大的環境優勢，但它們仍然被認為是“間歇性”或“可變”能源。 太陽並不總是閃耀，風並不總是在吹。

因此，風能和太陽能無法完全取代某些傳統“基本負荷”來源為系統提供的服務。 然而，公用事業和電力運營商正在發現多種新方法，這些技術可以為整個電網提供更多價值。

可再生技術的下一個突破將是使用電池進行廉價、可擴展和高效的能源存儲。 從某種意義上說，這是可再生能源的聖杯，能夠儲存能量以供無法發電時使用。 鋰離子電池價格自 2014 年以來已減半，許多分析師認為，隨著大量大型電池工廠的建成，價格將進一步下跌。 正如我們在埃隆馬斯克的特斯拉和 SolarCity 等公司看到的那樣，電池領域的創新和垂直整合正在迅速發展。

3. 可再生能源關稅下降

上網電價 (FIT) 競爭性拍賣的興起

可再生能源項目歷來依賴政府政策，讓他們對所發電的電價（或上網電價）充滿信心，從而為項目收入提供指導。 政策現在正在改變方向，許多國家正在從政府設定的關稅轉向具有長期電力購買協議 (PPA) 的公用事業規模項目的競爭性拍賣。

PPA 是電力的購買者或“承購者”（國有或私人公用事業或私人公司）與發電商簽署的協議，以預定的成本或“關稅”購買部分或全部發電量。定義的時間段（在可再生環境中通常為 20-25 年）。

預計 2017-22 年近 50% 的可再生能源產能擴張將由競爭性 PPA 拍賣推動，而 2016 年這一比例略高於 20%。這種通過招標的競爭性價格發現機制壓縮了整個價值鏈的成本，從而成為更為政府提供具有成本效益的政策選擇。

拍賣價格繼續下跌

在印度、德國和土耳其等一些主要國家，競爭加劇使太陽能光伏和風能項目的薪酬水平在短短兩年內降低了 30-40%。 儘管新建項目的平均發電成本仍然較高，但宣布的風能和太陽能拍賣價格繼續下降。 在 2017-22 年期間，公用事業規模太陽能光伏的全球平均發電成本估計將進一步下降約 25%，陸上風能將進一步下降近 15%。

創紀錄的低價出價

2017 年拍賣的最低關稅來自墨西哥——平均太陽能和風能出價分別為 20.80 美元/兆瓦時和 18.60 美元/兆瓦時。 這兩個數字都被認為是世界紀錄低點。 在印度，太陽能拍賣的電價現在為 30-40 美元/兆瓦時，低於 4 年前的 90-100 美元/兆瓦時。 與世界各地的其他拍賣不同，在印度贏得關稅不是與通貨膨脹掛鉤的，因此它們的實際價值會迅速下降。

公用事業和客戶的好消息？

能源關稅下降意味著國有公用事業和政府的支出減少。 如果將較低的價格轉嫁給最終消費者（工業、商業或住宅），他們也會受益。 如果私營企業等終端消費者直接與發電公司簽訂購電協議，他們也會受益。

我們現在將研究這些關稅下降對能源價值鏈中其他利益相關者（即發電公司和設備製造商）的影響。

四、對發電企業和製造企業的影響

關稅下降迫使發電公司調整和優化成本。 降低設備採購成本、降低融資成本和規模經濟比實際實施項目的能力更重要。 在發展中國家，由於當地貨幣貶值、對沖成本以及進口關稅和稅收的不確定性，開發商需要承擔的額外風險也會增加這些成本。

成本削減措施

現行報價通常低於實際生產成本。 根據上述數據，太陽能的平均成本在 50 美元/MWh 範圍內，而報價和中標現在在 30 美元以下/MWh 範圍內。 即使我們考慮到 35-40 美元/MWh 的更低成本，這也意味著太陽能發電商的平均成本。 損失 5-10 美元/MWh 產生。 迫使電力生產商尋找其他降低成本的方法——其中一些可能會影響電廠 20-25 年的長期績效。 在未提供詳細技術規範或檢驗程序不嚴格的投標中，這可能導致以下項目的質量低於標準：

模塊

進入組件製造的每個組件（即電池、背板、玻璃、框架等）都可以進行“成本優化”，但這些低於標準的組件能否產生 20-25 年的額定功率仍然存在被看到。 在模塊中，電池是發生從陽光能到電能轉換的地方。 在某些條件下，它們可以達到 80 攝氏度左右的溫度，因此質量較低的電池會長期嚴重影響發電。

逆變器

它們的作用是將模塊產生的直流電（DC）轉換成可以饋入電網的交流電（AC）； 構成太陽能光伏系統核心的電路。 當今使用的大多數逆變器的使用壽命為 10-15 年，在平均 PPA 的期限內（即 25 年）至少需要更換一次。 但隨著電價的下降和運維預算的降低，逆變器是一個常見的削減成本的犧牲品。

結構

鋼結構，也稱為模塊安裝結構，可以在各種天氣條件下將模塊支撐 20-25 年。 最新的趨勢是減少安裝結構中使用的鋼材量，以每兆瓦噸數（每兆瓦小於 25 噸）和厚度（小於 1 毫米）計。 鋼鐵是與通貨膨脹相關的相對昂貴的組成部分，因此會嚴重影響建築預算。

其他

工廠成本的平衡，例如日常電纜、導體和接地，可能看起來是次要項目，但卻是至關重要的。 在這裡對質量進行妥協可能會導致工廠不理想，甚至不安全。 在安裝程序方面也是如此，當預算低且時間緊迫時，預計工程和安裝會走捷徑

財大氣粗者將佔上風，整合勢在必行

所有這些削減成本的措施都會影響工廠的整體產量（PLF 或 CUF），從而導致更高的 LCOE（按每千瓦時發電量計算）。 由於電價是固定的，因此實現率較低，因此開始了發電公司的惡性循環。

開發可再生能源資產現在只適用於財力雄厚的大型企業。 我有機會為多個大大小小的太陽能和風能項目客戶提交投標書——在所有情況下，較小規模（小於 5MW）的投標不如較大的項目規模（50MW 以上）具有競爭力。 雖然這是大型項目所享有的自然優勢，但在許多情況下，由於土地不可用或無法負擔，建立一個 50MW 太陽能項目（需要大約 200-250 英畝的連續土地）可能不可行注意：每個MW太陽能需要4-5英畝的土地，可根據土地形狀、地形和其他場地條件增加。

分佈式發電的需求，而不是大型發電廠，是一個緊迫且古老的需求，但低關稅只會加速小型發電機組的消亡。

普遍的低投標關稅在“承購人”（購買者）心中對可再生能源的真實成本產生了不切實際的期望。 無論發電廠的規模如何，國有或私營的承購商都不願意為任何可再生能源支付遠高於最低報價的價格。 這再次導致了成本削減、次優性能、更高的 LCOE 和更高的發電機每千瓦時損耗的惡性循環。

這導致了太陽能發電行業的整合，只有少數參與者獲得了州和中央公用事業公司宣布的所有主要 PPA 合同。 較小的參與者不得不改變他們的商業模式，並更多地關注 EPC（工程、採購和施工）模式以實現快速現金流，但由於現行關稅，這裡的利潤微薄。 即使在較大的公司中，由於單位經濟的惡化，也出現了清算和裁員。

對設備製造商的影響

面對持續的不可預測性，組件/電池製造商不得不調整策略。 由於中國控制著全球 40% 以上的太陽能光伏需求，因此這裡做出的任何政策決定都會嚴重影響製造企業。 2018年5月，中國政府宣布取消對太陽能光伏的支持。 這導致市場供過於求，並擔心未來幾年將繼續供過於求。 製造商面前的選擇是：

1. 坐在庫存上。
2. 尋找新客戶來吸收多餘的生產。
3. 以大幅折扣銷售產品並降低產能以滿足當前需求水平。
4. 上述所有的。

由於中國產品以歷史低位湧入海外市場，這通常會導致中國和海外製造工廠的裁員。

在價格下跌的正面標題下，隱藏著危險

雖然可再生能源的成本已經下降，但公開的拍賣關稅並未反映產生該能源的真實成本。 發電商收到的成本和收入之間的正差對價值鏈產生不利影響。 正如這裡提到的，單位經濟學總是很重要（即使在可再生能源中），公司必須忽視這一點，後果自負。

不應將價格下跌作為進步的一個例子來慶祝。 價格下跌需要具有可持續性和包容性，才能表明可再生能源製度的進步。