一,、碳中和背景

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,，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,，中國能源累計碳排放2100億噸，占全球碳排放的13%,。

圖片來自舒總的報告

目前我國的雙碳目標(biāo)為在2030年前碳達峰,，在2060年前實現(xiàn)碳中和,，這個目標(biāo)相對于目前世界上的幾大主要經(jīng)濟體而言，是要求最高,，時間最緊迫的,。

由于經(jīng)濟發(fā)展的水平不同，歐盟在上世紀(jì)80年代即實現(xiàn)了碳達峰,，日本在2008年,，美國在2007年也分別實現(xiàn)了碳達峰，而這幾大經(jīng)濟體的碳中和目標(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)達經(jīng)濟體而言，我國能源結(jié)構(gòu)改革,，任重道遠,。

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總量的一半以上，達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)濟性較差，電價較低有關(guān),。

由此,，其實可以引出為實現(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)和終端消費中的占比，是切實實現(xiàn)雙碳目標(biāo)最根本的途徑,。

二,、電源側(cè)

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)達經(jīng)濟體的能源結(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)機利用的是升力，在理論計算中,，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)機葉片的風(fēng)速
v2 - 流出風(fēng)機葉片的風(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,，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)機廠商所用的三葉片水平軸風(fēng)機在工程上的應(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)計上，已經(jīng)達到了空氣動力學(xué)的頂峰,。

目前風(fēng)機的技術(shù)進步主要是向著單機大型化的方向發(fā)展,，不論是陸上的風(fēng)電機組還是海上的風(fēng)電機組，追求單機大型化,，都可以減少土地（海洋）資源的浪費,，提高區(qū)域風(fēng)資源利用，減少各臺風(fēng)電機組之間的風(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)電機組,，是目前全球單機容量最高的風(fēng)電機組。

2021年8月20日,，明陽智能推出MySE16.0-242海上風(fēng)電機組,，該風(fēng)電機組單機容量達16MW，超過維斯塔斯V236-15.0MW,、西門子歌美颯14MW-222DD,、GE Haliade X 14MW-220三款機型，一舉“躍居”成為單機容量中國最大,、全球最大的海上風(fēng)電機組,。

• 解釋下：型號中的242指的是風(fēng)機的葉輪直徑，也就是說這個16MW的龐然大物,，單單是葉片直徑就達到了242米,，如果塔筒高度在有個150m左右，單機最高可以達到接近300m,。

2,、各大風(fēng)機廠商

上圖是全球前15大風(fēng)機廠商的市占率排名，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大容量機組路線,，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),。

隨著單機大容量機組發(fā)展路線的確立，我國的風(fēng)機廠商正在奮力追趕,，目前的主要限制因素不在廠家端,，而在于風(fēng)機產(chǎn)業(yè)鏈的上游——高強度葉片材料的制造。

目前A股上市的主流風(fēng)機整機制造廠商有：

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)電機組,，在未來大容量機組研發(fā)中，具有可靠性強的優(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)的機型具有豐富的抗臺經(jīng)驗，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。走的技術(shù)路線為：半直驅(qū)路線,，造價低于直驅(qū)但高于雙饋機組,。

運達股份

國企,，技術(shù)積累雄厚，業(yè)內(nèi)人士（本人）盛贊其風(fēng)電機組性價比較高,，目前在創(chuàng)業(yè)板上市,，市值較低，但已進入主升浪,，借著上市融資,，在20年風(fēng)電搶裝潮中大幅度擴大市占率。其技術(shù)路線為雙饋型機組,，同時也是唯一擁有國家重點實驗室的風(fēng)機廠商,。

一個月前，偶爾看到運達的市值,，還曾吹過票,，當(dāng)時運達市值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：技術(shù)路線成熟，良品率高,，市占率最高,。

缺點：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：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：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：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：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,，可以點擊結(jié)語下方的相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈分析文章，了解氫能哦,。

三,、結(jié)語