Richard Keiser
Keiser Analytics

100GW的市场需求VS美国太阳能市场即将到来的拐点

  • 2011年11月14日
  • 作者: Richard Keiser

    Richard Keiser

    Keiser Analytics

    理查德•凯泽尔(Richard Keiser)是太阳能分析咨询公司,凯泽尔分析公司的总裁。在创立凯泽尔分析公司前,凯泽尔先生曾在位于纽约的股票分析公司桑福尔德•本恩斯丁(Sanford Bernstein)任职,担任科技投资战略研究小组主管一职,主要关注颠覆性技术的发展。凯泽尔先生毕业于麻省理工学院。

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非线性系统通常并不是那么易于理解的。著名的“一分钱游戏”(penny game)就是一个典型的例子。在这个游戏中,一个假想人会在第一天收到一美分(或者一欧分),在第二天得到两美分,第三天则是四美分,以此类推,最后问题是,这个人在一个月后能拿到的总金额是多少。只有很少的参与者给出了正确的答案——2100万美元,或者说,只有很少的参与者意识到75%的价值是在最后两天创造出来的。

与一分钱游戏相同,太阳能产业涵括一系列的非线性动态。首先,最明显的一个就是其产品价格呈非线性下跌趋势。组件价格(对于开发商来说)由去年的每瓦约2美元将至今年的每瓦1美元。并且,组件价格本身就是多重非线性动态的最好例证:多晶硅价格正以非线性模式变化;多晶硅使用量也正以非线性模式变化;非多晶硅生产成本以非线性模式变化;同时,最重要的是,生产商的利润率也以非线性模式变化。近期,这些动态模式对于太阳能光伏生产商产生的影响弊大于利。

幸运的是,太阳能光伏需求量同样也称非线性发展,并为太阳能产业创造了大量的潜在机遇,特别是对美国市场来说。在一份详尽的分析中,我们同时使用了地方电价和地方日照辐射水平来计算市场潜力,其结果是令人叹为观止的。当企业和用户的安装成本在每瓦4美元的水平上时,分布式太阳能光伏可在美国实现460亿千瓦时电力的经济运作,相当于33GW太阳能光伏产量。而当价格在每瓦3美元时——已有一些商用项目目前已达到了这一水平——可用的电力消费量可上升至4400亿千瓦时,相当于逾300GW的产量。

对于许多读者来说,这一数据可能是令人难以置信的高,就像是一分钱游戏里的答案一样。在大家对此进行驳斥之前,笔者希望再列举出一些美国电力市场的重要特征,来改变大家的想法。

美国电力市场概述

美国是全球第二大电力消费市场,年消费量约为4万亿千瓦时,甚至多于整个欧洲的总量。美国电力消费情况呈钟形曲线分布,其顶点约在每千瓦时10美分左右(见图一)。曲线从右至左向中心,即价格又高至低的过程中,电力消费量在每千瓦时18美分的时候出现指数性上涨。由于曲线分布大多集中在中间部分,分布在曲线两边的价格低于每千瓦时18美分的电力消费量就变得相对较大。例如,当价格为每千瓦时18美分或以上时,约有1500亿千瓦时电力被使用,而但当价格在每千瓦时15-17美分时,约有3500亿千瓦的电力——相当于整个英国全年的电力消费量——被使用。另一供大家参考的数据是,按照每平米1600千瓦时的日照辐射量来计算,1000亿千瓦时的电力相当于75GW太阳能光伏设备的产量。当曲线靠近顶点时,电力消耗量的增长速度更快:当价格在每千瓦时13-15美分的时候,约有8000亿千瓦时的电力被消耗,远多于德国的总电力消耗量。随着太阳能光伏电力成本愈来愈接近这些价位,特别是每千瓦时15-18美分的价位时,对太阳能光伏电力的需求将呈现指数性增长。而正是这种动态所造成的影响被大大地低估了。并且,我们正朝着上述价格范围发展。

图一中的数据已经清楚的显示出,将美国太阳能市场的前景与整个欧洲大陆进行比较是更为准确的做法,而不是与其中任何一个单独的国家进行对比。接下来我们将继续进行这种简要的比较:众所周知,美国的平均日照幅度约为每平米1800千瓦时,同样高于欧洲地区的平均日照辐射水平。几乎每个太阳能光伏项目都有资格申请联邦投资税收抵免政策,这是一项未设置上限的补贴,可将太阳能安装设备启动成本降低30%,从而实质性地降低了最终的电力成本。并且,几乎每个州府都设有单独的额外补贴政策。最后,为了建立太阳能的需求基础,欧洲市场去年安装了约13GW的太阳能光伏项目,同时,欧洲在过去的五年内(含2011年)总共安装了超过30GW的设备。这样来看,美国号称的100GW安装量就变得有些似是而非了……

分析方式

由于数据量的规模过大,对美国市场内太阳能光伏潜在需求量进行计算就需要一个相对复杂的模型。笔者在此对分析方式和结果进行了概述。包括敏感性分析在内的相关细节已刊登在此份研究报告中,点击此处即可免费下载。

总的来说,此次分析所使用的主要方法是计算与太阳能阵列安装相关的成本与费用节约的现有价值低于向设备所支付总费用的现有价值的时间点。由于美国市场的电力价格分布极广,同时,其日照辐射量分布范围也十分广泛(由阿拉斯加的约每平米1200千瓦时至亚利桑那的每平米约2400千瓦时不等),因此,相关分析必须针对每个特定市场的具体情况进行分析。

此次分析的核心重点是对太阳能光伏经济进行深入理解。由于太阳能阵列的运营成本相对较低,太阳能电力的主要成本构成是阵列的初始安装成本、日照辐射度和可获得的补贴等。众所周知,上述各因素间的错综复杂的关系可以用平准化能源成本(LCOE)模型来概括。许多LCOE模型的细节都可由各研究机构和全国性实验室处获得。我倾向于使用可将阵列的运营成本(金额小并不断缩减的费用)和税款相关的折旧收益(对于企业来说是一份相对较大的利益)忽略不计的简单的模型。但该模型还将所有国家和地方的补贴忽略不计,从而高估了太阳能光伏设备的LCOE,因此其对于太阳能光伏电力成本和潜在需求的计算是一种保守估计。

在此模型中,当日照辐射在每平米1800千瓦时时,安装成本和LCOE之间的关系在不计算补贴的条件下为相差七倍,即每瓦4美元的安装成本相对于的是每千瓦时28美分的LCOE。投资税收抵免政策将电力成本降低了约30%,即在上文所举的例子中,LCOE为每千瓦时约为19美分。图二中简明扼要地显示了这种关系(同样,若想全面了解此经济模型,请查阅完整版报告)。正如图中所示,随着商用及住宅用太阳能光伏设备安装成本达到每瓦3.5美元,电力成本曲线开始与美国电力的大批量消耗曲线相交。同样,在这个相交点上,太阳能光伏的潜在需求将出现指数性上涨,而一些安装设备的发展已接近这一关键点。

在了解了电力价格、日照辐射程度和太阳能经济状况后,此分析所使用的方式基本上是相对简单直接的。第一步是计算所有设备未来费用的现有价值。这步奠定了整个调查的基调。第二部是计算所有与阵列安装相关的未来成本与费用节约额的现有价值。这些组成因素包括现有(较低)设备费用、光伏组件所发电力产生的费用节省以及设备自身所消耗电力、盈余电力回售至设备所产生的税后收益、所有与阵列安装相关的成本、所有的相关补贴(此处我们仅考虑了ITC)。所有的输入变量均会随着市场细分而出现变动,而阵列的安装成本不会出现变动,被称为控制变量。随着阵列安装成本的下降,根据日照辐射水平和电力零售价格的不同,能够实现经济运作的电量将出现增长。至此,我们完成了对美国电力消费的总体分析。

上述结论均被总结至图三中。以2011年美国分布式安装设备的合理平均量计算,当安装成本为每瓦5.5美元时,太阳能光伏设备所能进行经济运作的电量较低,仅为40亿千瓦时,相当于2-3GW的太阳能光伏产能。然而,当安装成本降低后,太阳能光伏设备所能进行经济运作的电量出现了指数性增长,在成本为每瓦4美元的时候达到了460亿千瓦时,相当于33GW设备的产量;并在成本为每位3美元的时候超过了4000亿千瓦时大关,相当于逾300GW设备的产量。

当然,预计的前景与现实还是有一定的区别的,处于各种现实原因的考虑,一些重要的约束条件被省略掉了。但是,从所得到的数据来看,美国市场在未来五年的时间内将轻而易举地超过100GW产量。

本文所使用数据均来自《单位成本为3美元的300GW产能?——美国太阳能潜力的电力价格计算结果》一文,点击此处即可免费下载。笔者将在未来十天左右的时间内举行电话会议对文中分析结果进行讨论。

(责任编辑:Richard Keiser)

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