光伏和风电，谁才是新能源一哥？——基于可开发储量、装机量、度电成本、技术发展、电力品质、环境影响的全面分析

2021年3月15日，中央财经委员会召开第九次会议，首次提出了构建以新能源为主体的新型电力系统，大家都知道光伏和风电都是新能源中的翘楚，这就标志着他们在能源体系里从替代能源变成了主体能源。

简单地说，就是兄弟俩从替补变成了主力，以后要被重用，大幅增加上场时间了。从上图可以看出3个关键趋势，第一是为了碳中和目标，用能电气化是一个大趋势，电力代替一次石化能源的消耗，所以电力需求大增，电力装机会大增；第二是煤电以前是绝对主力，现已完成其历史使命，将走向消亡的终点（2060年）；第三是风电和光伏合计占到了75%的比例，将代替煤电成为绝对主力。

那这两个主力，谁的实力更强呢？谁才是新能源一哥？

有很多人说，这很简单啊！看二级市场的估值就行啊，光伏行业整体估值明显高于风电行业，比如光伏龙头隆基股份市盈率在35~60，而风电龙头金风科技也就是15~25。

这个有一定道理，确实能够反映出两个行业和企业的成长和前景，但很难用这个衡量其作为主体能源的优劣。本文就对他俩从可开发储量、度电成本、电力品质、环境影响，四个大的方面，进行一个全面的比较。

一、可开发储量

这一点很重要，如果储量很小，即使度电成本最低、电力品质最好、环境影响最友好，那也是没意义的，因为你不堪主体能源的大任啊。

我国气象部门对风电和光伏的可开发储量有过多次统计，但这个数据很难准确，因为这是个动态的数据。我们从3个方面来定义可开发，技术、经济、政策。

首先是随着技术的进步，无论是光伏还是风电，其对资源的利用效率都是动态提高的。比如10年前风机功率还没有超过1MW，而现在陆上都是4MW以上，海上更是10MW以上了；5年前的光伏组件效率低于20%，而现在都已经23%以上了。这里算的是技术可开发量，这个量是很大的。风电大概是50亿kW，光伏那就更大了，有很多数据说是万亿以上，那就比风电高出好几个数量级啊。

第二是要考虑经济性，有些资源不具备开发经济性，目前不具备，不代表永远不具备，随着技术的进步推动成本下降，有些是能看得见的。比如深海的风电资源，再漂浮式没有出来之前不论是技术层面还是经济层面，都是没有开发可能的。

第三还要考虑政策的可开发性，比如有用地规划、电网容量、外送条件等很多方面的限制，经过政策这个网筛的过滤，这个数据就小多了。比如我国海上风电资源最好的在福建，可是因为台湾的原因，福建海域都受军事管控限制；有的地方受航道、渔业和鸟类保护的限制，也是不能开发的。海上尚且如此陆上的情况就更加复杂。

综合以上再分析各方面的研究情况，我们估计风电的可开发利用的风能储量在20亿kW上下，光伏的量保守估计500亿kW肯定是有的。

那这个储量是多还是少？

截止22年3月底，全国电力装机是24亿kW。这么一比，就可见这个储量是相当充裕的。但是别忘了，双碳节奏下电力需求是快速增长的，从前面那个图可见到2060年电力装机是80亿kW。

结论：光伏的可开发储量是充裕的，风电就相对有限，在这个环节光伏有绝对优势。

二、装机量

是不是因为光伏的可开发储量大，将来光伏的装机量就大？这个结论应该是正确的。

截至2021年年底，我国风电累计装机3.28亿千瓦，光伏累计装机3.06亿千瓦，风电启动的早，光伏后来居上，可以说在过去二十多年打了个平手。

那我们应该如何预测未来的装机量呢?应该从双碳的目标出发来倒推计算。

政府在30年碳达峰，60年碳中和的总目标指引下，正在制定并陆续发布各行业条线的双碳工作路线和目标。对于能源领域，早已明确了中国的非化石能源在一次能源消费中占比，2025年达到20%，2030年达到25%，2060年提升至80%，达到碳中和。

按上述目标可计算出2025年，风电和光伏发电量要达到1.61万亿千瓦时，2030年风电和光伏发电量要达到2.77万亿千瓦时，较2020年增加281%。按照这个增量目标国家能源局和中电联给出了十四五和十五五期间的新增装机目标如下：

结论：从这个数据可以看出，未来光伏装机的绝对量和增长速度都是会大于风电的。这是由于风电资源的相对稀缺和集中，在资源开发环节会引发激烈竞争，最终会集中在能源央企手中；而光伏资源就很充裕和分散，会有更多企业加入开发建设；很快我们就能看到光伏的新增装机量会逐渐甩开风电，从而在电力装机的总量中占有更大的份额。

三、度电成本

现阶段在国内很多地方风电（除了部分海上风电）和光伏都已经平价了，所以咱就不和煤电比较了，再者煤电企业受煤炭价格影响，那个非市场化的核准电价也不能反映其成本情况。主要是风电和光伏的度电成本比较。

成本的高低是动态变化的，因为光伏和风电都还有技术进步和成本下降的空间。即使是站在现在这个时间点上静态比较，我们也要设定一些边界条件，因为有的地方光好，有的地方风好，还有的地方风光无限，都很好。

要比较度电成本很简单，因为都是运行20年，不考虑融资比例和现金流时间价值因素，可简化成一个简单的公式：

这样的话，就是看三个数建造成本、年发电小时数、运维成本。

前两个主要取决于建设地点，运维成本主要和电站规模有关系，风电是60~120元/KW，光伏是30~80元/KW。看似风电高，但是风电利用小时数一般要比光伏高，以21年为例风电2246小时，光伏1163小时。这样除下来，度电的运维成本其实总体相差不大，当然了海上风电的运维成本就高多了。

那么要分胜负，主要得比较建造成本/发电小时数。

首先来看建造成本，光伏的建造成本主要是和类型有关系，在什么地方建设影响并不大，比如集中式、分布式、渔光互补等，大型集中式光伏电站一般在4000元/kw，分布式规模小，造价在5000~5500元/kw，渔光互补在4500元/kw左右。

风电的建造成本差异较大，当下陆上风电系统成本在4500元-6500元/kw，根据施工条件（地形、道路、单机组功率）的不同，以内蒙的条件最为优异，建设成本在4500元/kw左右，华北的河北、山西等地，成本在5000~5500元/kw之间，中东部山东、河南、安徽等地，成本在5300~6000之间，南部的湖南、湖北、云贵川等地由于丘陵地形较多，在6000~6500元/kw左右。海上项目会高出很多12000~20000元/kw之间，广东福建区域成本较高，江苏区域成本较低。

在一类（三北地区），风光资源都很好，大部分地方风电的发电小时数（超过3000小时，下表中数据对风电估计较为保守）稳稳的是光伏的1.5~2倍，而建造成本确相差不大，这样的话，在折旧一项上，风电会比光伏低0.04~0.05元/KWh。在二、三类地区风电的发电小时数是光伏的1.8~2.1倍，但风电建造成本上升要比光伏多，计算下来风电仍然有0.04~0.05元/KWh的优势。这个差距对项目投资收益的影响是比较大的。

是不是风电真的就领先这么多？这和目前两边产业链所处市场情况有关，光伏受上游原材料产能限制，传到到了组件最末端，价格正处于高位。因为光伏是典型的纵向产业链，成本传导有牛尾效应。未来随着上游多晶硅扩产产能释放，价格会快速下滑。而风电产业链各环节都处于历史最低价水平，这个价格水平也会相对平稳，因为风电产业扩产周期短，渡过20年的抢装后，很多环节都已突破了进口限制，实现了国产化替代，风机价格反弹可能性不大。那么这个短期市场因素的影响有多大？应该在0.02元/KWh，

即便上述分析成本，风电在成本上仍然有0.02~0.03元/KWh的优势。

以上都是静态的分析，动态来看呢？哪边的技术进步和成本下降的空间更大呢？

光伏本质上是材料光电化学领域，非常依赖于技术路线的更迭换代，如单晶替代多晶、PERC技术、异质结，每一次更迭都带来了光电转化效率的提高，最早的时候很多人说这个理论上限是28%，但这些年进步很快，美国科学家已经在实验室搞出了47.1%的电池了。所以说这个进步空间还是很大的，后续有持续不断的技术进步和成本下降的可能。

风电本质上是横向组装的机电产品，依靠每一个零部件的进步和系统集成的优化，逐步优化积累，大的路线上直驱、半直驱、双馈也是即有的路线，不存在大的更迭。这些年虽然价格下跌很快，主要是因为国产主机和部件企业的崛起，这波国产化红利过后，企业间同质化竞争会很激烈，技术研发和降本会持续，但速度和空间都不如光伏。

结论：现阶段度电成本风电显著优于光伏，但光伏未来降本的速度和空间会更大，有望实现反超。但光伏在成本上比不过风电，并不是太大的缺点，因为光伏要比的是煤电标杆电价（含脱硫），以及煤电、天然气电这些将被他替代的电源的发电成本，现在看来这些都轻舟已过万重山，不再是问题了。

四、技术发展

以上都是静态的分析，动态来看呢？哪边的技术进步和成本下降的空间更大呢？

光伏的技术进步会体现在两个方面：一是围绕光电转化效率提高的进步；另一方面是围绕光伏应用的突破（这一点是风电所不能比拟的）。

光伏本质上是材料光电化学领域，非常依赖于技术路线的更迭换代，在电池环节：单晶替代多晶、PERC技术、异质结，每一次更迭都带来了光电转化效率的提高，最早的时候很多人说这个理论上限是28%，但这些年进步很快，美国科学家已经在实验室搞出了47.1%的电池了。在电池环节，薄膜技术这几年的效率也在快速提升。

除了电池环节外，上游多晶硅环节保利协鑫再次发挥全球硅王的担当，把新一代的颗粒硅技术推动到量产，下游组件环节叠片、半片等技术层出不群，这些关键垂直产业环节的进步效应都是相乘放大的。除了关键垂直产业环节的进步外，一些配套环节如光伏玻璃、智能支架等也在不断进步。

另外不可忽视的就是光伏在应用领域上的技术进步。前些年我们说光伏要延续增长，必须推广渔光互补、农光互补、发展分布式，核心原因是光伏太占地，大型集中式光伏电站会越来越少，尤其是三北以外的地区。2021年我国分布式在光伏装机里面占比已经到了53%，这充分说明分布式光伏模式适宜光伏特性和市场需求的，就是说光伏应用的场景适应性强。未来光伏建筑一体化、太阳能车载充电、公用光伏电源、光伏自充电商品等都会蓬勃发展，也就是说光伏可以很好地渗透和融入进我们的生活环境中。

我们再来看风电，风电的产业链相对简单，主要有风机、叶片、塔筒3大核心装备（如果是海上风电还有海工基础），其中风机价值占比最大。风机本质上是横向组装的机电产品，我们来看风机的核心零部件：发电机、主轴、齿轮箱、轴承（偏向、变桨）、轮毂、电控等都是基础机械、电气产品，其中发电机、电控都是很成熟的产品，在这个领域里我们和国外的差距不大，轮毂只是一个结构性部件，在铸造中属于没有难度的。最有难度的属于主轴和齿轮箱，前几年还一直被国外企业垄断，国内企业主要是加工精度、耐用强度等产品品质难以过关，但就在2020年风电抢装的那年，由于这些环节的产能紧缺，国内企业迎来了最好的机遇，一举突破了对国外企业的依赖，撕开了国产化的口子，在当下平价背景下，会很快挤占市场。

叶片方面未来的进步空间主要是材料替代上，塔筒和基础的进步空间主要在设计方面，他们在制造层面都属于传统加工，没有太多技术进步可讲。所以风电不像光伏那样会有大的技术路线的更迭，即便风机有直驱、半直驱、双馈这样的区分，但那也是即有的路线，不存在大的根本性的革新。

目前这个阶段驱动其技术进步和成本下降的动力来自于两方面：一是国产风机和零部件企业的崛起，这波国产化红利过后，企业间同质化竞争会很激烈，这波红利很快就会消失；二是依靠各环节的进步支撑机组大型化发展，来摊薄设备单价和非设备单位投资，更大功率的风机、更高的塔筒、更长的叶片，我们未来2年内会在三北高风速地区看到7~8MW的机组，而就在3~4年前超过2MW的机组都很少，但结合经济性、制造能力、建造能力的制约，陆上大型化的天花板就快出现。

在应用层面，风电所谓的分散式和光伏的分布式，虽然都是以减少大规模远距离输电，实现当地电网就地消纳为目标，但是在落地和推广方面，分散式风电的难度要大很多。一是项目用地、电网接入等方面的手续几乎是和正常风电项目是一样的；二是就地消纳就要靠近负荷中心，噪音、占地、外观等方面抵制就会增加。笔者认为光伏分布式是十分友好的，有很多天然的应用场景，有着很多正向外部性，相比集中式光伏完全是一种进化；而分散式风电也就是单个项目的规模小了，与集中式风电好像没有大的差异，这个概念有点牵强。

结论：光伏的电池技术是一个创新活跃的领域，未来会有新的技术持续涌现，不断推动转化效率的提高，并且其应用的开发前景十分广阔。而风电在技术发展上会显得很单纯，也有着更高的确定性。比较下来，光伏的想象空间更大。

五、电力品质

如果我们把电站看作是一个工厂，那这个工厂所生产的产品就是电，之所以我们以前不用这种方式来定义，原因在于电本身是无差异的。可是当新能源电力占比上升后，作为电力产品的购买方的电网公司，就不得不关注其电力特性了，因为风光电力相比于火电这种出力恒定并可人为控制的电源而言，随机性和波动性是其明显的劣势。

光伏的电力特征很好理解，就是看太阳的出工时间和照射强度，晴天情况下从早到晚，出力标幺值是一个抛物线。如果是阴雨天的话就没有这么明显的起伏，看起来像个山坡而不像山峰。相对于光伏的全天出力还算有规律，风电的出力曲线就更加难以捉摸了（风本身就不如光那么有规律），这和具体地方、季节、气候、高度等都有关系，有的地方白天风大，有的地方夜间风大，而且基本上很难总结出什么规律性。

电网本身无存储电力的能力，要时刻保持供电侧和用电侧的负荷平衡，而这两侧都是波动和不确定的，当供电侧新能源电力占比不断提高时，电网调度调节的难度也会不断增大。如何解决这个难题，保证风电和光伏所发的电力被有效消纳掉呢？总体说来，有以下几个方面：

一是电网升级，我们原来说要建设坚强电网，主要是保证供给安全可靠，现在我们说要建设智能电网，就是要增强电网消纳新能源的能力。

二是发展储能，因为智能电网是有瓶颈的，新能源电力高到一定程度，就一定需要储能来解决问题。一种是电源侧储能，比如很多省份都已要求新增并网的风光电站需要配一定容量的储能，这就是要求电源侧为电网分担压力；一种是电网侧储能，建设大型的抽水储能电站等。当然了，储能是最直接有效的方法，这也是为什么储能被看作是一个发展潜力很大的新兴产业的原因，因为将来风光电力要占到75%，储能是电网所能依重的最主要的解决方案。

三是提倡就地消纳、分布式自发自用、源网荷储一体化、多能互补等方式，等于是从源侧网侧一直延伸到用电侧，在更大范围内解决这个问题，很显然这些都是很好的、可行的解决办法。

总结：对于电网而言二者都有波动性和随机性，光伏稍好一些（虽然阴晴难测，但有日升日落），而且光伏发电都在白天，和白天用电负荷走高是一致的。就光伏纯白天发电，而且发电时间段与用电重叠这一点，是光伏可以被提倡分布式应用，可以融入更多应用场景的原因之一。

六、环境影响

新能源的出现和发展都是为了减少碳排和改善环境，大家也许会认为光伏和风电本身对环境的影响是非常有限的，真的如此么？

风电最主要的危害是噪音，一种是叶片转动的空气动力噪音，只能通过对叶片进行锯齿尾缘的设计来减弱，但无法去除；二是主机内部的机械噪音，是对人危害最大的，可以通过弹性连接、消音装置和材料等来消除，无疑对设计和成本有压力。正是因为这一点，大量周边居民对风电恨之入骨，也使得风电与人员社区要保持一定距离。第二方面，有人说风电会危害生态环境如破坏植被、改变地形地貌，造成水土流失使土地沙漠化等，这个纯属于夸大了，因为风电机位的征地规范是20米*20米，也就400平米，而且是间隔很远分布的，还构不成生态破坏。第三方面，有人说风电影响局部气候，根据能量守恒定律，风电机组发电时将一部分大气能量转化为电能，必然会带来局部气候的变化。这个也是多虑的，因为风电所利用的大气能量所占的比例是相当微小的。第四方面，风电会影响鸟类，其在迁徙时会撞机死亡。这个确实是存在，但国内外都设置了鸟类迁徙带和保护区，风电项目在立项时如果可能严重危害到鸟类，在环评环节是无法通过的。

如果说风电对环境的危害值得评估，那么光伏对环境的危害就不值一提。最早有人说大面积光伏电站，会引起局部热平衡和气候变化，这一点类似于上面风电对局部气候的影响，都是微乎其微的。光伏真正对环境构成实质影响的是光污染，尤其是光伏的分布式应用和光伏建筑立面，光伏组件的反射会构成一定的光污染，尤其是其应用场景要融入人们的活动范围，现阶段此问题并没有太多反映和暴露。除此外在有些场景下，光伏对环境有着不可低估的正向效应，比如保护植被、水源、改善土壤、治理沙漠等。

上述只是分析了使用环境的影响，其制造产业链里才蕴涵着更多的原罪。制造环节的环境影响我们要看排放和能耗（能耗越高环境代价就越大）两个方面。

首先是看光伏工业硅—硅料—硅片—电池—组件这条纵向产业链，越是上游其能耗、污染排放就越大，工业硅是很低端的冶炼生产，1吨工业硅就要消耗2.8吨硅矿石、2吨煤炭、0.6吨木块和750度电，以现在的冶炼工艺和设备，产生的大量粉尘、烟气都是没啥收集措施的，这是很触目惊心的，只是咱们说起来都是从硅料开始的。到了硅料（就是生产多晶硅，以工业硅为原料继续提纯），其能耗和排放依旧是比较大的（可见以下表格）。最近大火的颗粒硅法电耗和排放都大幅优于西门子法，从这个角度看国家应该管制西门子法多晶硅项目的建设。再往后硅片、电池、组件环节能耗、排放会逐步减少，但是硅片环节的能耗、电池环节一些废液排放也不理想。

相比之下，风电产业链上的情况会稍好一些，风电属于装备制造，主要的原材料有钢铁、玻纤、树脂这些。主要的能耗和污染是钢铁，因为风机零部件和塔筒都是钢做的，目前我们国家吨钢碳耗水平600千克左右、煤耗水平400千克左右，大量的气体和烟尘颗粒、液态废水有毒物质、固态的尘泥、炉渣等。除此外风机的轮毂、轴承和器件都是铸造得来的（生铁、废钢、回炉料等熔化用料），铸造的过程又需要叠加一次电耗和排放。而叶片和机舱罩等是用玻纤和树脂为原材料的，其能耗和排放虽然也不比钢铁少太多，但好在总体用量不高。到了总机环节就是集成组装，能耗和排放都可以忽略了。

我们引用一个世界核能协会统计的一个数据，就能够看出风电在能耗上是大幅领先光伏的（CO2排放能够间接反应其能耗）。

总结：首先说能耗和碳排放，风电是大幅领先于光伏的，这主要是制造环节造成的，但到了应用环境，外部影响和友好性上，光伏要强于风电。当然了电站服役到期后，光伏和风电都需要回收，实现材料的循环利用，相比而言光伏要比风电容易。