碳中和——未来40年最大的机遇（附公司）
一、碳中和背景
2020年12月21日，国家能源局局长章建华在出席发布会时称，中国已经成为全球最大的能源生产国，同时也是全球最大的能源消费国。未来，中国将加大煤炭的清洁化开发利用，大力提升油气勘探开发力度；加快风能、太阳能、生物质能等非化石能源开发利用，推动低碳能源来替代高碳能源；以新一代信息基础设施建设为契机，推动能源数字化和智能化发展。
在2020年，全球能源碳排放320亿吨，中国碳排放99亿吨，占全球碳排放的31%，如果从1750年开始统计，中国能源累计碳排放2100亿吨，占全球碳排放的13%。
图片来自舒总的报告
目前我国的双碳目标为在2030年前碳达峰，在2060年前实现碳中和，这个目标相对于目前世界上的几大主要经济体而言，是要求最高，时间最紧迫的。
由于经济发展的水平不同，欧盟在上世纪80年代即实现了碳达峰，日本在2008年，美国在2007年也分别实现了碳达峰，而这几大经济体的碳中和目标定在2050年，相较于我国，他们的时间更长，经济发展水平也更高。
目前，我国的能源结构中，非化石能源占比仅仅为15.9%，清洁能源（包括水电）发电量占比36%，煤炭占比52%，远高于世界平均水平，这和我国煤炭资源储量丰富有一定关系，相较于一些发达经济体而言，我国能源结构改革，任重道远。
以欧盟为例，2004年至2019年期间，欧盟可再生能源所占份额增加了一倍以上。
其中瑞典可再生能源占其终端能源消费总量的一半以上，达56.4％，在2019年欧盟成员国中所占份额最高。其次是芬兰（43.1％）、拉脱维亚（41.0％）、丹麦（37.2％）和奥地利（33.6％）。
如果单单以电力供应角度分析，部分欧洲国家的可再生能源电力供应占比只能用恐怖来形容：
2019年来自可再生能源的电力消耗占比超过70％的有个个国家，分别是奥地利（75％）和瑞典（71％）。占比超过50%的国家有：丹麦（65％）、葡萄牙（54％）和拉脱维亚（53％）。
如此高的可再生能源占比，在中国简直不可想象，要知道区域电网中，可再生能源占比较高的省份，也没有超过30%，这主要和目前我国储能应用经济性较差，电价较低有关。
由此，其实可以引出为实现碳中和最先需要解决的地方，就是能源的供给端，改变我国的能源供给结构，加大可再生能源在电力供应和终端消费中的占比，是切实实现双碳目标最根本的途径。
二、电源侧
需要改变能源结构，引入清洁电力必不可少，目前主流的清洁能源主要有：风能、太阳能、氢能和水势能。
虽然近年来，光伏深受资本市场追捧，但目前从各大发达经济体的能源结构上看，占比最高的清洁能源仍然是风能和水势能，其中水势能受制于环境保护和地理位置的限制，无法大规模推广，风能是目前当之无愧的减碳主力军。
2.1 风能
1、风力发电原理
空气流过风机叶片时，同时会产生推力和升力，目前的主流水平轴风机利用的是升力，在理论计算中，其能量转化率具有一个上限——贝茨极限（约0.593）。
贝茨极限的推导如下：
v1 - 流入风机叶片的风速
v2 - 流出风机叶片的风速
ρ - 空气密度
s - 叶片扫风面积
P -转换的动能
P0 - 风的初始动能
则叶片处单位时间内通过的风的质量 M = ρ*s*(v1+v2 )/2 式1
根据能量守恒，叶片吸收的动能等于风残余动能与风初始动能之差，于是得到：
P = (1/2)*M*(v1^2 - v2^2) 式2
将式1带入式2得到：
P = (ρ/4)*(v1^2 - v2^2)*(v1+v2)*s
而风的初始动能：P0 = (ρ/2)* v1^3*s
则有：P/P0 = (1/2)*(1-(v2/v1)^2)*(1+(v2/v1))
由上式可见
P/P0 为 v2/v1 的三次函数，求导可得两个驻点，对应两个极值，分别为1/3和-1。
由于v2/v1为正（流入和流出风速方向不会相反）
即当 v2/v1 = 1/3 时，P/P0 取得最大值 16/27≈0.593
以上，是从理论的角度来阐述利用风力发电的可行性，目前主流的风机厂商所用的三叶片水平轴风机在工程上的应用，能量转化率已经接近50%，由于叶片尖端的能量损失不可避免，基本在翼型设计上，已经达到了空气动力学的顶峰。
目前风机的技术进步主要是向着单机大型化的方向发展，不论是陆上的风电机组还是海上的风电机组，追求单机大型化，都可以减少土地（海洋）资源的浪费，提高区域风资源利用，减少各台风电机组之间的风资源扰动，提高发电量，降低度电成本。
前几日，由明阳推出的16MW海上风电机组，是目前全球单机容量最高的风电机组。
2021年8月20日，明阳智能推出MySE16.0-242海上风电机组，该风电机组单机容量达16MW，超过维斯塔斯V236-15.0MW、西门子歌美飒14MW-222DD、GE Haliade X 14MW-220三款机型，一举“跃居”成为单机容量中国最大、全球最大的海上风电机组。
解释下：型号中的242指的是风机的叶轮直径，也就是说这个16MW的庞然大物，单单是叶片直径就达到了242米，如果塔筒高度在有个150m左右，单机最高可以达到接近300m。
2、各大风机厂商
上图是全球前15大风机厂商的市占率排名，第2、4、6、7、9、10、11、12、13、15都是我们国家的厂商，其中金风科技（第二）还曾一度连续多年高居榜首，前文提到的明阳智能排在世界第六。
由于欧洲地区的风资源条件过于优质，这几年让维斯塔斯排到了世界第一，这主要和资源条件有关，欧洲多平原，风资源变化平缓，早几年前就开始走单机大容量机组路线，容易上大规模风电场，一些小体量的国家，60%以上的电能都由风力发电提供（丹麦）。
而我国地形复杂多样，风资源条件多变，因此在前几年的发展中，厂家的产品更适合复杂地形（例如山地）风电场，单机容量逊色于其他前排选手，但在控制策略上更优。
随着单机大容量机组发展路线的确立，我国的风机厂商正在奋力追赶，目前的主要限制因素不在厂家端，而在于风机产业链的上游——高强度叶片材料的制造。
目前A股上市的主流风机整机制造厂商有：
金风科技
国内无可争议的第一，发家于新疆，最早从事风力发电技术开发的企业，国内连续9年市占率第一，走的技术路线为不需要齿轮箱加速的直驱型风电机组，在未来大容量机组研发中，具有可靠性强的优势，但劣势同样存在，就是造价会偏高。
明阳智能
国内排在第三，发家于广东，其生产的机型具有丰富的抗台经验，利用沿海优势，在海上风电开发领域积累有较深的经验。走的技术路线为：半直驱路线，造价低于直驱但高于双馈机组。
运达股份
国企，技术积累雄厚，业内人士（本人）盛赞其风电机组性价比较高，目前在创业板上市，市值较低，但已进入主升浪，借着上市融资，在20年风电抢装潮中大幅度扩大市占率。其技术路线为双馈型机组，同时也是唯一拥有国家重点实验室的风机厂商。
一个月前，偶尔看到运达的市值，还曾吹过票，当时运达市值86亿，现在么，120亿了。
2.2 光伏
1、光伏发电原理
太阳光照在半导体p-n结上，形成新的空穴-电子对，在p-n结内建电场的作用下，空穴由n区流向p区，电子由p区流向n区，接通电路后就形成电流。
2、各大光伏厂商
上图是2020年全球光伏组件出货排名，前十大厂家中，除了第六是韩国的，第九是美国的，其他全是中国的。
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虽然是同一个老板，但主要做电站建设和运营，并不是生产光伏组件的企业。
其他几家隆基、晶澳、天合等，市值都很高了，而且目前正处在光伏技术变革的前夕，组件企业的市值上升空间有限。
3、下一代光伏技术
PERC电池
目前主流技术路线为单晶硅PERC电池。
代表厂家：隆基股份
优点：技术路线成熟，良品率高，市占率最高。
缺点：工业化生产的PERC电池（24%）已接近其光电转换率的极限（24.5%），未来几乎没有提升空间。
Topcon电池
2013年由德国提出，基底材料为N型硅，通过添加氧化物的形式来增加背板的反射，提高光电转换效率，本质上可以理解为PERC电池的升级版。
代表厂家：隆基股份、中来股份、晶科、天合光能等
优点：光电转换率极限更高（28.7%），衰减率更低，生产线可基于目前的PERC生产线升级改造而成。
缺点：成本目前较高，工序更为复杂，良品率低，现在生产的可商用Topcon电池转换率约24.5%。
HIT电池
1990年由日本提出，基底材料为N型硅，又名HJT/ SHJ/ HDT电池，通过在N型硅片基地添加非晶硅材料薄膜的形式来提高光电转换效率。
代表厂家：隆基股份、通威股份、迈为股份等
优点：工序简单，光电转换率高（27.5%），均为低温工艺，硅片更薄理论上未来成本更低。
缺点：成本暂时较高，生产线需重新建设，无法在PERC基础上改造。
PS：还有个双面钝化电池路线，懒得讲了，双面钝化，成本很难做过以上两种技术路线。
最近A股上炒得火热的HJT设备概念，其实就是资本在押注下一代光伏技术以HJT为主，而设备作为最先收益的公司已经起飞。
上图是在上一篇光伏产业链分析文章中的分享，有兴趣的可以直接戳下方链接阅读，整个光伏组件制造的过程涉及多个环节，各个环节的龙头都有其投资价值。
2.3 氢能
单篇文章篇幅有限，可以点击结语下方的相关产业链分析文章，了解氢能哦。