APE:未来能源的突破点：电能利润效率再进化_KWH价格

一、电力发展史

从18世纪开始，电学取得了重要的发展和突破，如：电荷守恒定律、库仑定律、伏打电池、安培定律、欧姆定律、电磁感应、基尔霍夫电路定律、戴维南定理、无线电波、电子的发现等。19世纪末以来，电机工程学的快速发展带给了工业和社会巨大的改变，真空三极管的发明推动电子时代急速向前推进。二十世纪中叶，半导体科技的崛起，出现了晶体管和集成电路。电作为能源的一种供给方式，有许多优点。这意味着电的用途几乎是无可限量。例如，交通、取暖、照明、电讯、计算等等，都必须以电为主要能源。家用电器改变了人们的生活方式。进入二十一世纪，现代工业社会的骨干仍是电能。十九世纪早期见证了电磁学快速蓬勃，如火如荼的演进。到了后期，应用电磁学的先进知识，电机工程学开始了一段突破性的发展。例如，亚历山大·贝尔发明了电话、汤玛斯·爱迪生设计出优良的白炽灯和直流电力系统、尼古拉·特斯拉发展完成感应电动机和发现交流电、卡尔·布劳恩改良成功装置在显示器或电视机里的阴极射线管。由于这些与其他众多发明家所做出的贡献，电已经成为现代生活的必需工具，更是第二次工业革命的主要动力。2018年，发电量达到了约6.8万亿千瓦时，其中火电49797亿千瓦时，核电2943亿千瓦时，水电11027亿千瓦时，风电3660亿千瓦时，光伏发电1775亿千瓦时，生物质发电906亿千瓦时，几乎都是世界第一！中国，已成为全世界当之无愧的第一电力大国。二、从油气到电的必然性

人类社会到目前为止，煤、油气、电依次成为最重要的能源消费形式，这当中有其深刻的必然逻辑。以物理学的视角，量子理论告诉我们不同粒子是能量的不同表现形式，原子作为人类现实生活世界的基本组成单位，与环绕其的电子组成了相对稳定的状态，所有化学反应和物理反应在微观世界里就是原子和电子状态的变化。其中电子状态的变化在能量传递中起到了至关重要的作用，所以我们看到宏观世界里电能的传递和电能向热能的转化趋势。电能成为现有可利用能源当中，能量密度最高、使用最便利的能源形式。以能源利润效率的视角，在能源生产端煤炭和油气作为能源以燃料或者热能传输到终端消费者的成本是非常高昂的，需要大量的管道成本并且传输过程有很多损失因而大大增加了能源的成本，而电能的传输则更具有优势；在能源消费端，几乎所有的设备需要电能来驱动，尤其是计算时代的到来，芯片完成计算任务实现信息更低成本地传输和处理，都是基于电能完成的。以国家能源安全的视角，因为对石油和天然气资源的依赖让欧洲和美国数次经历中东石油战争的巨大影响，所有国家都深刻意识到油气资源对国家安全“卡脖子”的威力，所以纷纷采取应对措施：在油气生产端，美国举国之力投资页岩油气开发技术以降低开采成本，2019年美国成为全球第一大油气出口国；在油气需求端，最大的应用份额就是汽车，电动新能源汽车在技术发展和各国支持下会逐步取代燃油汽车市场，油气需求面临长期下降的趋势。电能将逐步取代油气在交通领域成为主要能源供给消费方式，这也符合各个国家能源安全的长期利益。以科技和经济发展的视角，电能作为能量密集度更高、储存传输更加便捷的能源在各个领域快速渗透，以美国公司市值为例，我们可以看到明显的变化趋势：19世纪末-20世纪初油气大开发，诞生了标准石油这一人类历史上市值最高的公司，他们用先进的技术和规模优势大大降低了油气使用成本，帮助市场大大提升了油气的能源利润效率；20世纪中-21世纪初电力和半导体技术的成熟发展，带来计算机和互联网的快速普及，信息的传输成本和处理成本被大大降低，能源利润效率又上升到一个新的台阶，因此也诞生出IBM、微软、苹果、谷歌、FACEBOOK等一系列市值巨头；21世纪初发电和电池技术的快速进步，大大降低了电力的生产成本，为电力的进一步大规模应用和电能利润效率进一步提升奠定了基础，于是我们看到马斯克按照自己的规划，从电能的生产、存储再到消费打造“世界上首家垂直整合可再生能源公司”，特斯拉也一跃成为美股市值前十的公司。三、电能利润效率的再进化

世界每一天都在发生变化，电能正在逐步取代其他能源成为人类社会最重要的能源资源。依据我们之前提到的能源利润效率公式，电能利润效率=/时间，这也为我们指明了进化方向：在收入端，电能的主要消耗场景中，计算和汽车占比将进一步提升，尤其是计算的耗电需求很有可能在未来5-10年占比超过15%，电能用于计算也是相对最高的收入场景。在电能成本端，电池技术和清洁发电技术快速进步，发电成本进一步降低，光伏发电的成本与火电已经非常接近，而且可以进一步降低；风电、水电规模不断扩大；天然气发电可获得更高资源溢价，这也逐步成为油气输出国的能源转型方向。在时间端，表现最明显的是芯片及设备性能的不断提升，台积电2021年即将量产3nm制程，会将芯片功耗降低到一个新的水平，未来消耗同样的电能会有更强劲的算力表现，在相同时间内可以完成更多的计算任务。四、中国电能利润效率现状

在输电市场，目前政府能够管控的电网输配电价、税费和基金已经充分挖掘，持续降成本空间有限。下一阶段必须加快电力市场建设，发挥市场作用来推动企业用电成本的持续降低。具体表现为：电网环节输配电价占终端电价30%，承担了2/3的降价任务，输配电价从0.239元/kwh降低到0.185元/kwh，降幅22.5%。持续降价已经使电网企业出现大面积亏损，国家电网公司27家省级电网中19家出现亏损，亏损面70.4%。政府管理环节，可再生能源电价附加、重大水利工程建设基金和大中型水库移民后期扶持基金等税费很难取消。在发、用电环节，主要通过电力直接交易让利，为总体降成本贡献了15.6%，用户侧降成本空间尚未体现。在发电市场，传统能源和一次能源降成本空间有限，可再生能源中光伏有降成本优势和空间，但可再生能源发展的最大障碍是消纳问题。具体表现为：石油和天然气对外依存度高没有降成本空间和竞争力；煤炭成本占发电成本70%左右，但煤电联营后寡头垄断电煤价格，国外低价优质煤很难进入国内市场；水电已进入开发瓶颈剩余未开发的成本较高，国内风电造价成本有瓶颈且风电出力极少；光伏在西北地区有大量发展空间，且硅片价格持续降低转换效率稳步提升，2019年国内硅料、硅片、电池片和光伏组件产量全球占比均超过70%；与英美等国家燃气调峰机组比重较高不同，我国调峰主要依靠燃煤机组，消纳可再生能源难度更大且已经作出了巨大的经济利益牺牲。在用电市场，降成本效果尚未充分发挥，未来要从价格和能耗两方面发力，更重要的是从产业链角度挖掘降低能耗的潜力。具体表现为：电力市场化交易正在逐步建立，售电公司陆续出现有助于进一步降低信息资源局限；我国能耗水平相对较高，工业部门单位产品能耗水平与国际先进水平相比仍有10%-30%差距，工业节能依然存在较大潜力；在产业链方面，屋顶光伏和建筑节能有巨大发展空间，全国工业建筑面积超60亿平方米，可用于安装900GW以上光伏，每年可发电10800亿kwh，约占2019年社会总用电量的1/7；数字新基建领域能耗巨大节能空间巨大，至2025年我国数字基础设施预计新增用电容量约187GW，其中数据中心、5g基站等是能耗大户，节能技术发展潜力巨大；综合能源一体化供给降低能源消耗空间巨大，以国网天津客服中心为例，基于热泵、光伏发电、储能蓄热等技术实现对园区冷、热、电、热水的一体化供应，每年节约用电量约1100万kwh节约电费约988万元，我国各类园区超过2万个，若推广综合能源一体化供给每年可节约电量9000亿kwh节约电费800亿元。

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