光伏“技改”掀起组件“退役潮”千亿级新蓝海蓄势待发

文章出处:常见问题 发表时间: 2023-09-01 12:20:02

  光伏组件回收是光伏产业链上的最后一环,也被视为整个光伏绿色产业链的“最后一公里”。随着光伏发电的大规模利用、退役,以及产业技术加快升级带来的设备更新换代,退役光伏组件的回收利用成为越来越明显问题,与此同时,光伏回收也为行业带来了巨大的新商机。如今,这一新兴起的产业已经处于爆发的前夕。

  我国光伏产业逐渐从依赖政策扶持走向产业自主发展。政策补贴退坡和光伏电站强制配储的双重压力下,技改成为提升光伏电站发电收益的关键举措,拉开了光伏组件退役潮序幕。

  光伏电站技改时机已成熟,越来越多的光伏电站持有方意识到主动技改的重要性。目前对光伏行业来说,发展光伏组件回收的必要性与紧迫性并存。

  退役潮为光伏组件回收市场带来了巨大的商业价值,催生了许多投资机遇,但同时光伏回收行业发展也面临一定的问题和挑战。从长远发展的角度出发,未来行业发展需要兼顾环境友好性和经济性。

  随着碳达峰、碳中和的新发展理念不断强化,以光伏发电为主要代表的新能源已成为实现“双碳”目标与绿色转型的主要发展方向。中国作为全球最大的光伏市场和光伏制造国家,光伏装机规模连续10年位居全球第一,而新增总装机容量更是连续8年稳居全球榜首。根据国家能源局发布的最新光伏发电建设运行情况,2023年上半年全国新增光伏装机容量78.42GW。

  截至2023年6月底,全国可再生能源发电总装机达到13.22亿千瓦,约占我国总装机的48.8%。其中,光伏累计装机规模已突破4.71亿千瓦,仅次于煤电,已成为我国装机规模第二大电源。光伏发电产业在我国能源结构和战略中扮演着越来越重要的角色。

  自1958年发展以来,我国光伏产业历经全球金融危机、“双反”等挫折。在政府政策的引导和扶持下,我国光伏产业从出口转内销、持续技术突破,到产业链不断完善、实现全面平价,行业步入良性发展期。

  政府补贴在光伏产业的发展中,起到了四两拨千斤的作用。2018年5月31日,国家发改委、财政部、国家能源局联合发布了《关于2018年光伏发电有关事项的通知》(简称“531新政”),要求加快补贴退坡及降低补贴强度、加大市场化配置。随着“531新政”的发布,补贴退坡逐渐深入,国家补贴已于2022年退出历史舞台,地方补贴也在逐渐退坡。

  国家补贴:2021年起,除户用光伏还有0.03元/kwh补贴以外,新备案集中式、工商业分布式光伏和陆上风电均不再补贴;2022年起用光伏项目也不再补贴,标志着国家补贴正式退出历史舞台。

  地方补贴:目前,我国仅有少数地区延续光伏地方补贴政策,主要集中在北京、上海、浙江、广东等省份。

  在政府补贴逐渐退坡的大背景下,如何提升发电效率,增加发电收入成为当下已建成光伏电站需要关注的核心问题。

  光伏作为建设新型电力系统的主力军,因本身具有天然随机性、间歇性和波动性特征,随着其装机量的快速增长,带来的新能源消纳问题愈加突出。在此前提下,“新能源+储能”的模式开始在全国范围内推广。2021年至今,共有26个省份发布了新能源配置储能的政策,各地要求光伏电站配储规模在装机容量的5%—30%之间。

  在当前国内大多数省市,配置储能已经成为新增光伏电站并网的前提条件。但配建储能的成本主要由发电侧承担,因此对于光伏电站持有方来说,大比例配储无疑增加了电站的投资成本,影响了投资收益。

  以10MW的集中式地面电站为例,前期造价约为3790万元,当前一套10KWH的磷酸铁锂储能电池,采购价格约为1.7万元,单瓦成本为1.7元,而光伏电站的成本则平均在3.79元/W。按照政策要求,配置一个占装机容量20%、连续储能时长2小时的储能系统后,总造价将增加1700万元,约增加44.85%的投资成本。

  根据国家规定的标准,光伏电站的设计使用寿命是25年。但并非光伏组件使用年限达到25年后就将不再发电,只是功率衰减带来的发电量变少了。对于光伏电站的持有方而言,发电效率的损失势必会影响其发电收入,因此电站持有方会通过对光伏电站进行技改方式,提升发电效率和电站发电量。实际上,只要技改带来的发电收入超过其进行技改的成本,技改的时机完全可以提前。

  实际案例中,已经有不少光伏电站的持有方开始了技术改造。例如,湖北某100MW地面光伏电站在现场未利用的空地增加10MW组件,实现衰减补充,且补充的容量不增加逆变器及交流设备;山西某50MW山地光伏电站,通过对场站组件修复、电缆整改、逆变器通讯改造,使项目发电量提升12%;安徽某5MW分布式电站2015年并网,组件功率235W,2019年检测发现组件功率衰减至150W~180W,电站平均效率下降了30%,技术改造后电站发电量提升35%。

  中国光伏产业化发展已有十几年的历史,光伏组件退役后的回收和处理也越来越受到重视。太阳能光伏组件的使用寿命一般为25年,但随着“技改”成效显著,老旧光伏组件的发电效率已明显落后:同等面积的2023年光伏组件产品的发电量大概是2008年产品的2倍。因此,不少光伏电站持有方正在考虑提前更换发电效率更高的新光伏组件。随着国内光伏电站技改项目的推进,中国的光伏组件已开始了“退役潮”,预计2025年左右光伏组件大规模退役时期将全面到来。

  目前国内已有少部分企业通过提前布局,实现废旧光伏组件规范化回收处置,但由于光伏组件回收尚处于发展初期,大部分企业的处理方式仅仅是集中运回、简单破解拆分,把废料作为建筑材料和填充材料来用,真正掌握拆解技术的企业凤毛麟角。光伏组件拆解难度大,正是企业驻足观望的原因。但废旧光伏组件的回收与处理是光伏行业循环经济发展的重要一环。根据万创研究院市场调研数据,1GW退役光伏组件的市场回收价值约3亿-4亿元,截至2022年底,我国光伏累计装机规模已达到392.6GW,光伏组件产量再创新高,达到288.7GW,同比增长58.6%,连续15年居全球首位。这意味着一旦我国企业解决光伏组件拆解技术难题,叠加光伏组件退役潮到来,一个千亿级市场的新赛道就将酝酿开启。

  新建电站大多需要强制配储,而配储可能会导致投资成本增加。以100MW光伏电站为例,初始投资4亿左右。配置10%、2小时储能项目,其初始投资成本将增加7.5%(3000万元);配建20%、2小时储能项目,初始成本将增加15%(6000万元);配建25%、4小时储能项目,初始投资成本价将增加32.5%(1.3亿元)。

  因此,从光伏电站资产持有方角度出发,技改相比于新建电站,成本更低。同时,我国光伏产业化发展至今已有近20年历史,光伏资源较好的地方大多已被抢先布局。不论从地理位置优越性、周边配套的完备性,还是从土地价格、接入电网的成本考虑,已建成的光伏电站都更具有区位优势。

  ①光伏组件成本下跌。近日来,光伏组件价格连续下跌。以华东地区166系列单面单晶PERC型号组件为例,8月8日报价1.16元/瓦,较前一日下跌7.2%。光伏组件价格的持续走低,意味着技改付出的成本变低。

  ②光伏组件技术迭代带来发电效率的提升。同等面积的2023年光伏组件产品的发电量大概是2008年产品的2倍,技改可以在原有光伏电站面积的基础上实现装机量的大幅提升。

  ③废弃光伏组件的处理可以实现无害化处理。目前市场上已经出现了能够进行规范化光伏组件回收处置的企业,也为光伏电站的技改解除了后顾之忧。

  随着光伏组件技术迭代升级和光伏组件发电效率的衰减,慢慢的变多的光伏电站持有方意识到主动技改的重要性。

  近几年,光伏组件回收产业逐渐成为国家关注的重点,除了“双碳”大目标下对循环经济的重视和企业本身的社会责任,更重要的是,退役光伏组件本身就是一座待开采的“小型矿山”。

  我国是光伏组件制造及应用大国,占据全球70%以上的份额,以往通过掩埋、焚烧等方式处理废弃组件,自然降解耗时长,会对环境造成危害,严重违背绿色发展的理念。

  其中,光伏组件的主要构成材料如玻璃、铝框、焊带、电池片等都属于可循环利用的资源。退役光伏组件可以通过物理法、化学法、热解法等多种技术路径实现拆解处理,提取出银、铝、铜、硅和玻璃等有价值资源,实现资源的再生循环利用。退役光伏组件的回收再利用有利于实现光伏发电全寿命周期内的真正绿色,从而促进太阳能行业的可持续发展。

  因此,光伏组件回收成为光伏行业绿色发展的迫切需求,是我国实现碳中和的战略需求。

  面对现阶段光伏回收行业存在的问题和挑战,政府已经陆续出台专项政策,引导光伏回收行业规范化发展。

  2023年8月17日,国家发展改革委、国家能源局、工业和信息化部、生态环境部、商务部、国务院国资委等六部门于日前联合发布《关于促进退役风电、光伏设备循环利用的指导意见》,支持光伏设备制造企业建立分布式光伏回收体系,鼓励风电、光伏设备制造企业主动提供回收服务。

  随着技改带动光伏组件退役潮提前爆发,再加上此前装机的光伏组件的寿命不断到期,海量的废旧、退役光伏组件去向成为一个问题。若以处理常规固废的方式进行处置,不仅会占用大量土地、带来环境污染,还会造成半导体硅、贵金属、玻璃等材料的浪费;相反,如果通过对其各组件部分进行物理或化学方法处理,不仅得到拥有经济价值的材料,还可减少环境污染,实现对废弃光伏组件资源的回收再利用。

  退役光伏组件的回收来源主要有为三类:第一类,光伏电站达到使用寿命正常退役更换下来的光伏组件;第二类,光伏电站技术升级改造而提前退役的光伏组件;第三类,由于自然灾害等不可抗力事件导致的光伏组件提前退役。

  关于第三类情况,近几年已发生过几起自然灾害导致的大规模电站光伏组件损毁。例如,2022年11月,中国石化新疆库车绿氢示范项目一期300MW工程因遭遇13级沙尘暴天气袭击,而出现光伏组件大面积损毁,直接经济损失达6亿元。但由于此类事件具有偶然性,无法可靠预测,因此不作为退役光伏组件的常规来源考虑。

  第一类正常退役和第二类技改带来的光伏组件退役将构成未来光伏组件回收市场的重要来源。

  光伏组件的拆解主要分为三步:铝边框及接线盒拆除、层压件拆解和材料加工提纯。

  第一步:铝边框及接线盒拆除。通过人工或者机械的方式拆除组件周围铝边框,同时通过刀片切削拆去组件背面接线盒。

  第二步:层压件拆解。层压件是光伏组件拆除铝框和接线盒后剩余的部分,一般为“玻璃/胶膜/电池片/胶膜/背板”的“三明治”结构。其中,层压件中胶膜的作用主要是把玻璃、电池片及背板牢牢地粘结在一起,层压件经拆解后可以产生光伏玻璃、电池片、光伏背板、焊带及胶膜或它们的混合物。

  第三步:材料加工提纯。电池片上主要包括硅片、银栅线及铝背场等;焊带的核心材料为铜,可以回收纯度更高的材料组分,比如硅、银、铝、铜等。

  通过以上三个步骤的拆解,一块完整的光伏组件可以得到铝框、接线盒、玻璃、背板、银、铝、铜、硅等材料,从而实现退役光伏组件“矿产”资源的提取。

  从拆解难度分析,第一步铝框和接线盒的拆除相对简单;第二步层压件的拆解难度较大,主要体现在胶膜的解粘结,目前主要有物理法、化学法及热解法;第三步主要通过化学试剂的反应、置换来进行元素的提纯,对于化学试剂的配方和设备操作的要求很高,因此也存在一定的技术难度。

  光伏组件的拆解难度主要集中在第二步层压件拆解环节,主要难点体现在有机胶膜(如EVA)的解粘结上。组件在生产过程中,夹在电池片和玻璃、电池片和背板之间的有机胶膜经热熔、固化后会具备相当高的粘接强度、气密性及耐老化性等,能很好地保护组件里的电池片免受空气中水分等因素的影响,从而提高组件在户外的稳定性。但同时也给组件退役后的解粘结带来挑战。

  从整个产业链条上看,退役和废旧光伏组件的回收利用成为越来越突出的问题,同时也为光伏回收行业带来了巨大的新商机。

  退役光伏组件拆解后会得到银、铝、铜和硅、玻璃等有价值资源,而这些材料作为大宗商品,具有极佳的市场流通性。银、铝、铜作为金属类大宗商品,在工业、建筑、电子、交通运输等领域有广泛应用,市场流通性高且价格透明;硅料和玻璃属于非金属矿物,在工业生产中广泛应用,主要用于制造电子元器件、太阳能电池片等产品。

  退役光伏组件拆解后的所获得的再生材料定价主要参考期货市场交易价格,根据产品的品质如纯度打一定折扣,价格波动基本与期货交易价格同频。银、铝、铜和硅作为自然界矿物质资源,具有稀缺性和不可再生性,通过光伏回收产业可以将这些不可再生的资源循环利用起来,走好光伏产业绿色链条的“最后一公里”。

  结合前述退役光伏组件来源分析,万创研究院选取了青海格尔木某10MW集中式电站作为案例,对中国光伏回收市场规模进行了建模分析,通过比较原运营模式与电站技改模式的全周期IRR,得出光伏电站合适的技改年限。

  ①假定光伏电站不进行技改的全周期使用年限为25年,第25年按照投资成本的5%残值率计算回收价值;②电站技改内容包含光伏组件、光伏电缆、光伏支架、桥架、逆变器、汇流箱、配电柜等;③技改电站不考虑强制配储;④技改在原有电站土地上进行扩容,不考虑新增土地成本;⑤电站技改后可增加25年的使用年限。

  模型选取两个核心变量:①光伏电站使用年限;②电站技改带来的不同发电量提升倍数。通过调整核心变量参数,得出不同情况下原运营模式与技改模式的全周期IRR水平。通过比较两种运营模式的全周期IRR水平,得出如下结论:使用年限越久的电站,技改模式的门槛越低,盈利性也越好。

  例如,以2023年为基准日,只要技改带来的装机量提升达到1.3倍,那么2010年及以前(使用年限超过13年的电站),都可以通过技改模式提升电站的盈利水平。

  出于测算的保守性,暂不对2023年及以后的新增光伏装机量进行预测,仅考虑截至2022年底的存量光伏市场技改。依照国家能源局公开数据,2022年底我国光伏累计装机量为392.61GW。

  结合上述敏感性分析结果,得出2023—2030年在电站不同扩容倍数以及不同的技改时间点的假设下,对应的光伏组件技改存量市场规模。

  基于前述分析结果,结合我国光伏累计装机量历史数据,选取光伏电站1.2倍扩容情况,得出技改推动的光伏组件回收市场规模数据。测算数据结果显示:2026年中国光伏回收市场规模为3.36GW,对应光伏组件重量约为21.83万吨。

  结合万创研究院市场调查与研究数据,1GW退役光伏组件回收价值约3亿-4亿元,1GW退役光伏电站系统部分回收价值约3亿-4亿元(支架、桥架、线GW退役光伏电站总回收价值约6亿-8亿元,对应2026年光伏电站回收市场价值约为23.52亿元。

  而且,打通更大、更丰富的应用场景将进一步释放回收市场的潜能,例如与建筑建材、城市建设等行业进行跨领域的合作,进行更多创新应用的探索;或是沿着同类行业拓展,联合固废处理、生态修复、环境保护等行业进行拓展;再或是沿着产品的生命周期,追溯其生态足迹、绿色生产等环节。沿着不同的线索或横向或纵向地不断拓展,让产业由单一扁平的模式向着立体化发展,同时带动相关领域协同发展。

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