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套利模式、技术分析与交易系统构建

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套利模式、技术分析与交易系统构建

中国储能网讯: 本文选自中国工程院院刊《中国工程科学》2022年第3期

编者按

文章认为,氢储能在储存容量和放电时长等性能指标上可满足新型电力系统的要求,但在投资成本和转化效率方面与要求仍有一定差距;氢能系统与电力系统缺乏跨领域协同,氢储能在新型电力系统中的应用缺少相应的激励配套政策;在可再生能源制氢、电氢耦合运行控制和氢燃料电池发电等方面仍存在标准体系不健全甚至空白的问题。文章建议,现阶段应以效率高、成本低“电‒ 氢”广义氢储能方式为主,“电‒ 氢‒ 电”狭义氢储能方式为辅;充分发挥氢能市场、电力市场和碳市场力量,促进氢储能低碳低成本的健康发展;积极探索氢能在不同距离尺度下的运输方式组合,解决氢能资源与负荷逆向分布难题;加快完善电氢耦合产业新型标准体系建设,抢占国际标准化制高点。

一、 前言

我国能源资源禀赋的特点是“富煤、缺油、少气”,能源结构主要以煤炭为主,原油和天然气资源的对外依存度较高。2014年6月,习近平总书记就推动能源生产和消费革命提出“四个革命、一个合作”的能源发展战略思想,为推进我国能源清洁低碳转型发展指明了方向。“十三五”时期,我国能源消费结构持续优化,非化石能源消费比重从12.1%提高至15.9%,平均每年提高了0.76个百分点。面对全球性的气候危机,中国在2020年9月向世界郑重承诺:我国二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和。2020年我国全社会碳排放约1.06×1010 t,其中电力行业碳排放约4.6×109 t,占比高达43.4%。在此形势下,电力行业肩负着“双碳”目标实现的重要历史使命,将承担着主力军的关键角色。

目前,许多国内外主流机构对氢能在终端能源的消费比重进行了预测。国际氢能委员会(Hydrogen Council)发布的报告《氢能规模化——全球能源转型的可持续途径》预计到2050年,在将温度升幅控制在2 ℃前提下,氢能将承担全球18%的终端能源消费(约80 EJ),全年的二氧化碳排放量能够较现在减少约6×109 t。美国燃料电池和氢能协会(FCHEA)发布的报告《美国氢能经济路线图——减排及驱动氢能在全美实现增长》预计到2050年,氢能将满足美国终端能源需求的14%。欧盟委员会发布的两项战略计划《欧盟氢能战略》和《欧盟能源系统集成战略》预计到2050年,氢能可以满足全欧盟24%的终端能源需求。

从中国范围来看,根据中国氢能源及燃料电池产业创新战略联盟(简称“中国氢能联盟”)预测,到2030年中国氢气需求量将达到3.5×107 t,在终端能源体系中占比5%,到2050年氢气需求量接近6×107 t,氢能将在中国终端能源体系中占比至少达到10%,可减排约7×108 t二氧化碳;《中国氢能产业发展报告2020》和《2021中国能源化工产业发展报告》得出2050年氢能在我国能源体系中占比10%的相同结论。与上述时点不同,《中国氢能源及燃料电池产业白皮书2020》预计在2060年氢能在我国终端能源消费中占比将达20%左右。综合以上数据,保守估计2050年氢能在我国终端能源体系占比将达10%。氢能将与电能耦合互补,共同成为我国终端能源体系的重要消费主体。

二、氢储能系统与技术

(一)氢储能系统

近年来,我国新能源发展势头迅猛。截至2021年年底,我国新能源发电装机达到7.26×108 kW,其中风电3.28×108 kW、太阳能发电3.07×108 kW,分别连续12年和7年稳居全球首位。由于新能源的间歇性特点,加之输电容量有限,弃风和弃光问题随着新型电力系统中风电、光伏渗透率的不断增加将日益突出。此外,在连续无风、无光等极端天气下,将造成新型电力系统电力供应可靠性大幅下降甚至出现大面积缺电现象。储能作为重要的调节资源,对于促进新能源高比例消纳和保障电力电量实时平衡具有重要作用。2021年7月,国家发展和改革委员会、国家能源局发布的《关于加快推动新型储能发展的指导意见》提出,2030年新型储能装机规模达到30 GW以上,首次从政策层面明确和量化了储能产业发展目标。

氢储能是一种新型储能,在能量维度、时间维度和空间维度上具有突出优势,可在新型电力系统建设中发挥重要作用。氢储能技术是利用电力和氢能的互变性而发展起来的。氢储能既可以储电,又可以储氢及其衍生物(如氨、甲醇)。狭义的氢储能是基于“电 ‒ 氢 ‒ 电”(Power-to-Power,P2P)的转换过程,主要包含电解槽、储氢罐和燃料电池等装置。利用低谷期富余的新能源电能进行电解水制氢,储存起来或供下游产业使用;在用电高峰期时,储存起来的氢能可利用燃料电池进行发电并入公共电网。广义的氢储能强调“电 ‒ 氢”单向转换,以气态、液态或固态等形式存储氢气(Power-to-Gas,P2G),或者转化为甲醇和氨气等化学衍生物(Power-to-X,P2X)进行更安全地储存。

2020年12月,美国能源部(DOE)发布了储能大挑战路线图,这是美国发布的首个关于储能的综合性战略,氢储能是其中的主要探讨对象。根据美国国家可再生能源实验室(NREL)预测,到2050年,持续放电时间12 h以上的长时储能的装机容量将会显著增长,在未来30年将会部署装机容量为125 GW到680 GW的长时储能。根据Hydrogen Council研究报告,当可再生能源份额达到60%~70%以上时,对氢储能的需求会呈现出指数增长势态。

目前,国内也有少量氢储能项目已正式运行或试运行。安徽六安兆瓦级制氢综合利用示范工程是国内首座兆瓦级氢储能电站,利用1 MW质子交换膜电解制氢和余热利用技术,实现电解制氢、储氢、售氢、氢能发电等功能。宁夏宝丰一体化太阳能电解水制氢储能及综合应用示范项目为全球单厂规模最大、单台产能最大的电解水制氢项目,采用新能源发电 ‒ 电解水制绿氢 ‒ 绿氧直供煤化工的模式,包括2×105 kW光伏发电装置和产能为每小时2×104 m3的电解水制氢装置,项目投产后每年可减少二氧化碳排放约4.45×105 t。大陈岛氢能综合利用示范工程是全国首个海岛“绿氢”综合能源示范项目,通过构建基于100%新能源发电的制氢 ‒ 储氢 ‒ 燃料电池热电联供系统,实现清洁能源百分百消纳与全过程零碳供能。

(二)氢储能技术

(2)低温液态储存技术。低温液态储氢将氢气冷却至-253 ℃,液化储存于低温绝热液氢罐中,储氢密度可达约71 kg/m3,体积密度为气态时的845倍,实现高效储氢,其输送效率高于气态氢。但液氢装置一次性投资较大,液化过程中能耗较高,储存过程中有一定的蒸发损失,其蒸发率与储氢罐容积有关,大储罐的蒸发率远低于小储罐。国内液态储氢应用成本较高,目前主要用于航天航空领域及军事领域。北京航天试验技术研究所(101所)以及北京中科富海低温科技有限公司等正在突破相关核心装备。

(3)地质储氢技术。氢气地质储存是氢能大规模和长期储存的最佳选择。国际上,根据现有的地理条件,选择盐穴、废弃矿井、油气井和含水层大规模长期储存压缩氢气的方式。这种储氢成本低,约0.6美元/kg,效率约为98%。从具体国家来看,美国具有最大的可储存氢的盐穴(1×104~2×104 t),英国有3个盐穴可以储存1000 t氢气,德国计划于2023年建设1个氢气的盐穴储存示范项目(3500 套利模式、技术分析与交易系统构建 t)。

(3)液氨储氢技术。氢与氮气在催化剂作用下合成液氨,以液氨形式储运。液氨在常压、约400 ℃下分解放氢。相比于低温液态储氢技术要求的极低氢液化温度(-253 ℃),氨在一个大气压下的液化温度要高得多(-33 ℃),“氢 ‒ 氨 ‒ 氢”方式的耗能、实现难度及运输难度相对更低。同时,液氨储氢中体积储氢密度比液氢高1.7倍,更远高于长管拖车式气态储氢技术。该技术在长距离氢能储运中有一定优势。

三、氢储能在新型电力系统中的应用价值及规模分析

②液态氢能量密度大(143 MJ/kg,可折算为40 kWh·kg),约为汽油、柴油、天然气的2.7倍、电化学储能(根据种类不同,在100~240 Wh/kg)的百倍,氢储能是少有的能够储存百吉瓦时以上的方式,且氢气的运输方式多元,不受输配电网络的限制,从而实现大规模、跨区域调峰。

由于光伏、风力等新能源出力具有天然的波动性,弃光、弃风问题一直存在于电力系统中。随着我国“双碳”目标下新能源装机和发电量的快速增长,未来新能源消纳仍有较大隐忧。因此,利用广义氢储能将无法并网的电能就地转化为绿氢,不仅可以解决新能源消纳问题,并可为当地工业、交通和建筑等领域提供清洁廉价的氢能,延长绿色产业链条。国家能源局统计数据显示,2020年我国弃水、弃风和弃光电量为3.01×1010 kW·h、1.66×1010 kW·h和5.26×109 kW·h。制氢电耗按照5 kW·h/Nm3计算,理论上总弃电量可制取绿氢9.28×105 t。

电网接收消纳新能源的能力很大程度上取决于其调峰能力。随着大规模新能源的渗透及产业用电结构的变化,电网峰谷差将不断扩大。我国电力调峰辅助服务面临着较大的容量缺口(见图4),到2030年容量调节缺口将达到1200 GW,到2050年缺口将扩大至约2600 GW。氢储能具有高密度、大容量和长周期储存的特点,可以提供非常可观的调峰辅助容量。

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陈川,合鲸资本董事总经理,穿 基金 负责人,毕业于哈尔滨工业大学和上海财经大学,曾任职上海报业集团,从事传媒产业投资及新媒体项目孵化,后加入合鲸资本负责VC投资业务,重点关注大消费赛道,专注于技术驱动的产业升级投资机会,主导投资了轻链、心咚科技、集餐厨、点滴能源等优秀项目,覆盖了时尚产业、供应链、文化消费等领域。合鲸资本创立于2009年,2015年正式涉足风险投资业务,是一家由产业老兵创立、快速成 长和 进化的精品VC。

“VC投资即‘风险投资’,不同于PE以及其他二级市场基金,其拥有自己独特的属性,并十分追求利润增长,而且是要高速地增长,因为只有这样才能覆盖整个基金的回报。”陈川说道。接着,他以时尚产业中的服装产业为重点,介绍了他眼中的时尚产业升级模式。

复杂的供需匹配以及高悬的库存风险,让服装产业拥有了“隐形天花板”, 据统计,在A股和港股市场,市值超过一亿美金的上市服装产业相关公司仅有150家左右,而其中超过四分之三的企业市值不到十亿美金,与 食品饮料 行业的相关数据形成了天然的对比。

其次,服装产业拥有不可预测性。从服装设计的企划、备料、生产、订货再到分发,服装的产业链条相当长:短则几个季度,长则超过一年。陈川用电影拍摄的流程类比服装产业链条,他介绍到,“服装类产品类似电影产品,需求具有抽象性以及延迟性,只有被消费时才知道是否‘卖座’。”而反馈链条太长导致的直接结果便是对消费者喜好的命中率的不可控。

第三,天然的劣势状态。从投资的成本出发,服装产业不同于其他行业,其需要创业者提前付出巨大的成本,但获得的收益具有不确定性。目前现有的推式供应链好比“盲注”,创业者需要为几个月后未知结果的“套利模式、技术分析与交易系统构建 赌局”提前下注,而其自身面对市场变化也缺少应对的对冲手段。

最后,服装产业还存在不断贬值的筹码。潮流时刻在变化,对于服装产业来说,积压的库存成为了不可避免的问题存在。潮流的变化使得商品从一面市开始便进入生命倒计时周期,而服装企业也通常只能通过打折等促销手段以解决此类问题。

“回顾历史,有一些大公司突破了行业天花板,做到了千亿美金级体量,这需要时代红利和模式创新。”陈川以四家服装(电商)行业巨头为例,从“人口”和“模式”变量出发,做了详细梳理。

凭借快速反应且低成本的供应链体系,NIKE因此可以获得相较于其他企业更多的毛利空间去支撑其自身的广告投放。“1991年,NIKE的市值为50亿美金,而目前的市值为2400亿美金左右,30年左右的时间市值有了50倍的增长。”陈川补充道。

做快时尚品牌的企业不在少数,为什么ZARA能够有巨大突破?在陈川看来,ZARA在技术方面的突破在于其率先把丰田的JIT(JUST IN TIME,即“准时生产”)系统引入到服装领域。

此外,陈川还就优衣库和SHEIN进行了具体案例分析,他认为,优衣库的出现契合了千禧年后日本所进入的“第四消费时代”,人们普遍更加追求简约、去品牌化、高性价比的产品。

而在技术创新上,优衣库则开始进入到服装生产链的上游链条,将面料研发和款式开发相结合,以重塑产品品类。陈川举例说道,“例如摇粒绒系列,人们一听便能够想到它是某一种品类,而它其实已经代表了一种创新,构建出了一种非常独特的差异化品类。”

技术创新上,SHEIN的发展可谓“师从于ZARA,胜于ZARA”,每天高达5000款的上新速度远远超过ZARA,而这背后是其强大的供应链和技术能力的支撑。

首先是被释放的设计创意。服装品类设计拥有很强的内容属性,而这其中,创意变得十分重要。

随着平台变得更加多元化,大量独立设计师、小品牌、KOL甚至个人能快速把创意变成订单,例如心咚科技基于物理仿真引擎开发了服装产业链协同平台Heartdub One,可连接设计师、面料商与服装品牌,通过操作简易、直观的设计工具, 以及平台积累的大量的包括面料、款式、花型在内的数字资产,设计师可以快速、高效地释放想法,同时,通过系统无缝转换CAD图纸,方便直接对接生产。

其次,从经营品牌到连接消费者。“在时尚产业领域里,大量的公司通常构想出自己的用户是什么样的,然后找到相应的设计师来生产出他们所构想的这个用户所需求的东西,但是这点往往不准,这种传达是非常单向的。”陈川说到,如今,这种模式应该有所变化,我们应该更好地将消费者连接在一起,围绕他们的需求去做更深度的运营,而这也将有利于助推品牌不断地去延伸自己的经营品类边界。

最后为数字化的跨区域套利。陈川认为,中国互联网企业所拥有的数字化能力和供应链能力在全球处于领先地位,将来,越来越多的公司将会像SHEIN一样“套利模式、技术分析与交易系统构建 走出去”。

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然而,只有真正交易过的人才知道,要想在期货市场凭自己所理解的技术分析去赚钱,太难!太难!要写一个回测结果很好的趋势跟踪模型,对于熟手来说,基本就是分分钟的事。但如果你把测试和实盘等同,我只能说你too young too simple。因为历史测试充其量只是对未来的粗略估计,它或许夸大了系统的内在优势本来是纯随机的现象,结果导致一个在历史回测中看似有效或曾经有效的系统不再有效。并且,很多初入期市的朋友,在写模型时或多或少都犯了过度优化的毛病,对于历史上那些模型本没抓住的单边走势,改个参数就抓住了;对于那些模型反复开仓的震荡走势,加个限制就避免了。可惜的是,要是可以交易历史数据的话,这个市场上还有亏货么?