现在我国在太阳能开发利用上有哪些成就?
2021年,我国太阳能发电行业依然保持了向上突破的姿态。其中,光伏发电行业年度新增装机再达历史最高水平,分布式光伏年度新增规模占比首次突破50%,行业继续维持强劲增长态势;太阳能热发电行业示范项目运行稳中有进,玉门鑫能50MW光热项目于年内投运,我国光热发电探索商业化道路再添新兵。两个子行业,均交上了一份令市场满意的年度成绩单。
(一)光伏行业持续突破,户用光伏发展势头强劲
“十四五”首年,我国光伏发电建设实现新突破,年度新增装机5488万千瓦,同比提升13.9%,为历年以来年投产最多,连续9年稳居世界首位;累计装机容量突破3亿千瓦大关,达到3.06亿千瓦,连续7年位居全球首位。
集中式与分布式并举的发展趋势更加明显。2021年,分布式光伏年度新增规模约2900万千瓦,历史上首次突破新增光伏发电装机的50%,约占55%。同时,在新增分布式光伏中,户用光伏的年度新增装机规模继2020年首次超过1000万千瓦后,2021年首超2000万千瓦,达到约2150万千瓦,发展势头强劲。
消纳利用水平持续好转。2021年,全国光伏发电量3259亿千瓦时,同比增长25.1%,占全国全年总发电量的4.0%;利用小时数1163小时,同比增加3小时;全国光伏发电利用率98%,与上年基本持平。新疆、西藏两地光伏消纳水平显著提升,光伏利用率同比分别提升2.8和5.6个百分点。
(二)太阳能热发电稳中有进,行业迎来发展新机遇
2021年底,玉门鑫能50MW太阳能热项目全面投运,我国太阳能热发电项目名单又添一员,累计装机规模持续上涨。
截至2020年底,我国并网投运8座太阳能热电站,包含2020年底之前并网的中广核德令哈50MW槽式项目等7座太阳能热发电示范项目和鲁能格尔木多能互补50MW塔式项目(国家能源局多能互补示范项目)。通过运行调试、不断消缺,这些太阳能热发电示范项目的性能和发电量逐步提升。
其中,作为我国首个大型商业化太阳能热示范电站,中广核德令哈50MW槽式电站实现了连续运行107天的记录,处于全球领先地位。首航高科敦煌100MW熔盐塔式太阳能热示范电站2020年三季度发电量较2019年增长31.3%,2021年三季度再度增长39.7%,目前电站各项性能指标仍在大幅度提升。青海中控德令哈50MW太阳能热电站自2019年10月开始,除汽轮机发生故障的个别月份,绝大多数月份电站实际发电量达到或超过设计值。
下一阶段,伴随大型风电光伏基地项目建设工作的陆续启动,我国太阳能热发电装机容量有望实现持续提升。2021年10月,青海省、甘肃省、吉林省分别举行了工程启动仪式,共计101万千瓦的太阳能热发电装机项目预计将于2023年底前建成并网。
未来三五十年内是非常看好的光伏产业。
中国绿色供应链联盟光伏专委会秘书长吕芳表示,“光伏发电在‘十四五’期间,至少要新增2.5亿千瓦,要达到累计装机5亿千瓦。这才能为2030年和2050年非化石能源占到35%和70%的高比例目标。”
这表明,分布式光伏作为国家大力扶持和推动的新能源代表,将是“十四五规划”可再生能源开发的主题增量,市场将会持续火爆。
而且,光伏发电作为清洁能源,应用范围广,场景多,成本快速降低,是未来最有可能替代化石燃料的清洁能源,所以各国都在大力推广光伏屋顶电站。
发电国家的乡村里,现在建房子光伏电站都是标配了,我国未来的几年,光伏发电也会逐渐的普及开来。
资讯来源:碳银网 碳盈协同
1958,中国研制出了首块硅单晶。
1968年至1969年底,半导体所承担了为“实践1号卫星”研制和生产硅太阳能电池板的任务。在研究中,研究人员发现,P+/N硅单片太阳电池在空间中运行时会遭遇电子辐射,造成电池衰减,使电池无法长时间在空间运行。
1969年,半导体所停止了硅太阳电池研发,随后,天津18所为东方红二号、三号、四号系列地球同步轨道卫星研制生产太阳电池阵。
1975年宁波、开封先后成立太阳电池厂,电池制造工艺模仿早期生产空间电池的工艺,太阳能电池的应用开始从空间降落到地面。
1998年,中国政府开始关注太阳能发电,拟建第一套3MW多晶硅电池及应用系统示范项目,这个消息让现在的天威英利新能源有限公司的董事长苗连生看到了一线曙光。可是,当时太阳能产业发展前景尚不明朗,加之受政策因素制约,令不少人对这一新能源项目望而却步。在合作伙伴退出的情况下,苗连生毅然逆势而上,争取到了这个项目的批复,成为中国太阳能产业第一个“吃螃蟹”的人。
2001年,无锡尚德建立10MWp(兆瓦)太阳电池生产线获得成功,2002年9月,尚德第一条10MW太阳电池生产线正式投产,产能相当于此前四年全国太阳电池产量的总和,一举将我国与国际光伏产业的差距缩短了15年。
2003到2005年,在欧洲特别是德国市场拉动下,尚德和保定英利持续扩产,其他多家企业纷纷建立太阳电池生产线,使我国太阳电池的生产迅速增长。
2004年,洛阳单晶硅厂与中国有色设计总院共同组建的中硅高科自主研发出了12对棒节能型多晶硅还原炉,以此为基础,2005年,国内第一个300吨多晶硅生产项目建成投产,从而拉开了中国多晶硅大发展的序幕。
2007,中国成为生产太阳电池最多的国家,产量从2006年的400MW一跃达到1088MW。
2008年,中国太阳电池产量达到2600MW。
2009年,中国太阳电池产量达到4000MW。
2006年世界太阳能电池年产量2500MW。
2007年世界太阳能电池年产量4450MW。
2008年世界太阳能电池年产量7900MW。
2009年世界太阳能电池年产量10700MW。
2013年3月无锡市中级人民法院发公告称,无锡尚德太阳能电力有限公司无法归还到期债务,依法裁定破产重整。
2015年前三季度,我国光伏制造业总产值已超2000亿元。其中,多晶硅产量约为10.5万吨,同比增长20%;硅片产量约为68亿片,同比增长10%以上;电池片产量约为28GW,同比增长10%以上;组件产量约为31GW,同比增长26.4%。光伏企业盈利情况得到明显好转,产业链各环节均有较大幅度增长。2015年前三季度,我国光伏产品进出口、下游电站建设、企业盈利等领域全面向好。其中,硅片、电池片、组件等主要光伏产品出口额达到100亿美元。光伏新增装机约10.5GW ,同比增长177%,其中地面电站约为6.5GW。 目前我国光伏企业的自主研发实力普遍不强,主要的半导体原材料和设备均靠进口,技术瓶颈已严重制约我国光伏产业的发展。
在整个光伏产业链中,封装环节技术和资金门槛最低,致使我国短时间内涌现出170多家封装企业,总封装能力不少于200万千瓦。但由于原材料价格暴涨、封装产能过剩,这些企业基本上没有多少利润,产品质量也参差不齐。
相对而言,处于产业链上游、拥有先进技术的无锡尚德、南京中电光伏等太阳能电池制造商,日子要好过得多。他们生产的多为第一代晶体太阳能电池,性能稳定,是市场上的主流产品。
不过,在世界范围内,太阳能电池产品正由第一代向第二代过渡,第二代产品的薄膜太阳能电池的硅材料用量少得多,其成本已低于晶体太阳能电池。在专家看来,薄膜太阳能电池今后将和晶体太阳能电池展开激烈竞争。
中科院电工所研究员、中国可再生能源学会副理事长孔力认为,我国在晶体太阳能电池的后续研发,以及薄膜太阳能电池的研发等方面与国外存在较大差距,至少落后10年。
光伏技术的世界纪录保持者基本上是国外公司。例如,日本京瓷推出了光电转换效率为18.5%的多晶体硅太阳能电池;日本三洋利用晶体硅基板和非晶硅薄膜制成的混合型太阳能电池,光电转换效率达22%;美国联合太阳能公司以微米级不锈钢带为衬底的柔性非晶硅薄膜太阳能电池,与其他公司的玻璃硬衬底太阳能电池相比具有重量轻、可弯曲等优点。
世界光伏技术不断突破,产业成本不断下降。《2007中国光伏发展报告》称,随着技术的不断进步和产业规模的不断扩大,光伏发电的成本有望在2030年以后与常规电力相竞争,成为主流能源利用形式。
在9月份于北京举行的2007世界太阳能大会暨展览会上,国际太阳能学会副主席、日本京瓷公司顾问汤川荣男介绍,日本计划在2010年、2020年和2030年将光伏发电的成本分别降到相当于每度电1.5元、0.93元和0.47元人民币的水平。另据国际能源署预测,2020年世界光伏发电的发电量将占总发电量的2%,2040年则会占到20%-28%。 我国光伏产业发展正处在上升期,如果能够突破政策和技术方面的瓶颈,必然前途无限。上海交通大学太阳能研究所所长、博士生导师崔荣强认为,当前国家应加强政策引导,促进行业缩短与国际先进水平的差距。
首先,制定以培养光伏应用市场和促进光伏产业发展为目标的中长期规划,从法律上规定和细化可再生电力采购比例和重点用途。
其次,鼓励民用上网。借鉴国外经验,逐步启动和实施真正意义的光伏屋顶计划,确立光伏发电在全国电力能源结构中的地位。
第三,建立专项扶持资金,在金融财税等环节实施费用减免政策。如目前国内电费中抽出专用资金补贴到光伏产业中;贫困地区发展光伏用电,政府补贴一部分,企业支持一部分,以成本价支持等。
第四,借鉴发达国家普通建筑必须要有光伏产品的经验,在发达地区实施公共设施、政府建筑必须采用太阳能的刚性政策。
第五,扶持上游高纯度硅原材料产业,降低光伏电池成本,进而加快光伏并网电站成本的降低和应用推广。 全国1200多所高职院校中,真正开设光伏发电技术应用专业的不超过30家。 教育部高职高专新能源分教指委主任委员戴裕崴教授说,因为国内缺少专门的高技能人才,一般只好招用电子、化工等专业毕业生,根据需要再培养。光伏产业大部分需要的是复合型技能人才,巨大的缺口亟待高职毕业生填补。
某知名太阳能公司负责人也表示:光伏产业蓬勃发展,太阳能的应用领域愈来愈广,但是专业对口的人才太少了,每年缺口约有20万。
光伏产业在短短十二年,缔造了一个中国工业的传奇: 1.具有全球竞争力,全球市场占有率超过50% 。 2.产能集中在民企。 3.拥有自主品牌。中华民族曾经在电、发动机、计算机等科技革命上一次次落后于西方,可是,就是这一次,中国牢牢掌控了65%的光伏产能和60%的全球市场份额。在2011年TOP10组件制造商中,中国大陆占据7家。
也有舆论诟病光伏为“又一个毫无技术含量的劳动密集型制造业”,“绿色输海外,污染留中国”,也有人称“政府不应该拿纳税人的钱去维持一个依赖补贴生存的行业”。这些言论首先是对光伏这个行业没有深刻的认识,缺乏客观公正的态度。
关于光伏的污染和能耗问题,经计算,多晶硅电池(从硅沙直到光伏电站系统)能量回收期为1.59年, 薄膜电池能量回收期为0.78年。国内生产的太阳能组件的使用寿命25年,以此推算,生产出的太阳能组件在实现生产能耗回收后,几乎不用再消耗电量,即可发电约23年,并且没有任何污染物排放。从光伏最终成品来看,在短时间内就能实现能源的回收,随后输出源源不断的绿色能源。客观的讲,从整个太阳能产业链来看,太阳能是没有污染、低耗能的。只是上游生产环节是有污染和非低碳的但是可控的。随着多晶硅技术进步,低能耗还原、冷氢化、高效提纯等关键技术环节进一步提高,副产物综合利用率进一步增强。 “高能耗高污染”的误导和妖魔化,是一些别有用心的人编造出来的谎言。
关于补贴,从世界范围来看,在没有实现平价上网之前,光伏都是政策市场。补贴是世界各国政府的对待光伏产业的通行做法。德国是世界第一个实行光伏上网电价法(FIT)的国家,据WTO公布的“欧盟产业补贴报告”透露,德国政府通过了太阳能屋顶计划(HDTP)向德国太阳能光伏制造商提供了5.1 亿欧元补助,德国在2010年光伏发电电价上的补贴就超过118亿欧元,这些支持政策的颁布使德国迅速成为太阳能能源利用的全球领先者。美国也不甘落后,暨2009年实行经济刺激法案以来,每年对可再生能源的资金支持额度高达160亿美元。而中国政府至2009年以来,每年对可再生能源的补贴平均不超过150亿元人民币(其中70%用于风电),力度远远低于欧美。那些抨击政府补贴光伏的言论是多么的冠冕堂皇,又是多么的无知和短视啊。
关于技术,光伏产业主要有两大技术路线:晶硅电池和薄膜电池。晶硅太阳能电池是目前发展最成熟、商业化程度最高的产品,市场占有率达90%以上。薄膜电池的技术还在初期发展阶段。
在国际光伏发电市场的带动下,我国光伏电池制造产业快速发展,已经形成了从硅材料、器件、生产设备、应用系统等较为完整的产业链。光伏电池转换效率不断提高,制造能力迅速扩大。无论是装备制造还是配套的辅料制造,国产化进程都在加速。在光伏产业链中,有实际产能的多晶硅生产商20~30家, 60多家硅片企业,电池企业60多家,组件企业330多家。到2010年底,国内已经有海外上市的光伏产品制造公司16家,国内上市的光伏产品制造公司16家,行业年产值超过3 000多亿元,进出口额220亿美元,就业人数近百万人。
多晶硅产业技术与国际先进水平的差距在缩小。少数企业还实现了四氯化硅闭环工艺,使得综合能耗和生产成本大大降低,并彻底解决了四氯化硅的排放和污染环境的问题。已有2家多晶硅生产商的能耗与成本接近国外同行先进水平,多晶硅能耗水平达到每千克耗电40 kWh,成本下降到每千克20美元以下。2011年,国内多晶硅产能接近16万吨,产量在8万吨左右,自给率虽然还不到50%,但是完全依赖进口的局面有了很大的改观。
光伏设备制造业逐渐形成规模,为产业发展提供了强大的支撑。在晶体硅太阳能电池生产线的十几种主要设备中,8种以上国产设备已在国内生产线中占据主导地位。其中单晶炉、扩散炉、等离子刻蚀机、清洗制绒设备、组件层压机、太阳模拟仪等已达到或接近国际先进水平,性价比优势十分明显。多晶硅铸锭炉、多线切割机等设备制造技术取得重大进步,打破国外产品的垄断,有些设备开始出口,如扩散炉、层压机等。
我国已经掌握了产业链的各个环节中的关键技术,并在不断地创新和发展,如电池技术、多晶硅制造技术等,多晶硅电池的平均出厂效率达到16%。尚德的冥王星技术将单晶硅太阳电池的有效面积转化效率提高到了18.8%,多晶硅达到17.2%。英利、天合、阿特斯、晶澳、韩华、南京中电等国际化公司也都持有自己的专有技术,电池的转换效率均达到世界一流水平,平均每瓦太阳能电池的高纯硅材料的用量从世界平均水平9 g/W下降到6 g/W,大大降低了制造成本,使得我国光伏组件在世界上具有很强的价格竞争力。
中国光伏产业在技术的发展上还有哪些不足?
(1)高效节能多晶硅料制备技术
多晶硅料方面我国已经基本掌握了西门子法,硅烷法还需进一步消化吸收,并在大规模合成、高效提纯、低电耗还原、四氯化硅氢化等关键技术环节取得了突破。所生产的多晶硅原料可以满足国内50%的市场。但是在生产成本、产品质量等方面与国外还有一定差距,尤其是冷氢化工艺,需要进一步完成技术的消化吸收。冷氢化工艺能将多晶硅生产改造成为一条低能耗、高产量的完全闭合循环生产线,将剧毒废气四氯化硅转化为多晶硅原料三氯氢硅,实现闭环生产,做到废气系统内消化。冷氢化改造能把成本降低20%。
(2)原材料方面
在电池用银浆方面,目前国内仍是空白,依赖于进口。银浆的性能是影响电池效率的重要因素,发展方向是满足高方块电阻发射极使用的低扩散速度银浆量,甚至是掺杂磷或硼的银浆料,以在烧结过程中同时实现局部重扩散。
EVA树脂是电池主要的封装材料。目前国内虽然可以生产制造,但是性能质量较国外还有一定差别,多数应用在较低端的市场。背板方面国内空白,依赖进口。EVA及背板是影响组件寿命的关键材料,高透过率、抗紫外辐照的EVA和低水、气扩散的背板是主要发展方向,组件寿命应从目前的25年提至30年或更高。
(3)太阳电池制造工艺方面
具有产业化前景的新结构电池包括选择性发射极电池、异质结电池、背面主栅电池及N型电池等,这些电池结构采用不同的技术途径解决了电池的栅线细化、选择性扩散、表面钝化等问题,可以将电池产业化效率提升1~2个百分点。电池制造新工艺还包括无触印刷、铜电极、表面钝化及离子注入等,为电池制造开拓了更多种技术路径。这以上这些新技术上,我国少数企业已经开始涉足,但和国外先进水平尚保持一段差距需要追赶。
(4)设备制造方面
设备投资是电池生产线建设的初始投资中的主要部分,是制约电池成本下降的主要因素之一。在整个光伏产业链上,中国在几种价值较高的关键设备还和国外存在很大差距。有的虽有国产化,但性能质量达不到要求。有的国内尚属空白。包括:还原炉、CVD、PECVD设备、烧结炉和全自动丝印机、线切割机、自动分选机、自动插片机、自动焊接机等、离子注入机。提高这些高价值的关键设备的国产化程度是进一步降低我国电池制造成本的有效途径。
正是由于中国光伏产业的崛起,全球光伏产品成本在10年里获得了快速的下降,从原先的每瓦6美元,下降到现在每瓦1美元,光伏的平准化能源成本已经与天然气持平,平价上网的目标正在逼近现实。在某些电价较高的地区,比如德国,在其居民光伏应用上已经率先实现了平价上网。中国光伏行业的迅猛发展,让世界光伏发电平价上网提前了至少5年,这就是中国光伏行业对世界新能源的巨大贡献。
中国光伏行业在洗牌整合,在等待政策和贸易环境的改善,在积蓄内力提高效率,等待一个真正辉弘的故事高潮的到来---光伏平价上网:光伏发电以平等的价格和传统能源展开发电市场竞争。