第三代主体能源是什么

氢能利用形式有以下几种：

一、交通

近年来，我国政府给予了大量补贴和优惠政策，鼓励燃料电池车的发展。目前国内商用燃料电池车保有量达2000~3000辆，其中有1000辆在运行。由全球环境基金（GEF）、联合国开发计划署（UNDF）和我国科技部（MOST）支持的“中国燃料电池公共汽车商业化示范项目”自2003年起已陆续开展三期。全国已有十几个城市开通了燃料电池公共汽车示范线。

二、发电

可再生能源发电目前在我国所有电力供应中占比虽不大，但随着人们对环保的重视以及可再生能源技术的成熟，越来越多的可再生能源电力即将投用。然而，可再生能源电力供应的一大弊端是不稳定，需要配备电厂，目前以煤电作为补充较为普遍。未来煤电比例将会越来越低，以氢能燃气轮机发电来弥补可再生能源发电将成为一种解决方案。

三、建筑的热电联供

建筑供热是氢能利用的重要方向，未来建筑供热用氢占比将大于发电用氢。

四、高质量的热源

主要用于蓝宝石、单晶硅、特种钢等的生产。

五、基本化工原料

除了传统用途，如制造合成氨、石油加氢精制之外，一些新的利用方向值得关注。例如，在减排CO2方面，可以利用现场生成的CO2，以及富CO2气体，和氢气反应生成甲醇并进一步向化学链下游发展。

值此背景下,以碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)为代表的第三代半导体成为市场聚焦的新赛道。根据Yole预测数据, 2025年全球以半绝缘型衬底制备的GaN器件市场规模将达到20亿美元,2019-2025年复合年均增长率高达12%! 其中,军工和通信基站设备是GaN器件主要的应用市场,2025年市场规模分别为11.1亿美元和7.31亿美元

全球以导电型碳化硅衬底制备的SiC器件市场规模到2025年将达到25.62亿美元,2019- 2025年复合年均增长率高达30%! 其中,新能源汽车和光伏及储能是SiC器件主要的应用市场, 2025年市场规模分别为15.53亿美元和3.14亿美元。

本文中,我们将针对第三代半导体产业多个方面的话题,与国内外该领域知名半导体厂商进行探讨解析。

20世纪50年代以来,以硅(Si)、锗(Ge)为代的第一代半导体材料的出现,取代了笨重的电子管,让以集成电路为核心的微电子工业的发展和整个IT产业的飞跃。人们最常用的CPU、GPU等产品,都离不开第一代半导体材料的功劳。可以说是由第一代半导体材料奠定了微电子产业的基础。

然而由于硅材料的带隙较窄、电子迁移率和击穿电场较低等原因,硅材料在光电子领域和高频高功率器件方面的应用受到诸多限制。因此,以砷化镓(GaAs)为代表的第二代半导体材料开始崭露头角,使半导体材料的应用进入光电子领域,尤其是在红外激光器和高亮度的红光二极管方面。与此同时,4G通信设备因为市场需求增量暴涨,也意味着第二代半导体材料为信息产业打下了坚实基础。

在第二代半导体材料的基础上,人们希望半导体元器件具备耐高压、耐高温、大功率、抗辐射、导电性能更强、工作速度更快、工作损耗更低特性,第三代半导体材料也正是基于这些特性而诞生。

笔者注意到,对于第三代半导体产业各家半导体大厂的看法也重点集中在 “高效”、“降耗”、“突破极限” 等核心关键词上。

安森美中国汽车OEM技术负责人吴桐博士 告诉笔者: “第三代半导体优异的材料特性可以突破硅基器件的应用极限,同时带来更好的性能,这也是未来功率半导体最主流的方向。” 他表示随着第三代半导体技术的普及,传统成熟的行业设计都会有突破点和优化的空间。

英飞凌科技电源与传感系统事业部大中华区应用市场总监程文涛 则从能源角度谈到,到2025年,全球可再生能源发电量有望超过燃煤发电量,将推动第三代半导体器件的用量迅速增长。 在用电端,由于数据中心、5G通信等场景用电量巨大,节电降耗的重要性凸显,也将成为率先采用第三代半导体器件做大功率转换的应用领域。

第三代半导体材料区别于前两代半导体材料最大的区别就在于带隙的不同。 第一代半导体材料属于间接带隙,窄带隙第二代半导体材料属于直接带隙,同样也是窄带隙二第三代半导体材料则是全组分直接带隙,宽禁带。

和前两代半导体材料相比,更宽的禁带宽度允许材料在更高的温度、更强的电压与更快的开关频率下运行。

随着碳化硅、氮化镓等具有宽禁带特性(Eg>2.3eV)的新兴半导体材料相继出现,世界各国陆续布局、产业化进程快速崛起。具体来看:

与硅相比, 碳化硅拥有更为优越的电气特性 : 

1.耐高压 :击穿电场强度大,是硅的10倍,用碳化硅制备器件可以极大地 提高耐压容量、工作频率和电流密度,并大大降低器件的导通损耗

2.耐高温 :半导体器件在较高的温度下,会产生载流子的本征激发现象,造成器件失效。禁带宽度越大,器件的极限工作温度越高。碳化硅的禁带接近硅的3倍,可以保证碳化硅器件在高温条件下工作的可靠性。硅器件的极限工作温度一般不能超过300℃,而碳化硅器件的极限工作温度可以达到600℃以上。同时,碳化硅的热导率比硅更高,高热导率有助于碳化硅器件的散热,在同样的输出功率下保持更低的温度,碳化硅器件也因此对散热的设计要求更低,有助于实现设备的小型化

3.高频性能 :碳化硅的饱和电子漂移速率是硅的2倍,这决定了碳化硅器件可以实现更高的工作频率和更高的功率密度。基于这些优良的特性,碳化硅衬底的使用极限性能优于硅衬底,可以满足高温、高压、高频、大功率等条件下的应用需求,已应用于射频器件及功率器件。

氮化镓则具有宽禁带、高电子漂移速度、高热导率、耐高电压、耐高温、抗腐蚀、耐辐照等突出优点。 尤其是在光电子器件领域,氮化镓器件作为LED照明光源已广泛应用,还可制备成氮化镓基激光器在微波射频器件方面,氮化镓器件可用于有源相控阵雷达、无线电通信、基站、卫星等军事 或者民用领域氮化镓也可用于功率器件,其比传统器件具有更低的电源损耗。

半导体行业有个说法: “一代材料,一代技术,一代产业” ,在第三代半导体产业规模化出现之前,也还存在着不少亟待解决的技术难题。

第三代半导体全产业链十分复杂,包括衬底→外延→设计→制造→封装。 其中,衬底是所有半导体芯片的底层材料,起到物理支撑、导热、导电等作用外延是在衬底材料上生长出新的半导体晶层,这些外延层是制造半导体芯片的重要原料,影响器件的基本性能设计包括器件设计和集成电路设计,其中器件设计包括半导体器件的结构、材料,与外延相关性很大制造需要通过光刻、薄膜沉积、刻蚀等复杂工艺流程在外延片上制作出设计好的器件结构和电路封装是指将制造好的晶圆切割成裸芯片。

前两个环节衬底和外延生长正是第三代半导体生产工艺及其难点所在。我们重点挑选碳化硅、氮化镓两种典型的第三代半导体材料来看,它们的生产制备到底还面临哪些问题。

从碳化硅来看,还需要“降低衬底生长缺陷,以及提高工艺效率” 。首先碳化硅单晶制备目前最常用的是物理气相输运法(PVT)或籽晶的升华法,而碳化硅单晶在形成最终的短圆柱状之前,还需要通过机械加工整形、切片、研磨、抛光等化学机械抛光和清洗等工艺才能成为衬底材料。

这一机械、化学制造过程存在着加工困难、制造效率低、制造成本高等问题。此外,如果再加上考虑单晶加工的效率和成本问题,那还能够保障晶片具备良好的几何形貌,如总厚度变化、翘曲度、变形,而且晶片表面质量(粗糙度、划伤等)是否过关等,这都是碳化硅衬底制备中的巨大挑战。

此外,碳化硅材料是目前仅次于金刚石硬度的材料,材料的机械加工主要以金刚石磨料为基础切割线、切割刀具、磨削砂轮等工具。这些工具的制备难度大,使用寿命短,加工成本高,为了延长工具寿命、提高加工质量,往往会采用微量或极低速进给量,这就牺牲了碳化硅材料制备的整体生产效率。

对于氮化镓来说,则更看重“衬底与外延材料需匹配”的难题 。由于氮化镓在高温生长时“氮”的离解压很高,很难得到大尺寸的氮化镓单晶材料,当前大多数商业器件是基于异质外延的,比如蓝宝石、AlN、SiC和Si材料衬底来替代氮化镓器件的衬底。

但问题是这些异质衬底材料和氮化镓之间的晶格失配和热失配非常大,晶格常数差异会导致氮化镓衬底和外延层界面处的高密度位错缺陷,严重的话还会导致位错穿透影响外延层的晶体质量。这也就是为什么氮化镓更看重衬底与外延材料需匹配的难点。

在落地到利用第三代半导体材料去解决具体问题时,程文涛告诉OFweek维科网·电子工程, 英飞凌的碳化硅器件所采用的沟槽式结构解决了大多数功率开关器件的可靠性问题。

比如现在大多数功率开关器件产品采用的是平面结构,难以在开关的效率上和长期可靠性上得到平衡。采用平面结构,如果要让器件的效率提高,给它加点电,就能导通得非常彻底,那么它的门级就需要做得非常薄,这个很薄的门级结构,在长期运行的时候,或者在大批量运用的时候,就容易产生可靠性的问题。

如果要把它的门级做的相对比较厚,就没办法充分利用沟道的导通性能。而采用沟槽式的做法就能够很好地解决这两个问题。

吴桐博士则从产业化的角度提出, 第三代半导体技术的难点在于有关设计技术和量产能力的协调,以及对长期可靠性的保障。尤其是量产的良率,更需要持续性的优化,降低成本,提升可靠性。

观察当前半导体市场可以发现,占据市场九成以上的份额的主流产品依然是硅基芯片。

但近些年来,“摩尔定律面临失效危机”的声音不绝于耳,随着芯片设计越来越先进,芯片制造工艺不断接近物理极限和工程极限,芯片性能提升也逐步放缓,且成本不断上升。

业界也因此不断发出质疑,未来芯片的发展极限到底在哪,一旦硅基芯片达到极限点,又该从哪个方向下手寻求芯片效能的提升呢?笔者通过采访发现,国内外厂商在面对这一问题时,虽然都表达出第三代半导体产业未来值得期待,但也齐齐提到在这背后还需要重点解决的成本问题。

“目前硅基半导体从架构上、从可靠性、从性能的提升等方面,基本上已经接近了物理极限。第三代半导体将接棒硅基半导体,持续降低导通损耗,在能源转换的领域作出贡献,” 程文涛也为笔者描述了当前市场上的一种现象:可能会存在一些定价接近硅基半导体的第三代半导体器件,但并不代表它的成本就接近硅基半导体。因为那是一种商业行为,就是通过低定价来催生这个市场。

以目前的工艺来讲,第三代半导体的成本还是远高于硅基半导体 ,程文涛表示:“至少在可见的将来,第三代半导体不会完全取代第一代半导体。因为从性价比的角度来说,在非常宽的应用范围中,硅基半导体目前依然是不二之选。第三代半导体目前在商业化上的瓶颈就是成本很高,虽然在迅速下降,但依然远高于硅基半导体。”

作为中国碳化硅功率器件产业化的倡导者之一,泰科天润同样也表示对第三代半导体产业发展的看好。

虽然碳化硅单价目前比硅高不少,但从系统整体的角度来看,可以节约电感电容以及散热片。如果是大功率电源系统整体角度看成本未必更高,同时还能更好地提升效率。 这也是为什么现阶段虽然单器件碳化硅比硅贵,依然不少领域客户已经批量使用了。

从器件的角度来看,碳化硅从四寸过度到六寸,未来往八寸甚至十二寸发展,碳化硅器件的成本也将大幅度下降。据泰科天润介绍,公司新的碳化硅六寸线于去年就已经实现批量出货,为客户提供更高性价比的产品,有些产品实现20-30%的降价幅度。除此之外,泰科天润耗时1年多成功开发了碳化硅减薄工艺,在Vf水平不变的情况下,可以缩小芯片面积,进一步为客户提供性价比更高的产品。

泰科天润还告诉笔者:“这两年随着国外友商的缺货或涨价,比如一些高压硅器件,这些领域已经出现碳化硅取代硅的现象。随着碳化硅晶圆6寸产线生产技术的成熟,8寸晶圆的发展,碳化硅器件有望与硅基器件达到相同的价格水平。”

吴桐博士认为, 目前来看在不同的细分市场,第三代半导体跟硅基器件是一个很好的互补,也是价钱vs性能的一个平衡。随着第三代半导体的成熟以及成本的降低,最终会慢慢取代硅基产品成为主流方案。

那么对于企业而言,该如何发挥第三代半导体的综合优势呢?吴桐博士表示,于安森美而言,首先是要垂直整合,保证稳定的供应链,可长期规划的产能布局以及达到客观的投资回报率其次是在技术研发上继续发力,比如Rsp等参数,相比行业水准,实现用更小的半导体面积实现相同功能,这样单个器件成本得以优化第三是持续地提升FE/BE良率,等效的降低成本第四是与行业大客户共同开发定义新产品,保证竞争力以及稳定的供需关系最后也是重要的一点,要帮助行业共同成长,蛋糕做大,产能做强,才能使得单价有进一步下降的空间。

第三代半导体产业究竟掀起了多大的风口?根据《2020“新基建”风口下第三代半导体应用发展与投资价值白皮书》内容:2019年我国第三代半导体市场规模为94.15亿元,预计2019-2022年将保持85%以上平均增长速度,到2022年市场规模将达到623.42亿元。

其中,第三代半导体衬底市场规模从7.86亿元增长至15.21亿元,年复合增速为24.61%,半导体器件市场规模从86.29亿元增长至608.21亿元,年复合增速为91.73%。

得益于第三代半导体材料的优良特性,它在 光电子、电力电子、通讯射频 等领域尤为适用。具体来看:

光电子器件 包括发光二极管、激光器、探测器、光子集成电路等,多用于5G通信领域,场景包括半导体照明、智能照明、光纤通信、光无线通信、激光显示、高密度存储、光复印打印、紫外预警等

电力电子器件 包括碳化硅器件、氮化镓器件,多用于新能源领域,场景包括消费电子、新能源汽车、工业、UPS、光伏逆变器等

微波射频器件 包括HEMT(高电子迁移率晶体管)、MMIC(单片微波集成电路)等,同样也是用在5G通信领域,不过场景则更加高端,包括通讯基站及终端、卫星通讯、军用雷达等。

现阶段,欧美日韩等国第三代半导体企业已形成规模化优势,占据全球市场绝大多数市场份额。我国高度重视第三代半导体发展,在研发、产业化方面出台了一系列支持政策。国家科技部、工信部等先后开展了“战略性第三代半导体材料项目部署”等十余个专项,大力支持第三代半导体技术和产业发展。

早在2014年,工信部发布的《国家集成电路产业发展推进纲要》提出设立国家产业投资基金,重点支持集成电路等产业发展,促进工业转型升级,同时鼓励社会各类风险投资和股权投资基金进入集成电路领域在去年全国人大发布《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》中,进一步强调培育先进制造业集群,推动集成电路、航空航天等产业创新发展。瞄准人工智能、量子信息、集成电路等前沿领域,实施一批具有前瞻性、战略性的国家重大科技项目。

具体来看当前主要应用领域的发展情况:

1.新能源汽车

新能源汽车行业是未来市场空间巨大的新兴市场,全球范围内新能源车的普及趋势明朗。随着电动汽车的发展,对功率半导体器件需求量日益增加,成为功率半导体器件新的经济增长点。得益于碳化硅功率器件的高可靠性及高效率特性,在车载级的电机驱动器、OBC及DC/DC部分,碳化硅器件的使用已经比较普遍。对于非车载充电桩产品, 由于成本的原因,目前使用比例还相对较低,但部分厂商已开始利用碳化硅器件的优势,通过降低冷却等系统的整体成本找到了市场。

2.光伏

光伏逆变器曾普遍采用硅器件,经过40多年的发展,转换效率和功率密度等已接近理论极限。碳化硅器件具有低损耗、高开关频率、高适用性、降低系统散热要求等优点,将在光伏新能源领域得到广泛应用。例如,在住宅和商业设施光伏系统中的组串逆变器里,碳化硅器件在系统级层面带来成本和效能的好处。

3.轨道交通

未来轨道交通对电力电子装置,比如牵引变流器、电力电子电压器等提出了更高的要求。采用碳化硅功率器件可以大幅度提高这些装置的功率密度和工作效率,有助于明显减轻轨道交通的载重系统。目前,受限于碳化硅功率器件的电流容量,碳化硅混合模块将首先开始替代部分硅IGBT模块。未来随着碳化硅器件容量的提升,全碳化硅模块将在轨道交通领域发挥更大的作用。

4.智能电网

目前碳化硅器件已经在中低压配电网开始了应用。未来更高电压、更大容量、更低损耗的柔性输变电将对万伏级以上的碳化硅功率器件具有重大需求。碳化硅功率器件在智能电网的主要应用包括高压直流输电换流阀、柔性直流输电换流阀、灵活交流输电装置、高压直流断路器、电力电子变压器等装置中。

第三代半导体自从在2021年被列入十四五规划后,相关概念持续升温,迅速成为超级风口,投资热度高居不下。

时常会听到业内说法称,第三代半导体国内外都是同一起跑线出发,目前大家差距相对不大,整个产业发展仍处于爆发前的“抢跑”阶段,对国内而言第三代半导体材料更是有望成为半导体产业的“突围先锋”,但事实真的是这样吗?

从起步时间来看,欧日美厂商率先积累专利布局,比如 英飞凌一直走在碳化硅技术的最前沿,从30年前(1992年)开始包含碳化硅二极管在内的功率半导体的研发,在2001年发布了世界上第一款商业化碳化硅功率二极管 ,此后至今英飞凌不断推出了各种性能优异的碳化硅功率器件。除了产品本身,英飞凌在2018年收购了Siltectra,致力于通过冷切割技术优化工艺流程,大幅提高对碳化硅原材料的利用率,有效降低碳化硅的成本。

安森美也是第三代半导体产业布局中的佼佼者,据笔者了解, 安森美通过收购上游碳化硅供应企业GTAT实现了产业链的垂直整合,确保产能和质量的稳定。同时借助安森美多年的技术积累以及几年前收购Fairchild半导体基因带来的技术补充,安森美的碳化硅技术已经进入第三代,综合性能在业界处于领先地位 。目前已成为世界上少数提供从衬底到模块的端到端碳化硅方案供应商,包括碳化硅球生长、衬底、外延、器件制造、同类最佳的集成模块和分立封装方案。

具体到技术上, 北京大学教授、宽禁带半导体研究中心主任沈波 也曾提出,国内第三代半导体和国际上差距比较大,其中很重要的领域之一是碳化硅功率电子芯片。这一块国际上已经完成了多次迭代,虽然8英寸技术还没投入量产,但是6英寸已经是主流技术,二极管已经发展到了第五代,三极管也发展到了第三代,IGBT也已进入产业导入前期。

另外车规级的碳化硅MOSFET模块在意法半导体率先通过以后,包括罗姆、英飞凌、科锐等国际巨头也已通过认证,国际上车规级的碳化硅芯片正逐渐走向规模化生产和应用。反观国内,目前真正量产的主要还是碳化硅二极管,工业级MOSFET模块估计到明年才能实现规模量产,车规级碳化硅模块要等待更长时间才能量产。

泰科天润也直言,国内该领域仍处于后发追赶阶段:器件方面,从二极管的角度, 国产碳化硅二极管基本上水平和国外差距不大,但是碳化硅MOSFET国内外差距还是有至少1-2代的差距 可靠性方面,国外碳化硅产品市场应用推广较早,积累了更加丰富的应用经验,对产品可靠性的认知,定义以及关联解决可靠性的方式都走得更前一些,国内厂家也在推广市场的过程中逐步积累相关经验产业链方面,国外厂家针对碳化硅的材料优势,相关匹配的产业链都做了对应的优化设计,使之能更加契合的体现碳化硅的材料优势。

OFweek维科网·电子工获悉,泰科天润在湖南新建的碳化硅6寸晶圆产线,第一期60000片/六寸片/年。此产线已经于去年实现批量出货,2022年始至4月底已经接到上亿元销售订单。 作为国内最早从事碳化硅芯片生产研发的公司,泰科天润积累了10余年的生产经验,针对特定领域可以结合自身的研发,生产和工艺一体化,快速为客户开发痛点新品 ,例如公司全球首创的史上最小650V1A SOD123,专门针对解决自举驱动电路已经替换高压小电流Si FRD解决反向恢复的痛点问题而设计。

虽然说IDM方面,我国在碳化硅器件设计方面有所欠缺,少有厂商涉及于此,但后发追赶者也不在少数。

就拿碳化硅产业来看,单晶衬底方面国内已经开发出了6英寸导电性碳化硅衬底和高纯半绝缘碳化硅衬底。 山东天岳、天科合达、河北同光、中科节能 均已完成6英寸衬底的研发,中电科装备研制出6英寸半绝缘衬底。

此外,在模块、器件制造环节我国也涌现了大批优秀的企业,包括 三安集成、海威华芯、泰科天润、中车时代、世纪金光、芯光润泽、深圳基本、国扬电子、士兰微、扬杰科技、瞻芯电子、天津中环、江苏华功、大连芯冠、聚力成半导体 等等。

OFweek维科网·电子工程认为,随着我国对新型基础建设的布局展开和“双碳”目标的提出,碳化硅和氮化稼等第三代半导体的作用也愈发凸显。

上有国家支持政策,下有新能源汽车、5G通信等旺盛市场需求, 我国第三代半导体产业也开始由“导入期”向“成长期”过渡,初步形成从材料、器件到应用的全产业链。但美中不足在于整体技术水平还落后世界顶尖水平好几年,因此在材料、晶圆、封装及应用等环节的核心关键技术和可靠性、一致性等工程化应用问题上还需进一步完善优化。

当前,全球正处于新一轮科技和产业革命的关键期,第三代半导体产业作为新一代电子信息技术中的重点组成部分,为能源革命带来了深刻的改变。

在此背景下,OFweek维科网·电子工程作为深耕电子产业领域的资深媒体,对全球电子产业高度关注,紧跟产业发展步伐。为了更好地促进电子工程师之间技术交流,推动国内电子行业技术升级,我们继续联袂数十家电子行业企业技术专家,推出面向电子工程师技术人员的专场在线会议  「OFweek 2022 (第二期)工程师系列在线大会」  。

本期在线会议将于6月22日在OFweek官方直播平台举办,将邀请国内外知名电子企业技术专家,聚焦半导体领域展开技术交流,为各位观众带来技术讲解、案例分享和方案展示。

物质、能量与信息。

因此，能源的发展史直接影响人类的发展史。

我们人类生存与发展中最具有决定性意义的要素是三个：¾¾ 物质、能量和信息。

组成我们的世界是物质；人类生存活动决定于对信息的认知和反应；而维持生命，从事发展的活动又地要通过消耗能量来进行。

一切能量来自能源，人类离不开能源。能源是人类生存、生活与发展的主要基础。能源科学与技术，能源利用的发展在人类社会进步中一直扮演着及其重要的角色。

能源发展的里程碑可以这么说，每一次能源利用的里程碑式发展，都伴随着人类生存与社会进步的巨大飞跃。几千年来，在人类的能源利用史上，大致经历了这样四个里程碑式的发展阶段：原始社会火的使用，先祖们在火的照耀下迎来了文明社会的曙光；18世纪蒸汽机的发明与利用，大大提高了生产力，导致了欧洲的工业革命；19世纪电能的使用，极大地促进了社会经济的发展，改变了人类生活的面貌；20世纪以核能为代表的新能源的利用，使人类进入原子的微观世界，开始利用原子内部的能量。

未来对能源的要求

有足够满足人类生存和发展所需要的储量，并且不会造成影响人类生存的环境污染问题。

未来对能源的需求 未来的人类社会依然要依赖于能源，依赖于能源的可持续发展。因此，我们须现在就很清楚地了解地球上的能源结构和储量，发展必须开发的能源利用技术，才能使人类的生存得于永久维持。

而我们赖于生存的能源是取之不尽用之不完的吗？回答是：不是，也是。事实上，进入21世纪后，人类目前技术可开发的能源资源已将面临严重不足的危机，当今煤、石油和天然气等矿石燃料资源日益枯竭，甚至不能维持几十年。因此，必须寻找可持续的替代能源。而近半世纪的核能和平利用，已使核能已成为新能源家属中迄今为止能替代有限矿石燃料的唯一现实的大规模能源。而且，未来如能实现核能的彻底利用，人类的能源将是无穷的。

除了物质、能量和信息三大因素外，人类对安全的要求也越来越重要了。安全包括社会安全、健康安全和环境安全等。它们同能源的关系也是非常密切的。现在利用的能源已造成了大量的环境污染问题，严重影响了人类的生存。因此，未来对能源的要求将不仅是储量充足，而且还必须是清洁的能源。相对其它化石能源而言，核能的和平利用已充分证明了核能是清洁的能源之一。

u 能源的定义与源头

究竟什么是“能源”呢？《科学技术百科全书》是这样说的：“能源是可从其获得热、光和动力之类能量的资源”；《大英百科全书》说：“能源是一个包括着所有燃料、流水、阳光和风的术语，人类用适当的转换手段便可让它为自己提供所需的能量”。可见，能源是呈多种形式的、可以相互转换的能量的源泉。简而言之，能源是自然界中能为人类提供能量的物质资源。

能源的源头

来自地球以外天体的能源（如太阳能）、地球本身蕴藏的能源（如地热、核能）、地球与其它天体相互作用产生的能源（如潮汐）。

而能源是产生能量的源头。

人们通常按形态与应用方式对能源进行分类。一般分为：固体燃料、液体燃料、气体燃料、水能、电能、太阳能、生物质能、风能、核能、海洋能和地热能。其中，前三类统称化石燃料或化石能源。已被人类认识的这些能源，在一定条件下可以转换为人们所需的各种形式的能量。比如薪柴和煤炭，加热到一定温度，能和氧气化合并放出大量热能，可以直接用来取暖，也可用来产生蒸汽推动汽轮机，再带动发电机，使热能变成机械能，再变成电能。把电送到工厂、机关和住户，又可以转换成机械能、光能或热能。

在我们生活的地球上，能源形形色色。总起来说有三个初始来源。

太阳能

地球

来自地球外部天体的能源（主要是太阳能）人类所需能量的绝大部分都直接或间接地来自太阳。正是各种植物通过光合作用把太阳能转变成化学能在植物体内贮存下来。煤炭、石油、天然气等化石燃料也是由古代埋在地下的动植物经过漫长的地质年代形成的。它们实质上是由古代生物固定下来的太阳能。此外，水能、风能、波浪能、海流能等也都是由太阳能转换来的。

地球本身蕴藏的能量 通常指与地球内部的热能有关的能源和与原子核反应有关的能源。

与地球内部的热能有关的能源，我们称之为地热能。温泉和火山爆发喷出的岩浆就是地热的表现。地球可分为地壳、地幔和地核三层，它是一个大热库。地壳就是地球表面的一层，一般厚度为几公里至70公里不等。地壳下面是地幔，它大部分是熔融状的岩浆，厚度为2900公里。火山爆发一般是这部分岩浆喷出。地球内部为地核，地核中心温度为2000度。可见，地球上的地热资源贮量也很大。

与原子核反应有关的能源正是本书要介绍的核能。原子核的结构发生变化时能释放出大量的能量，称为原子核能，简称核能，俗称原子能。它则来自于地壳中储存的铀、钚等发生裂变反应时的核裂变能资源，以及海洋中贮藏的氘、氚、锂等发生聚变反应时的核聚变能资源。这些物质在发生原子核反应时释放出能量。目前核能最大的用途是发电。此外，还可以用作其它类型的动力源、热源等。

来自星球引力的能量指由于地球与月球、太阳等天体相互作用的形成的能源。地球、月亮、太阳之间有规律的运动，造成相对位置周期性的变化，它们之间的引力随之变化使海水涨落而形成潮汐能。与上述二类能源相比，潮汐能的数量很小。全世界的潮汐能折合成煤约为每年30亿吨，而实际可用的只是浅海区那一部分，每年约可折合为6000 万吨煤。

u 能源结构与储量

地球上有哪些能量资源可供我们使用？它们还能维持多久？我们该怎么办？

能源的种类

一次能源：煤炭、石油、核能等自然界天然能量资源；

二次能源：汽油、电力、蒸汽等人工制造的能量资源，

一次能源和二次能源能源按其生成方式，分为天然能源（一次能源）和人工能源（二次能源）两大类。天然能源是指自然界中以天然形式存在并没有经过加工或转换的能量资源，如煤炭、石油、天然气、核燃料、风能、水能、太阳能、地热能、海洋能、潮汐能等；人工能源则是指由一次能源直接或间接转换成其他种类和形式的能量资源，如煤气、汽油、煤油、柴油、电力、蒸汽、热水、氢气、激光等。

常规能源和新能源其中，已被人类广泛利用并在人类生活和生产中起过重要作用的能源，称为常规能源，通常是指煤炭、石油、天然气、水能等四种。而新近才被人类开发利用、有待于进一步研究发展的能量资源称为新能源，相对于常规能源而言，在不同的历史时期和科技水平情况下，新能源有不同的内容。当今社会，新能源通常指核能、太阳能、风能、地热能、氢气等。

煤的时代

能源结构的变迁历史上，伴随着新的化石资源的发现和大规模开采与应用，世界的能源消费结构经历了数次变革。18世纪的以煤炭替代柴薪，到19世纪中叶煤炭已经逐渐占主导地位。20世纪20年代，随着石油资源的发现与石油工业的发展，世界能源结构发生了第二次转变，即从煤炭转向石油与天然气，到20世纪60年代，石油与天然气已逐渐称为主导能源，动摇了煤炭的主宰地位。但是，20世纪70年代以来两次石油危机的爆发，开始动摇了石油在能源中的支配地位。以此同时，大部分化学能源的储量日益减少，并伴随着许多环境污染问题。

而人类对能源的需求却在与日俱增。例如主要能源形式 地球能源的储量估计

煤炭：～200年

石油、天然气：～50年

核能：无穷多

之一的电力消耗逐年增加。根据统计，人口若每30年增加一倍，电力的需求量每八年就要增加一倍。

于是，20世纪末，能源结构开始经历第三次转变，即从以石油为中心的能源系统开始向以煤、核能和其它再生能源等多元化的能源结构转变。特别是随着时间的推移，核能的比例将不断增长，并将逐步替代石油和天然气而成为主要的大规模能源之一。

化学能的储存量煤炭、石油、天然气还有多少年可以让人类开采利用？据世界能源会议统计，世界已探明可采煤炭储量共计15980亿吨，预计还可开采200年。探明可采石油储量共计1211亿吨，预计还可开采30～40年。探明可采天然气储量共计119万亿立方米，预计还可开采60年。必须指出的是，煤炭、石油等直接燃烧用来生产电能与热能实在太可惜了，且不说可能带来的环境污染，它们还是很好的化工原料呢！

水能及新能源的潜力那么水能呢？我们知道，水力是可以长期开发利用的。但是，在那些大面积缺水、水力资源不丰富的国家和地区怎么办？再说，水能还有个季节性的问题。这些都使水能无法成为世界能源结构中唯一的主力军。新能源中，太阳能虽然用之不竭，但代价太高，并且就目前的技术发展情况来看，在一代人的时间里不可能迅速发展和广泛使用。其它新能源也是如此。其它一些能源与水能相似，它们的规模受到环境、季节、地理位置等条件的限制，如风能、潮汐能、地热能等等。

易裂变核素

易发生裂变的原子只有铀-235（U235）、钚-239（Pu239）、铀-233（U233）三种。而天然存在的易裂变元素只有铀-235，钚-239可由铀-238生成，铀-233可由钍-232（Th232）生成。

易聚变核反应

氘（D2）-氚（D3）反应。氘和氚都是氢原子的同位素。氘天然存在，而氚极少，必须由人工生成（如由锂制造）。

核能--无穷的能源 核能分为裂变能和聚变能两种。目前人类能正在用于和平利用的只有裂变能。可控聚变能利用技术正在攻克。

天然铀的成份

天然铀中占99.3%为难裂变的铀-238，仅有0.714%为易裂变的铀-235。铀-238可通过吸收一个中子变成易裂变的钚-239。

作为发展核裂变能的主要原料之一的铀，世界上已探明的铀储量约490万吨，钍储量约275万吨。如果利用得好，可用2400～2800年。

聚变反应主要来源于氘-氚的核反应，氘来可大量自海水，氚可来自锂。因此聚变燃料主要是氘和锂，海水中氘的含量为0.03克／升，据估计地球上的海水量约为138亿亿米3，所以世界上氘的储量约40亿万吨；地球上的锂储量虽比氘少得多，也有2000多亿吨，用它来制造氚，足够满足人类对聚变能的需求。这些聚变燃料所释放的能量比全世界现有能源总量放出的能量大千万倍。按目前世界能源消费的水平，地球上可供原子核聚变的氘和氚，能供人类使用上千亿年。如果人类实现了氘-氚的可控核聚变，核燃料就可谓“取之不尽，用之不竭了”，人类就将从根本上解决能源问题，这正是当前核科学家们孜孜以求的所以。聚变能源不仅丰富，而且安全、清洁。聚变产生的放射性比裂变小的多。

专家们预测，核能在未来将成为人类取之不尽的持久能源。

1.2 变脏的地球与干净的核电

本节要点：回答的问题以下问题：现有的能源还能维持多久？能源利用可以不污染环境吗？核能真是可持续能源吗？

u 能源的可持续发展

必须寻找一些既能保证有长期足够的供应量又不会造成环境污染的能源。

而目前人类面临的问题正是：能源资源枯竭；环境污染严重。

能源利用与环境的可持续发展

能源危机

目前世界上常规能源的储量有的只能维持半个世纪（如石油），最多的也能维持一、二百年（如煤）人类生存的需求。

今天，几乎所有的工业化国家都面临着两个关系到可持续发展的紧密相连的挑战：保证令人满意的长期能源供应和减少人类活动带给环境的影响。能源利用与环境的可持续发展已成为关系到人类未来生存与文明延续的一个重要问题。

能源供应危机今天的世界人口已经突破60亿，比上个世纪末期增加了2倍多，而能源消费据统计却增加了16倍多。无论多少人谈论“节约”和“利用太阳能”或“打更多的油井或气井”或者“发现更多更大的煤田”，能源的供应却始终跟不上人类对能源的需求。当前世界能源消费以化石资源为主，其中中国等少数国家是以煤炭为主，其它国家大部分则是以石油与天然气为主。按目前的消耗量，专家预测石油、天然气最多只能维持不到半个世纪，煤炭也只能维持一二百年。所以不管是哪一种常规能源结构，人类面临的能源危机都日趋严重。

浓烟滚滚的火电厂

能源对环境的污染 另一方面，特别是利用化石能源的过程也直接影响地球的环境，使大气和水资源遭受严重污染。大气中主要的五种污染物是：氮氧化物（如NO与NO2）、二氧化硫（SO2）、各种悬浮颗粒物、一氧化碳（CO） 大气污染的主要源头

目前世界上最严重的大气污染来自化石能源燃烧造成的大气中二氧化碳量的增加。带来的主要后果是：酸雨、温室效应和臭氧层破坏。

和碳氢化合物（如CH4、C2H6、C2H4等）。其来源主要有三个方面：① 煤、石油等化石燃料的燃烧；② 汽车排放的废气；③ 工业生产（如各种化工厂、炼焦厂等）产生的废气。而其中燃烧化石燃料的火力发电厂是最大的固定污染源。

1. 多元化

世界能源结构先后经历了以薪柴为主、以煤为主和以石油为主的时代，现在正在向以天然气为主转变，同时，水能、核能、风能、太阳能也正得到更广泛的利用。可持续发展、环境保护、能源供应成本和可供应能源的结构变化决定了全球能源多样化发展的格局。天然气消费量将稳步增加，在某些地区，燃气电站有取代燃煤电站的趋势。未来，在发展常规能源的同时，新能源和可再生能源将受到重视。在欧盟2010年可再生能源发展规划中，风电要达到4000万千瓦，水电要达到1.05亿千瓦。2003年初英国政府公布的《能源白皮书》确定了新能源战略，到2010年，英国的可再生能源发电量占英国发电总量的比例要从目前的 3%提高到10%，到2020年达到20%。

2. 清洁化

随着世界能源新技术的进步及环保标准的日益严格，未来世界能源将进一步向清洁化的方向发展，不仅能源的生产过程要实现清洁化，而且能源工业要不断生产出更多、更好的清洁能源，清洁能源在能源总消费中的比例也将逐步增大。在世界消费能源结构中，煤炭所占的比例将由目前的26.47%下降到2025年的21.72%，而天然气将由目前的23.94%上升到2025年的28.40%，石油的比例将维持在37.60%～37.90%的水平。同时，过去被认为是“脏”能源的煤炭和传统能源薪柴、秸杆、粪便的利用将向清洁化方面发展，洁净煤技术（如煤液化技术、煤气化技术、煤脱硫脱尘技术）、沼气技术、生物柴油技术等等将取得突破并得到广泛应用。一些国家，如法国、奥地利、比利时、荷兰等国家已经关闭其国内的所有煤矿而发展核电，它们认为核电就是高效、清洁的能源，能够解决温室气体的排放问题。

3. 高效化

世界能源加工和消费的效率差别较大，能源利用效率提高的潜力巨大。随着世界能源新技术的进步，未来世界能源利用效率将日趋提高，能源强度将逐步降低。例如，以1997年美元不变价计，1990年世界的能源强度为0.3541吨油当量/千美元，2001年已降低到0.3121吨油当量/千美元，预计 2010年为0.2759吨油当量/千美元，2025年为0.2375吨油当量/千美元。

但是，世界各地区能源强度差异较大，例如，2001年世界发达国家的能源强度仅为0.2109吨油当量/千美元，2001～2025年发展中国家的能源强度预计是发达国家的2.3～3.2倍，可见世界的节能潜力巨大。

4. 全球化

由于世界能源资源分布及需求分布的不均衡性，世界各个国家和地区已经越来越难以依靠本国的资源来满足其国内的需求，越来越需要依靠世界其他国家或地区的资源供应，世界贸易量将越来越大，贸易额呈逐渐增加的趋势。以石油贸易为例，世界石油贸易量由1985年的12.2亿吨增加到2000年的21.2 亿吨和2002年的21.8亿吨，年均增长率约为3.46%，超过同期世界石油消费1.82%的年均增长率。在可预见的未来，世界石油净进口量将逐渐增加，年均增长率达到2.96%。预计2010年将达到2930万桶/日，2020年将达到4080万桶/日，2025年达到4850万桶/。世界能源供应与消费的全球化进程将加快，世界主要能源生产国和能源消费国将积极加入到能源供需市场的全球化进程中。

5. 市场化

由于市场化是实现国际能源资源优化配置和利用的最佳手段，故随着世界经济的发展，特别是世界各国市场化改革进程的加快，世界能源利用的市场化程度越来越高，世界各国政府直接干涉能源利用的行为将越来越少，而政府为能源市场服务的作用则相应增大，特别是在完善各国、各地区的能源法律法规并提供良好的能源市场环境方面，政府将更好地发挥作用。当前，俄罗斯、哈萨克斯坦、利比亚等能源资源丰富的国家，正在不断完善其国家能源投资政策和行政管理措施，这些国家能源生产的市场化程度和规范化程度将得到提高，有利于境外投资者进行投资。

三、启示与建议

1. 依靠科技进步和政策引导，提高能源效率，走高效、清洁化的能源利用道路

中国有自己的国情，中国能源资源储量结构的特点及中国经济结构的特色，决定在可预见的未来，我国以煤炭为主的能源结构将不大可能改变，我国能源消费结构与世界能源消费结构的差异将继续存在，这就要求中国的能源政策，包括在能源基础设施建设、能源勘探生产、能源利用、环境污染控制和利用海外能源等方面的政策应有别于其他国家。鉴于我国人口多、能源资源特别是优质能源资源有限，以及正处于工业化进程中等情况，应特别注意依靠科技进步和政策引导，提高能源效率，寻求能源的清洁化利用，积极倡导能源、环境和经济的可持续发展。

2. 积极借鉴国际先进经验，建立和完善我国能源安全体系

为保障能源安全，我国一方面应借鉴国际先进经验，完善能源法律法规，建立能源市场信息统计体系，建立我国能源安全的预警机制、能源储备机制和能源危机应急机制，积极倡导能源供应在来源、品种、贸易、运输等方式的多元化，提高市场化程度；另一方面应加强与主要能源生产国和消费国的对话，扩大能源供应网络，实现能源生产、运输、采购、贸易及利用的全球化.

技术经济学作为整体学科，有着深刻的内涵与广博的研究领域，而技术经济学发展史却是循着技术经济学学科的核心及其精华部分而开展研究的。下面是我为大家整理的技术经济学相关论文，供大家参考。

摘要：太阳是一项很重要的可再生能源，在现行世界能源与环境危机的大背景下，太阳能的应用价值日益凸显。作为太阳能应用的一项重要技术，光伏发电发展前景十分可观，而我国的光伏产业又面临着前所未有的机遇和选择。 文章 将结合技术经济理论和 方法 ，从技术、企业、产业和国家这四个不同的方面，对我国的光伏产业进行深入探讨，促使我国的光伏产业向着又好又快的方向稳步前进。

关键词：光伏发电经济分析发展预测

太阳能是地球能源的基本来源，因此，如何更好地利用太阳光发电，是人类一直面临的一个棘手的问题。太阳能是一项清洁性、安全性的能源，资源的来源广泛且充足，而且其具有很长的寿命，也不像其他能源那样，需要经常维护。基于这些其他能源不具备的特点，光伏能源被视为21世纪最有利用价值的能源。自上个世纪50年代，太阳能的应用已经从太阳能电池发展到如今太阳能光伏集成建筑等多个不同的领域。纵观全世界的光伏产业，也历经了半个世纪的发展，进入到21世纪之后，我国的光伏产业也渐渐地步入了高速的发展时期。因此，本文将以市场分析为基础，由四个方面来深入探讨技术经济：技术、企业产业、国家。

一、光伏产业的优点

光伏产业是一项绿色又环保的能源，因此被看作是一项战略性的朝阳性产业，各国给予光伏发电的很高的重视程度，并给予大力的扶持，原因如下：

1.《京都议定书》给予各国以压力，迫使各国政府落实积极开发各项清洁型能源，包含太阳能在内，这样有利于减少温室气体的排放。

2.中东是全球的石油主产区，因此，中东地区的政治趋势一直处于一种紧张的状态。为了保证稳定的能源供应，各国政府不得不大力开发国内能源，其中包含太阳能在内。

3.像石油、煤炭这些矿物能源在渐渐枯竭，各国政府不得不积极开发包含太阳能在内的可再生能源，这样才能使能源长期供应。基于以上几个原因，在上世纪末的最后十年，全国光伏发电产业以每年百分之二十的速度高速增长。在新千年以后的三十年中，全球光伏发电产业以每年百分之三十的速度高速增长。光伏能源是可再生能源中一项独具潜力的能源，它的重要性和战略性日益凸显，世界各国积极出台相关政策和法律鼓励光伏产业。自1999年来，世界各国尤其是美、日、德这些西方发达国家逐步推出了大型国家光伏发展计划和太阳能屋顶计划，这在一定程度上推动了世界光伏产业的发展，世界光伏产业是比IT产业发展还快的产业。作为一项可再生清洁能源，在21世纪前半期，光伏发电将发展成最重要的基础能源。

二、光伏发电成本分析

(一)光伏发电成本和影响因素

光伏发电的成本，直接决定了其能否大规模的快速发展，和其在能源供应中的地位。光伏发电的成本主要受两方面因素的影响：光伏发电总成本以及总发电量。光伏发电成本主要是受初始投资的影响，诸如运行维护费、税收等因素则对系统的发电成本影响较小。1.初始投资。光伏电站的初始投资主要包含光伏组件、电缆、配电设备、并网逆变器等成本，在这其中，光伏组件投资的成本就占初始投资的一半以上。2.发电量。光伏发电系统的发电量受两个因素影响：太阳能资源、太阳发电的效率，与此同时，也受运行方式、线路耗损等因素的影响。因此，在中国与建筑结合在一起的光伏发电系统大多安装在东部沿海地区。3.单位电量成本。(也称度电成本)

(二)多种类型的光伏发电系统度电的成本分析

中国光伏发电市场的起步并不早，主要开展了投资补贴、特许权招标等项目，一些技术的经济分析并不能恰当地反映出成本所在，本文主要结合一些典型的运电站数据来分析。

1.聚光光伏电站的单位投资成本是比晶硅光伏要高的，聚光光伏电站度电成本比薄膜光伏电站要低，但仍然比大规模地面晶硅光伏电站要高一些。

2.薄膜光伏电站的单位成本比晶硅光伏电站的成本要低，但它的效率也低，而度电成本比晶硅光伏电站高。

(三)光伏发电系统度电成本的变化趋势

光伏系统的成本包含太阳电池组件、功率控制、组阵系统平衡、间接费用这四个部分。在这其中，组阵系统平衡涵盖了支撑组件的框架和支架、电线、基础土建和土地的使用费等。功率控制分为两个方面，逆变器和电器控制系统。简介费用包含涵盖了工程建设的管理费、工程设计费、建设期中的利息、意外的费用、运费等等。目前，制约光伏发电规模化发展的一大因素就是成本过高。随着电池效率的提高、组件成本的下降以及寿命的延长，光伏发电的成本和平价上网的水平相近，因此，光伏发电非常具有发电的竞争力。一些国际机构对未来光伏发电的系统度电成本做出了预测：现如今，中国并网光伏的发电单位的初始投资成本大约为15/W，光伏发电装机的容量是3GW。按照中国发电产业现有的发展趋势来看，在技术提升和装备国产化的大前提下，每年的投资成本会有百分之十的下降。按照《可再生能源“十二五”规划》的要求，到2015年年底，中国太阳能光伏发电的装机容量已经达到14GW。预计到2020年年底，太阳能光伏发电的装机容量会达到40GW，到2030年年底，装机容量会达到200GW。根据测算结果来看，2015年中国光伏发电的单位投资成本也大概是11元/W，2020年将会下降至10元/W，2030年会出现大幅下降，降至4元/W。太阳电池成本的下降，不仅仅是依靠技术进步，规模化的生产也在一定程度上降低了成本，使得成本有二分之一到三分之一的下降幅度。而系统平衡需要的构建成本也有了明显的下降。目前微电网的发电技术仍处于深入研究的阶段，虽然成本还是很高，但伴随着技术的不断革新和进步，成本也会逐步降低，未来光伏发电技术的前景是巨大的。2020年前，全球光伏发电的市场还是主要集中于欧盟地区，占到的比例约为百分之四十，2010~2020年，光伏发电在法国、德国、西班牙、意大利等国的地位逐步提升。2020年之后，光伏发电的新兴市场主要是中国、美国、巴西等国，光伏发电技术是重要的可再生能源发电技术。

三、光伏发电发展前景分析

1.多种光伏电池技术争相发展，第一代晶硅电池具有高校、低廉、使用广泛的主要用途，为市场主导。第二代薄膜电池成本低、耗能少，发展前景良好。第三代新型太阳能电池效率高但价格昂贵，目前仍处于探索阶段。

2.光伏微电网发电技术的发展方向是高成本和低稳定性光伏微电网是用光伏发电当作最主要的电源，它可以和其他的储能装置配合，直接在用户负荷周围供电，典型的微电网是可以脱离主网运行的，也可接到主网上运行，这样可以减少配电投资，大大减少了太阳能间歇性对用户带来的影响，这比较适合成本较高的边远山区和对供电有高可靠性的用户使用。

四、发展光伏产业的建议

综上所述，发展我国的光伏产业已经变得刻不容缓了。我国光伏产业的健康稳步发展，是与国家产业政策的宏观调控分不开的，国家各项政策的颁布和落实，将在很大程度上推动我国光伏产业的发展。

1.政府要做好带头作用，设立光伏产业发展的专项经费，更要在资金、电价、税收等方面制定相应的优惠政策，大力扶持。

2.技术上既要自主研发，又要学会技术引进，也可以和国内研究共同公关，建立健全一套创新的技术体系。

3.要以政府作为主导，多元化投资，建立一套完整的产业链，多方参与、共担风险，以更高的水平进行光伏技术师范建设项目。

4.努力培养国内的光伏市场，制定一套具体的分摊上网电价的实施细则，。5.对光伏产业的发展做出合理的规划。对行业标准的制定要加速，提升光伏产业在未来产业中的竞争力。

五、 总结

总而言之，太阳能光伏发电是绿色、环保的可再生能源，光伏发电技术的发展前景非常可观，在2030~2050年间，光顾能源和常规能源在价格上会有真正的竞争力出现，因此，这必将成为我国多能互补能源中非常重要的组成部分。我国的光伏产业需要在市场的规范、设备国产化、提高技术支持、产业链的发展等方面继续努力。只有这样，中国的太阳能光伏产业才能跻身世界前列。

作者:杜娟 单位:黄河水电光伏产业技术有限公司

参考文献：

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[2]冯百乐.光伏发电在建筑中应用的技术经济和选型分析[J].山西建筑,2012(20).

[3]陈贶,王亮,王满仓.不同容量光伏发电单元的技术经济对比分析[J].有色冶金节能,2014(03).

[4]刘江建筑.屋顶太阳能光伏发电项目的分析研究[J].能源与节能,2014(06).

[5]顾文石,安白.景观带光伏发电项目技术经济分析及综合评价[D].华北电力大学(保定),2013.

摘要：进入21世纪以来，在社会经济飞速发展的情况下，人与自然之间的矛盾激化，因此，找到一种能够让社会经济与自然环境和谐相处的低碳经济发展模式已经成为各个国家都极为重视的问题，这也是促使低碳经济模式成为不同国家共同发展的一个重要因素。文章主要针对低碳经济发展的技术范式以及发展路径的思考进行了全面详细的阐述，以期为我国经济发展过程中提供参考。

关键词：低碳经济技术创新

在当前全球变暖越演越烈的情况下，低碳经济发展模式已经成为了各个国家的主要经济发展方式，以此来促进人与自然之间的和谐关系，这不仅是对自然环境的保护，同时也是对人体健康的保护。低碳环境带来的不仅是低污染生产，还能够减少排放，避免大量污染环境的物质排入到水流、土地、大气中，进一步对被人体吸收，导致大量疾病的滋生。因此，应当加大低碳经济的发展力度，并且对其中的技术经济范式以及发展路径要进行深入的思考。

一、低碳经济与低碳技术

低碳经济已经成为了当前社会上一种新兴的经济发展模式，该发展的模式核心内容主要是在当前市场相关机制的基础上来进行制度的创新以及制定，通过这样的方式来使得低碳经济发展模式能够不断地提高技术效能、减少资源使用，同时研究出可再生能源、减少温室气体排放等相应技术，使得绝大部分工业生产都能够走向低排放、低能耗的生产模式。而有着低排放、低能效效能的低碳经济发展模式必然会伴随着新的节能技术、增效技术、减排技术的发展而发展。只有在大量新型技术的带动下，并以创新的低碳技术作为指引，才能够不断推动低碳经济模式的发展。

二、目前我国低碳技术发展的现状

现阶段我国企业在低碳技术研发方面已经取得了明显成功，有些低碳产品甚至达到了中世界先进水平，其中最突出的就是新能源行业。比如，截止到2015年我国已经有82台超超临界机组在网运行，在世界范围内也处于领先地位。除此之外，在世界范围内，我国风力发电机组增长量也处于领先地位，2013年，风电机组增长量已经高于1600万千瓦2015年风电装机容量已经超过了10000万千瓦，同比增长1474万千瓦，增长率达到了25%。除此之外，我国是世界范围内出口光伏组件最多的国家，全球有接近40%的光伏产品来自于我国。此外，中国是世界最大的太阳能热水器的生产者和消费者，占世界总产量的70%，约95%的太阳能热水器的核心技术为中国公司持有中国企业生产出了全球首款单次充电可行驶400公里、并可容纳5位乘客的纯电动轿车中国水泥余热发电效率世界领先，已开始向国外出口技术和设备。由中国科学院能源领域战略研究组编制的《中国至2050年能源科技发展路线图》指出我国近期低碳经济与新能源产业最重要的发展领域为：清洁煤技术、新能源汽车、智能电网、新能源规模发电等。中国在低碳领域取得了不小的成就，但中国的低碳技术发展仍然令人担忧。因为我们的技术仍以中低端为主。

1.风力发电技术虽然是中国发展最快的新能源行业，已具有1.5MW以下风机的整机生产能力，但是一些核心零部件，如轴承、变流器、控制系统、齿轮箱等的生产技术难关却迟迟未能攻克。

2.可再生能源发电并网一直是一大技术难题，其中重要原因是我国的智能电网建设水平较低，没有先进的电网调控和调度技术。3.在发展清洁煤技术方面，整体煤气化联合循环发电技术(IGCC)相关项目刚刚启动，关键部件尚不能国产。在中国，常规火电站的投资约为每千瓦5000元人民币，而IGCC示范电站高达每千瓦1万余元，比常规火电站高出1倍多。

三、我国低碳经济下的技术创新路径选择

我国是一个人口数量众多的国家，人口数量位居全球第一，但是经济发展的速度却并不符合人口需求，生态环境也较为薄弱，极易受到气候变化的直接影响。目前我国还处在一个经济飞速发展时期，面临着减小贫富差距、大力发展经济、减少温室气体排放量等多个不同层面的重要工作同时发展，这导致我国要推广低碳经济发展模式的变得更加困难。也正是由于我国的国情较为特殊，因此我们不能照搬国外的低碳经济发展模式，应当从国外低碳经济发展模式中吸取能为我国所用的精华，从我国所特有的低碳经济发展之路。

1.对低碳技术研发给予政策、资金等方面的支持。不断完善我国的低碳技术开发政策，加强相关的政策以及制度，并且对我国的低碳经济发展模式的企业，予以大量的资金支持。①部分新型的能源技术一直以来都是世界上极其难以攻克的问题，而如果仅仅只依靠企业独立进行研发，必然是极其困难的，因此，政府必须要帮助企业在一方面加强与国际先进能源技术的合作以及交流，从而为我国新型能源技术的快速发展打下坚实的基础。②国家应当在涉及到公共基础设施的建设工作上，加大对低碳建设的力度，例如智能电网等，大量低碳技术应用在基础建设上，能够为国家节省资源和资金，减少排放。③国家应当扶助进行尖端领域的技术研究工作，使得我国的低碳技术能够不断的进步，不仅快速与国际尖端技术接轨，未来还要努力超越国际平均水平，例如在风力发电机上的相关核心技术等。④严格制定相应的低碳技术制度，以及战略规划，引导低碳技术的正确发展，避免盲目发展的现象出现，同时，低碳技术的发展方向应当由国家来予以规划⑤国家建立起相应的低碳经济发展扶持基金会，以此来帮助我国企业低碳技术的发展。

2.从企业发展角度来说，企业需要进行低碳技术方面的创新，如若不然，企业将在低碳经济发展大趋势下失去市场竞争力。首先，企业应该转变营销理念以及传统的盈利模式，在制定短期目标的同时，还需要制定长期目标，总体大方向应该是发展低碳技术，通过低碳技术的应用，以使企业获得更高的利润，真正的实现发展模式与技术平衡其次，企业需要与政府、机构以及其他企业加强交流沟通，展开密切合作，以此分散低碳技术研发期间可能会出现的各项风险。由于低碳技术本身并不成熟，有很多低碳技术还只是停留在概念阶段，企业研发过程中需要承受非常大人力、物力等压力，如果企业单打独斗显然成功的可能性并不高，所以企业需要与政府、科学研究机构等展开合作，以此规避风险最后，可以引进先进的低碳技术。现如今，技术发展也逐渐实现了全球化，我国企业完全可以通过技术贸易来着获得先进低碳技术，而后再依据我国国情消化吸收，与此同时国家还应该做好专利产权保护工作。

3.对于科研机构来说，应该密切关注国家出台的各项政策 措施 ，在此基础上，还需要与企业进行合作，以此得到研发资金。科研机构低碳技术研发的重点应该放在以下几方面：提升煤炭资源的利用率核电技术、输配电技术以及可再生资源的开发利用技术等。通过这些技术的大力研发，真正的促进我国低碳技术发展，融入到各行各业中。另外，科研机构还需要做好一项非常重要的工作，即必须将研发成功的低碳技术推入到市场中，真正的将技术转变为生产力。

四、结语

综上所述，低碳技术已经成为了全世界生产技术发展的主流，这也是生产发展的必经之路，因此，在当前低碳经济模式发展的潮流中，我国应当加快与国际水平接轨的速度，扩大低碳生产技术在我国生产行业的覆盖范围，将更多技术应用到生产中，促使低碳经济发展走上可持续发展的道路。

作者:候雪雁 单位:大庆市红岗区伟业社区

参考文献：

[1]王国栋,杨志.低碳经济[M].石油工业出版社,2010.

[2]黄栋.低碳技术创新与政策支持[J].中国科技论坛.2010(02).

在19世纪中叶煤炭发展之前，所有使用的能源都是可再生能源，其主要来源是人力和畜力的形式利用牛，骡，马，水磨和风磨粮食，和柴火。在右边的美国能源使用的两幅曲线图中，直到1900年的石油和天然气的重要性，和风能和太阳能在2010年发挥一样的重要性。

除了核能、潮汐能、地热能之外，人类活动的基本能源主要来自太阳光。像生物能和煤炭石油天然气，主要透过植物的光合作用吸收太阳能储存起来。其它像风力，水力，海洋潮流等等，也都是由于太阳光加热地球上的空气和水的结果。 木材 柴是最早使用的典型的生物质能源，烧柴在煮食和提供热力很重要，它可让人们在寒冷的环境下仍可生存。 役用动物 传统的农家动物如牛、马和骡除了会运输货物之外，亦可以拉磨、推动一些机械以产生能源。 水能 磨坊就是采用水能的好例子。而水力发电更是现代的重要能源，尤其是中国、加拿大等满是河流的国家。 风能 人类已经使用了风力几百年了。如风车，帆船等。 太阳能 自古人类懂得以阳光晒干物件，并作为保存食物的方法，如制盐和晒咸鱼等。 地热能 人类很早以前就开始利用地热能，例如利用温泉沐浴、医疗，利用地下热水取暖、建造农作物温室、水产养殖及烘干谷物等。 海洋能 海洋能即是利用海洋运动过程来生产的能源，海洋能包括潮汐能、波浪能、海流能、海洋温差能和海水盐差能等，一些沿海国家的海岸线，就很适合用来作潮汐发电。 生物能 生物质能是指能够当做燃料或者工业原料，活着或刚死去的有机物。生物质能最常见于种植植物所制造的生质燃料，或者用来生产纤维、化学制品和热能的动物或植物。许多的植物都被用来生产生物质能，包括了芒草、柳枝稷、麻、玉米、杨属、柳树、甘蔗和沼气（甲烷）牛粪等。 国家发改委： 可再生能源就近消纳试点启动

为促进清洁能源持续健康发展，国家发展与改革委员会2015年10月下发通知，明确在甘肃省和内蒙古自治区部分地区开展可再生能源就近消纳试点，以可再生能源为主、传统能源调峰配合形成局域电网，降低用电成本，形成竞争优势，促使可再生能源和当地经济社会发展形成良性循环。

为“明确在可再生能源富集地区率先开展可再生能源就近消纳试点，为其他地区积累经验，是努力解决当前严重弃风、弃光现象的大胆探索，是电力市场化改革背景下促进可再生能源发展的机制创新。”为此，通知要求试点必须有效解决局部地区较为严重的弃风、弃光问题。试点方案应结合地方特点，允许大胆探索，只要政策不违反法律法规，不影响电力安全稳定运行，又有利于实现就近消纳，就可以试行，通过实践检验政策的可行性和有效性。

通知还提出，通过建立优先发电权，提出可再生能源发电的年度安排原则，实施优先发电权交易，并在调度中落实，努力实现规划内的可再生能源全额保障性收购。建立利益补偿机制，鼓励燃煤发电对可再生能源发电进行调节。

①、风力资源：陆地可开发风能约600万千瓦，加上近海的风电场，风电可开发容量达2000万千瓦，相当于2020年预计电力总装机容量的20％左右。我国正在积极开发第三代风力发电机组。特点是重量轻，单位面积获能大、可靠性高、装机费用低，发电成本将大幅下降。

②、生物质资源：生物质能作为一项低碳能源技术受到广泛的重视。英国、德国、法国、日本、美国及原苏联等国家早在50年代就利用厌氧消化技术处理城市和工厂污水，既治理了污染，又获得了能源。广东每年产生稻草、甘蔗渣在1000万～1500万吨之间，还有大量的城市和工业可燃废弃物及稻壳、蔗渣、木薯、速生林等能源作物，直接发电或通过热解气化供热发电，估计目前广东省的生物质能资源达到1000万吨标准煤。利用液化技术将生物质转换成液体燃烧替代石油是科学家的长期愿望，80年代在巴西、美国等国家已经实现。我国近年来为了进一步改进生物质能利用技术，提高利用效率，还开展了把秸秆等农林废弃物转换为优质气体、液化燃料等新技术的研究和开发，加上农业废弃物和城市有机垃圾，均可通过一定的工艺技术转换为电力，还可以直接、间接地转换为液体燃料，新的可再生能源的发展潜力仍然很大。

③、太阳能资源：广东属于亚热带地区，太阳辐射强而且濒临南海，广东省年均日照在2000小时左右，太阳能资源比较丰富。节能、环保的太阳能，每年日照时间超过2000小时的广东地区，广东日照时间长、辐射总量大，而且每年阴天只有60到80天；即使在阴天，太阳能热水器也能吸热，如果阴天的时间长了，还可以配合电能及煤气使用。利用太阳能热水器也非常省钱。以三口之家为例，初装费两三千元，但装好后每天至少省电八九度，一年就可省电费1000多元，两三年即可收回成本。国产太阳能热水器平均每平方米每年可节约100—150公斤标准煤，被动式太阳房平均每平方米建筑面积在暖期可节约20—40公斤标煤，太阳灶每台每年可节约柴草500—700公斤，节能和社会效益十分明显。当前广东太阳能利用有了一定数量推广应用的覆盖面，在缓解当前常规能源短缺和减轻生态和环境恶化等方面收到实效。

④、沼气：顾名思义就是沼泽里的气体。人们经常看到，在沼泽地、污水沟或粪池里，有气泡冒出来，如果我们划着火柴，可把它点燃，这就是自然界天然发生的沼气。由于农村燃料短缺，造成森林过度樵采，植被破坏，生态环境恶化。因地制宜，大力开发利用新能源和可再生能源，所以广东农村沼气的推广使用，可以直接引发农民的厨房革命，带动农村能源结构的调整，大大缓解了农村能源紧张问题，发展农村沼气对解决农民生活用能,促进农村地区脱贫致富，使农村经济和生态环境协调发展，对实现小康具有重大意义，改善农村的生产生活条件,增加农民收入,减少薪柴消耗,实现造林绿化,充分发挥山区和农村环境的生态屏障功能有非常积极的意义。沼气综合利用与生态农业和农村持续发展密结合，蓬勃发展，方兴未艾。

⑤、海洋能资源：广东的海洋能资源也较丰富。海水是取之不尽的资源，主要作为制盐原料和海洋能资源。广东省沿海有27个县市产盐，盐田总面积1.6万多公顷。海洋能资源有潮汐能、潮流能和波浪能等。可开发的潮汐能资源坝址，在大陆沿岸有23处，理论总装机容量为16.29兆瓦，年总发电量为32.24×106千瓦小时；上述这些条件是广东具备开发新的可再生能源的资源基础。

可再生能源(英语:RenewableEnergy)是指风能、太阳能、水能、生物质能、地热能、海洋能等非化石能源，是取之不尽，用之不竭的能源，是相对于会穷尽的不可再生能源的一种能源，对环境无害或危害极小，而且资源分布广泛，适宜就地开发利用。

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