说说可再生能源一定是清洁能源吗

在全球变暖趋势不断加剧，传统化石能源供应日趋紧张的形势下，各国政府在制定能源发展战略时纷纷提出要进一步开发和加大可再生能源的利用比例。但美国科学家的最新研究分析表明，可再生能源也许并不如想象的那样环保，发展可再生能源需要耗费大量的土地资源，最终的代价可能是环境遭到破坏。可再生能源是否是把“双刃剑”再次成为科学家们争论的焦点。 反对者：占地过多侵蚀自然 纽约洛克菲勒大学的杰西·奥索贝尔带领的研究小组在最新出版的《核能管理、经济和生态》杂志上发表论文称，他们对每一种可再生能源所占用的土地资源以及相对应的电力产出进行了考察分析。根据测算，生物质能和风能每生产1瓦或者2瓦电需要占用1平方米土地，要想改变全球能源供应格局，就需要兴建足够多的风电场以及拦河大坝，种植足够多的生物燃料作物，这势必会给自然带来巨大的侵蚀。 以美国为例，如果要满足2005年全美国的电力需求，必须在相当于得克萨斯州面积（约26.7万平方公里）大小的地方安装风力发电设施，并保持昼夜不停运转，才能保证供应。而纽约市所有的电力设备要想正常工作，也需要一个面积相当于康涅狄格州（约1.3万平方公里）的巨大风力发电场。 赞成者：所需土地其实有限 有些科学家则不认同奥索贝尔的分析结论，认为他采用能源密度（即每单位土地上的能源产出）作为唯一的衡量标准有失偏颇，不能够全面估算可再生能源对环境产生的影响。 美国国家可再生能源实验室主任研究员约翰·特纳表示，利用能源密度作为评估标准，不足以涵盖各种不同可再生能源的发展潜力。他说，如果用转换效率为10%的太阳能电池来为整个美国提供电力保障，那么只需要在亚利桑那州或者内华达州这种阳光充沛的地方安装1万平方英里（约合2.6万平方公里）的太阳能板就足够了，而整个美国大陆面积有370万平方英里，占用的土地面积不过是九牛一毛。而且，这仅仅只是采用了其中一种可再生能源技术。 是否环保：思路不同结论迥异 根据奥索贝尔的分析报告，如果美国以生物质能作为主要能源，那么爱荷华州965平方英里（约合2500平方公里）的可耕地都将被占用。如果利用太阳能，仅太阳能面板覆盖的土地面积就达到58平方英里（约合150平方公里），此外还要考虑兴建配套的储存工厂所占用的土地。因此他认为，太阳能和生物质能等可再生能源是“不环保的”。 对此，特纳表示，完全不必要在新的土地上建太阳能工厂，只需在现有建筑或房屋的屋顶上支起太阳能板，就能够满足全美国年电力需求的25%%。至于占地面积很大的风力发电场，实际上有95%%的地面是闲置的，可以合理利用土地，用来耕种农作物。 未来趋势：核能也是绿色能源？ 奥索贝尔认为，核能具有排放污染小的优势，是未来能源发展与利用的方向。他解释说，强调环保理念的能源政策有三大支柱，一是增进能源效率，二是利用碳捕获和封存技术，逐渐加大对天然气的依赖，第三就是发展核能。 特纳也赞同核能的发展潜力，但他提醒，核废料的处理不容忽视，应该在确保安全的前提下逐步推广。

在此基础上，我们水电的专业人士却可以发现，能源研究机构对于我国水电的减排作用，挖掘的还不够充分。我们认为：水电在未来的我国发电总量中的比重，决不应该仅占12%，而是要远高于目前的18%，甚至可以达到20%以上。

如果我们能够证明：我国的水电在未来发电能源中的比重，可以达到20%，那么能源研究所已有的预测结论，是不是就可以修正为：到2050年我国的“风电占比50%，太阳能占到23%，水电占到20%，核电6%和火电0%。”了呢？

进而我们可以发现2050年我国实现100%非化石能源发电的问题，基本上不必担心。因为，能源研究所的减排路线图是“风电占比50%，太阳能占到23%”，再加上我国巨大的水电潜力，完全可以“用更多的水电，取代火电”。

由于世界第三级青藏高原的存在，我国水电资源非常丰富，绝对是世界第一。目前，我国水电的装机（3.56亿千瓦）和年发电量（1.3万亿千瓦时）基本都占到了全球的四分之一以上，我国水电与世界第二之间的差距，至少都在3倍以上。

然而，目前 社会 上很多人（甚至包括一些研究能源问题的专家）都认为我国水电可开发潜力已经所剩无几了。这是因为，直到世纪之交，我国正式公布的水电可开发资源量也不过只有1.7万亿度/年。2006年的水电资源普查之后，更正后公布的数字为2.47万亿。几年之后，2016年的十三五规划就上升到了3万亿。

水电资源勘测的这种复杂性、困难性，往往使得可开发的资源量上升的空间很大。即便我们以十三五规划正式颁布的比较保守的3万亿/年来计算，我国目前（截至到2019年底）所开发利用的水电资源还不到44%。

如果我们能达到目前发达国家水电开发的（大约70%到90%的）平均水平，那么未来我国的水电，至少还有一半以上的开发潜力。初步估算，届时我国水电至少每年可以提供2.6万亿度的电能。

这个电量对我国能源的作用有多大？假设我国的用电达到峰值的时候，按照14亿人口，每人每年8000度电的需求，大约也就是每年11.2万亿度电。（目前我国各种用电峰值的研究预测，最高的也不过就是12万亿度左右）。

也就是说我国的水电（2.6万亿度的年发电量）将可以在未来我国用电最高峰的电力构成中，至少应该能提供20%以上的电能，远高于目前的18%。总之，我国的资源禀赋显示：未来我国水电所能发挥的作用，不仅不会比目前少，而且还要有所上升。

除了丰富的资源量，中国领先世界的水电技术也成为资源开发的坚实基础。

2004年，我国水电总装机容量突破1亿kW，超越美国成为世界第一。虽然我国的水能资源极为丰富，但我国水电开发建设的任务极其艰巨、繁重，因此我国水电开发的过程中所遭遇到的困难，所需要解决的难题，也几乎是前所未有的。

可以说，从我国改革开放加速水电开发建设时候起，我国的水电就已经开始了向世界水电 科技 制高点的攀登。目前，世界上最大的水电站是我国的三峡；最高的碾压混凝土坝（203m）是我国的黄登水电站；世界上最高的混凝土面板堆石坝（233m）是我国的水布垭水电站；最高的双曲拱坝（305m）是我国的锦屏一级水电站。我国正在建设的双江口水电站的堆石坝，高度将达到312m，建成后将成为全世界第一的高坝，刷新所有的世界纪录。

建设这些世界之最的水电站大坝，需要一系列尖端的工程技术支撑。可以说在所有这些工程技术方面，我国都已经走在了世界前列。在水电机组制造方面，目前不仅世界上单机容量70万kW的水轮发电机组绝大部分都安装在中国，而且单机容量达到80万kW和100万kW的水轮发电机组，也只有中国才有。

这种结合了现代 科技 的水电开发技术，使得我国的水电开发能力不断增强，可开发的资源量也不断的在扩展。加上我国现有的远距离、超高压、特高压输电技术，理论上我们的水电开发已经没有制约性的技术障碍。

总之，今天我国的水电已经是当之无愧的世界第一。无论从规模、效益、成就，还是从规划、设计、施工建设、装备制造水平上，都已经是绝对的世界领先。一般人可能想象不到，中国水电领先世界的程度，其实远超经常宣传的高铁、核电等行业。我国的高铁、核电等技术虽然已经非常先进，但是在国际市场上还是有竞争对手的。但是在水利水电领域的国际招标中，目前几乎所有具备实力的竞争者都是中国的公司。我国这种全行业的绝对领先，在我国 历史 上是否能绝后我们不知道，但肯定是空前的。

发达国家的水电开发程度，为何普遍都在70%到90%多，平均也有80%以上呢？其实，发达国家他们当年在开发水电的时候，国际上还没有什么碳减排的要求。然而，他们的水电，之所以都要开发到较高的程度的根本原因，主要在于 社会 现代化文明的发展，特别需要通过水电的开发来解决调控水资源的问题。

例如，美国著名的胡佛大坝、田纳西流域梯级水电开发的主要原动力，其实都是 社会 发展需要有效的调控水资源。所以，这些国家在满足了水资源的调控需求之后，往往就不再去进一步开发其它水电资源了。

而一些想靠开发水电解决能源问题的国家的水电开发程度，则普遍会更高些。例如：法国、瑞士等国的水电开发利用程度都超过了95%。总之，无论是哪种情况，国际 社会 的普遍经验说明，如果一个国家水电开发程度低于70%的话，那么这个国家的水资源调控问题，很难解决好。

因为，一个国家的水电开发程度往往都与水资源的开发程度成正比。所以，水电开发如果不能达到一定的程度，这个国家的水资源问题肯定也解决不好。目前，由于我国水电开发程度还不足44%，因此，我国的水资源调控的矛盾也就十分突出。

我国的国土面积和水资源总量都与美国差不多，但是，我国目前的水库蓄水总量只有9千多亿立方米，而美国是13.5万亿。我们大约还需要增加50%的水库总库容，才能达到美国那样的水资源调控水平。

然而，美国的人口还只是我国的1/5左右。也就是说，如果我们不能超过美国的水电开发程度的话，我国的水资源调控矛盾，绝对是无法解决好的。

总之，我们也可以这样说，即使我国不再需要用水电提供能源，但为了调控水资源我们也必须要把我国的水电开发程度提高到80%以上才行。否则，水资源的调控矛盾解决不好，我们建成小康 社会 的目标将难以实现。更何况目前我们还面临着巨大的减排压力，实现能源革命电力转型，最终兑现巴黎协定的减排承诺，已经迫在眉睫。

根据我国发改委能源研究所和国家可再生能源中心所发布的《我国2050高比例可再生能源发展情景暨路经研究》报告的预测结论：到2050年我国风电和太阳能发电的装机分别可达到24亿和27亿千瓦。

按照可能的年运行小时（风电2200多，太阳能1400多）估算。届时我国的风电大约每年可提供5万多亿度电能，太阳能也能提供接近4万亿度。有了这9万多亿的电能，再加上水电的2.6万亿，就已经超过了我国用电最高峰时的峰值11.2万亿度。

更何况届时我们还要有2亿多千瓦的生物质能可以发挥作用。也就是说，即使我们完全不考虑核电的作用，我国未来也可以用100%可再生能源的发电，来满足我国全部的用电需求。

不仅如此，水电还能够肩负起非水可再生能源发电调峰的重任。

众所周知，水电的可调节性肯定要比火电、核电都要好得多。所以，如果能源研究所的减排路线图切实可行，不存在解决不了的调峰矛盾，那么我们用水电替代其中火电的方案当然就更不会有问题了。

此外，我们还应该注意到：目前，尽管化学储能的技术无论从技术上还是成本上，确实都还难以满足商业化的要求，但是国内外的研究机构，为什么都还敢断言说2050年全球就实现100%的由可再生能源供电，无论在技术上还是经济上都是可行的呢？

笔者认为，其最重要的原因之一就在于可再生能源家族中含有功能特殊的水电。水电是最优质的可再生能源，可以为风、光等可再生能源的大量入网，提供重要的保障作用。目前，世界上所有能够实现百分之百由可再生能源供电的国家，基本上都离不开水电的有效调节。

大家知道，挪威因为水能资源丰富，一直都依靠水电保障全国99%以上的用电需求。今年年初，葡萄牙也完成了一个多月完全由可再生能源供电的成功尝试。葡萄牙高达52%的水电比重就是重要的支撑。

就连宣布了退出巴黎协定的美国的总统特朗普，在考察挪威，发现了水电的重要作用之后，也曾经表示过，他有可能会通过开发美国水电的潜力，重新考虑加入巴黎协定。这其实就是水电在未来的高比例可再生能源体系中，具有特殊的重要作用的一种体现。

当然，我们也必须承认，世界上的水能资源本身（总量有限）确实不能满足人类的能源电力需求，但是，由于科学开发的水电有很好的调节型，可以为大量的风、光等可再生能源的入网提供保障。这样一来，水、风、光互补发电，情况就大不一样了。

在现实中，风、光发电的间歇性与水电的季节性之间，通常有很强的互补关系。例如，我国四川省的凉山州，通过水、风、光互补，2016年凉山州除了满足自己的用电需求之外，给我国东部地区的送电超过1300亿度（这大约相当于当年上海市用电量的70%）。如果，未来的送电通道建设能有保障，预计2020年凉山外送电量可达2000亿度。也就是说通过水、风、光的互补发电，凉山州一个州所产生的可再生能源，除了满足自己的需要之外，还可以满足一个像上海这样大城市的全部用电需求。

目前欧洲很多的国家之所以能达到较高比例的可再生能源，也是因为欧洲的水电开发程度经高。而我国目前之所以还不得不以煤炭发电为主的根本原因之一，也正是由于我国的水电开发程度还不够高，水电的调节性能难以得到充分的发挥。

此外，在化学储能技术没有出现重大突破之前，水电家族中抽水蓄能电站的重要作用也不能忽视。为了给电网调峰，日本的抽水蓄能装机规模早就超过常规水电。假设到2050年化学储能的技术，仍然不能出现重大的突破，我们大不了再多建一些抽水蓄能。事实上，我国大量梯级开发的水电站（以及一些散落在全国各地的小水电）很多只要稍加改造，加装上能抽水的泵，都可以改造成混合式的抽水蓄能电站。

总之，仅从发电量来分析，我国到2050年实现完全由可再生能源供电，应该是完全可行的。再加上水电这种资源和它所具有的某些优质特性，在2050年实现百分之百的由可再生能源供电，无论在技术上还是经济上都是可行的。

1. 水库移民

很长时期以来，移民问题一直都是水电开发的主要制约因素，但其实移民的难点并非是由水电开发造成的。现实中凡是需要大量移民的大型水库水电站，其实都是有着重要的水资源调控功能的多功能水电站。而这些电站的最主要作用，可能并不是发电，而是水资源的调控。

例如三峡工程的首要目标是防洪和供水，而不是发电。如果仅仅是为了发电，三峡可以分别建成一系列的径流式水电站，这样几乎可以不用移民而产生等量发电。

没有了任何防洪、供水等水资源调控功能的三峡工程无法解决我国长江灾害的心腹大患，当然不能考虑。然而上百万的移民成本，全都要靠一个水电站的发电效益来解决，几乎也是无解的开发难题。

我国通过建立三峡基金，先后投入了一千多亿元解决了我国三峡建设的投资难题。理论上相当于国家出资建设了三峡水库，企业投资建设了三峡大坝和发电站。

现在回过头来看，这是国家参与大型水电开发的最成功范例。三峡水电的上网电价只有0.26元/度，比火电的平均上网电价要低近0.1元。三峡的年发电量大约为1000亿，这样一算三峡除了每年给国家的上交的利税和效益之外，仅这种隐性的电价补偿，就接近100亿（相当于对三峡基金的一种回报）。也就是说，大约发电十几年之后，国家对于三峡水库的投资，就相当于完全收回了。

然而，三峡水库所创造的效益又有多大呢？

三峡防洪供水的巨大效益仅仅通过一次防止特大洪灾就足以让我们刮目相看。2012年三峡水库所拦蓄的洪水峰值，已经超过了1998年。1998年我国长江特大洪水所造成的经济损失大约是2000多亿，死亡1600余人。

由于我们有了三峡水库的拦蓄，面对更大的洪峰，我们不仅不再需要百万军民的严防死守，而且也不再有任何人员的伤亡。可以说三峡当年防洪错峰所避免的洪灾损失，就已经超过了国家对三峡水库投资的数倍。只不过水利工程的经济效益，往往都是公益性的，你可以计算出来，但却无法实际收取到。

大型水电站的水库移民困难，其实是一种公益性开发的矛盾。让某一个企业自己依靠发电效益去解决，往往是非常困难的事情。如果采用三峡这种的国家参与开发的模式，问题就变得非常简单，容易。

世界上各国的大型水电开发项目，基本上都是国家行为。例如美国的大型水电全部都要由联邦政府的所属机构投资开发，从不容许商业开发者参与。

电力市场化改革之后，我国很多优质的项目即使依靠开发企业的电费收益，也能解决好移民的投资。但大多数具有水资源调控功能的大型水库电站的建设，都应该是公益性的。尽管这些项目的移民投资收益，几乎可以说是一本万利的。如果交给企业进行商业化的开发，可能就难以运作。

例如我国目前还争议巨大的龙盘水电站建设需要移民10万余人。这个重要的大型调蓄水库电站所创造的水资源调蓄能力几乎可以达到200亿/年。虽然其防洪功能还比不上三峡，但其供水的能力甚至可以超过三峡。

如果因为某个企业没有能力依靠电费解决移民搬迁的费用，就耽误了龙盘水电站的开发建设。那么就相当于今后上千年，我国的长江中下游每年汛期要增加200亿立方米洪水的压力，同时枯期还要减少了200亿水资源的供应。

同样的问题还体现在龙滩水电站二期扩建上。如果因为移民的费用无法由电费担负，就停止了龙滩二期的开发。那么我国南方的珠江流域，每年将要增加上百亿洪水的压力，同时枯水期又将减少上百亿水资源的供应。

每年几百亿的水资源保障，才是我们水库移民问题的本质。我们需要跳出水电商业化开发中移民难的惯性思维，避免丧失了我国水资源开发的大好时机。

2. 生态环保

除了移民问题，生态环保也一直被认为是水电开发的巨大障碍。

对于水电破坏生态的偏见，曾有很多文章专门介绍过，这是当年美苏争霸政治斗争留下的后遗症。1996年在联合国的可持续发展峰会上，也曾经一度因为当时的水电生态问题的过度炒作，否定了大型水电的可再生能源地位。但随后在2002年的峰会上，大会又一致同意做出了更正，恢复了大型水电的可再生能源地位。为什么会这样？因为，水电尤其是大型水电是当前人类 社会 替代化石能源第一主力。

仔细分析不难发现：所有水电破坏生态的问题，几乎无一不是局部的、针对某一特定物种的某种炒作。而水电实实在在所解决的，却是人类 社会 最大的生态难题——过量的使用化石能源所造成的气候变化。

因此，只要站在人类 社会 可持续发展的高度，几乎没有人敢否认，开发水电才是当前最重要的生态建设。当年的联合国峰会就是因为考虑到了气候变化，而立即纠正了对水电的偏见和误导宣传。

受到国际 社会 对水电误解的影响，我国以往的环保部门和环保人士也一度对水电开发的生态环境问题耿耿于怀。但是，改组后的生态环保部，已经开始担负了防止气候变化的职责。

前不久美国马里兰大学和我国国家发改委能源研究共同颁布的中国煤电退役报告非常明确地指出：我国若要实现《巴黎气候协定》中2摄氏度的减排承诺（2100年达到净零排放），就必须在2050至2055年退役全部的传统煤电；如果要实现1.5摄氏度的减排承诺（本世纪下半叶实现净零排放），就必须在2040至2045年间退役所有的传统煤电。

解决火电的碳排放问题，几乎是世界各国公认的兑现《巴黎气候协定》的最大难点。目前，世界各国都普遍认为，要实现《巴黎气候协定》的零碳目标，火电尤其是煤电只有退役一条路。

在今后20年的时间内，退役我国全部的煤电，大量的风、光发电入网，没有一定量的水电调节保障，怎么可能支撑起电力系统的正常运行。

可以确信在不远的将来，只要我国真的要兑现巴黎协定，我们负责这项工作的生态环保部，肯定会和当年的联合国可持续发展峰会一样，从根本上转变对水电的态度。因为水电在能源革命中的地位和作用是无可替代的重要。

3. 开发成本

随着我国水电开发的深入和向西部转移，资源的开发难度以及输电的距离都在增加。因此导致大部分即将开发的水电项目，普遍存在着还贷期上网电价过高的难题。

西部水电开发成本高的问题，其实也不应该是真正的发展障碍。由于目前企业投资核算的周期，最长也不能超过30年，所以我国西部深山中待开发的水电项目，几乎都存在着初期上网电价难以接受的难题。然而，只要还贷期一过，水电站的发电成本马上又变得非常低。

当前所谓西部水电开发的高成本障碍，其实只是一个算账方法的规则问题。这对于具体开发企业，虽然是无法逾越的难题，但对于一个国家来说，从政策上解决这种矛盾，应该说是轻而易举的简单。

从全生命周期来看，水电几乎是最经济的能源。目前，不仅我国的水电上网电价平均比火电低很多，而且全世界各国的电价，几乎都是水电多的国家的电价都比较低。

除此之外，随着 社会 的进步，很多发达国家都已经进入低利率甚至负利率的时代。而我们目前水电投资，还都是要以高达6%左右的贷款利率计算成本。可见，西部水电开发的高成本，其实只是形式上的、暂时的。而实质上，水电才是我们人类 社会 最经济的电力来源之一。

在新一轮的西部大开发中，如果我们仅仅因为资本收益的计算，不利于投资者的短期回报，而丧失了为 社会 提供最优质、最经济的电力的大好机遇，那无疑将是我们的巨大失误。总之，我们的 社会 主义市场经济应该更有利于保障 社会 的整体和长远利益，因此，通过建立专项基金或者利用财税手段，解决这类矛盾并非难事。

如上文所述，我国水电在新时期高质量的发展，不仅切实可行，而且还可以说是我国经济和 社会 可持续发展的必由之路。然而，当前由于我国 社会 舆论对能源电力转型的认识不到位，煤电退出 历史 舞台的问题，至今还没有被摆上议事日程。因此，目前我国严重的电力产能过剩，所导致的水电弃水的难题，依然制约着当前水电的发展。

这种状况只能是暂时的。一旦我们整个 社会 意识到以煤电的退出和可再生能源的大发展为标志的能源革命电力转型，是我国实现小康 社会 并兑现巴黎协定承诺的基本前提，电力转型的情况随时都可能会发生大变。水电作为我国可再生能源大发展的基础和保障，时刻要为这一天做好准备。总之，水电的特性就决定了，我国水电的高质量发展一定要和我国 社会 的进步和可持续发展同呼吸、共命运。

虽然自然界里水会循环，但是，人类的用水量远高于可以让人类运用的水，节约用水就成了我们每个人

都应该做的事情。

我觉得，已用过的水和已经遭受污染的水都可以再次利用。例如，洗菜、洗衣服的水可以冲马桶，受过污染的水可以在一切能够利用的情况多多利用，这样不仅减少了水费，更做到了节约用水的目的。而城市污水应多多回用于公用设施和住宅冲洗厕所、浇灌绿地、景观用水, 浇洒道路等, 这样做，污水的循环作用就提高了不少！

你知道吗？地球上有70.9%都是水,可这些水中有97.47%是咸水,咸水大部分是海洋水,不能饮用,因为1KG海洋水中就有39G个盐类物质；而这些水中的2.53%是淡水,而淡水大多是冰川水和深层地下水,这两种水占淡水的99%,可供我们人类使用的水仅占淡水的0.3%,我们的水资源十分少。我国是个缺水的国家，因此，我们更要节约用水，保护水资源。

水资源的利用在生活中是无所不在的，工厂排放出的污水再经过净化后同样可以循环使用，但是，也是要付出代价的，例如净化的成本，而这些又需要消耗资源。

雨水是我们每个人都见过的吧。当然，你有没有想到利用雨水就很难说了。科学家们都认为，雨水其实是一种难得的财富，它也是水资源，而且相当宝贵，但是，从全国范围看，我国的雨水收集与利用率还很低，我们应该用科学发展的思维看待雨水，用科学手段对待雨水，让雨水留下来，被我们科学地、循环地加以利用后，再科学地送它或入地或入河湖而去。这样何尝不是一种充分利用水资源的方法呢？

其实，水的宝贵大多数人都知道，却也选择遗忘。多少人不知道该如何节约用水？多少人浪费水资源？恐怕多得很吧。这就跟宣传有关了，我想，电视方面应该多多播放关于资源利用的问题，政府的宣传也是相当重要的，而新时代的祖国花朵们，更应该在从小就养成节约用水的好习惯，要知道，我们人类，离不开水，整个地球，离不开水！

况且节水有很多好处，不仅有利于缓解水资源的供需矛盾，减轻城市发展对环境的压力，还有利于延续供水和污水处理设施的建设投资，降低供水和污水处理设施的运行成本。从战略角度来看，节水绝对百益而一害！

节约用水靠得不是一个人的努力，是千千万万的人的努力，但不管用什么办法，我们都应该立即行动起来，把理念化为行动，要知道，水在日渐地减少，节水行动刻不容缓！

未来的能源

现在，每个国家都需要能源。瞧，有的国家为能源在争吵，有的国家为能源随时准备战争，想用武力掠夺能源（如伊拉克与科威特的战争，印度尼西亚与马来西亚的海上领土纠纷）。可见，能源是多么重要，因为我们现在用的电大部分就是以煤作为能源开发利用的；在大街上跑的汽车绝大部分是以汽油或柴油为动力的，而汽油和柴油是以地下开采的石油提炼出来的；在家里煮饭大部分用的是煤气与天然气。

据说，石油、煤、天然气的开采和使用都会不同程度地污染环境哟！

那么，如果哪一天地下的石油、煤、天然气都开采完了，怎么办？也许，用不着100年，地球上的地下能源就会枯竭。到那时，因为没有电，电视机开不了、空调无法启动、电脑成废物、甚至到晚上连电灯也无法开亮；因为没有石油和煤的资源，飞机、火车、轮船、汽车通通都开不动了。这样一来，我们就只能坐马车或骑自行车去学校上课啦，而且晚上大街和家里都是一片漆黑，晚上在家做作业就只能烧柴火来照明了。哗！那太可怕啦？！

据说，还有一种能源是用水来发电的，但是开发水电要拦截河流，而且会影响地球上的生态平衡哟！

我不希望看到世界上有争吵与战争，我希望世界上充满欢乐与和平。所以我幻想要是每家每户都有一个“微型能源器”该多好。这个能源器不需要我们去破坏地下资源，可以随时吸收储藏太阳能、风能等所有大自然的自然能源（如果让它放在海边，还可以随时

吸收储藏潮汐产生的动能……），需要用能源时可以随时随地释放出来供大家使用，如果需要用很大的能源动力时（如飞机、火车、轮船）可以用很多很多的“微型能源器”相互组合来提供能源。这样一来，有了这种“微型能源器”，世界上每个国家之间也许不会再争吵、不会再发动战争了；而且肯定不会造成环境污染，也不会破坏生态平衡；同时，可以美化我们的城市，因为我们可以不需要大街上那些难看的电线杆、电线塔及缠绕在上面象蜘蛛网一样的电缆线；还有，这种“微型能源器”，不需要进行高压变电，可以彻底消除因电磁波产生辐射给人类造成的健康损害。

也许在不久的将来，“微型能源器”便会出现，带给人类和平、健康和快乐！

其一，化石能源消费比重仍然较高，甚至过大，因此造成严重的空气污染问题。近年来，我国第三产业及其它终端能源消费增长较快，但是工业终端能源消费仍占总终端能源消费的较高比例。2016年中国终端能源消费总量达到32.3亿吨标准煤，其中工业部门占61%，交通部门占比21%，建筑部门占比14%。煤炭是中国终端能源消费的主要能源品种。2016年，煤炭消费占总终端能源消费比重的39%，石油27%，电力19%，天然气7%，区域供热5%，生物质能源2%。电力部门中，2016年可再生能源发电量占全国总发电量的比重达到26%，非化石能源发电量占29.5%。全国总发电量中的67%来自煤电，3%来自天然气发电。2016年，中国一次能源总消费量43.6亿吨标准煤。煤炭占比62%，石油占比18.3%，天然气占比6.4%，非化石能源所占比例为13.3%，其中可再生能源的比例为11%。

“我国能源消费结构中化石能源比重过大，这也导致了对能源进口的依赖。显著特征是石油进口依存度持续提高，我国2016年石油对外依存度占全部石油消费总量的三分之二。我国部分区域严重依赖煤炭经济，这些煤炭经济包括煤炭的开采及煤电产业，导致煤炭消费出现‘锁定’，这对降低我国煤炭消费、地方经济转型造成了阻碍。”王仲颖说。

化石能源的消费比重大，造成我国多地空气污染仍然严重。现在已经形成共识，煤炭发电厂、燃煤工业和以化石能源驱动的汽车是造成中国大部分城市严重空气污染的重要原因。“当前，我国政府将解决空气污染问题作为其首要任务之一。此外，水污染和土壤退化等环境问题也同样严重，上述生态环境问题将可能危及中国未来的可持续发展。”王仲颖强调说。

其二，可再生能源的浪费虽在减少，但仍很严重。

“被迫降低水电、风电和太阳能光伏电量——也被称作‘弃用’问题，在我国已存在多年。‘弃用’现象表明当前我国可再生能源尚未被充分优化整合进入能源系统。”王仲颖以弃风为例予以说明。2016年，我国全年弃风率为17%。今年1～9月，全国弃风电量和弃风率实现双降，弃风限电的范围和规模得到缓解，全国总弃风电量298.5亿千瓦时，同比减少25%，累计弃风率13%，同比下降6.8个百分点。由于弃用造成可再生能源资源的浪费，提高了风电等可再生能源电力生产成本。如果考虑由此导致的煤电发电量上升，则进一步增加了大气污染物和二氧化碳等温室气体排放。近年来，太阳能发电和部分重点地区的水力发电也遭到了弃用。

其三，电力系统缺乏灵活性，运行管理制度面临挑战。

王仲颖说，我国自改革开放以来所采用的能源和电力发展战略成功地保障了电力供应，为快速增长的经济提供了动力，目前依然影响着电力系统发展。我国经济进入新常态以来，煤炭发电厂产能过剩明显，在未来的电力系统中，有出现投资搁浅和化石能源技术锁定的风险。此外，电厂和互联电网的调度运行受到传统电力市场交易制度和地方利益壁垒的影响，无法适应大规模风电和太阳能发电等波动性电源的发展。我国的电力体制改革正在进行，这些问题均应得到解决，为电力系统的运行和发展创造一个全新的框架。然而，由于制度障碍以及缺乏针对不同省份的共同目标，目前电力市场改革推进缓慢，区域电力市场在市场设置和计划安排方面的合作往往存在明显的利益冲突。“在电力体制改革不到位的情况下，的的确确会影响不同省市现实的本身利益。可喜的是，十九大的定调，一定会加快电力体制改革的进程，上述问题会在电力体制深化改革的过程中逐步得到解决。”王仲颖说。

其四，可再生能源经济激励制度亟待改革。

王仲颖介绍说，当前，固定电价政策是中国可再生能源发展的主要支持机制，但补贴机制存在的问题，使改革迫在眉睫，以确保政策的有效性。“涉及到三方面的问题。一是电力附加费并不能保证为规模日益增长的可再生能源项目提供资金支持。二是补贴水平调整不平稳，且当补贴下降时产生新增项目的‘抢装潮’。三是固定电价机制并不适用于未来电力市场改革及可再生能源市场化。”“对可再生能源技术的支持主要是为应对化石能源价格不能反映其社会真实成本问题。现在的化石能源价格并没有完全反映出化石能源利用对我国生态环境影响的全部成本。环境成本没有真实呈现，且化石能源的其它支持机制也扭曲了不同能源技术之间的竞争。”王仲颖强调说。

既定战略必须更加坚定地深入实施

“我国的能源体系正在由以煤炭为基础、高环境成本向低碳、环境友好转型。我们的分析显示，尽管我国政府已经制定了正确的政策战略，但能源转型是否成功取决于政策是否得到强有力的执行。”王仲颖说。

记者：我国政府制定并实施了哪些能源转型战略举措?

王仲颖：当前，我国政府已经制定了一揽子政策战略及措施，全面推动能源系统向可持续和低碳方向转变：牢固树立“五大”发展理念、统筹推进“五位一体”总体布局、坚持协调推进“四个全面”战略布局“绿水青山就是金山银山”的发展理念已经植入我国政府的治国理政实践我国政府签署《巴黎协定》，并在全球应对气候变化行动中发挥大国作用的行为，展现了我国政府积极应对人类生存威胁因素的决心。正在进行中的“全国环境行动计划”、电力市场化改革和国家碳排放权交易系统则昭示着我国能源深度转型进程的序幕已经拉开。

记者：如果坚定坚持既定方针政策，那么到2030年、到2050年会出现怎样的结果?

王仲颖：CREO2017的分析表明，如果坚定不移地执行既定政策情景，那么2050年煤炭消费总量将降至2016年消费水平的三分之一，并确保二氧化碳排放于2030年之前达到峰值。2030年后，二氧化碳排放显著降低，直至下降到2050年的50亿吨水平，接近2016年排放水平的50%。2050年，非化石能源占全部一次能源供应的60%。同时，通过投资能源系统转型，未来能源系统的电力成本与当下严重依赖化石能源以及不可持续的能源系统相比将基本一致，而能源系统的可持续和稳定性则将大幅提升。如果那样的话，煤炭消费量被控制，以合理的经济代价实现2050年高比例开再生能源发展目标就可以实现。

记者：如果既定政策执行不坚决或有误，会出现怎样的结果?

王仲颖：政策措施和创新战略的高效实施是确保能源转型平稳实现的关键。反之，如果部分政策措施不能如期施行或方向有误，则将导致我国能源系统将继续被化石能源技术锁定，可再生能源技术的发展及其与能源系统的整体融合将面临严重障碍。因此，政策的执行力是关键，特别是短期战略的强有力地实施是长期能源深度转型取得成功的关键。

记者：能源转型本身、电网基础设施和可再生能源技术都需要大量投资，这可能会导致短期内电力成本上升。如何看待这个问题?

王仲颖：的确，能源转型本身、电网基础设施和可再生能源技术都需要大量投资，这可能会导致短期内电力成本上升，但这些额外的成本也会带来效益，使那些过去依赖低化石能源价格的行业快速向电力和非化石能源转型，同时改善空气质量、降低污染水平。能源转型的大量投资也会创造出代表未来技术方向的新的就业岗位，从而弥补传统煤炭产业链和技术制造业转型所削减的就业机会，这一切都与我国积极的创新战略相符合。在这个角度上看，可以说，可再生能源成本下降、电力市场改革和碳交易价格将是驱动能源转型投资的主要动力。

记者：能源转型成功和煤炭消费总量下降需要哪些客观条件?

王仲颖：能源转型和煤炭消费总量下降是在基于三项重要客观条件下实现的。首先，CREO2017假定在国际大环境和我国创新战略驱动下，可再生能源技术发展将延续近年成本继续降低、效率提升的表现，可再生能源技术以较低的成本实现能源供应。到2050年，非化石能源消费中占比超过60%，煤炭消费占比下降至2016年消费水平的三分之一，电力供应成本基本维持不变，碳排放总量在2030年之前达到峰值。其次，假定碳排放权交易制度能够得到有效实施，碳排放价格将切实影响到能源部门的投资决策，(在CREO2017既定政策情景中，设定了长期执行的碳价格水平，即每吨二氧化碳100元人民币)，这将有助于支持可再生能源尽快实现与煤电平价。再次，假定持续推进电力市场化改革，并将其作为确保波动性可再生能源与电力系统融合的重要工具。

要实现“低于2℃”目标，需在既定政策基础上再加码

“CREO2017研究结论显示，即使既定政策情景顺利实施，仍不能支撑全球实现‘巴黎协定’设定的控制未来升温幅度‘低于2℃’目标。我国按既定政策情景发展，将能够实现承诺的国家自主贡献目标，但与大多数国家一样，二氧化碳减排尚显不足。”王仲颖说。

记者：依据CREO2017研究结论，既定政策难以支撑实现温升幅度“低于2℃”目标。那要实现控制温升目标，需要怎样的新目标?

王仲颖：基于考虑我国二氧化碳减排展望和未来实现“低于2℃”目标，CREO2017分析认为，我国要满足《巴黎协定》要求，就必须采取进一步的二氧化碳减排措施。综合分析国际研究成果，CREO2017假定了我国未来能源部门的二氧化碳快速减排的约束预案，即从2016年的100亿吨左右二氧化碳排放水平降到2020年的90亿吨、2030年80亿吨，直至2050年下降至30亿吨。

记者：也就是说，为达到实现“低于2℃”目标，应制定执行更加有利于可再生能源发展的政策?

王仲颖：是的，如果我国未来碳排放足迹遵循“低于2℃”假设，则我国必须加速削减煤炭消费、更为迅捷地发展可再生能源。相比既定政策情景，CREO2017结论表明，2020年，“低于2℃”情景需要额外增加3.05亿千瓦的可再生能源装机容量，2050年需要增加15.18亿千瓦。额外增加的发电装机初期将主要来自风电，后期则更多来自太阳能发电技术。在“低于2℃”情境下，煤炭消费量更为快速地降低。煤电装机到2020年将再削减1600万千瓦、2050年降低2.2亿千瓦。为了促进终端用能部门的减排，在“低于2℃”情景中，CREO2017设定了相比既定政策情景更高的终端电气化率水平，特别是提高了交通部门和工业部门的电气化率。

记者：如果按照“低于2℃”目标，我国可再生能源“十三五”规划中的发展目标已经落后于近期的发展形势。CREO2017展望风能、太阳能和生物质能发电装机总量也显著超出2020年规划目标，这个超出的部分能否实现?

王仲颖：从快速降低电力部门碳排放和提升终端用能部门电气化水平的角度分析，既定政策下的能源转型成就仍有进一步提升的发展空间。从遵守《巴黎协定》的角度看，2020年后的能源转型任务将更加艰巨，因此加码是必然的，只不过是早晚的问题。

记者：总体而言，今年以来，弃风、弃光现象有所好转，但仍比较严重。在这样的情况下如何发展更多的可再生能源?

王仲颖：要保证更多的新增可再生能源发电容量接入电网，要对煤电企业的运行提出严格的灵活性要求，维持提高电力系统灵活运行，要更为灵活地调度输电线路和省间电量交换。这些措施需要地方政府提高接纳和利用区外可再生能源的积极性，支持电网调度合作和联合调度。

记者：“低于2℃”情景下目前的电力系统已不需新增煤电装机。那么对那些已经获得行政许可、并准备开工建设的新的燃煤电厂应作如何对待?

王仲颖：应当在进一步加强开工审核的同时，尽快颁布禁止新建煤电厂的临时禁令，从而避免大额资产搁浅。近中期，随着电力市场化的进程，应逐步取消年度发电计划确定的满发利用小时数，直至最终取消年度发电计划制度。这也就意味着，所有的发电商都需要根据市场的需求来决策自己的发电量。在这种情况下，新建煤电厂的风险会更大，因为它已无法通过行政手段确保电价水平。在可预见的未来，煤电价格预期将会继续上升、可再生能源发电成本则处于下降通道，固定电价的长期购电合约将不复存在。到那时，可再能能源发电无论在成本上、技术上都会比煤电具有竞争性，起码不会比煤电竞争力弱。

从现在到2050年可再生能源逐步成为主导能源

CREO2017展示了我国能源系统到2050年的两条发展路径。一是低于2℃情景发展路径，这条路径由严格的碳预算推动二是既定政策情景发展路径，这一路径由当前实施的能源政策维持。

记者：请结合现实情况，用CREO2017研究结论，分析一下从现在到2035年、到2050年可再生能源如何逐步变成主导能源?

王仲颖：2016年，可再生能源占总终端能源消费的6%。据中电联数据，今年1～9月，全国基建新增发电能力中水电、火电、风电、太阳能发电分别比上年同期多投产35万、197万、146万、1977万千瓦。截止今年9月底，全国可再生能源发电总装机容量达到58655万千瓦，占全国规模以上电厂总发电装机容量的35.2%。从全球看，中国仍然是世界上最大的可再生能源投资国，未来几十年依照中国宏大的可再生能源政策和能源体系去碳化需求，可再生能源份额将大幅增长。

2016年，可再生能源消费量为2.7亿吨标准煤。“低于2℃”情景下，2050年该值增加8倍，达到21.86亿吨标准煤，既定政策下则增至16.63亿吨标准煤。“低于2℃”情景的主要趋势是首先发展风能，2035年前的中阶段发展太阳能。2050年前的长期阶段，将扩大太阳能发展规模，迅速提升生物质能利用率。

由于水资源进一步发展的潜力有限，因此两种情况下均遵循相同的增量增长。“低于2℃”情景下，2050年可再生能源涵盖大部分能源需求。2030年之前的能源转型初期，风能和太阳能发电将快速增加。

两种情景均预测中国能源需求于2030年左右达到顶峰。2050年，“低于2℃”情景的终端能源需求为33.21亿吨标准煤既定政策情景为35.3亿吨标准煤。提升能效措施是两种情景能源需求趋势类似的主要原因。

记者：根据CREO2017，到2050年前后，我国能源需求侧将发生怎样的改变?

王仲颖：到那时，我国能源需求侧将产生重大改变。目前工业领域占据终端能源利用的指导地位，但到2050年，尽管能源需求总量将与现在保持同一水平，但能源需求结构将发生巨变——工业领域的能源消费量大幅下降，交通和建筑能源消费将上涨。终端部门电气化程度提高主要源自可再生能源的贡献。两种情景均是如此，“低于2℃”情景的电气化程度和可再生能源份额更高。2050年，“低于2℃”情景下52%的终端能源需求为电力，既定政策情景该比例为39%。工业用化石能源很大程度被电取代。到那时，中国走上绿色、多样化供能之路，减轻对煤炭的高度依赖，代之以非化石能源。“低于2℃”情景下该发展趋势更为明显，2050年非化石能源占供能的63%，相比之下，既定政策情景则为47%。据此可以说，“低于2℃”情景下非化石能源的快速、决定性发展是我国实现《巴黎协定》目标的关键。

记者：到那时，电网传输将会发生怎样的变化?

王仲颖：两种情景均加大了电网基础设施投资，用以提升电力系统灵活性，促进在区域内外高效传输清洁电力。到2050年，中国电网将在更大的平衡区域实现密切整合，整个中国电网发展为一体化市场。中部和东部省份为主要输入地区，西南和东北则是净输出地区。“低于2℃”情景下的电网扩容总体比既定政策情景高。两个情景均表明，到2050年中国的输电系统继续完善，且依靠价格手段按照市场原则调节电力供需两侧，从而促进新增电网的大规模投资。

记者：依据CREO2017，从目前到2020年这段时期内，对可再生能源的发展要采取怎样的政策?

王仲颖：总体上要注意四方面。

一是2020年前可再生能源仍需延续固定电价政策，其中海上风电、太阳能光热发电需要延续到2020年后实现规模化发展。应更好利用竞争性招标推动价格下降，逐步扩大可再生能源电站竞争性招标的范围和规模。

二是随着2020年后逐步建立竞争性电力市场，在电力市场价格基础上，率先对新增风电、光伏电站建立基于定额补贴的市场溢价机制。初期可按目前固定电价的差价补贴标准确定溢价补贴标准，未来适时合理调整、逐步降低定额补贴标准，或者建立与招标电价结合的差价合约机制。

三是在2017年建立可再生能源电力证书自愿交易市场的基础上，在2020年前建成强制性可再生能源电力配额(发电侧)和绿色证书交易市场(售电侧)，逐年提升配额比例要求，形成市场化绿色证书价格形成机制和逐年上升的未履约价格惩罚水平。

四是切实发挥即将正式启动的全国碳交易市场对促进可再生能源与化石能源公平竞争的作用，逐步建立起新建建筑和工业用热的可再生能源用热强制安装或者供热比例要求制度。

记者：近日，《京津冀能源协同发展行动计划(2017～2020)》印发，说明三地能源协同发展进入实质落地阶段。依据CREO2017研究成果，该地区该如何实现能源协同发展?

王仲颖：京津冀是我国重要的能源消费重心之一。同时，京津冀作为我国的“首都圈”，是我国北方经济规模最大、最具活力的区域之一。经济的快速增长、不断优化转型的产业布局和依然严峻的环境污染问题对京津冀的清洁能源保障提出了更高要求。但是，目前京津冀区域的可再生能源利用比重不高，多样化可再生能源利用潜力没有充分挖掘，电网等基础设施发展不同步，急需通过创新驱动京津冀能源协同发展，不断完善能源政策体系和相关体制机制。CREO2017研究显示，京津冀可通过全面协同能源转型实现高比例可再生能源发展。在低于2℃情景下，2030年风电装机容量将达到128165兆瓦，占总装机比重的47.8%太阳能发电总装机将达到83922兆瓦，占全部发电装机的31.3%。雄安作为国家级新区，2030年可实现可再生能源占一次能源消费比重超过50%以上。

记者：具体而言，实现京津冀高比例可再生能源的目标需要哪些保障措施?

王仲颖：针对京津冀高比例可再生能源发展重点任务，京津冀需要加强以下5方面的保障措施。一是加强可再生能源发展的顶层设计二是提高京津冀可再生能源发展的协同性三是加大政策支持力度四是创新市场化机制体制五是加大宣传提高公众认识。

国家可再生能源中心2017～2020年行动建议

依据CREO2017研究结论，并基于过去数年可再生能源产业、技术和政策方面的进步，并展望其近中期发展情况，针对中国可再生能源发展，国家可再生能源中心提出下列建议：

可再生能源和非化石能源目标

“十三五”规划中2020年可再生能源发展目标是应努力超越的底线，通过努力实现更快发展：太阳能光伏装机量从1.1亿千瓦增至2亿千瓦，风电装机量从2.1亿千瓦增至3.5亿千瓦生物质能发电装机量从1500万千瓦增至3000万千瓦，总计增加5亿千瓦。

2020年非化石能源占一次能源消费总量的比例从15%提升到19%。如考虑落实《巴黎协定》提出的“低于2℃”温控目标，则需要进一步提升发展目标要求。

加大削减煤炭力度

即刻停止批准新建燃煤电厂努力实现2030年煤炭消费量占全部能源消费量的比例从现在的64%降至33%左右加快燃煤电厂灵活性改造，逐步取消年度发电计划制度地方经济主要依赖煤炭工业的地区要加紧制定经济发展转型升级计划。

加快电力行业改革

开展批发市场试点和区域协调市场试点市场试点要纳入跨区电网调度，打破省间壁垒预防双边交易合同锁定高碳型电力生产制定中国电力市场下一步发展的清晰路线图。

实施碳排放权交易制度

加强中国碳市场活力制定能够确保碳减排目标实现的最低碳交易价格。

深化经济激励机制改革

提高可再生能源附加水平(2020年后逐步降低直至取消)，确保转型期补贴资金需求实施可再生能源发电配额制度，配套实施强制性与自愿性相结合的绿色证书交易制度更大范围的采取竞争性拍卖方式，降低大规模风电和太阳能发电项目的并网价格。

新能源是指传统能源之外的各种能源形式。我整理了浅谈新能源技术论文，欢迎阅读!

论新能源发电技术

摘要：本文从全球能源的现状，介绍了中国能源发电技术的应用情况，发现中国新能源发电对现代化建设具有重要战略意义。进一步介绍了风力发电系统和燃料电池发电系统两种新能源发电技术。风力发电是当今非水可再生能源发电中技术最成熟、最具有大规模开发条件和商业化前景的发电方式，也是近期发展的重点。燃料电池是一种将化学能直接转换成电能的装置，它能量转化效率高，几乎不排放氮的氧化物和硫的氧化物。

关键词：新能源风能燃料电池发电技术

中图分类号： F206 文献标识码： A

能源紧缺已成为制约各国经济发展的瓶颈，如何开发先进安全的新能源使用技术、如何提高能源利用率也随之成为世界各国关心的课题。欧盟就首先提出了20-20-20计划：到2020 年，可再生能源占欧盟总能源消耗的20%。2007年12月，美国前总统布什也签署了《能源独立和安全法案》(EISA)，从而大力推动新能源的使用和节能计划。另外，从环境的角度来看，为了保护人们赖以生存的地球，开发新能源也是必由之路。

一、我国能源和发电技术的现状

2011年，我国新能源发电继续保持快速发展态势，并网装机容量持续增长，发电量不断增加。截至2011年底，我国新能源安装容量达到7000万kW，居世界首位，并网新能源装机容量达到5409万kW，同比增长47.4%，约占全部发电装机容量的5.1%。其中，风电并网容量约占并网新能源装机总量的85.5%并网太阳能光伏装机容量约占并网新能源装机总量的4.4%生物质及其他新能源发电装机容量约占并网新能源装机总量的10.1%。

2011年，我国新能源发电量约为1016亿kW?h，同比增长29.9%，约占全部发电量的2.2%。其中，风电发电量约占新能源发电总量的72.0%太阳能光伏发电约占0.9%生物质及其他新能源发电约占27.1%。2011年我国新能源发电量按发电煤耗320g/(kW?h)计算，相当于节约3241万tce，减排二氧化碳9030万t。

电能是国民生活和生产的根基，无论是从能源角度，还是电力系统自身方面来看，研究新能源发电技术对于我国的现代化建设和人民生活都具有相当大的现实意义和战略意义。

二、风力发电技术

风能资源主要包括陆地资源与近海离岸资源两部分。风力发电是当今非水可再生能源发电中技术最成熟、最具有大规模开发条件和商业化前景的发电方式，也是目前新能源发展的重点方向。

1.发展现状

近年来，我国风力发电产业取得了长足发展，这与我国的风能资源丰富密不可分。据有关资料显示，陆地上离地面10米高度处，我国风能资源理论储量约为43亿千瓦，技术可开发量约为3亿千瓦，离地面50米，估计可能增大一倍近海资源10米高经济可开发量约7.5亿千瓦，50米高约15亿千瓦。从我国联网风电场总装机量来说，到2006 年底，我国已建成约91个风电场，装机总容量达到约260万千瓦，比2005年新增装机134万千瓦，增长率为105%。根据国家中长期规划，2015年风能发电要达到1500万千瓦，2020年要达到3000万千瓦。但是，与风电发达国家相比，我国的发展规模还很小，发展速度也较缓慢。制约我国风电发展的重要因素包括技术和制度两个方面。技术方面，风电机组的制造水平较低，风电机组性能测试设备和技术也相对落后，并缺少相应的认证机构制度方面，风电场的运行维护水平和制度与国外风电场及国内火电生产相比有明显差距，缺乏对运行过程中出现的问题和故障的详细记录、分析。

2.对电力系统的影响

风力发电机是以风作为原动力，风的随机波动性和间歇性决定了风力发电机的电能输出也是波动和间歇的。所以，风电场的大规模接入将会带来波动功率，从而加重电网负担，影响电网供电质量和电网稳定性等。

(1)对电能质量的影响。空气气流运动导致的风速波动周期一般为几秒到几分钟，这种短周期的风速波动以及风电机组本身的运行特性可能影响电网的电能质量。首先会对频率产生影响：风力发电有功功率波动引起电磁功率的波动，由于发电机组转子惯性，调节系统很难跟上电磁功率的瞬时变化，造成功率不平衡，使发电机转速变化，系统频率也将改变。此外，风电还会对电压产生影响：并网风电机组输出功率的波动导致电压的波动，而其输出功率的频率范围正处于电压闪变的范围之内(25Hz)，因此又会造成电压闪变，最后会产生谐波电压和谐波电流。

(2)对电网稳定性的影响。对较为薄弱的电网，风电功率波动将导致瞬间电压跌落以及风力发电机的频繁掉线。在故障清除之后，发电机的磁化和转差率的增加会消耗大量无功，导致电网电压恢复困难。

(3)对调频调峰能力的影响。气流长时间、季节性运动导致的风速波动周期一般为数小时，甚至数天、数月，这种长周期的风速波动会增加现有电网调频调峰的负担。负荷曲线的低谷期常常对应了风电出力的高峰期，风电场的并网发电使电网的等效负荷峰谷差增大，大大增加了电网调频调峰负担。

三、太阳能光伏电池发电技术

1. 1 太阳能光伏电池

太阳能光伏电池发电也简称为太阳能光伏发电，被认为是未来世界上发展最快和最有前途的一种可再生新能源技术。太阳能光伏电池的基本原理是利用半导体的“光生伏打效应”( 光伏效应) 将太阳的光能直接转换成电能。能利用光伏效应产生电能的物质，称为光伏材料。利用光伏效应将太阳能直接转换成电能的器件叫太阳能光伏电池或光伏电池。光伏电池是太阳能光伏发电的核心组件。

1839 年，法国物理学家贝克勒尔 ( Edmond Bec-qurel) 发现: 将两片金属浸入电解液中所构成的伏打电池，当接收到太阳光照射时电压升高，他在所发表的论文中把这种现象称为“光生伏打效应( PhotovohaicEffect) ”。“光生伏打效应”是不均匀半导体或半导体与金属混合材料在光照作用下，其内部可以传导电流的载流子分布状态和浓度发生变化，因而在不同部位之间产生电位差的现象。1941 年，奥尔在硅材料上发现了光伏效应，从而奠定了半导体硅在太阳能光伏发电中广泛应用的基础。1954 年，美国贝尔实验室的科学家恰宾( Darryl Chapin) 和皮尔松( Gerald Pearson) 研制成功世界上第一个实用的单晶硅光伏电池。同年，韦克尔发现砷化镓具有光伏效应，并在玻璃上沉积硫化镉薄膜，制成世界上第一块薄膜光伏电池。我国2010 年 12 月投入运行的大丰 20 MW 光伏电站，是目前全国最大的薄膜光伏电站，年发电量2 300 万 kW·h。

太阳能光伏电池的工作原理如图 1 所示。

在半导体中掺加杂质制成 PN 结，以形成在平衡状态时具有的内建电场，在该内建电场的作用下分离由外界激发而生成的过剩载流子，从而形成外部电压。在光照条件下，半导体中的电子吸收光子能量从价带跃入导带，形成电子———空穴对，成为载流子。生成载流子所需要的最低能量是半导体的禁带宽度 Eg，使用禁带宽度较小的材料制作的太阳能电池可以形成较大的电流。

基于单晶硅的第一代光伏电池是目前太阳能光伏电池市场的主流，其光电转换率已达 24. 7%基于薄膜技术的第二代光伏电池的光电转换效率已达到16. 5% ～ 18. 8% 。由于薄膜光伏电池大大减少了半导体材料的消耗，因此具有很好的发展前景。应该指出，光伏电池在光电转换过程中，光伏材料既不发生任何化学变化，也不产生任何机械磨损，因此太阳能光伏电池是一种无噪音、无气味、无污染的理想清洁能源。2006 年，我国太阳能电池生产总量首次达到400 MW，从而超过美国成为全球第三大生产国，也是世界上发展最快的国家。

1. 2 太阳能光伏电站

太阳能光伏电站是将若干个光伏转换器件即光伏电池封装成光伏电池组件，再根据需要将若干个组件组合成一定功率的光伏阵列，并与储能、测量、控制装置相配套，构成太阳能光伏电站。

太阳能光伏电池具有很大的灵活性，不仅可以用其建设零星规格的电站，而且可以组成应用于小型、分散电力用户的太阳能光伏发电系统。这种独立运行的太阳能光伏发电系统称之为离网型太阳能光伏发电系统。

由于受昼夜日照变化及天气的影响，离网型光伏发电系统通常需要和其他电源形式联合使用，比如柴油发电机组以及蓄电池组，从而增大了电站的投资和维护费用。离网型光伏发电系统往往建在距离电网较远的偏远山区及荒漠地带，向独立的区域用户供电。西藏措勒 20 kW 光伏电站是我国建设较早的离网型光伏电站，总投资 290 万元，1994 年 12 月正式投产发电。

离网型太阳能光伏电站系统如图 2 所示。

电站的发电系统由太阳能光伏电池方阵、蓄电池组、直流控制器、直流 - 交流逆变器、交流配电柜和备用电源系统( 包括柴油发电机组和整流充电柜) 等组成。其工作原理为太阳能光伏电池方阵经过直流控制柜向蓄电池组供电，并根据需要整定蓄电池组的上限和下限电压，由直流控制柜自动控制充电。蓄电池组通过直流控制柜向直流 - 交流逆变器供电，经逆变器将直流电变换成三相交流电，再通过交流配电柜以三相四线制向用户供电。当蓄电池组的电压下降到下限电压时，为不造成蓄电池组的过渡放电，直流控制柜将自动切除其输出电路，使直流 - 交流逆变器停止工作。柴油发电机组为电站的备用电源，必要时由备用电源通过整流充电柜向蓄电池组充电，或在光伏发电系统出现故障及停运时直接通过交流配电柜向用户供电。直流 - 交流逆变器和柴油发电机组不能同时向用户供电，为此必须在交流配电柜中设置互锁装置以保证供电电源的唯一性。

当太阳能光伏电站的容量达到一定规模时，还可与电网相联，即所谓的并网型光伏电站。这时，如果本地负荷不足，则可将多余的电能输送给电网。当本地太阳能发电量不足时，则由电网向用户提供电能。因此，并网型光伏电站可以不需要使用蓄能装置，减少系统投资和维护费用。同时由于与电网的互济，提高了发电设备的利用率和供电用电的安全可靠性，是大规模开发太阳能发电技术的必然趋势。我国第一座并网型光伏电站是 2006 年建成投运的西藏羊八井可再生能源基地 100 kW 高压并网光伏电站。2010 年底全国首个光伏并网发电项目敦煌 2 ×10 MW 光伏发电项目建成投产。

四、结论与展望

本文从全球和我国的能源现状出发，分析说明了新能源发电技术是当前迫切而有实际价值的研究课题，进而具体介绍了风力发电系统和燃料电池发电系统的特点以及我国在这两个方面的发展现状。新能源不仅仅指风能和燃料电池，还包括生物质能、海洋能、地热能和光伏电池等。我国乃至全世界的新能源发电技术发展的潜力都是巨大的。在人类明天的舞台上，新能源将取代化石燃料，扮演重要的角色。

参考文献：

[1] 徐德鸿 . 新能源电力电子导论 [D]. 杭州 : 浙江大学 ,2009.

[2] 郝伟, 舒隽, 张粒子. 新能源发电技术综述 [C].华北电力大学第五届研究生学术交流年会 ,2007.

[3] 施涛.燃料电池发电系统的建模与仿真 [D].南京:东南大学,2007:5-6,63-64.

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1．1 化石能源带来的问题

(1)能源短缺

由于常规能源的有限性和分布的不均匀性，造成了世界上大部分国家能源供应不足，不能满 足其经济发展的需要。从长远来看，全球已探明的石油储量只能用到2020年，天然气也只能 延续到2040年左右，即使储量丰富的煤炭资源也只能维持二三百年〔1〕。因此，如不尽早设法解决化石能源的替代能源，人类迟早将面临化石燃料枯竭的危机局面。

(2)环境污染

当前，由于燃烧煤、石油等化石燃料，每年有数十万吨硫等有害物质抛向天空，使大气环境遭到严重污染，直接影响居民的身体健康和生活质量；局部地区形成酸雨，严重污染水土。 这些问题最终将迫使人们改变能源结构，依靠利用太阳能等可再生洁净能源来解决。

(3)温室效应

化石能源的利用不仅造成环境污染，同时由于排放大量的温室气体而产生温室效应，引起全 球气候变化。这一问题已提到全球的议事日程，其影响甚至已超过了对环境的污染，有关国 际组织已召开多次会议，限制各国CO2等温室气体的排放量。

1．2 阳能资源及其开发利用特点

(1)储量的“无限性”

太阳能是取之不尽的可再生能源，可利用量巨大。太阳每秒钟放射的能量大约是1.6×1023kW，其中到达地球的能量高达8×1013kW，相当于6×109t标准煤。按此计算，一年内到达地球表面的太阳能总量折合标准煤共约1.892×1013千亿t，是目前世界主要能源探明储量的一万倍〔2〕。太阳的寿命至少尚有40亿年，相对于人类历史来说，太阳可源源不断供给地球的时间可以说是无限的。相对于常规能源的有限性，太阳能具有储量的“无限性”，取之不尽，用之不竭。这就决定了开发利用太阳能将是人类解决常规能源匮乏、枯竭的最有效途径。�

(2)存在的普遍性

虽然由于纬度的不同、气候条件的差异造成了太阳能辐射的不均匀，但相对于其他能源来说，太阳能对于地球上绝大多数地区具有存在的普遍性，可就地取用。这就为常规能源缺乏的国家和地区解决能源问题提供了美好前景。�

(3)利用的清洁性

太阳能像风能、潮汐能等洁净能源一样，其开发利用时几乎不产生任何污染，加之其储量的无限性，是人类理想的替代能源。

(4)利用的经济性

可以从两个方面看太阳能利用的经济性。一是太阳能取之不尽，用之不竭，而且在接收太阳能时不征收任何“税”，可以随地取用；二是在目前的技术发展水平下，有些太阳能利用已具经济性，如太阳能热水器一次投入较高，但其使用过程不耗能，而电热水器和燃气热水器在使用时仍需耗费，有关研究结果表明〔3〕，太阳能热水器已具很强的竞争力。随着科技的发展以及人类开发利用太阳能的技术突破，太阳能利用的经济性将会更明显。

1.3 21世纪后期太阳能将占主导地位

世界各国，尤其发达国家对21世纪的能源问题都特别关注。由于化石能源储量的有限性和利用的污染性，各国专家都看好太阳能等可再生能源，尽管目前太阳能的利用仅在世界能源消 费中占很小的一部分。如果说20世纪是石油世纪的话，那么21世纪则是可再生能源的世纪， 太阳能的世纪。据权威专家估计〔4〕，如果实施强化可再生能源的发展战略，到下世纪中叶，可再生能源可占世界电力市场的3/5，燃料市场的2/5。在世界能源结构转换中， 太阳能处于突出位置。美国的马奇蒂博士对世界一次能源替代趋势的研究结果(如图1所示) 表明，太阳能将在21世纪初进入一个快速发展阶段，并在2050年左右达到30%的比例，次于核能居第二位，21世纪末太阳能将取代核能居第一位〔5〕。壳牌石油公司经过长期 研究得出结论，下一世纪的主要能源是太阳能；日本经济企划厅和三洋公司合作研究后则更 乐观地估计，到2030年，世界电力生产的一半将依靠太阳能〔2〕。正如世界观察研 究所的一期报告所指出：正在兴起的“太阳经济”将成为未来全球能源的主流。其最新一期 报告则指出，1997年全球太阳电池的销售量增长了40%，已成为全球发展最快的能源①①。

2太阳能开发利用技术及其产业化的现状与发展趋势�

人类利用太阳能已有几千年的历史，但发展一直很缓慢，现代意义上的开发利用只是近半个 世纪的事情。1954年美国贝尔实验室研制出世界上第一块太阳电池，从此揭开了太阳能开发 利用的新篇章。之后，太阳能开发利用技术发展很快，特别是70年代爆发的世界性的石油危 机有力地促进了太阳能开发利用。经过近半个世纪的努力，太阳能光热利用技术及其产业异 军突起，成为能源工业的一支生力军。迄今为止，太阳能的应用领域非常广泛，但最终可归 结为太阳能热利用和光利用两个方面。太阳能利用的具体形式和用途如图2所示〔2〕。�

图2太阳能利用系统

2.1太阳能热利用及其产业发展�

根据可持续发展战略，太阳能热利用在替代高含碳燃料的能源生产和终端利用中大有用武之 地。从图2可以看出，太阳能热利用具有广阔的应用领域，可归纳为太阳能热发电(能源产出 )和建筑用能(终端直接用能)，包括采暖、空调和热水。当前太阳能热利用最活跃、并已形 成产业的当属太阳能热水器和太阳能热发电。�

2.1.1 太阳能热水器�

在世界范围内，太阳能热水器技术已很成熟，并已形成行业，正在以优良的性能不断地冲击 电热水器市场和燃气热水器市场。国外的太阳能热水器发展很早，但80年代的石油降价，加 之取消对新能源减免税优惠的政策导向，使工业发达国家太阳能热水器总销售量徘徊在几十万平方米。据报道，1992年国外太阳能热水器总量为45万m2，其中日本为20万m2，美国 为12万m2，欧洲为8万m2，其他国家为5万m2。世界环境发展大会之后，许多国家又开 始重视太阳能热水器在节约常规能源和减少排放CO2方面的潜力，仅据美国加州首府萨克 门托市的计划，到2000年太阳能热水器将取代该州47000套家用电热水器；到2000年日本太 阳能热水器的拥有量将翻一番；以色列更是明文规定，所有新建房屋必须配备太阳能热水器 。目前，我国是世界上太阳能热水器生产量和销售量最大的国家。1992年销售量为50万m2 ，为世界其他各国销售量之和；1995年销售量翻番，达100万m2。据初步统计，1997年我 国太阳能热水器销售量300万m2，目前，我国从事太阳能热水器研制、生产、销售和安装 的企业达到1000余家，年产值20亿元，从业人数1.5万人能源工程，1999 ，(1)：59。但从房屋的热水器安装率来说，以色列已达80%，日本为11%，台 湾达2.7%.〔6〕.，我国在千分之几左右，其太阳能热水器的推广应用潜力仍很大。国 际上，太阳能热水器产品经历了闷晒式、平板式、全玻璃真空管式的发展，目前其产品的发 展方向仍注重提高集热器的效率，如将透明隔热材料应用于集热器的盖板与吸热间的隔层， 以减少热量损失；聚脂薄膜的透明蜂窝已在德国和以色列批量生产。.

随着世界范围内的环境意识和节能意识的普遍提高，太阳能热水器必将逐步替代电热水器和 燃气热水器。虽然太阳能热水器目前仍存在市场价格高、受季节和天气影响的不利因素，但 太阳能热水器具有不耗能、安全性、无污染性等优势，而且随着技术的发展其经济性也逐渐 显露出来。表1为三种热水器的经济指标比较结果.〔3〕.，从中可以看出，太阳能热水 器在经济上已具有较强的竞争力。��

表1三种热水器经济指标对比

项目品种寿命(年)

使用天数 (天)

购置费用�(元)

运行费用�(元)

总投资�(元)

备 注

太阳能热水器

10～15

300*2300

250

2550

均以日

产水量电热水器

5～8

300

1000

4500

550080kg

水温40燃气热水器

6

300

5003

700420

0～60℃计算

*有关专家认为该数字应为250天左右。��

2.1.2 太阳能热发电技术�

80年代太阳能热利用技术的最大突破是实现了太阳能热发电的商业化。Luz国际公司在美国 南加州自1984年至1991年共建造了9个柱形抛物槽镜分散聚光系统的太阳能热发电站，总功 率为354MW，约占当地电网容量的2%〔7〕。9座电站中最大的容量为80MW，约有900条 聚光槽组成。由于美国政府和州政府先后在1991年取消对太阳能电站的投资减免税优惠政策 ，迫使第10号电站停建，公司宣告破产。另一颇具实力的Solel公司也在致力于太阳能热发 电，它于1992年接收了破产的Luz公司的技术，将开发市场瞄向澳大利亚、以色列和北美洲 。Solel公司自称具有建造300MW大型太阳能热发电站的能力。该公司已开始在澳大利亚建造 一座70MW的槽型太阳能热发电装置，并计划在以色列建一座200MW的电站，同时正在洽谈在 北美洲和另两洲建三座电站，每座200～300MW。Solel公司在澳大利亚的另一目标是2000年 的悉尼奥运会，它和米尔斯公司将合建一个太阳能热发电的联合体，为奥运村旅馆和运动会 主会场提供10MW的电力〔7〕。希腊政府1997年开始实施一项500MW的太阳能热发电 项目，计划于2003年完工，届时将是世界上最大的太阳能电站。此外，它的阿莫科石油公司 将在印度沙漠地区建造一座更大的太阳能热电站沙特阿拉伯《中东报》，1997年12 月1日报道。�

目前，太阳能热发电在技术上和经济上可行的三种形式是：①30～80MW线聚焦抛物面槽式太 阳热发电技术(简称抛物面槽式)；②30～200MW点聚焦中央接收式太阳热发电技术(简称塔式 )；③7.5～25kW的点聚焦抛物面盘式太阳能热发电技术(简称抛物面盘式)。在上述三种技 术中，抛物面槽式领先一步，美国加州的9座太阳热发电站可以代表槽式热发电技术的发展 现状。塔式太阳热发电技术也是集中供电的一种适用技术，目前只有美国巴斯托建的一座叫 “SolarⅡ”的电站，功率为43MW，该电站成功运行两年后，两家美国电力公司计划建两座1 00MW的电站〔8〕。为了提高塔式电站的效率，有人提出了一种新想法〔8〕， 把带有太阳能塔的定日镜阵列附加到先进联合循环电站上作为燃料节省装置，采用甲烷重整 工艺，以太阳能提高天然气等级。抛物面盘式太阳热发电技术很适合于分散式发电，可以在 偏远地区用作独立系统。作为太阳能供电的一种方式，太阳热发电技术在经济上是可行的， 而且有较大的市场潜力。在美国加州的太阳热发电站建造过程中，由于技术进步及容量的增 大，电站的装机造价和发电成本显著下降，1984年Ⅰ号电站(14MW)造价为5979美元/kW，发 电成本26.5美分/kWh；到1990年的Ⅷ号电站(80MW)，造价降至3011美元/kW，发电成本降到 8.9美分/kWh.〔9〕.。因此，抛物面槽式在太阳能丰富的地区，经济上已能与燃油的 火力电站竞争。我国西南电力设计院曾对西藏地区以引进Luz公司太阳能热电站进行估算， 如果考虑设备的折旧和还贷，太阳能热电站和火力发电站的发电成本均为1.1元/kWh，如果 不考虑设备折旧，仅计入运行和维护费用，则太阳能电站的发电成本为0.1元/kWh，而火力 发电站的成本为0.8元/kWh.〔9〕.。有人估算过13种太阳热电站在不同日照射条件下 的发电成本.〔8〕.，结果表明，随着年产电量的增加，主要是随着机组容量的增大、 日射强度的增高、部件和系统的进一步改进，发电成本显著下降。进而对地中海国家的太阳 能热发电应用进行过可行性研究，认为太阳能的热利用在这一地区具有特殊重 要性，具有巨大的市场潜力。一方面，地中海国家技术水平高、资金雄厚，且有很好的太阳 热发电示范和早期商业化基础；另一方面，未来几十年里，地中海国家能源需求量大，每年 要新增5～6GW，加之该地区太阳能资源丰富，年辐射强度大于1700kWh/m\+2的面积达到700 万km\+2，太阳热可发电容量达1200GW，是目前全球电力需求的4倍。所有这一切形成了地中 海地区广阔的太阳能热发电市场。� 2�2太阳能光电技术及其产业�

2.2.1太阳能光电已成为全球发展最快的能源�

50年代第一块实用的硅太阳电池的问世，揭开了光电技术的序幕，也揭开了人类利用太阳能 的新篇章。自60年代太阳电池进入空间、70年代进入地面应用以来，太阳能光电技术发展迅 猛。世界观察研究所在其最近一期研究报告中指出，利用太阳能获取电力已成为全球发展最 快的能量补给方式。报告说，1990年以来，全球太阳能光伏发电装置的市场销售量以年平均 16%的幅度递增，目前总发电能力已达800MW，相当于20万个美国家庭的年耗电量太阳能，1998，(4)：22。�

2.2.2提高转换效率、降低成本是光电技术发展的关键�

当前影响光电池大规模应用的主要障碍是它的制造成本太高。在众多发电技术中，太阳能光 电仍是花费最高的一种形式，因此，发展阳光发电技术的主要目标是通过改进现有的制造工 艺，设计新的电池结构，开发新颖电池材料等方式降低制造成本，提高光电转换效率。近年 来，光伏工业呈现稳定发展的趋势，发展的特点是：产量增加，转换效率提高，成本降低， 应用领域不断扩大。目前，世界太阳电池年产量已超过150MW，是1944年产量的两倍还多， 如表2所示。单晶硅太阳电池的平均效率为15%，澳大利亚新南威尔士大学的实验室效率已 达24.4%；多晶硅太阳电池效率也达14%，实验室最大效率为19.8%；非晶硅太阳电池的稳 定效率，单结6～9%，实验室最高效率为12%，多结电池为8～10%，实验室最高效率为11.83 %.〔10〕.。表3��〔11〕�为有关研究人员所做的太阳能电池组件的效率预测。由于 生产规模的扩大，生产工艺的改进，晶体硅太阳电池组件的制造成本已降至3～3�5美元/W �p，售价也相应降到4~5美元/W�p；非晶硅太阳能电池单结售价3~4美元，多结售价为4～5 美元/W�p��〔10〕�。与十年前相比，太阳光电池价格普遍降低了20%。最近，瑞士联邦 工学院M·格雷策尔研制出一种二氧化钛太阳能电池，其光电转换率高达33%，并成功地采用 了一种无定形有机材料代替电解液，从而使它的成本比一块差不多大的玻璃贵不了多少，使 用起来也更加简便��〔12〕�。可以预料，随着技术的进步和市场的拓展，光电池成本及 售价将会大幅下降。表4��〔13〕�为地面用光伏组件成本/价格的预测结果，表5为美国 国家可再生能源实验室对太阳电池成本与市场的关系所做的估计��〔14〕�。对比表4， 表5，可以看出，2010年以后，由于太阳能电池成本的下降，可望使光伏技术进入大规模发 展时期。��

表2世界光电组件的产量及年增长率

年份1989199019911992199319941995199619971998

年产量(MW)42.047.054.058.261.070.781.090.612 2150年增长率(%)12%15%8%5%16%15%12%35%23%�

表4地面用太阳能电池组件成本/价格预测(美元)

电池种类1990199520002010

单晶硅3.25/5.402.40/4.001.50/2.501.20/2.00

多晶硅3.00/5.002.25/3.751.50/2.501.20/2.00

聚光电池3.00/5.002.00/3.301.20/2.001.00/1.67

非晶硅3.00/5.002.00/3.331.20/2.000.75/1.25

薄膜硅2.00/3.331.20/2.000.75/1.25

CIS2.00/3.331.20/2.000.75/1.25

CdTe1.50/2.501.20/2.000.75/1.25�

表5太阳能电池成本与市场的关系

太阳能电池成本�(美元/峰瓦)可进入的市场

＞6少量应用2～5通信、边远地区

1～2城市屋顶系统＜1大规模发电

表3商品化光伏直流组件效率预测(%)

电池技术199019952000 2010

单晶硅12151822

浇铸多晶硅11141620

带状硅12141721

聚光器(光电池)17202530

非晶硅(包括叠层电池)5～67～91014

CuInSe\-2-8～101214

CdTe-8～101214

低成本基片硅薄膜-8～101215

球粒电池-101214\= 2�2�3光伏新技术发展日新月异�

近年来，围绕光电池材料、转换效率和稳定性等问题，光伏技术发展迅速，日新月异。晶体 硅太阳能电池的研究重点是高效率单晶硅电池和低成本多晶硅电池。限制单晶硅太阳电池转 换效率的主要技术障碍有：①电池表面栅线遮光影响；②表面光反射损失；③光传导损失； ④内部复合损失；⑤表面复合损失。针对这些问题，近年来开发了许多新技术，主要有：① 单双层减反射膜；②激光刻槽埋藏栅线技术；③绒面技术；④背点接触电极克服表面栅线遮 光问题；⑤高效背反射器技术；⑥光吸收技术。随着这些新技术的应用，发明了不少新的电 池种类，极大地提高了太阳能电池的转换效率，如澳大利亚新南威尔士大学的格林教授采用 激光刻槽埋藏栅线等新技术将高纯化晶体硅太阳能电池的转换效率提高到24.4%，他在1994 年5月表示能用纯度低100倍的硅制成高效光电池，约在10年后采用该类电池的太阳能发电成 本可降至5～8美分/kWh.〔15〕.。光伏技术发展的另一特点是薄膜太阳能电池研究取得 重大进展和各种新型太阳能电池的不断涌现。晶体硅太阳能电池转换效率虽高，但其成本难 以大幅度下降，而薄膜太阳能电池在降低制造成本上有着非常广阔的诱人前景。早在几年 前，澳大利亚科学家利用多层薄膜结构的低质硅材料已使太阳能电池成本骤降80%，为此， 澳大利亚政府投资6400万美元支持这项研究，并希望10年内使该项技术商业化.〔16〕.。�

高效新型太阳能电池技术的发展是降低光电池成本的另一条切实可行的途径，近年来，一些 新型高效电池不断问世。专家推断，只要有一二种取得突破，就会使光电池局面得到极大的 改观。�

(1)硒化铜铟(CuInSe\-2,CIS)薄膜太阳能电池..〔17〕.：1974年CIS电池在美国问世，1 993年美国国家可再生能源实验室使它的本征转换效率达16.7%，由于CIS太阳能电池具有成 本低(膜厚只有单晶硅的1/100)、可通过增大禁带宽度提高转换效率(理论值为单晶30%，多 晶24%)、没有光致衰降、抗放射性能好等优点，各国都在争相研究开发，并积极探索大面积 应用的批量生产技术。�

(2)硅-硅串联结构太阳能电池〔18〕：通过非晶硅与窄禁带材料的层叠，是有效利用 长波太阳光，提高非晶硅太阳能电池转换效率的良好途径。研究表明，把1.3ev和1.7ev光 学禁带度组合起来的薄膜非晶硅与多晶硅串联电池转换效率最高。它具有成本低、耗能少、 工序少、价廉高效等优点。�

(3)用化学束外延(CBE)技术生产的多结Ⅲ-Ⅴ族化合物太阳能电池〔19〕：Ⅲ-Ⅴ族化 合物(如GaAs,InP)具有较高的光电转换效率，这些材料的多层匹配可将太阳能电池转换效率 提高到35%以上。而这种多层结构很容易用CBE法制作，并能以低于1美元/W�p的成本获得超 高效率。�

(4)大面积光伏纳米电池〔20〕：1991年瑞士M.Grtzel博士领导的研究小组 ，用纳米TiO\-2粉水溶液作涂料，和含有过渡族金属有机物的多种染料及玻璃等材料制作出 微晶颜料敏感太阳能电池，简称纳米电池。计算表明，可制造出转换效率至少为12%的低成 本电池。这种电池为大面积应用于建筑物外表面提供了广阔的前景。�

2.2.4各国的光伏计划雄心勃勃�

随着太阳能光电技术的日趋成熟和商业化发展，太阳能光电技术的推广应用有了长足的进展 。目前，已建成多座兆瓦级光伏电站，最大的是位于美国加州的光伏电站，容量为6.5MW. p，现正在希腊克里特岛建造的一座阳光电站，容量为50MW.p，估计2003年可建成供电，总 投资1775万美元新能源，1997，19(2)：23。而在美国准备建造的另一座电 站规模将达到100MW.p，已与太阳能热发电站容量相匹敌。除此之外，一些国家推出的屋顶 计划将更引人注目，显示了阳光发电的广阔应用前景和强大的生命力。1990年，德国政府率 先推出的“千顶计划”，至1997年已完成近万套屋顶光伏系统，每套容量1～5kW.p，累计 安装量已达33MW.p，远远地超出了当初制定的计划规模。日本政府从1994年开始实施“朝 日七年计划”，计划到2000年安装16.2万套屋顶系统，总容量达185MW.p，1997年又再次 宣布实施“七万屋顶计划”，每套容量扩大到4kW.p，总容量为280MW.p。印度于1997年12 月宣布在2002年前推广150万套太阳能屋顶系统。意大利1998年开始实施“全国太阳能屋顶 计划”，总投入5500亿里拉，总容量达50MW.p。而最雄心勃勃的屋顶计划当属1997年6月美 国总统克林顿宣布实施的美国“百万屋顶计划”，计划从1997年开始至2010年，将在百万个 屋顶上，安装总容量达到3025MW.p的光伏系统，并使发电成本降到6美分/kWh。上述各国屋 顶计划的实施，将有力地促进太阳能光电的应用普及，使太阳能光电进入千家万户。�

与此相呼应，当前世界上实力雄厚的10家光伏公司，虽然目前的生产能力都不大，但都有雄 心勃勃的扩展计划。各公司年产目标为：Kyocera公司和夏普公司60MW，BP太阳能公司50MW ，西门子公司和Solarex公司30MW，壳牌/Pilington公司和ASE公司25MW，Photo wott公司， AP公司和三洋/Solec公司15MW。据美国Spire公司预测，2003年世界光电池的生产能力将达 到350MW，而2010年的光电池组件交易量将达到700～4000MW/年②�。�

光伏技术发展的趋势，近期将以高效晶体硅电池为主，然后逐步过渡到薄膜太阳能电池和各 种新型太阳能光电池的发展。应用上将从屋顶系统突破，逐步过渡到与建筑一体化的大型并 网光伏电站的发展。�

2.3太阳能光电制氢�

70年代科学家发现：在阳光辐照下TiO2之类宽频带间隙半导体，可对水的电解提供所需能 量，并析出O2和H2，从而在太阳能转换领域产生了一门新兴学科--光电化学。随着光 电化学及光伏技术和各种半导体电极试验的发展，使得太阳能制氢成为发展氢能产业的最佳 选择。�

1995年，美国科学家利用光电化学转换中半导体/电介质界面产生的隔栅电压，通过固定两 个光粒子床的方法，来解决水的光催化分离问题取得成功〔22〕。其两个光粒子床概 念的光电化学水分解机制为：�

H2的光反应4H2O+4M°→2H2+4OH-+4M+�

O2的光反应4OH-+M+→O2+2H2O+4M°�

净结果为：2H2O→2H2+O2(其中M为氧化还原介质)�

近来，美国国家可再生能源实验室还推出了一种利用太阳能一次性分解成氢燃料的装置。该 装置的太阳能转换率为12.5%，效率比水的二步电解法提高一倍，制氢成本也只有电解法的 大约1/4〔23〕。日本理工化学研究所以特殊半导体做电极，铂对极，电解质为硝酸 钾，在太阳光照射下制得了氢，光能利用效率为15%左右〔24〕。�

在太阳能制氢产业方面，1990年德国建成一座500kW太阳能制氢示范厂，沙特阿拉伯已建成 发电能力为350kW的太阳能制氢厂〔24〕。印度于1995年推出了一项制氢计划，投资4 800万美元，在每年有300个晴天的塔尔沙漠中建造一座500kW太阳能电站制氢，用光伏-电解 系统制得的氢，以金属氧化物的形式贮存起来，保证运输的安全新能源，17(3)，19 95，19。自90年代以来，德、英、日、美等国已投资积极进行氢能汽车的开发。美 国佛罗里达太阳能中心研究太阳能制氢(SH)已达10年之久，最近用SH作为汽车燃料-压缩天 然气的一种添加剂，使SH在高价值利用方面获得成功〔25〕，为氢燃料汽车的实用化 提供了重要基础。其他，在对重量十分敏感的航天、航空领域以及氢燃料电池和日常生活中 “贮氢水箱”的应用等方面氢能都将获得特别青睐。�

由于氢是一种高效率的含能体能源，它具有重量最轻、热值高、“爆发力”强、来源广、品 质纯净、贮存便捷等许多优点

1、碳达峰和碳中和是中国能源发展的主要需求和挑战。以实现碳中和为目标，本文根据统计数据分析了我国现有能源生产结构、电力装机、能源和电力消费的特点，主要结论包括：风能和太阳能可再生能源将是现有火电的两倍左右。需要调整现有的能源生产和消费方式，配置适当的储能容量；在现有技术水平下，抽水蓄能、电化学储能和氢能具有竞争力，但抽水蓄能受地理环境限制，锂离子电池受锂资源限制，氢燃料电池受铂资源限制；可再生能源的消耗需要考虑多种储能技术储备。

2、新能源汽车动力燃料具有低污染、可再生的特点，其发展受到各国政府的重视和青睐。我们的政府更新能源汽车被视为汽车产业“弯道超车”、抢占新兴市场战略制高点的“新动力”，制定了一系列产业扶持政策加快新能源汽车商业化进程。十多年来，中国新能源汽车产业发展取得了举世瞩目的成就。

3、根据中国汽车据汽车工业协会统计，我国新能源汽车销量从2009年的480辆增加到2020年的136.7万辆，成为全球最大的新能源汽车来源：汽车市场。虽然近十年来中国新能源汽车的市场份额逐年增加，但与传统燃油汽车相比仍然很低，包括2020年的纯电动汽车包括机动车和混合动力汽车在内的新能源汽车市场份额仅为5.4%，与中国政府新能源汽车产业发展规划（2021-2）一致035提出的“到2025年我国新能源汽车销量占汽车总销量20%左右”的长期规划目标还远远不够离这很远。

4、如果不能商业化，新能源汽车就不会得到广泛应用。考虑到新能源汽车在重塑经济发展中的重要作用，中央高度重视如何推广新能源汽车并实现商业化。尤其是2019年7月以来，补贴大幅下降，新型冠状病毒肺炎对中国新能源汽车市场份额产生双重影响。仅12月份，新能源汽车产销总量同比增长分别下降了 30.3% 和 27.4%。 2019年，新能源汽车全年销量同比下降4%，为十年来首次同比下降。针对这种紧急情况，国家首先之后，出台了一系列促进新能源汽车消费的政策，如取消各地区新能源汽车限行限购，将新能源充电桩列为新基建项目，新能源汽车购置补贴免征购置税延长两年，推动公共领域车辆电动化。

5、氢气燃气轮机、氢气冶炼等相对成熟的路线技术具有支持未来大规模可再生能源消费的潜在优势。分布式蓄热、压缩空气储能、非贵金属催化氢燃料电池、钠/铅酸电池、液流电池、超级电容器等技术具有技术经济性 可实现规模化应用的储能技术也有良好发展空间。

新能源是相对于常规能源而言，以采用新技术和新材料而获得的，在新技术基础上系统地开发利用的能源。如太阳能、风能、海洋能、地热能等。与常规能源相比，新能源生产规模较小，使用范围较窄。常规能源和新能源的划分是相对的。