NREL启动为期两年的计算建模项目，研究风对光热发电结构的影响

我非常认可国家进行可再生能源的替代行动，但要想大规模普及，不仅要考虑到清洁能源大规模项目所铺设的人力技术和资源成本。相关的法律规定和政策扶持也必须要尽快跟上。

对于清洁能源的替代和可再生能源的使用，不仅可以促进民生生活的秩序和空气的良好，也能够保障我国的现有生活和未来发展。但在现阶段还有更多的技术难关仍需解决和突破，这也是值得注意和考虑的。

可清洁能源的使用将会造福人民群众，并减少环境污染。

我们本身和自身的环境存在着相互影响的情况，通过可清洁能源不仅可以替代燃料燃烧可能产生的有害废物，也可以更好的保护家园，从而避免未来产生极端的频繁灾害天气对生活和出行造成影响。因此清洁环保能源的存在是非常重要的，对于未来国家之间的能源使用甚至外太空的能源使用技术而言都有着非常重要的前景方向。

许多可再生发电项目会受到地理环境以及天气周期的影响，影响了发电技术的运行和改进。

但不可忽视的是，相关的阻力和问题比如说水能，风能太阳能等，这些清洁项目虽然不会产生污染，但其发电规模和其发电设备会受到地理环境以及天气周期的影响，对于维持地区的长久和稳定发电而言，其实只能起到辅助作用。目前类似诸如核能以及其他的清洁煤发电项目，也受到了国家的关注和行业的研究。

针对可清洁能源的市场推进和研发，相关政策和扶持规定也有待完善。

要想真正的促进替代行动的落实和到位，相关法律法规的政策和扶持规定也是有待完善的。针对于某些企业的研发和分析给予一定的支持，并派遣相应的科研人员进行辅助帮助，可以更好的推进这类可再生能源替代项目的落地。

芬兰拉彭兰塔工业大学（LUT University）太阳能经济学教授克里斯蒂安·布雷耶的研究小组，对通往未来零排放能源系统的过渡转化途径进行了建模。他说：“世界必须尽快、安全且经济高效地实现零温室气体净排放，需要对能源系统进行去化石化，要做到这一点，需要为世界每个地区提供技术上可行、成本优化的能源系统转化的过渡途径。我们的计算对如何实现转化给出了答案。”

LUT的成本优化模型发布于2019年，模型展示了如何实现净零碳排放的全球能源系统。在该模型中，实现零排放的一年中，太阳能光伏板（PV）满足了所有用途的全球能源总需求的69％。其余的来自风能、生物质和废物、水力发电和地热能。

布雷耶强调，他的零排放情景不包括核电，因为它“太贵了”。光伏技术正变得越来越便宜；另一方面，核电站的建设成本却在上升。此外，安装和运行太阳能发电厂更容易、更快、风险更低。

LUT研究人员基于太阳能的模型提出了两个问题。

首先，如果要实现将全球变暖保持在1.5摄氏度（2.7 F）以下的国际公认目标，那么到什么时间点地球温室气体排放必须达到净零排放呢？

其次，如果要实现这一气候目标，必须建成多少座太阳能电池板制造厂呢？何时建成才能满足太阳能在所有能源生产中高达三分之二呢？

英国利兹大学的气候科学家Piers Forster说：到2021年初，要使全球变暖保持在1.5摄氏度以下，人类最多可以向空气中释放出1,950亿吨二氧化碳，而自工业革命开始以来，人类已经向大气排放了1,700亿吨二氧化碳。

仅在2019年，全球排放总量约为40亿吨二氧化碳。如果未来几年的排放量大致维持在2019年的水平（很有可能），则剩余的二氧化碳排放预算将在2025年底之前用完。在那之后，世界将处于碳超标状态，并可能导致气候变化更危险。

布雷耶说：“我们必须在2025年之后尽快实现零排放。目前零排放的政治目标年是2050年，为时已晚。”

为了避免危险的气候变化和长期海平面上升，现在释放到大气中的大部分碳都必须在未来几十年内收回，那将是非常昂贵的。布雷耶认为，更快地扩展可再生能源系统并尽快关闭燃煤发电厂将便宜得多。

原因如下：产生一兆瓦时的燃煤电力会导致大约1吨的二氧化碳排放。从长远来看，如果将二氧化碳永久存储起来，每吨成本可能约为100欧元。相比之下，到2020年，一兆瓦时的电力在德国的电力平均交换成本为33欧元。这意味着燃煤发电实际上比没有碳排放的光伏发电或风力发电厂的电价贵四倍。

布雷耶表示：“这还不包括燃煤发电厂排放的重金属的 健康 成本。公共卫生专家估算，仅在德国，这种污染每年就造成约5,000人过早死亡，而在亚洲，这一数字将近一百万。”

LUT模型估计，实现净零排放的地球，将有90％来自电力，而不是化石燃料，其中69％的电力将来自太阳能光伏。为了实现这一目标，需要多少个巨型光伏组件工厂呢？需要何时建成呢？

这取决于我们对世界仅剩的200亿吨二氧化碳碳预算的紧张程度。让我们想象一下到2035年完全由可再生能源驱动的全球系统，并假设新的光伏工厂将在2025年建成，因此它们可以在10年内完成工作。

迄今为止，全球最大的光伏组件工厂正在中国安徽省建设。根据开发商协鑫集成 科技 股份有限公司的公告，其年生产能力为60GW（GW或吉瓦，功率单位，1GW=10亿瓦），该项目总投资180亿元，其中固定资产总投资约120亿元，在2020年至2023年分四年四期投资建设。2020年全球光伏产能约为200GW，其中大部分在中国。

LUT模型预计，当全球实现碳中和，全球已安装的可再生能源发电量为78,000GW。其中包括63,400GW的太阳能PV，约8,800GW将在欧洲。

我们能否在2024年之前建成足够多的工厂，并到2035年生产所需数量的太阳能电池板呢？答案是：差远了！根据当前的行业计划，到2024年，将仅建立400GW的年PV生产能力，并且全球仅生产、安装了约1,500GW的PV。为了在2035年之前实现零排放且三分之二的能源来自太阳能，在2025至2035年之间生产、安装另外62,000GW的光伏，即每年6,200GW。

这意味着想要应对气候变化挑战，到2024年，我们将需要至少再建设100个与安徽60GW光伏组件工厂相同规模的超级工厂，以实现合计6,000 GW的年生产能力。如果欧洲要生产自己的光伏组件，而不是进口光伏组件，那么这100家巨型工厂中的15家必须设在欧洲。

这些数字告诉我们，作为全球净零排放竞赛的核心要素，可再生能源的快速扩张在技术上是可行的。毕竟，人类肯定有能力建造和经营100家巨型工厂。当前面临的关键问题是：我们是否会认真对待气候科学家的警告，撸起袖子加油干呢？

去年12月16日-18日召开的中央经济工作会议上，第一次将“做好碳达峰、碳中和工作”列入年度重点任务之一。也是第一次将碳达峰和碳中和目标，写入正在编制的经济和 社会 发展“五年”规划。

此前高层指出，中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，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。（又称30.60目标）这是中国首次向全球明确实现碳中和的时间点，也是迄今为止各国中作出的最大减少全球变暖预期的气候承诺。

在高层明确任务之后，多部委也开始响应：

12月20日，发改委强调要部署开展碳达峰、碳中和相关工作；

12月21日，央行表示为了实现碳中和目标，会加大对新能源产业、能源高效利用产业的金融支持；

12月22日，生态环境部副部长透露，生态环境部正制定2030年前碳排放达峰行动计划、行动方案，支持有条件的地区率先达到碳排放峰值。

不过，我国碳排放强度依然很大。从行业看，电力行业碳排放占比达到41%，因此加速调整能源结构迫在眉睫。据《中国实现碳中和的路径建议》研究报告，实现“碳中和”目标的多种可行方案中，“加速可再生能源转型”是其中最有效的路径之一。即如果中国持续提升公路运输、建筑和工业领域的直接电气化程度，且通过普及零碳电力（太阳能等清洁能源发电）供应，构建规模更大、更清洁化的电力系统。那么，电力行业的碳排放量最快可于2024年达峰，此后将迅速下降。

国家能源局新能源司的最新预计是，到今年年底光伏发电装机规模将超过风电，成为全国第三大电源。根据国家能源局目前的测算情况，“十四五”新增光伏发电装机规模需求将远高于“十三五”。中国光伏行业协会也预计，中国年均光伏新增装机规模将在70GW到90GW之间，是当前年均新增装机量的两倍有余。

此外，用户光伏空间正在打开。华创证券指出，预计今年我国光伏新增装机量将会在35GW左右，如用户新增装机量达到10GW，占比将会超过28.5%，意味着光伏正在走向寻常百姓家。用户光伏潜在空间巨大，价值尚未被完全开发。按10%的渗透率和3.5元/W的单瓦价值计算，市场空间或达1.4万亿元。

据不完全统计，除目前已实现“碳中和”的苏里南和不丹两个国家外，瑞典、英国等6个国家已立法“碳中和”，欧盟作为整体和加拿大等5个国家地区处于“碳中和”立法状态（进程），中国、日本等14个国家发布了“碳中和”政策宣示文档。

全球范围“碳中和”目标的实现，都绕不开依赖于发展、利用以光伏为代表的可再生能源、清洁能源。2019年，中国硅料、硅片、电池片、组件占全球产量的比重分别达到了67%、98%、83%和77%，而中国生产的光伏产品，60%-70%出口到了全球各地。全球光伏组件出口商前十名中，绝大多数都是中国企业。作为全球最大的光伏生产基地，全球碳中和也意味着，全世界电力系统将更加依赖于中国光伏！

在智利最南端的麦哲伦省，立足于当地丰富的风能资源，西门子能源携手多个合作伙伴共同打造了“Haru Oni”项目，创新了绿氢生产与应用的场景，即利用可再生能源生产气候中立的合成燃料，这不仅能为高碳排放的交通运输行业提供清洁燃料，也将为可再生能源丰富的地区提供清洁能源输出提供巨大商机。

西门子能源首席执行官克里斯蒂安·布鲁赫博士（Christian Bruch）表示，“可再生能源将不仅在有市场需求的地方生产。风能、太阳能等自然资源丰富的地区也将成为可再生能源的产地。因此，新的供应链将在世界各地兴起，支持可再生能源在地区间的运输。”

西门子能源股份公司新能源业务全球首席战略官兼新能源亚太区业务负责人赵作智博士在接受采访时表示，重要行业如交通运输、工业等的??深度脱碳离不开绿氢的使用。未来，氢能在储能和运输方面将扮演越来越重要的角色。

可再生能源的全球化分配

氢气作为能源载体，将在全球能源转型中与电力互为补充。电解水制氢被认为是未来制氢的发展方向，尤其是利用可再生能源电解水制氢。

目前传统的制氢模式，不管是“灰氢”还是“蓝氢”，它们的生产还是使用过程，都存在着高碳排的问题。当电解水制氢过程中使用的电力完全来自风能、太阳能、水能或地热发电等可再生能源时，其产生的氢气才能被称为“绿氢”。

数据显示，2020年，全球交通运输行业二氧化碳排放量高达排放量达到88亿吨，仅次于能源、工业成为第三大碳排放源头，尤其是公路运输占比较高。因此，在二氧化碳减排面临挑战的领域，比如交通运输、炼油和钢铁等行业，绿氢将助力其实现深度去碳化。

“Haru Oni”项目依托智利的风能优势，通过电解槽利用风电将水分解为氢气与氧气，然后利用从空气中捕获二氧化碳与绿氢结合，制取合成燃料。在这个过程中，西门子能源灵活高效的质子交换膜（PEM）电解技术，由于其具有的快速启停，在极短时间达到满载运行的优势，能够很好的解决风能的不稳定性问题。

未来，由绿氢制成的合成燃料，将有着广阔的新应用领域。与传统化石燃料相比，合成燃料的碳足迹显著降低，基于合成燃料的绿色产品，将成为运输、交通或供暖部门深度脱碳的有力选择。

据了解，“Haru Oni”试点项目是全球首个工业级综合性合成清洁燃料商业工厂。预计最早在2022年，工厂将完成第一阶段试点，年产约13万升合成清洁燃料。根据项目规划，，将在2024年和2026年分别实现5500万升和5.5亿升的年产量目标。

智利享有风力发电的优越气候条件，且电力成本低，具备面向全球市场生产、出口以及在本地应用绿氢的巨大潜力。“Haru Oni”项目产生的经济效益，不仅可以促进可再生能源丰富的地区经济增长，也能通过清洁能源传输机制，令工业国家受益于更加多元化的绿色能源供应和稳定的能源成本，实现双赢的局面。

2021年5月，西门子能源启动了中东和北非地区首个工业级太阳能驱动的绿色氢能生产设施，利用太阳能园区的日光太阳能，该项目能够在1.25MWe的峰值功率下，每小时生产大约20.5公斤的氢气。

该试点项目展示了从太阳能制绿氢到氢气的存储和再电气化。这套系统可以为可再生能源的生产提供缓冲，既可用于针对需求增加的快速响应，也支持长期存储。在该地区太阳能光伏发电和风力发电成本低廉的背景下，氢气有望成为未来能源组合中的关键燃料，并有可能为拥有丰富可再生能源资源的地区带来能源出口的机会。

根据国际氢能委员会预计，到2050年，氢能将承担全球18%的能源终端需求，创造超过2.5万亿美元的市场价值，燃料电池 汽车 将占据全球车辆的20%~25%，每年为交通运输行业贡献至少三分之一的碳减排。

西门子能源正在通过构建电能多元化转化系统（Power-to-X）的基础设施帮助客户实现其去碳化目标，并为全球范围内的跨行业去碳化做出贡献。西门子能源拥有面向可持续的、零碳排放的能源供应所有核心技术，从可再生能源、高效燃气电厂，到输配电和低碳的能源工业应用关键设备和解决方案，再到高效的电解水制氢解决方案。

在中国实施首个兆瓦级绿色制氢项目

氢能产业在整个能源行业的地位已逐渐提高。截至2021年初，全球已有30多个国家发布氢能产业发展路线图。日本和欧盟均已公布氢能战略，对2030年和2050年的绿氢产量和氢能源 汽车 的普及率提出具体目标。

去年，国务院办公厅及国家能源局等颁布了《新能源 汽车 产业发展规划（2021-2035年）》《关于建立健全清洁能源消纳长效机制的指导意见（征求意见稿）》等支持政策，鼓励推广绿氢、分布式能源、燃料电池等重点技术的研发和商业应用，氢能产业将迈入商业化和规模化发展的新阶段。

推广绿氢使用的一大难点在于如何降低成本。对此，赵作智博士以光伏发电成本下降举例对照，一是技术的创新突破，二是规模化应用的效应。“将需求端培养起来以后，能够有效拉动供给端，规模化效应就起来了。”他认为，绿氢的成本在于电解槽设备和用电成本，其中，可再生能源产生的绿电成本高低，以及设备的利用小时数，是最大的影响因素。

今年4月，BloombergNEF发布的氢能平价更新报告，建模预测了15~28个国家未来的绿氢降本路线，表示到2050年绿氢价格将低于天然气、灰氢和蓝氢，届时，绿氢成本将较现在降低85%，低于1美元/千克。报告同时表示，到2030年，从成本上来讲蓝氢项目的必要性将大大降低了。受益于光伏成本的大幅降低，未来绿氢降本有望提速。

在碳达峰、碳中和目标的推动下，广东、上海、浙江、江苏、山东等30个省份将氢能写入“十四五”发展规划，总产值规模将达近万亿元。此外，北京、河北、四川等省份还纷纷出台了氢能产业发展实施方案。

对于国内氢能市场的发展，赵作智博士表示，“中国是很好的一块土壤，我们有政策、有资本，也有??各行各业，一些领军企业也有意愿去尝试一些新技术，有资金、有人才、有市场，未来，随着技术的进步，绿氢的发展潜力十分巨大。”

据了解，西门子能源专注于三大领域的技术创新，一个是低碳或零碳的发电；第二是低碳环保的输电；第三是针对工业领域的去碳化，尤其是油气、化工、造纸等能源密集型行业。

赵作智博士透露，目前，西门子能源在国内布局，主要是通过和领军企业合作，发挥各自优势降低成本，推进技术应用。在实现双碳目标的背景下，业内遵循着需求拉动供给的规律，以技术解决方案节能降本，推动应用规模化的形成。

2019年9月，西门子与国家电力投资集团（“国家电投”）签署《绿色氢能发展和综合利用合作谅解备忘录》。双方计划进一步拓展绿色氢能项目的合作。

2020年8月，西门子能源与中国电力国际发展有限公司（下称“中国电力”）旗下的北京绿氢 科技 发展有限公司签署协议，为中国电力氢能创新产业园提供一套橇装式质子交换膜（PEM）纯水电解制氢系统“Silyzer 200”。这一项目所在的北京市延庆区是将于2022年举行的大型 体育 赛事的三大赛区之一。西门子能源的绿色制氢解决方案将帮助确保赛事期间和赛后的公共交通运营所需的氢能供应。

据介绍，这是西门子能源在中国实施的首个兆瓦级别绿色制氢项目，设备已经运达现场，在安装调试后将很快投入运营。作为该制氢-加氢一体化能源服务站的核心设备，西门子能源提供的PEM纯水电解制氢系统Silyzer 200能够以高能量密度和运行效率实现工业规模的高品质氢气生产。此外，该制氢系统具有快速响应能力，带压启动至稳定运行时间不超过1分钟，并可直接与可再生能源耦合。

展望未来发展，“绿氢方面，我认为中国会引领整个世界。现在领先的是中国和欧洲，这两个市场有他们自身得天独厚的地方，两边一起来、两家火车头一起拉动，这也符合一个整个中欧合作的一个大框架。”赵作智博士说。