世界可再生资源和非可再生资源的现状和前景

本文为春节专题文章——“年度 科技 发展态势总结与展望”的第四篇能源篇。

世界能源领域2019年发展态势

全球油气供应安全风险大幅增加。 全球尤其是中东能源地缘政治冲突加剧，大大增加了油气供应的安全风险。4月，美国宣布终止对伊朗石油进口的制裁豁免，重启对伊朗原油出口的限制。7月，英国在直布罗陀海域扣押了伊朗油轮。随后，伊朗在霍尔木兹海峡查扣一艘英国油轮以示报复。9月，沙特阿美旗下的两处重要石油设施遭无人机袭击，原油产量一度锐减570万桶/日，引发了全球油价短期跳涨。此外，卡塔尔退出石油输出国组织“欧佩克”、叙利亚局势震荡也在一定程度上影响全球的油气供应安全。

动力电池梯次利用商业化加速。 德国大众集团推出一款新型移动充电站，其内部电能存储单元由二次回收的电动车动力电池组成，已在德国率先投放使用。日本本田 汽车 公司与美国电力公司（American Electric Power，AEP）展开合作，共同开发一个能够将废旧电动 汽车 电池集成至AEP电网中的新商业模式。中国北汽鹏龙、北汽新能源等企业合伙在河北省黄骅市实施了北汽鹏龙动力电池梯次利用及资源化项目。

世界能源领域2020年趋势展望

全球能源转型趋势愈发明显。 德国将逐渐停止以煤炭作为电力来源，并将可再生能源的发电比重从现在的38%提升至2030年的65%。法国能源部表示，到2030年要将可再生能源在法国能源结构中的比重提高到40%左右。韩国产业通商资源部公布《第三次能源基本计划》草案，提出力争到2040年将可再生能源占比提高到30%-35%，大幅降低煤炭发电比重。波兰公布2040能源政策草案，拟大幅增加核电和可再生能源在能源结构中的比例，以不断降低对煤炭的依赖。

可再生能源市场前景巨大。 国际能源署发布《可再生能源市场分析和2024年预期》报告称，从2019年到2024年，全球可再生能源装机将增加50%。美国能源信息署发布的《2019年度能源展望》报告指出，未来30年，可再生能源发电量（风力、太阳能、水力）将从2018年的5000亿千瓦时增加到2050年的1.5万亿千瓦时。欧洲风能协会发布《我们的能源，我们的未来》报告称，欧盟现在的海上风电装机容量是20吉瓦，到2050年欧盟海上风电装机容量要达到230至450吉瓦，比现有容量增长10倍以上。英国发布的《海上风电产业战略规划》提出，在2030年前将英国海上风电装机容量提高到3000万千瓦，将海上风力发电量提高到总发电量的30%。

先进核技术商业化应用加速。 根据麻省理工学院报告，先进、非常规的核反应堆将在2030年颠覆当前的核能行业。美国首座小型反应堆纽斯凯尔小堆将于2020年9月完成核管会的设计认证，并将于2026年下半年投入运行。俄罗斯首座浮动式核电厂“罗蒙诺索夫院士”号将于2020年4月开始全面投运。英国投资两亿英镑建造全球首个商用核聚变发电厂，并拟于2040年实现核聚变能源生产的商业化。加拿大启动核能研究倡议，加速推进小型模块堆的研发应用，并计划于2026年前在乔克河（Chalk River）建成首座小堆。

作者简介

张欢欢，国务院发展研究中心国际技术经济研究所 研究四室 研究助理

研究所简介

国际技术经济研究所（IITE）成立于1985年11月，是隶属于国务院发展研究中心的非营利性研究机构，主要职能是研究我国经济、 科技 社会 发展中的重大政策性、战略性、前瞻性问题，跟踪和分析世界 科技 、经济发展态势，为中央和有关部委提供决策咨询服务。“全球技术地图”为国际技术经济研究所官方微信账号，致力于向公众传递前沿技术资讯和 科技 创新洞见。

地址：北京市海淀区小南庄20号楼A座

电话：010-82635522

微信：iite_er

该指数根据全球各国可再生能源投资和发展机会的吸引力来排名，每年发布2次，今年已经是第16年，第52次发布了。

本次排名前10位的国家分别为中国、美国、印度、德国、法国、澳大利亚、日本、英国、荷兰、阿根廷。除阿根廷首次进入外，与此前排名并无明显的变化，主要是相互之间名次略有差异。

关于中国市场

就中国而言，它之所以能稳坐第一的位置，在很大程度上是由于中国对可再生能源发展的长期支持和追求。

电目标和降低上网电价——但安永分析师预计，这些举措将提高中国可再生能源行业的效率。

此外，中国政府已经采取行动，支持可再生能源技术实现平价上网，这样它们就可以在没有政府补贴的情况下，变得更成熟和更具有竞争性。

总之，安永认为中国可再生能源行业“财务状况相对良好”。

中国正致力于提高市场的效率和竞争力，这表明中国政府有意让这个市场成为一个长期的重要的能源来源。

尽管增长速度放缓，但中国市场的绝对规模是一个主要因素。

此外，与其他许多国家不同，空气污染是支持中国可再生能源增长的一个重要驱动力。

关于新兴市场

排名前40位的国家中有相当一部分是发展中国家，这证明了这些市场的重要性。

阿根廷首次进入前10名就是这种趋势的一个很好的例子。

发展中国家不一定只是在复制发达国家的能源模式。

例如，在撒哈拉以南非洲地区，离网太阳能和分布式发电的兴起是一项重要的发展，它符合该地区的能源环境，但发达国家在迈向今天的发电模式中就不一定经历了此阶段。

从去年开始，全球能源行业已经发生大逆转。 全球最大的可再生能源供应商美国NextEra能源公司市值飙升至1500亿美元，一度超越埃克森美孚公司和雪佛龙，成为全球价值最高的能源企业。 到了年底，随着油价有所回升，埃克森美孚才勉强挽回了些许尊严。

在与气候变化的对抗中，2020年是有史以来最关键的一年。 这一年，世界开始行动起来，努力修复几个世纪以来对气候的破坏。 全球最大的几个经济体都做出了净零排放、碳中和的承诺。

这一年，传统能源巨头在对新能源的态度上发生了翻天覆地的转变。

01

传统能源巨头蜂拥进新能源领域

2020年，全球化石能源巨头经历了有史以来最为痛苦的一年。

油价暴跌，巨额亏损。以往，他们总能在低谷后再次攫取复苏后的暴利。与往年不同，这次不再是简单的周期性经营亏损。他们 必须面对一个新的残酷现实—— 承诺大幅甚至全部减 少温室气体排放。

在这种要求下，未来石油需求和煤电需求都将大幅下降。 大力发展可再生能源，成为传统化石能源巨头转型最为清晰的发展路径。

我们看到，过去一年，全球化石能源巨头不约而同的疯狂涌入新能源领域，并斥以数以万亿的资金。这几乎颠覆了想象。

美国能源巨头杜克能源欲斥资4000亿砸向风电、光伏等领域。 杜克能源去年宣布，未来5年计划斥资560亿美元（折合3920亿元人民币）的资本投资计划， 希望到2025年将可再生能源发电指标翻一番，设定的目标是自行投资或购买16000MW可再生能源装机量 。 并计划到 2050年，新增40000MW太阳能和风电装机量，这将占到杜克能源公司2050年夏季总装机 量的40%。

西班牙石油巨头雷普索尔计划将可再生能源产能扩大五倍。 去年底，雷普索尔宣布，在未来十年内将可再生能源产能扩大五倍，并从石油业务中筹集资金，将可再生能源发电能力从目前的2.95吉瓦扩大到15吉瓦，包括风能和太阳能。

法国石油巨头道达尔计划未来十年内，每年在可再生能源上投入30亿美元。 道达尔未来10年能源产量将增长三分之一，其中大约一半将来自液化天然气，另一半来自电力——主要来自太阳能和风能的增长。

英国石油巨头BP将可再生能源产能从2019年的2.5GW拉升至50GW。 BP打算在2030年底前，将在低碳能源的投资总额拉升10倍达到50亿美元，并将可再生能源产能从2019年的2.5吉瓦拉高至50吉瓦。

葡萄牙石油巨头GalpEnergía计划到2030年，将其可再生能源的规模扩大到10吉瓦 ，计划将集团10%至15%的投资用于可再生能源发电。

欧洲最大电力公司之一Enel拟投资700亿欧元扩大太阳能、风能业务。 去年底，Enel宣布2021-2030年的战略重点是加速能源转型。其中，约700亿欧元用于扩大其风能和太阳能业务，可再生能源发电规模将从目前的45GW增至120GW。

西班牙最大电力公司Endesa拟在未来三年将太阳能等发电总容量增加50%。 Endesa表示将在2021-2023年期间筹措79亿欧元投资用于脱碳，新可再生能源产能等。其中，可再生能源将获得33亿欧元，用于投资约3000MW的太阳能和900MW的风电。

西班牙电力巨头Iberdrola计划5年投入760亿欧元，将可再生能源装机增至60GW。 去年底Iberdrola公 布了调整后的新5年投资计划，将在2021-2025年间，投资750亿欧元大力发展可再生能源，到2025年将可再生能源装机从去年的32吉瓦增至60吉瓦。

以上只是我们列举的部分化石能源巨头在可再生能源领域的投资计划，更多的案例不胜枚举。

颇具前景的可再生能源，吸引的不只是能源巨头。 越来越多非能源企业也开始蜂拥而入。

比如澳大利亚铁矿石巨头FMG，去年底就宣布2022年或2023年开始生产风能、太阳能、氢气和氨水等可再生能源，最终目标是达到236吉瓦的清洁能源产能。又比如 日本电信巨头NTT宣布，到 2030年将可再生能源发电能力从现在的300兆瓦提高 到7.5吉瓦。

02

技术创新的力量

从目前公开资料统计，未来5年时间，全球至少有万亿美元以上资金将进入可再生能源领域。

相对于未来更为庞大的体量，目前投入的资金还只是冰山一角。国际可再生能源署预计到2050年，为了实现碳中和，全球需要在清洁能源领域累计投资130万亿美元。

这些资金大部分将投向风电和光伏相关 领域 。

十年前，这简直无法想象。

越来越多的企业将宝押向新能源，除了情怀，更多的因素是源于以风电、光伏为首的新能源竞争力越来越强。

在技术进步和规模效应推动下，风电和光伏已经成为全球最具竞争力的能源。

以风电为例，十几年前，陆上风电单位千瓦造价高达12000元，如今已经下降到7000多元。国内上网电价已经下降至0.29元/千瓦时（I类区域），部分地区成本已经下探至0.15元/千瓦时。

十几年来，风电技术不断推陈出新，目前已经进化到第四代风机——人工智能风机，这种风机为全球新能源加速开发创造了契机。

有兴趣的同学，可以观看B站上一条爆红的 讲述风机进化史的科普视频，为了方便大家观看，我们将视频上传至此。

远景能源工程师告诉我们，他们推出的伽利略超感知风机就是人工智能风机。 在前三代增加偏航、变桨、独立变桨基础 上，工程师们在风机中创造性融入了人工智能元素。

这种风机能够利用传感数据，结合人工智能模型，实时还原所在机位的风信息，并对比实际运行情况与设计的差异，进行不断的精细调整。 这样一来，风机不再是按照预设好的场景程式化的变桨，而是依据实际的气流特性求真务实的变桨。 就和伽利略一样，能够用实例来验证固有理论。

当成千上万台伽利略超感知风机遍布群山、平原、海洋，大量的实例验证信息将在云端刻画出风机该有的样子，然后传回每一台风机，进而使风机不断进化，将潜力发挥到极致，再次提升发电能力。 而且，这种进化不仅可以体现在某一台风机上，也体现在整个风电场上。 依托边缘计算技术，风电场集群的人工智能，可以回顾和预测数十台风机已经和将要经历的风况，协调各个风机的运行，实现风场整体发电能力的最大化。

除此之外，伽利略超感知风机还有很多进步，比如可以借助先进的趋势感知能力，在线规划风机的寿命策略，找到最优的运行模式，从而降低运维成本。可以通过大量结构受力样本，知道风机哪一部位需要进一步加强，哪一个部位可以优化减少材料，再运用到新风机的制造上，从而降低建设成本和度电成本。

风电如此，光伏创新更是层出不穷。

光伏转化率已经从十几年前的14%左右，上升到了目前的23%以上。晶硅组件价格从十几年前接近40元/瓦下降到目前1.4元/瓦左右。

技术创新和成本下降，让光伏成为近十年内降本速度最快的能源之一。 根据 国际可再生能源署 数据，全球光伏LCOE （平准化发电成本）由2010 年的0.378$/kWh快速下降至2020年的0.048$/kWh，降幅高达87%。

今年开始，不仅是风电， 国内大部分地区光伏项目都可以实现平价上网。在海外一些国家，由于非技术成本占比较低，一些光伏项目度电成本已经低至0.1元人民币以下。

虽然没有人能准确预测未来，但是新能源未来却是确定的。

在风电和光伏等可再生能源的驱动下，一个全新的时代序幕已经徐徐拉开。

/ END /

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

当地时间19日，美国国务卿布林肯在马里兰州发表了关于气候问题的首次演讲。布林肯声称，应对气候变化的“乏力”将对美国国家安全和经济“造成重大影响”。他发出警告说，美国在可再生能源方面已经落后中国，美国必须在气候问题上发挥领导作用，并在这一领域投入更多资源。 

目前国内新能源的发展情况如何？

首先，由于技术的限制,短期内电力行业没有替代品,电力行业生命周期的问题主要研究对象是各种具体的电源类型,比较的是这些电源类型之间的替代和生命周期。新能源由于具有清洁、可持续的特性,因此新能源行业的成熟期持续时间将较长,即使到了行业的饱和衰退期,其衰退速度也将很慢。 

发展新能源的意义是什么？

新能源和可再生能源是人类社会未来能源的基石，是化石能源的替代能源。新能源和可再生能源清洁干净、污染物排放很少，是与人类赖以生存的地球生态环境相协调的清洁能源。新能源和可再生能源是世界不发达国家的20多亿无电人口和特殊用途解决供电问题的现实能源。迄今，世界上不发达国家还有20多亿人口尚未用上电，其中我国约占6000多万人。由于无电，这些人大多仍然过着贫困落后、日出而作、日落而息、远离现代文明的生活。这些地方，缺乏常规能源资源，但自然能源资源丰富，人口稀少，并且用电负荷不大，因而发展新能源和可再生能源，是解决其供电问题的重要途径。

新能源的发展前景如何？

对于新能源的发展前景，新能源技术作为一种全新的能源利用方式，要想彻底取代传统的能源利用是不现实的，首先体现在人们对于此能源的重视度不够，认识不足，以生物质能源为例，作为传统的农业大镇，山东省青州市谭坊镇现有耕地面积15万亩，仅农业生产，每年都会产生约60万吨植物秸秆，经调查，50％的农民为图省事，会选择直接将秸秆燃烧，对于“变废为宝”的慨念相对陌生，根本没有意识到秸秆的能源高效利用效率，因此这是目前首先要解决的一个问题。

我国可再生能源发电装机达到7.28亿千瓦，同比增长12%。其中，水电装机3.52亿千瓦，同比增长2.5%风电装机1.84亿千瓦，同比增长12.4%光伏发电装机1.74亿千瓦，同比增长34.0%生物质发电装机1781万千瓦，同比增长20.7%。

创新投入趋势：投入演化呈现四个阶段，投向更加倾斜可再生能源

科技决定能源的未来，科技创造未来的能源。能源技术创新在全球能源革命中起决定性作用，是各国科技创新的重点关注方向，从近40年全球能源技术研究、开发与示范（RD&D）的投入演化历程上看，总体上可分为四个阶段：

一是长期缩减阶段。IEA成员国的政府RD&D投入在1980-2000年间的投入持续减少，2000年时总投入为111亿美元，仅为1980年的47%。

二是复苏阶段。进入21世纪后随着全球能源、环境问题的凸显，主要国家普遍增加了相关投入，IEA成员国的政府总投入预算在2001-2009年间迎来了快速增长，2009年时已大幅攀升至246亿美元。

三是经济危机阶段。在全球经济危机的背景下，能源研发投入在政府支出中的优先级有所降低，以美国、日本、巴西为代表的主要投入大国纷纷削减了相关开支，使得2010-2016年间全球预算总额呈下降趋势。

四是零碳目标阶段。2016年底《巴黎协定》正式实施，协议提出的在本世纪下半叶实现净零排放的长期目标使得发展低碳能源技术成为了世界各国的迫切需要，因此IEA成员国从2017年起普遍提高了能源技术的RD&D预算。

图1 1980-2020年IEA成员国能源研究、开发与示范（RD&D）政府预算总额（单位：百万美元），资料来源：IEA

全球能源技术的研发投入侧重也在发生着深刻变革，其中，更加关注清洁能源技术、清洁能源技术发展更加倾向可再生能源领域是两大突出趋势。

一方面，IEA成员国化石燃料技术的RD&D占比在上世纪90年代之前呈上升趋势，随后开始降低，2020年时仅占7%，较1990年下降了13%，反映出全球能源研发体系中清洁能源技术的优先级得到提升。

另一方面，清洁能源技术领域的研发趋势由极度聚焦核能向核能、可再生能源协调发展的方向进行转变，从数据上看，1974年时IEA国家核能RD&D占比高达75%，可再生能源RD&D的占比仅为3%，而到了2020年核能所占比重大幅减少至21%，可再生能源所占比重则提升至20%（含氢能）。

图2 1974-2020年IEA成员国能源研究、开发与示范（RD&D）政府投向的演化趋势（单位：%），资料来源：IEA

虽然能源技术的研发投入在近年来呈现出上升趋势，但能源创新在全球创新格局中的地位仍然不高，存在较大的提升空间。从世界主要国家的总体研发结构上看，能源技术研发投入占国家研发总投入的比重均较低，以2020年为例，美国为1.2%，中国为2.2%，法国为3.7%，德国为1.4%。风险投资的行业分布情况也同样印证了能源创新的受重视程度仍有待大幅提升，以中国与美国2020年的风险投资情况进行说明，可发现中美当年收到的能源行业风险投资分别为4.38亿美元、19.8亿美元，分别仅占两国当年收到风险投资总额的0.7%、1.6%，而同年IT行业的占比分别高达40%与41%。

图3 2020年主要国家能源技术RD&D情况，数据来源：IEA、NSF、国家统计局、法国国家经济研究和统计局、德国联邦统计局

图4 2020年中美收到的风险投资的行业分布（单位：百万美元），数据来源：NSF

创新产出趋势：可再生能源创新产出快速增长，光伏是其主要来源

能源技术创新投入的增长也使得新的能源科技成果不断涌现，正在并将持续改变世界能源格局。

自人类进入工业化以来，煤炭为全球经济社会发展做出了重大贡献，是最重要的能源之一。本文详细介绍了近年来全球煤炭供需情况以及主要煤炭产地及消费地。

1、全球煤炭供给情况

——产量增势未能延续

煤炭是世界上储量最多、分布最广的常规能源，也是最廉价的能源。21世纪以来，随着各国对全球气候变化的不断重视，各国加速能源结构调整，众多发达国家已逐步采用清洁能源替代煤炭能源消费，因此煤炭供给增势不再呈现单边上涨趋势。

近年来，全球煤炭产量呈现震荡走势，2017-2019年，全球煤炭产量保持连续增长，2020年，受疫情影响，全球煤炭产量增势未能延续，总产量为77.42亿吨，同比下降4.8%。

——煤炭供给中国一枝独秀

从地区构成来看，目前，亚太地区为全国主要煤炭生产地，煤炭产量占全球的比重超过七成。2020年，亚太地区煤炭产量为58.79亿吨，占全球总产量的75.9%北美地区煤炭产量为5.31亿吨，占全球总产量的6.9%独联体地区煤炭产量为5.25亿吨，占全球总产量的6.8%欧洲煤炭产量为4.79亿吨，占全球总产量的6.2%。

具体到国家来看，2020年，全球煤炭产量前十国家合计生产煤炭71.52亿吨，占全球总产量的92.38%。其中，中国煤炭产量远超其他国家，中国煤炭产量为39.02亿吨，第二名到第十名煤炭产量之和仍不及中国煤炭产量。

2、全球煤炭消费情况

——2020年煤炭消费创十年新低

2014年以来，全球煤炭消费量进入下降通道，整体呈现震荡下行趋势。2020年，全球煤炭消费量持续下滑，总消费量为157.64艾焦，同比下降3.9%，创近十年煤炭消费总量新低。

——煤炭消费中国引领全球

从地区构成来看，目前，亚太地区为全球主要煤炭消费地，煤炭消费量占全球的比重超过八成。2020年，亚太地区煤炭消费为120.97艾焦，占全球总消费量的80.1%北美地区煤炭消费量为9.91艾焦，占全球总消费量的6.6%欧洲煤炭消费量为9.40艾焦，占全球总产量的6.2%。

具体到国家来看，以中国为首的亚洲国家对煤炭的需求仍处于较高水平，2020年，全球煤炭消费量前十国家合计消费煤炭130.56艾焦，占全球总消费量的86.22%，前四名中仅美国不在亚洲。中国煤炭消费量远超其他国家，中国煤炭消费量为82.27艾焦，第二名到第十名煤炭消费量之和仍不及中国煤炭消费量。

—— 以上数据参考前瞻产业研究院《中国煤炭行业发展前景与投资战略规划分析报告》