中國網(wǎng)／中國發(fā)展門戶網(wǎng)訊 進入 21 世紀以來，全球人口、經(jīng)濟持續(xù)增長，世界能源需求增長強勁，油氣資源競爭激烈，生態(tài)環(huán)境壓力增大，全球氣候變化倍受關(guān)注；綠色低碳、可持續(xù)發(fā)展成為人類文明持續(xù)繁榮的科學(xué)理性選擇。人類已經(jīng)進入了知識網(wǎng)絡(luò)時代，作為人類現(xiàn)代文明基石與動力的能源也正面臨新的變革。能源領(lǐng)域具有投資大、周期長、關(guān)聯(lián)多、慣性強的發(fā)展規(guī)律。能源既是經(jīng)濟資源，更是政治資源和戰(zhàn)略資源，能源安全的問題受到國家高度重視。

未來二三十年，將是能源生產(chǎn)消費方式和能源結(jié)構(gòu)調(diào)整變革的關(guān)鍵時期。人們將致力于構(gòu)建綠色低碳、高效智能、多樣共享的可持續(xù)能源體系。風(fēng)力和太陽能等可再生能源將快速增長，從而形成天然氣、石油、煤炭、核能、可再生能源為五大支柱的能源新格局。

我國地域廣闊，太陽能和風(fēng)能資源十分豐富且分布廣泛，總量足以滿足我國社會生產(chǎn)生活等需求。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，目前太陽能光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電技術(shù)已趨于成熟，成本快速下降。在可預(yù)見的將來，太陽能光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電的技術(shù)和經(jīng)濟性都將達到與常規(guī)能源相當(dāng)?shù)乃?，推動能源變革與轉(zhuǎn)型的發(fā)展。

太陽能和風(fēng)能資源豐富，是未來可以信賴的能源

我國太陽能資源概況

我國太陽能資源豐富，達到我國陸地表面的太陽輻射的功率約為 1．68×103TW，水平面平均輻照度約為 175 W／m2，高于全球平均水平。而且，太陽輻射資源分布廣泛，總體呈“西部高原大于中東部丘陵和平原、西部干燥區(qū)大于東部濕潤區(qū)”的分布特點。根據(jù)年太陽總輻射量可劃分為最豐富、很豐富、豐富和一般 4 個等級（表 1）。

2018 年，我國陸地表面平均年水平面總輻照量約為 1 486．5 kWh／m2，固定式光伏發(fā)電年最佳斜面總輻照量約為 1 726．9 kWh／m2。

我國風(fēng)能資源概況

風(fēng)能是由空氣流動所產(chǎn)生的動能。根據(jù)國際上對風(fēng)能資源技術(shù)開發(fā)量的評價指標，考慮了自然因素和政策因素的限制后，我國陸地 70 m 高度層年平均風(fēng)功率密度達到 300 W／m2以上的風(fēng)能資源技術(shù)可開發(fā)量為 2．6 TW，70 m 高度層年平均風(fēng)功率密度達到 200 W／m2以上的風(fēng)能資源技術(shù)可開發(fā)量為 3．6 TW（表 2）。廣闊的海面也同樣蘊藏著豐富的風(fēng)能，在離岸距離不超過 50 km 的近海海域內(nèi)，我國沿海水深不超過 50 m 的海上風(fēng)力發(fā)電實際可裝機容量約為 500 GW。

總體看，我國絕大多數(shù)地區(qū)均屬于適宜太陽能利用的地區(qū)，其中太陽能很豐富區(qū)（年輻射總量達到 1 400 kWh／m2以上）大約占國土面積的 2／3。我國各地區(qū)陸地風(fēng)能資源分布雖然不均衡，但是每個省級行政區(qū)都有較為豐富的可開發(fā)利用的風(fēng)能資源。

太陽能發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電已經(jīng)成為全球重要的清潔電力來源

大力發(fā)展可再生能源已經(jīng)成為世界各國應(yīng)對全球氣候變化的一項重要戰(zhàn)略舉措。我國近年來在風(fēng)力發(fā)電和太陽能發(fā)電開發(fā)利用方面取得了顯著成效，在產(chǎn)業(yè)發(fā)展、技術(shù)創(chuàng)新等方面取得了突出成果。風(fēng)電已成為我國第三大電源，而光伏電池及相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展規(guī)模已經(jīng)占據(jù)全球前列?？稍偕茉凑谥鸩綇牧闵?、小規(guī)模的能源發(fā)展成為可部分替代化石燃料、緩解生態(tài)環(huán)境承載壓力、實現(xiàn)大規(guī)模利用的重要能源形式。

世界范圍內(nèi)可再生能源發(fā)電量持續(xù)增長

圖 1 顯示了 2010—2017 年全球可再生能源發(fā)電量占總發(fā)電量的增長情況?？梢钥吹?，截至 2017 年底，全世界可再生能源發(fā)電量已經(jīng)占到全部發(fā)電量的 26．5％，其中水力發(fā)電的占比基本保持不變，而非水可再生能源發(fā)電量（主要是風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電）已經(jīng)從 2010 年的 3．3％ 增長到了 2017 年的 10．1％。

圖 1 2010—2017 年全球可再生能源發(fā)電量占總發(fā)電量比情況

我國太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)領(lǐng)跑世界

近 10 年來，全球太陽能光伏發(fā)電呈現(xiàn)出強勁的發(fā)展勢頭，太陽電池裝機容量連續(xù)多年保持了 30％ 以上的增長率（圖 2）。我國光伏發(fā)電相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展在世界上尤其突出，產(chǎn)業(yè)規(guī)模多年保持世界第一，2017 年我國光伏發(fā)電量大體占全球光伏發(fā)電量的 1／4（圖 3）。2018 年全年，中國新增太陽能光伏裝機容量為 43 GW；截至 2018 年底，我國累計光伏裝機量已超過 170 GW。即使在海外“雙反”以及國內(nèi)支持政策調(diào)整的不利情況下，2018 年我國光伏制造業(yè)仍取得較大發(fā)展：多晶硅產(chǎn)量達到 25 萬噸，同比增長 3．3％；硅片產(chǎn)量達到 109．2 GW，同比增長 19．1％；電池片產(chǎn)量達到 87．2 GW，同比增長 21．1％；組件產(chǎn)量達到 85．7 GW，同比增長 14．3％。2018 年全年我國光伏電池組件出口 41 GW，同比增長 30％，光伏產(chǎn)品出口額達到 161．1 億美元，為 20 多個國家實現(xiàn)光伏平價上網(wǎng)提供支撐，這為全球應(yīng)對氣候變化作出了重要貢獻。

圖 2 2006—2017 年全球光伏發(fā)電裝機容量

圖 3 2012—2017 年中國及全球太陽能發(fā)電量

我國風(fēng)力發(fā)電保持持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展

近 10 年全球風(fēng)力發(fā)電裝機容量增長情況如圖 4 所示。風(fēng)力發(fā)電增長勢頭雖然不如光伏發(fā)電，但每年仍然保持著 10％—16％ 的增長率，而且總裝機容量和發(fā)電量均大于光伏發(fā)電（圖 5）。從“十二五”到“十三五”的 10 年間，我國風(fēng)力發(fā)電年增長規(guī)模持續(xù)保持在 20 GW 左右。據(jù)中國風(fēng)能協(xié)會初步統(tǒng)計數(shù)據(jù)：截至 2018 年底，我國風(fēng)力發(fā)電新增并網(wǎng)容量 21．14 GW，累計并網(wǎng) 210 GW。2018 年全年風(fēng)力發(fā)電上網(wǎng)發(fā)電量達到 35．7 TWh，占全部發(fā)電量的 5．2％；全年風(fēng)力發(fā)電機組利用小時數(shù) 2 103 h，同比增加 153 h；2018 年，我國海上風(fēng)力發(fā)電新增裝機容量 1．66 GW，累計裝機容量達到 4．45 GW 。

圖 4 2006—2017 年全球風(fēng)力發(fā)電裝機容量

圖 5 2012—2017 年中國及全球風(fēng)力發(fā)電量

技術(shù)進步是推動太陽能發(fā)電和風(fēng)能發(fā)電發(fā)展的根本動力

多年來，國家科技計劃對可再生能源科技研發(fā)持續(xù)給予支持，國內(nèi)一些有實力的企業(yè)也加大了對科技研發(fā)的投入。這些投入在不斷提高我國太陽能發(fā)電、風(fēng)能發(fā)電相關(guān)技術(shù)能力，以及提升國內(nèi)企業(yè)的技術(shù)水平方面發(fā)揮了重要作用，促進了我國太陽能發(fā)電和風(fēng)能發(fā)電全行業(yè)的發(fā)展。

太陽能光伏發(fā)電方面。我國已經(jīng)形成了硅材料、硅片、電池、組件為核心的晶體硅太陽能電池產(chǎn)業(yè)化技術(shù)體系，掌握了效率 20％ 以上的背鈍化電池、選擇性發(fā)射極電池、全背結(jié)電池、金屬穿孔卷繞（MWT）電池等高效晶體硅太陽能電池制備及工藝技術(shù)。批量化單晶硅電池效率超過了 22％，實驗室最高效率達到了 24．1％。批量生產(chǎn)多晶硅電池效率 18．5％，多晶硅電池實驗室效率達到 21．25％，創(chuàng)造了多晶硅太陽能電池效率的世界紀錄。通過并購和國際合作使得我國硅基、CdTe、CIGS 等薄膜電池的研究和技術(shù)水平快速提升。目前我國逆變器等平衡部件技術(shù)水平與國際接軌，系統(tǒng)集成智能化技術(shù)仍有待提升。面向光伏發(fā)電規(guī)?；?，我國光伏系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)取得多項重大突破：掌握了 100 MW 級并網(wǎng)光伏電站設(shè)計集成技術(shù)，掌握了 MW 級光伏與建筑結(jié)合系統(tǒng)設(shè)計集成技術(shù)，掌握了 10—100 MW 級水／光／柴／儲多能互補微電網(wǎng)設(shè)計集成技術(shù)并開展了示范。

風(fēng)力發(fā)電方面。我國打破國外壟斷，實現(xiàn)了風(fēng)電機組整機由 100 kW 級向 MW 級跨越式發(fā)展，已經(jīng)成為世界風(fēng)電設(shè)備制造大國；形成 3．6 MW 以下裝備設(shè)計制造技術(shù)體系，初步掌握了 5 MW、6 MW 整機集成技術(shù)；風(fēng)電機組整機及零部件國產(chǎn)化率達到 85％以上。我國突破了大規(guī)模風(fēng)電發(fā)展并網(wǎng)接入的技術(shù)障礙，解決了大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)特性的仿真模擬難題，開發(fā)了具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的風(fēng)電功率預(yù)測系統(tǒng)?；窘鉀Q了低／高電壓穿越技術(shù)難題，建成了全球首個 100 MW 級國家風(fēng)光儲輸示范工程和全球首個海島風(fēng)電多端柔性高壓直流輸電（VSC－HVDC）示范工程，實現(xiàn)了大規(guī)模風(fēng)電高滲透率并網(wǎng)運行。

技術(shù)進步使得中國太陽能光伏發(fā)電和風(fēng)能發(fā)電技術(shù)水平不斷提高，產(chǎn)業(yè)規(guī)模迅速擴大，在國際市場上的競爭力也不斷增強。目前在世界排名前 10 位的光伏電池生產(chǎn)企業(yè)中，中國企業(yè)占據(jù) 8 席（含中國臺灣企業(yè)），中國大陸企業(yè)光伏組件產(chǎn)量占全世界的 72％ 以上。在世界排名前 10 位的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備制造商中，中國企業(yè)占據(jù) 3 席（產(chǎn)值第 3、6、8 名）；中國風(fēng)機制造商占全球份額的 21．2％?？萍歼M步和良好的經(jīng)營管理模式幫助中國太陽能和風(fēng)能發(fā)電企業(yè)在國際競爭中建立了不可動搖的競爭優(yōu)勢。

光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電成本持續(xù)下降，即將進入平價上網(wǎng)時代

在以往相當(dāng)一段時間，可再生能源發(fā)電技術(shù)的電價成本遠高于常規(guī)發(fā)電成本，使得可再生能源發(fā)電技術(shù)在經(jīng)濟性上完全無法同以燃煤發(fā)電為代表的常規(guī)能源競爭，而只能作為一種補充能源在偏遠地區(qū)獲得部分應(yīng)用。

經(jīng)過幾十年的研究發(fā)展，這種狀況正在發(fā)生著令人矚目的變化。近 10 年來，在技術(shù)進步和市場規(guī)模化發(fā)展的雙重推動下，全球太陽能光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電的成本快速下降，導(dǎo)致全球光伏發(fā)電最低電價不斷下降（圖 6）。過去 10 年，我國太陽能光伏電池組件和發(fā)電系統(tǒng)的成本均下降了 90％，即成本只有原來的 1／10（圖 7）。隨著單機規(guī)模的增加，風(fēng)力發(fā)電機組的單位成本也不斷下降，陸上風(fēng)電上網(wǎng)電價降至 0．49—0．61元／kWh。風(fēng)電已成為我國第三大電源。

圖 6 部分國家光伏發(fā)電價格

圖 7 2007—2018 年中國光伏組件和系統(tǒng)價格下降情況

光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電的電價成本除了設(shè)備投資以外，項目所處的局部資源條件和運行環(huán)境都是影響最終電價的重要因素。目前從全球范圍來看，一些資源條件和運行環(huán)境好的項目，其單位電價成本已經(jīng)達到或低于常規(guī)能源電價水平，可以實現(xiàn)平價上網(wǎng)（圖8）。國內(nèi)在表 1 所示資源條件很好的第一類和第二類地區(qū)建設(shè)的集中式地面光伏電站，如果能將棄光控制在比較低的水平，則可以做到電網(wǎng)側(cè)平價上網(wǎng)。風(fēng)力發(fā)電的情況也類似，即以目前的技術(shù)發(fā)展水平，可以在一些條件好的風(fēng)電場實現(xiàn)電網(wǎng)側(cè)平價上網(wǎng)。目前國家能源局已經(jīng)在推動一些光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電的平價上網(wǎng)示范項目。如果能在放開電力市場方面取得更多突破，今后可能會有更多光伏發(fā)電從用戶側(cè)接入電網(wǎng)，將會有更多地區(qū)的分布式電站可以實現(xiàn)用戶側(cè)平價上網(wǎng)。

圖 8 部分國家陸上風(fēng)電最低上網(wǎng)電價

近年來，國際社會開始深入探討可再生能源的長期未來發(fā)展情景和路徑。歐盟《2050 年能源路線圖》提出到 2050 年可再生能源將占到全部能源消費的 55％以上；德國《能源方案》提出到 2050 年可再生能源占能源消費總量的 60％ 和電力消費的 80％；英國能源與氣候變化部在《2050年能源氣候發(fā)展路徑分析》中探討了遠期可再生能源滿足約 60％ 能源需求的前景；美國能源部支持完成的《可再生能源電力未來研究》認為可再生能源可滿足 2050 年 80％ 的電力需求；日本在 2011 年福島核電事故后確定 2020 年可再生能源將滿足 20％ 電力需求的目標，并深入探討 2030 年提高可再生能源的能源轉(zhuǎn)型方案；聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）的《可再生能源與減緩氣候變化特別報告》（SRREN）的最高情景認為 2050 年可再生能源將可滿足77％的能源需求。盡管世界各國根據(jù)本國的實際情況對未來能源發(fā)展的前景做出的判斷和規(guī)劃不完全相同，但總的趨勢是一致的。當(dāng)太陽能和風(fēng)能發(fā)電的技術(shù)和可靠性得到充分驗證，當(dāng)其發(fā)電的成本不斷下降最終能夠達到甚至低于常規(guī)能源發(fā)電成本時，可再生能源將在未來能源發(fā)展中占據(jù)重要的地位，成為未來的主力能源。

加強科技創(chuàng)新，促進太陽能和風(fēng)能發(fā)電技術(shù)真正成為未來主力能源

近10年來，不管是國際還是國內(nèi)，太陽能光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電技術(shù)都取得了飛躍發(fā)展，但太陽能和風(fēng)能要真正成為全社會可以依賴的重要能源還有相當(dāng)長的路程。太陽能和風(fēng)能除了具有資源豐富、清潔、環(huán)境友好等優(yōu)點外，也都具有能量密度較低以及具有一定的間歇性和波動性等缺點。因而不管從科技創(chuàng)新和技術(shù)發(fā)展，還是能源政策環(huán)境等方面而言，發(fā)展太陽能和風(fēng)能發(fā)電都還面臨許多艱巨的任務(wù)。除光伏發(fā)電技術(shù)和風(fēng)力發(fā)電技術(shù)本身以外，多能互補技術(shù)、儲能技術(shù)、智能電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展也有助于克服太陽能和風(fēng)能間歇性和波動性的缺點，促進太陽能和風(fēng)能發(fā)電技術(shù)的發(fā)展與大規(guī)模應(yīng)用。

太陽能光伏發(fā)電技術(shù)方面。太陽能電池技術(shù)及系統(tǒng)設(shè)備將沿著高能效、低成本、長壽命、智能化的技術(shù)方向發(fā)展。國家研發(fā)重點計劃應(yīng)持續(xù)支持高效率晶體硅太陽能電池、薄膜電池產(chǎn)業(yè)化技術(shù)研發(fā)，新型太陽能電池關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)和產(chǎn)業(yè)化研發(fā)；支持光伏系統(tǒng)及平衡部件技術(shù)創(chuàng)新和水平提升；大力推動面向全行業(yè)的公共研究測試平臺建設(shè)。

風(fēng)力發(fā)電技術(shù)方面。未來，風(fēng)電機組單機容量將持續(xù)增大，大型風(fēng)機柔性葉片技術(shù)及機組的核心控制技術(shù)亟待發(fā)展；雙饋異步發(fā)電技術(shù)仍將占主流地位，直驅(qū)式、全功率變流技術(shù)在更大規(guī)模風(fēng)電機組上應(yīng)用的比例越來越大，有望成為未來主流技術(shù)；各種增速型全功率變流風(fēng)電機組將得到應(yīng)用；低風(fēng)速地區(qū)風(fēng)電設(shè)備研發(fā)將取得進展；風(fēng)電場建設(shè)和運營的技術(shù)水平將日益提高；海上風(fēng)電技術(shù)將成為重要發(fā)展方向。

儲能技術(shù)方面。著力研究大容量和大功率儲能技術(shù)，提高效率，實現(xiàn)儲能技術(shù)在規(guī)模、壽命和成本上的跨越。在可再生能源大規(guī)模接入、傳統(tǒng)電力系統(tǒng)調(diào)峰提效和區(qū)域供能方面，完成具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)、對國際儲能技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有指導(dǎo)意義的系統(tǒng)解決方案和示范工程，形成一套完整的技術(shù)攻關(guān)、技術(shù)示范以及工程應(yīng)用的儲能技術(shù)研發(fā)體系。

多能互補及分布式能源技術(shù)方面。未來發(fā)展方向為：多種可再生能源的互補利用及其與常規(guī)能源形式的綜合高效利用；可再生能源高比例消納和外送的系列關(guān)鍵技術(shù)研究，建立不同氣候、不同用能需求的可再生能源供能系統(tǒng)示范，以及以可再生能源為主的能源系統(tǒng)的省區(qū)級／市級研究和示范。

智能電網(wǎng)技術(shù)方面。大力發(fā)展大容量遠距離輸電和智能微網(wǎng)技術(shù)，滿足我國大規(guī)模集中式可再生能源發(fā)電和分布式利用兩種需要；開發(fā)多種電壓等級、交直流多種形式的接入技術(shù)和設(shè)備，方便可再生能源的接入。提高可再生能源的消納能力，全面保障電網(wǎng)在大量接入可再生能源后的安全穩(wěn)定運行。大力發(fā)展智能配用電技術(shù)，提高智能化水平，包括電動汽車充換電技術(shù)、智能用電技術(shù)等，打造未來我國清潔、高效、智能化能源電力系統(tǒng)。（作者：李耀華 孔力，中國科學(xué)院電工研究所。