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我國太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)趨勢探討
作者：趙玉文
編者按
人類能源消費的劇增、化石燃料的匱乏至枯竭以及生態(tài)環(huán)境的日趨惡化，逼使人們不得不思考人類社會的能源問題。國民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，依仗能源的可持續(xù)供給，這就必須研究開發(fā)新能源和可再生能源。太陽能是最好的可再生能源之一，也是地球人類取得的最原始的能源，它隨處可得，但又極分散，品位低，用它來發(fā)電，有許許多多的技術(shù)難題：光電轉(zhuǎn)換效率低，受天氣、時刻的變化影響大，很不穩(wěn)定；轉(zhuǎn)換裝置的光伏電池制造工藝復(fù)雜，成本高，使得光伏發(fā)電成本遠(yuǎn)高于常規(guī)發(fā)電等等。但是，為了可持續(xù)發(fā)展，人類必須攻克這些技術(shù)難題，推動光伏發(fā)電工程項目的建設(shè)，利用可再生能源。
時至今日，世界上已建筑了許多大大小小的光伏電站，人們也逐漸掌握了光伏發(fā)電的技術(shù)，一些國家相繼出臺有關(guān)這方面的扶持政策，我國也在其中，但是和發(fā)達(dá)國家相比，起步晚了一點，水平低了一些。鑒于此，本刊于本期特開辟 “光伏技術(shù)專欄”請幾位專家、學(xué)者、工程師和管理者撰文介紹有關(guān)光伏發(fā)電的現(xiàn)狀、技術(shù)進(jìn)展、前景等，供讀者參考，旨在為推動我國光伏事業(yè)發(fā)展助一臂之力。
摘 要 本文從全球能源發(fā)展的概況和趨勢，探討了太陽能光伏發(fā)電在21世紀(jì)能源結(jié)構(gòu)中的戰(zhàn)略地位，指出我國太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)面臨的挑戰(zhàn)和發(fā)展趨勢。
關(guān)鍵詞 太陽能 能源形勢 光伏產(chǎn)業(yè) 政策法規(guī)
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by Zhao Yuwen*
Ａｂｓｔｒａｃｔ Discussed strategy position of solar PV industry in energy structure of 21 century through the general situation and trend in the development of global energy in the paper. Pointed out to challenge and development trend of solar PV industry in our country.
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0 引言
盡管太陽能光伏發(fā)電成本高達(dá)普通煤電成本的6～8倍，但近10年來仍以25%～40%的年增長率高速發(fā)展，這是因為人類能源結(jié)構(gòu)在本世紀(jì)將發(fā)生根本性的變革，世界正處在常規(guī)化石燃料能源開采和使用高峰到來的前夜，作為最具可持續(xù)發(fā)展理想特征的太陽能光伏發(fā)電將進(jìn)入人類能源結(jié)構(gòu)并成為基礎(chǔ)能源的重要組成部分。就世界而言，對于大力發(fā)展太陽能等可再生能源和新能源產(chǎn)業(yè)的必要性認(rèn)識已經(jīng)沒有根本性的分歧，但對于緊迫性的認(rèn)識則并不十分明確。本文在說明必要性的基礎(chǔ)上，著重強調(diào)了緊迫性，并闡明國家制定鼓勵性政策法規(guī)是大力發(fā)展太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的根本性措施。
1 我國光伏產(chǎn)業(yè)和市場發(fā)展概況
1973年3月太陽電池首次應(yīng)用于我國第二顆人造衛(wèi)星上，從此開始了我國太陽電池在空間的應(yīng)用歷史。同一年，太陽電池首次在海港浮標(biāo)燈上應(yīng)用，開始了我國太陽電池地面應(yīng)用的歷史。在世界太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的推動下，1979年初到80年代中，我國一些半導(dǎo)體器件廠，如云南、寧波、開封和北京的一些器件廠等，開始利用半導(dǎo)體工業(yè)廢次單晶硅和半導(dǎo)體器件工藝來生產(chǎn)單晶硅太陽電池，我國光伏工業(yè)進(jìn)入萌發(fā)時期。80年代中后期，寧波太陽電池廠和開封太陽電池廠引進(jìn)國外關(guān)鍵設(shè)備，云南半導(dǎo)體廠、秦皇島華美廠和深圳大明廠引進(jìn)成套單晶硅電池和組件生產(chǎn)設(shè)備，哈爾濱-克羅拉和深圳宇康廠引進(jìn)非晶硅電池生產(chǎn)線，使我國光伏電池/組件總生產(chǎn)能力達(dá)到4.5MW，我國光伏產(chǎn)業(yè)初步形成。90年代初中期，我國光伏產(chǎn)業(yè)處于穩(wěn)定發(fā)展時期，生產(chǎn)量逐年穩(wěn)步增加。90年代末我國光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展較快，設(shè)備不斷更新，各地又建立一些組件封裝廠，生產(chǎn)能力和實際生產(chǎn)量有了較快增加。無錫尚德于2002底建成10MW多晶硅電池生產(chǎn)線，使生產(chǎn)能力在該年有了較大幅度增加，目前旨在向更大規(guī)模擴(kuò)展。到2003年底，我國光伏產(chǎn)業(yè)總的生產(chǎn)能力達(dá)到38MW，其中晶硅電池/組件35MW，非晶硅電池3MW。此外，寧波中意公司和保定英利分別于“九五”和最近建成2MW和6MW多晶硅鑄錠和硅片生產(chǎn)線。2003年我國太陽電池/組件的實際生產(chǎn)量達(dá)到13MW(其中非晶硅3MW)，大部分出口。
最近10年太陽電池和組件生產(chǎn)平均年增長率25%(從1992年的0.65MW到2002年的6MW)，如圖1所示。電池和組件性能不斷提高，商業(yè)化電池效率由80年代的10%～12%提高到12%～14%。太陽電池組件成本20年來不斷降低，售價由80年代初的65～70元/Wp降到2003年的26～30元/Wp。
在市場方面，截至2003年底我國光伏系統(tǒng)累計裝機容量達(dá)到45MW(圖2)。歷年來光伏系統(tǒng)裝機容量的變化如圖2所示。2002年國家計委起動了西部7省“送電到鄉(xiāng)”工程，投資20個億，共計20MW，使裝機容量大幅度增加(圖2)，該工程將于2004年中全部竣工。
深圳、汕頭、廣州和浙江等地，大量出口太陽能庭院燈，年銷售額達(dá)5億之多。電池片通常進(jìn)口，然后用膠封裝，工藝簡單。所用電池片每年達(dá)6MW之多，是太陽電池的一個應(yīng)用大戶(這部分未入統(tǒng)計)。
我國光伏產(chǎn)業(yè)20年來從無到有、持續(xù)不斷地健康穩(wěn)步發(fā)展，在滿足國內(nèi)市場需要和提高邊遠(yuǎn)無電地區(qū)人民的生活水平及特殊工業(yè)應(yīng)用中發(fā)揮了重要作用。另一方面，我國光伏產(chǎn)業(yè)與發(fā)達(dá)國家相比還存在相當(dāng)大的差距，這些差距表現(xiàn)在：①生產(chǎn)規(guī)模小，自動化水平低。規(guī)?；б鏇]有充分發(fā)揮出來；②專用原材料國產(chǎn)化程度不高。專用材料國產(chǎn)化品種不全，性能有待進(jìn)一步改進(jìn)。這些差距使我國光伏組件的成本比國際市場高，在國際競爭中處于不利地位，特別是在加入WTO后的零關(guān)稅情況下，我國光伏產(chǎn)業(yè)在國內(nèi)外市場上面臨著非常嚴(yán)峻的考驗。
2 全球光伏發(fā)電概況和趨勢
光伏產(chǎn)業(yè)是20世紀(jì)80年代以后世界上增長最快的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)之一。最近10年的平均年增長率為25%(從1992年的57.9MW增加到2002年的540MW)，最近5年的年平均增長率為34%(從1997年的125.8MW增加到2002年的540MW)，為快速、增速發(fā)展勢頭，圖3給出1988～2002年間的增長情況。光伏產(chǎn)業(yè)的技術(shù)水平和自動化程度不斷提高，生產(chǎn)規(guī)模向100～200MW發(fā)展：大企業(yè)集團(tuán)參與并占主導(dǎo)地位，世界前10名廠商(Sharp，BP，Kyocera，Shell，Astrpower，RWE，Sanyo，Isofoton，Mitsubishi，Photowatt)2002年生產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的89%。充分體現(xiàn)了現(xiàn)代化高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展特征。
20年來，光伏組件成本下降了兩個數(shù)量級。2003年世界上一些主要廠商的光伏組件成本已經(jīng)下降到2～2.3 US$/Wp，如圖4所示。預(yù)計2010～2015年光伏組件成本可以下降到1US$/Wp。2002年世界光伏系統(tǒng)的總裝機容量達(dá)到2 000MW；特別值得提出的是，并網(wǎng)發(fā)電和光伏建筑集成發(fā)展迅速，2001年并網(wǎng)發(fā)電占總光伏應(yīng)用的50.4%(并網(wǎng)市場1999年為38%，2000年42%，2001年50.4%)，已成為最大的光伏市場，如圖5所示。這一事實具有劃時代的意義，它標(biāo)志著光伏發(fā)電由邊遠(yuǎn)地區(qū)和特殊應(yīng)用向城市過渡，由補充能源向替代能源過渡，由大型集中電站向分布式供電模式過渡，人類社會向可持續(xù)發(fā)展的能源體系過渡。
3 21世紀(jì)太陽能光伏發(fā)電的戰(zhàn)略地位
3.1 全球能源形勢及太陽能的未來地位
1）從人類能源演化史看本世紀(jì)能源變革和再生能源未來替代地位的必要性和緊迫性
圖6為人類能源演化進(jìn)程，可分為三個階段：
●前工業(yè)化時代：社會財富和能源消耗水平均低，薪柴等生物質(zhì)能源為主要能源；
●工業(yè)化時代：化石燃料和工業(yè)革命結(jié)合創(chuàng)造了人類歷史上輝煌的文明時代，科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展，物質(zhì)財富空前增加，并孕育了下一個更高的文明時代。但同時造成資源極大浪費，生態(tài)環(huán)境惡化和破壞；
●后工業(yè)化時代：這是人類更高的新文明時代，其特征為：單位能耗的物質(zhì)財富極大增加，生態(tài)環(huán)境得到恢復(fù)和改善，可持續(xù)發(fā)展是一切社會活動的準(zhǔn)則，人和大自然友好相處，干凈、可再生、分布式新能源為能源結(jié)構(gòu)主體。
圖6中點線、深色線和淺色線分別為總能耗、化石燃料能源和可再生能源及新能源?？梢钥闯觯剂夏茉从捎谫Y源有限和不可再生，最終將耗盡，因此必然存在一個開采高峰，而且最終將被可再生能源和新能源替代。在化石燃料能源開采峰值之后，能源結(jié)構(gòu)將發(fā)生根本性的變革，與此同時，人類將進(jìn)入一個更高的新文明時代。這個能源結(jié)構(gòu)的根本性變革將發(fā)生在本世紀(jì)。
一個至關(guān)重要的問題是：高峰在什么時間？離現(xiàn)在還有多遠(yuǎn)？留給可再生能源和新能源技術(shù)開發(fā)的時間足夠嗎？
為了找出高峰位置，我們來觀察世界上的幾個預(yù)測。
●圖7為日本的預(yù)測(1860～2060)，自天然氣起，以下為化石燃料，可以看出其峰值在2020～2030年之間；
●圖8為Shell公司的預(yù)測(1980～2060)，化石燃料峰值同樣在2020～2030年之間。
世界油氣資源的開采峰值對化石燃料開采峰值有決定性影響，因此我們再觀察幾個對油氣資源開采峰值的預(yù)測。
●2002年石油開采峰值研究協(xié)會(ASPO-Association for Study of Peak Oil)預(yù)測，如圖9，油氣開采峰值位于2012年；
●BP公司在2001年Davos世界能源論壇上給出預(yù)測，油氣開采峰值位于2010年,并將在30～40之后消耗盡；
●2000年華盛頓世界資源研究所(World Resources Institute in Washington)預(yù)測的油氣峰值位于2019年。
這些油、氣開采峰值的預(yù)測再一次有力地驗證了化石燃料開采峰值位于2020～2030年之間是可信的。
綜合上述預(yù)測，表示于圖10。由圖可以看出，本世紀(jì)人類能源結(jié)構(gòu)將發(fā)生根本性變革?；剂祥_采峰值距今只有十幾到二十幾年，對于能源結(jié)構(gòu)變化來說是太逼近了。因此開發(fā)可再生能源和新能源技術(shù)不但是非常必要的，而且是非常緊迫的。
2）國外對可再生能源和太陽能未來戰(zhàn)略地位的預(yù)測
根據(jù)圖8和圖9的信息，可估計出可再生能源和太陽能在未來能源結(jié)構(gòu)中的比例，如表1所示。到本世紀(jì)中葉(2050年)，可再生能源在能源結(jié)構(gòu)中的比例將大于50%，太陽能在能源結(jié)構(gòu)中的比例約在13%～15%之間。由此充分說明可再生能源和太陽能在未來世界能源中的重要戰(zhàn)略地位。
3.2 我國能源形勢及發(fā)展太陽能利用技術(shù)的緊迫性
1）我國的能源形勢
圖11是我國各種一次能源資源的探明剩余儲量(以儲/采比表示)與世界的比較。可以看出，除太陽能外，我國各種一次能源資源量均低于世界平均水平，能源形勢比世界平均水平更加嚴(yán)峻。我國是最大的發(fā)展國家，要在占世界人口1/5的國家里建設(shè)可持續(xù)發(fā)展的小康社會，可再生能源和太陽能的開發(fā)利用理應(yīng)比世界其它國家更加重要和迫切。
2）我國能源的結(jié)構(gòu)性矛盾及環(huán)境問題
表2是1998年我國一次商品能源消耗結(jié)構(gòu)與世界的比較。我國煤炭比例高達(dá)2/3以上，油氣以及核能和水電比例都很低，與世界形成鮮明對照，反映我國能源的結(jié)構(gòu)性矛盾特別突出。這種不合理的能源結(jié)構(gòu)不但造成煤的過分開采和資源浪費，而且煤的直接燃燒是造成我國大氣污染的主要原因。我國能源消費占世界8%～9%，但SO2排放量占世界15.1%，為世界第一；CO2排放占世界13.6%，為世界第二。因煤炭燃燒而排放的SO2、CO2、NOx和煙塵分別占全國相應(yīng)排放量的87%、71%、67%和60%。因此可以說，我國大氣污染的主要原因是由于能源結(jié)構(gòu)不合理和能源利用技術(shù)水平低造成的。開發(fā)利用可再生能源和太陽能技術(shù)，改變能源結(jié)構(gòu)是我國能源戰(zhàn)線上十分艱巨而緊迫的任務(wù)。
4 我國光伏產(chǎn)業(yè)面臨的挑戰(zhàn)
4.1 世界各國的宏偉發(fā)展計劃
新千年伊始，許多國家紛紛制定雄心勃勃的發(fā)展規(guī)劃，推動光伏技術(shù)和工業(yè)的發(fā)展。日本通產(chǎn)省(MITI)第二次新能源分委會宣布了光伏、風(fēng)能和太陽熱利用計劃，2010年光伏發(fā)電裝機容量達(dá)到5GW；歐盟的可再生能源白皮書及相伴隨的“起飛運動”是驅(qū)動歐洲光伏發(fā)展的里程碑，總目標(biāo)是2010年光伏發(fā)電裝機容量達(dá)到3GW；美國能源部制定了從2000年1月1日開始的新5年國家光伏計劃和2020～2030年的長期規(guī)劃，以實現(xiàn)美國能源、環(huán)境、社會發(fā)展和保持光伏產(chǎn)業(yè)世界領(lǐng)導(dǎo)地位的戰(zhàn)略目標(biāo)，按照預(yù)計的發(fā)展速度，2010年美國光伏發(fā)電裝機容量達(dá)到4.7GW；澳大利亞計劃于2010年使光伏發(fā)電的裝機容量達(dá)到0.75GW；發(fā)展中國家多年來一直保持在世界光伏組件生產(chǎn)產(chǎn)量的10%左右，預(yù)計未來10年仍會占據(jù)10%甚至更高的比例，2010年將達(dá)到1.5GW（約10.6%）以上。因此，世界光伏系統(tǒng)累計安裝容量到2010年將達(dá)到14～15GW。這些計劃的實現(xiàn)意味著未來10年(2000～2010)世界光伏產(chǎn)業(yè)將以平均28.5%的年增長速率高速發(fā)展，屆時世界的光伏電池和組件的年產(chǎn)量將達(dá)到3.2GW，累計裝機容量達(dá)到14～15GW，光伏系統(tǒng)成本約3美元/Wp，發(fā)電成本約0.1美元/kWh。
4.2 國外強有力的政策、法規(guī)支持案例
1）德國10萬屋頂光伏計劃
德國10萬屋頂光伏計劃于1999年開始執(zhí)行，原計劃6年完成，共計安裝300MW光伏系統(tǒng)。由于缺乏相應(yīng)的政策法規(guī)支持，1999年的18MW安裝計劃只完成了10MW。1999年10月德國出臺了新的可再生能源法，并于2000年開始執(zhí)行，規(guī)定光伏發(fā)電上網(wǎng)電價0.99馬克/kWh(成本約0.5馬克/kWh),該計劃政府補貼總計11億馬克，零貸款利率，10年償還；2000年1季度申請安裝光伏系統(tǒng)數(shù)就達(dá)到70MW，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出原計劃的27MW，政府不得不把原來6年計劃修改成5年完成，如表3所示。新能源法和補貼政策大大推動了10萬屋頂計劃的執(zhí)行和光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
2）日本光伏屋頂計劃
日本是目前世界光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展最快、市場最大的國家，這與日本在發(fā)展光伏產(chǎn)業(yè)上的鼓勵政策有關(guān)。93、94年，政府對安裝光伏系統(tǒng)的補貼達(dá)70%以上，到90年代末隨著成本的下降，補貼逐漸降低到50%。補貼政策和其它配套政策使日本的光伏產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展。表4是1993～1999年期間日本光伏屋頂計劃的實施情況?？梢钥闯觯夥到y(tǒng)安裝量每年以翻一番的速度發(fā)展。日本目前是世界太陽電池/組件的最大生產(chǎn)國，世界10大廠商中占了4個(Sharp, Kyosero, Sanyo, Mitsubishi)，2002年日本的光伏電池/組件產(chǎn)量達(dá)到260MW，占世界產(chǎn)量的48%，見表4，充分說明政策法規(guī)對產(chǎn)業(yè)發(fā)展的強大作用。
3）英國可再生能源法
英國可再生能源法于2002初生效。該法強制所有持照的電力供應(yīng)商至少在3年內(nèi)(2003年3月)用可再生能源提供3%的電力,到2010年，使可再生能源電力達(dá)到10.4%，并提出10億英鎊發(fā)展可再生能源技術(shù)的建議。
綜上所述，在推動光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的各種措施中，政府的政策法規(guī)是最具影響力和最具決定性的因素。
4.3 加入WTO對我國光伏產(chǎn)業(yè)的沖擊和機遇
加入WTO后，在激烈的國際競爭中處于不利地位的我國光伏產(chǎn)業(yè)遇到了前所未有的沖擊。在這種沖擊下，我國光伏產(chǎn)業(yè)界的競爭意識驟然增強，紛紛更新設(shè)備、擴(kuò)大規(guī)模、改進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本以提升競爭能力；加入WTO后帶來的沖擊增加了政府決策者的緊迫意識，會加速政策、法規(guī)的出臺進(jìn)程。我們相信，中國光伏產(chǎn)業(yè)會在挑戰(zhàn)面前積極應(yīng)對，在國際大環(huán)境中尋找發(fā)展機遇，為我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略作出重大貢獻(xiàn)。
5 結(jié)語
我國光伏產(chǎn)業(yè)20年來從無到有，持續(xù)不斷地健康穩(wěn)步發(fā)展，在滿足國內(nèi)市場需要和提高邊遠(yuǎn)無電地區(qū)人民的生活水平及特殊工業(yè)應(yīng)用中發(fā)揮了重要作用。但同發(fā)達(dá)國家相比還存在一定差距。
本世紀(jì)人類能源結(jié)構(gòu)將發(fā)生根本性的變革，太陽能光伏發(fā)電將作為最具可持續(xù)發(fā)展理想特征的能源技術(shù)進(jìn)入能源結(jié)構(gòu)，其比例將愈來愈大，并成為能源主體構(gòu)成之一；
我國光伏產(chǎn)業(yè)和市場正處在發(fā)展時期，加入WTO給我國光伏產(chǎn)業(yè)帶來新的挑戰(zhàn)和機遇，政府應(yīng)盡快制定強有力的政策法規(guī)，使我國光伏產(chǎn)業(yè)在激烈競爭中持續(xù)健康發(fā)展，以滿足我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的需要。 |
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