發(fā)改委研究員葉東嶸：光伏作為主力電源出現(xiàn)在能源和電力系統(tǒng)中為時尚早
2018-07-26 12:27:41
摘要：未來可能光伏、風(fēng)電，未來對于傳統(tǒng)能源，無論是煤炭還是石化等等可能會有一個顛覆性的過程，但從我個人從事太陽能發(fā)電20幾年來，我覺得可能這個過程應(yīng)該是個漫長的過程。
葉東嶸：大家上午好，今天非常高興有機(jī)會到傳統(tǒng)能源行業(yè)、傳統(tǒng)電力行業(yè)跟大家分享一下新能源當(dāng)中的光伏相關(guān)的、跟智慧質(zhì)量有關(guān)的題目，也是我們最近配合國家新成立的能源公司，原來的神華，包括最近一直在傳統(tǒng)的煤炭行業(yè)或者煤電行業(yè)都在協(xié)作，做一些挖掘未來的能源科技，包括可再生能源技術(shù)的工作。正好長江電力的同志做了介紹，他介紹的是水電，我介紹的結(jié)尾也是和長江電力有關(guān)的，是配合最大的水電公司三峽新能源將要做的課題研究。借此機(jī)會先把光伏的發(fā)展情況跟大家做個介紹。
現(xiàn)在的光伏技術(shù)，剛剛石油大學(xué)的教授也講了，未來可能光伏、風(fēng)電，未來對于傳統(tǒng)能源，無論是煤炭還是石化等等可能會有一個顛覆性的過程，但從我個人從事太陽能發(fā)電20幾年來，我覺得可能這個過程應(yīng)該是個漫長的過程，可能不會是一個完全革命的過程，可能是漸漸演變的過程。這張圖咱們國家自己做不出來，是德國著名的太陽能技術(shù)研究所（fraunhofer）統(tǒng)計1980年到現(xiàn)在，全球使用太陽能光伏過程中，將近95%左右還是以晶體為主的，無論是多晶硅還是單晶硅，以晶體為主。其他的非晶硅薄膜已經(jīng)沒有了，比較有名的像（銅銦鎵硒），傳統(tǒng)的煤炭集團(tuán)都引進(jìn)了，還有一個奇葩是美國的十年都堅守著做碲化鎘，未來是以晶體硅產(chǎn)業(yè)帶來沖擊。
80年代90年代或者2000年左右，那時候所謂非晶硅薄膜占市場占有率比較高，占兩三成。那時候既然晶體太陽能電池那么昂貴，當(dāng)年都得30、50元，現(xiàn)在中國都是低于2.5元以下或者2.5左右，包括周老師說前一陣在國家能源主管工作領(lǐng)跑者項(xiàng)目當(dāng)中青海海西州都投出3毛1的低價，低于當(dāng)年煤炭的發(fā)電價，當(dāng)年在中國制造能力和發(fā)電市場沒有起來的時候，還曾經(jīng)有一段非晶硅太陽能電池。當(dāng)然隨著中國的制造產(chǎn)能引進(jìn)消化提升的過程，可能從總的裝機(jī)量包括多晶硅對于單晶硅電池4：6或者3：7的比例也可能轉(zhuǎn)化為4：6甚至5：5。
下一步還有什么，除了多晶硅、單晶硅、銅銦鎵硒還有可能是鈣鈦礦，國內(nèi)有很多大學(xué)和機(jī)構(gòu)在研究鈣鈦礦，近十年來它轉(zhuǎn)化最快，晶體硅是每年轉(zhuǎn)化0.2-0.5左右，但是鈣鈦礦這幾年基本上增長了2、3甚至4，今天早上的消息是國內(nèi)大連化物所，除了有新型儲能的電池之外也進(jìn)行了鈣鈦礦的研究，轉(zhuǎn)化效率達(dá)到18.6%，在35度溫度情況下保持相當(dāng)時間衰減，由于它的工藝改善保持鈣鈦礦的衰減只有86%，當(dāng)然如果不采用它的新型材料工藝的改進(jìn)，鈣鈦礦最大的問題就是快速短期的衰減特別多，這是有待于跟傳統(tǒng)的晶體硅電池進(jìn)行結(jié)合，包括大面積生產(chǎn)轉(zhuǎn)換效率的提升，以及克服衰減大連物化所做了初步的工作，當(dāng)然能量很小，但是也是往下走了一步。
如圖是日本人去年三季度到今年一季度，日本的研究機(jī)構(gòu)做的所有的，可能既有太陽電池最大功率的預(yù)測，所以從現(xiàn)在的判斷來說，可能既有的光伏電池技術(shù)，尤其像晶體硅包括單節(jié)的、三節(jié)的、五節(jié)的砷化鎵，當(dāng)然砷化鎵如果不是在聚光技術(shù)當(dāng)中，它更多還是應(yīng)用在航天領(lǐng)域，如果在地面應(yīng)用還有待時日，還有我們提到的碲化鎘和鈣鈦礦，再怎么提高電池結(jié)構(gòu)和電池制備，組件的封裝工藝等等，拋出砷化鎵以外可能既礦物達(dá)到30%這是基于它本身的物理特性確定的。
所以說我從事這個工作20幾年來也一直抱著一個疑問，光伏技術(shù)到底是用在它該用到的，解決一些基本的比如通訊、基站的供電，或者海藻的藍(lán)色海洋經(jīng)濟(jì)、邊遠(yuǎn)地區(qū)的用電，真正有用電需求的使用還是說既有技術(shù)一定要大面積、大規(guī)模的做分布式光伏電源建設(shè)。
過鎳光伏的情況，是工信部負(fù)責(zé)的，也是著名的光伏工業(yè)協(xié)會的秘書長王勃華老師6月份做的報告，我摘取了一部分，晶體轉(zhuǎn)換效率，以往是0.3%-0.5%，近年已經(jīng)提升到0.5%，由于過去的已經(jīng)從工藝上、技術(shù)上缺陷非常明顯的多晶硅電池的止備技術(shù)，轉(zhuǎn)為了P-PERC技術(shù)。第二國內(nèi)單晶硅的產(chǎn)業(yè)，產(chǎn)業(yè)化批量生產(chǎn)的已經(jīng)從原來的20%提升到21.3%，多晶硅電池也是做了一些新型工藝改進(jìn)的多晶硅太陽電池的生產(chǎn)量產(chǎn)效率從18.5%提升到19.2%，另外P-PERC，20年前澳大利亞人、德國人開始提出來，P-PERC是最有效的，只要改進(jìn)一個技術(shù)就能把電池效率提高2-3個百分點(diǎn)，這種技術(shù)原創(chuàng)包括設(shè)備的制造，國外的技術(shù)裝備，原創(chuàng)技術(shù)的早期提出，對于產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)在就看出了效果。
未來的在選擇性發(fā)射極，正面氧化工藝、細(xì)線印刷、MBB及新的漿料，包括隨著電池的制備工藝及封裝工藝的提高，有可能P-PERC技術(shù)在未來23.95%的基礎(chǔ)上再提高零點(diǎn)幾個百分點(diǎn)。另外國內(nèi)中建材，所有的煤電企業(yè)，國家能源集團(tuán)的神華，花幾十上百億的資金從德國引進(jìn)了銅銦鎵硒的薄膜生產(chǎn)線，怎么形成量產(chǎn)，怎么盡快減少折舊成本，現(xiàn)有2.5元左右的高效晶體硅電池或組件形成市場競爭，大家可以拭目以待。另外在碲化鎘上目前在國內(nèi)暫時是個空缺。從技術(shù)領(lǐng)先來講，美國可再生能源實(shí)驗(yàn)室每一年或者半年推出一個效率表，除了天河在某一度有一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)占據(jù)這個表的一瞬間，剩下的基本上都是國外的，所以事實(shí)上說，咱們可能是大國但是還不是強(qiáng)國。
光伏技術(shù)，原創(chuàng)P-PERC技術(shù)的澳大利亞的新南威爾士大學(xué)馬丁格林教授和全球的研究機(jī)構(gòu)每半年出的數(shù)據(jù)表，如圖是去年年底到今年年初的數(shù)據(jù)表第51版本，大家可以看到，除了有一家薄膜的是國內(nèi)收購了美國的一家研究機(jī)構(gòu)以外，剩下的全是國外的，以日本和德國的研究機(jī)構(gòu)為主，包括檢測機(jī)構(gòu)也是美國、澳大利亞、德國、日本，從光伏技術(shù)實(shí)力和真正的功底來講，咱們跟國外還有差距。
講講咱們的產(chǎn)業(yè)，為什么從13年到現(xiàn)在18年這5年，國內(nèi)的光伏產(chǎn)業(yè)有這樣一個長足的發(fā)展，也是咱們?yōu)閿?shù)不多的可以在國外拿得出手的所謂的戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)，13年國務(wù)院發(fā)了關(guān)于光伏產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的促進(jìn)性文件，也是咱們產(chǎn)業(yè)輔助的指導(dǎo)性文件，從13年開始晶體硅，制備硅片和電池的最原始的原材料，當(dāng)然不是指中興這回發(fā)生問題的制造半導(dǎo)體級的晶體硅，是太陽能級的晶體硅，它的純度和制備工藝和半導(dǎo)體級的還有差別，太陽能級的硅到現(xiàn)在還有50%左右是需要依靠進(jìn)口的，但是從后期，包括比較耗能的硅片級，電池前端做硅片的級將近100GW，電池和組片都有將近100GW的產(chǎn)品，前年受委里委托去安徽省，因?yàn)榱?xí)總書記去了江蘇省以后，對于江蘇省的戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)，包括光伏和新材料的產(chǎn)業(yè)非常重視非常滿意，國家部委包括安徽省對于安徽包括光伏產(chǎn)業(yè)在內(nèi)進(jìn)行了一批擴(kuò)建，當(dāng)時我們發(fā)現(xiàn)有些產(chǎn)業(yè)就快速、大規(guī)模的進(jìn)行擴(kuò)建，當(dāng)時我們的建議還是根據(jù)國內(nèi)國際的市場需求和發(fā)展適度的放緩擴(kuò)建。但是由于光伏發(fā)電現(xiàn)在還是一個補(bǔ)貼行業(yè)，進(jìn)入門檻相對比較低，所以這幾年產(chǎn)能是快速的擴(kuò)產(chǎn)。
今年5月31日，國家出臺了暫時限制或者有規(guī)范光伏制造和光伏發(fā)電投資的新的文件，以前是進(jìn)入了無序和盲目的發(fā)展。去年全球總裝機(jī)量400GW左右，工作貢獻(xiàn)103GW，13、14年才有10GW，這是很可怕的事情，大家可以算一下，去年53GW應(yīng)該是總投資規(guī)模的三千億。即使新政出臺之后，今年上半年又新增了24GW，不說量，從它的分布來講也是很可喜的，在這幾年不斷的修訂和完善政策的時候，從遠(yuǎn)處大規(guī)模的光伏電站建設(shè)，轉(zhuǎn)成分布式裝機(jī)、集中電能裝機(jī)一半一半，上半年很明顯12：12，這是過去一些項(xiàng)目的存量，包括光伏應(yīng)用民生的項(xiàng)目，包括推動技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)升級的光伏領(lǐng)跑者項(xiàng)目。
如圖是工信部預(yù)測的，工信部還是很有水平的，去年年底的預(yù)測說18年有可能低，這跟我們私下的預(yù)測相近，我們估計今年就是30-35，新的政策出臺，上半年的裝機(jī)可能是過去慣性，但是未來兩三年我們預(yù)測都不會再出現(xiàn)四五十GW的快速更新。
既然投資放緩，從十八大、十九大以來投資環(huán)境放緩，尤其國資委對國有企業(yè)考核的指標(biāo)，考核完全是投資規(guī)模為主，現(xiàn)在完全考核投資效率化效益，我們在投資放緩條件下，大家有更多的時間不用忙于跑項(xiàng)目，忙于并網(wǎng)這些事情，有個時間段可以細(xì)細(xì)考慮一些技術(shù)更多的細(xì)節(jié)，這也是我們項(xiàng)目最后短暫介紹的實(shí)證研究平臺當(dāng)時的初衷，就是因?yàn)樗械奶柲茈姵兀粋€電廠可能有幾萬或者幾十萬組件組成，這些組件更多是由國際設(shè)備，原來是手工封裝，現(xiàn)在是全自動化封裝生產(chǎn)的，究竟產(chǎn)品的一致性能，質(zhì)量上，企業(yè)在制造過程當(dāng)中會不會采用非認(rèn)證的封裝材料或者封裝工藝生產(chǎn)，其實(shí)作為投資業(yè)主來講，從太陽能電池機(jī)理、從組件實(shí)際的可靠性、實(shí)際的材料構(gòu)成包括以后真正運(yùn)行壽命、效率衰減等等都不是很清晰。最早國網(wǎng)11年建立了十萬風(fēng)兩萬光兩萬儲能的包括鉛酸鋰電等等，全球最大的風(fēng)光儲輸張家口的項(xiàng)目，當(dāng)時國網(wǎng)冀北電科院華北電科院就利用這個課題做了相當(dāng)多的深入科研項(xiàng)目，包括風(fēng)電的電網(wǎng)運(yùn)行適應(yīng)性能，低川、臨川、高川等等，包括SVG發(fā)電機(jī)的風(fēng)電光伏的技術(shù)改造，同時也結(jié)合了冀北最拿手的火電項(xiàng)目監(jiān)督，把那種班底、技術(shù)、思路提供到風(fēng)光儲輸項(xiàng)目，當(dāng)年做出一個比較先進(jìn)的技術(shù)監(jiān)督監(jiān)測平臺。
還有一個項(xiàng)目比較新，是國網(wǎng)和中國電科院做的，配合大同采煤實(shí)驗(yàn)區(qū)和芮城兩個光伏試驗(yàn)項(xiàng)目做的，因?yàn)橐粋€領(lǐng)跑者項(xiàng)目大概是5萬左右，但是大家當(dāng)時投的標(biāo)準(zhǔn)不一樣，當(dāng)時技術(shù)、招標(biāo)的打分標(biāo)準(zhǔn)不一樣，所以會造成很多技術(shù)產(chǎn)品在整個基地當(dāng)中，除了實(shí)證監(jiān)測平臺是為了政府定期發(fā)布領(lǐng)跑者實(shí)際的發(fā)電量有沒有產(chǎn)生棄光或者逆邊際效應(yīng)以外，更多的是要對所有參與過領(lǐng)跑者使用太陽能電池組件進(jìn)行評估，有現(xiàn)場采用的圈量，對太陽能電池實(shí)際運(yùn)行的，在大同或者芮城的氣候條件下實(shí)際組件的情況進(jìn)行長期觀測和現(xiàn)場判定。
我們比較感興趣的是15年同發(fā)改委的資環(huán)司到兩淮，兩淮也是14個煤電基地之一，當(dāng)時15年委里過去發(fā)現(xiàn)有大量的水面，都是由于采煤沉陷以后形成的，當(dāng)年我們很快用2-4周的時間提了建議，充分利用采煤沉陷的水面搞漂浮式的發(fā)電，因?yàn)樗乃|(zhì)隨著采煤還會繼續(xù)發(fā)生沉降，圍繞水質(zhì)和繼續(xù)擴(kuò)大的沉降原因無法進(jìn)行傳統(tǒng)意義上的統(tǒng)一覆蓋，所以當(dāng)時建議做漂浮式發(fā)電，漂浮式發(fā)電對于組件、逆變器和相應(yīng)的配電產(chǎn)品有更高的要求，但是到今年上半年在山東濟(jì)寧采煤沉陷區(qū)、安徽的采煤沉陷區(qū)都建立了40兆瓦、70兆瓦、100兆瓦的漂浮式電站，后來形成了國家能源處的光伏領(lǐng)跑者規(guī)劃項(xiàng)目。當(dāng)然如圖這個是新加坡，新加坡是個海洋性國家，很小，但是它的光伏系統(tǒng)技術(shù)本身非常好，而且現(xiàn)在為期一年了，利用它的水庫，圖上是上上周才安裝的系統(tǒng)，大概采用了十種浮體模式，采用了三四種單面、雙面、不同方式不同技術(shù)的組件，初步結(jié)論應(yīng)該是組件環(huán)境的溫度是要優(yōu)于陸地電池的運(yùn)行環(huán)境，因?yàn)殡姵厥莻€半導(dǎo)體器件。另外通過跟岸上相應(yīng)的系統(tǒng)對比，水面實(shí)際運(yùn)行當(dāng)中并沒有國內(nèi)生產(chǎn)廠家說的雙面太陽能電池的水面發(fā)電量高于單面的發(fā)電量，因?yàn)楦w反射率有關(guān)。另外肯定通過運(yùn)行，水面的發(fā)電量，由于水體運(yùn)行環(huán)境等因素，肯定是高于陸地10%以上，這10%也是我們從過去日本相應(yīng)的實(shí)證研究當(dāng)中得到的類似數(shù)據(jù)，但是很可惜，安徽是裝機(jī)最大的光伏利用省區(qū)，但是很可惜沒有做更細(xì)致的深入研究。
我們準(zhǔn)備協(xié)助三峽新能源申請設(shè)計的項(xiàng)目，（如圖）一個是基于最新技術(shù)最高效，這種效率都是廠家說的，我們通過實(shí)證到底看看現(xiàn)在既有技術(shù)相對比較高的單面、雙面的單機(jī)組件在不同的固定、平單軸、斜單軸，不同反射率情況下有什么樣的效果，也會使用一些效率現(xiàn)在最高的組串逆變器、微型逆變器，而且這個項(xiàng)目可能會放在比較敏感的生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)，面向生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)怎么保證光伏電站這么大面積的建設(shè)，能夠?yàn)榄h(huán)境生態(tài)涵養(yǎng)恢復(fù)，包括對于地面反射率的改善改變，我們也設(shè)想了面向民生和當(dāng)?shù)乩习傩盏纳钣盟畣栴}，也包括自己電站的清潔用水，可能做苦咸水的治理工作。另外利用現(xiàn)在非常方便的，在電力系統(tǒng)非常成熟的云平臺，包括APP和小程序?qū)崟r了解實(shí)證區(qū)的實(shí)際運(yùn)行效果。當(dāng)然也會面向新的電力交易做一些模型研究，希望在不遠(yuǎn)的將來再跟大家分享一下真正通過我們自己的技術(shù)、通過起碼一年以上的運(yùn)行，看一年期以后，到底組件的封裝質(zhì)量、運(yùn)行情況、衰減率是不是像國內(nèi)商家聲明的那些效果。
另外光伏在未來短期內(nèi)要替代，作為主力電源出現(xiàn)在能源系統(tǒng)和電力系統(tǒng)當(dāng)中可能還為時尚早，它還很需要跟傳統(tǒng)的能源無論是水電還是火電包括儲能、風(fēng)電、生物質(zhì)等等結(jié)合，構(gòu)成在電力系統(tǒng)條件下，在精確的預(yù)測、分析、管理、多能互補(bǔ)的智慧系統(tǒng)下，可能隨著它的技術(shù)不斷進(jìn)步、系統(tǒng)效率不斷提升、系統(tǒng)功能性和多種能源的耦合性不斷提升，它才能發(fā)揮出更大的效益。
我就跟大家分享到這兒，謝謝大家！
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