國家能源局和科技部適時推出的《“十四五”能源領域科技創新規劃》,將對我國能源領域科技創新和能源產業的高質量發展起到巨大的推動作用。我國地域廣闊,太陽能資源豐富分布廣泛,總量足以滿足我國社會生產生活等需求。經過幾十年的發展,目前太陽能光伏發電已趨于成熟,成本快速下降,太陽能熱發電與熱利用技術與應用也發展迅猛。太陽能技術的發展將助力我國“雙碳”目標的實現。
太陽能發電已經成為我國重要的清潔電力能源
我(wo)國(guo)在太陽能(neng)(neng)發(fa)電(dian)開發(fa)利用方面取得(de)了(le)長(chang)(chang)足進步,在產業發(fa)展、技術創新等(deng)方面取得(de)了(le)突出成果(guo),光伏電(dian)池及相(xiang)關產業的發(fa)展規模已經躋身全(quan)球前列。截至2021年底,我(wo)國(guo)可再(zai)生(sheng)能(neng)(neng)源發(fa)電(dian)裝(zhuang)機(ji)達到10.63億千瓦(wa)(wa),占(zhan)總(zong)發(fa)電(dian)裝(zhuang)機(ji)容量(liang)的44.8%,其(qi)中光伏發(fa)電(dian)裝(zhuang)機(ji)3.06億千瓦(wa)(wa),占(zhan)全(quan)國(guo)總(zong)發(fa)電(dian)裝(zhuang)機(ji)容量(liang)的12.9%。2021年全(quan)國(guo)可再(zai)生(sheng)能(neng)(neng)源發(fa)電(dian)量(liang)達2.48萬億千瓦(wa)(wa)時(shi),占(zhan)全(quan)社會(hui)用電(dian)量(liang)的29.6%,其(qi)中光伏發(fa)電(dian)3259億千瓦(wa)(wa)時(shi),同比(bi)增長(chang)(chang)25.1%,占(zhan)全(quan)社會(hui)用電(dian)量(liang)的3.9%。
近年來(lai),光(guang)伏制造業在海外“雙反”以及(ji)國(guo)(guo)(guo)(guo)內支持政(zheng)策(ce)不斷優化(hua)調(diao)整的情況下取得(de)了(le)快(kuai)速發展。2021年我國(guo)(guo)(guo)(guo)多(duo)(duo)晶(jing)硅(gui)產(chan)(chan)量(liang)(liang)達到(dao)50.5萬噸,同(tong)比(bi)(bi)增(zeng)長(chang)27.5%;硅(gui)片產(chan)(chan)量(liang)(liang)達到(dao)227吉瓦(wa),同(tong)比(bi)(bi)增(zeng)長(chang)40.6%;晶(jing)硅(gui)電池片產(chan)(chan)量(liang)(liang)達到(dao)198吉瓦(wa),同(tong)比(bi)(bi)增(zeng)長(chang)46.9%;組件產(chan)(chan)量(liang)(liang)達到(dao)182吉瓦(wa),同(tong)比(bi)(bi)增(zeng)長(chang)46.1%。2021年全國(guo)(guo)(guo)(guo)新增(zeng)光(guang)伏并網(wang)裝機(ji)容(rong)量(liang)(liang)54.88吉瓦(wa),同(tong)比(bi)(bi)上(shang)升13.9%;累計光(guang)伏并網(wang)裝機(ji)容(rong)量(liang)(liang)達到(dao)306吉瓦(wa),新增(zeng)和累計裝機(ji)容(rong)量(liang)(liang)均為(wei)全球(qiu)(qiu)第(di)一。2021年中國(guo)(guo)(guo)(guo)光(guang)伏組件出(chu)口量(liang)(liang)達到(dao)98.5吉瓦(wa),同(tong)比(bi)(bi)增(zeng)長(chang)23.1%,為(wei)全球(qiu)(qiu)應(ying)對氣候變(bian)化(hua)作出(chu)了(le)重要貢獻,為(wei)20多(duo)(duo)個國(guo)(guo)(guo)(guo)家實現光(guang)伏平(ping)價上(shang)網(wang)提(ti)供了(le)支撐。
技術進步是推動太陽能發電發展的根本動力
多年來,國(guo)家推出的(de)各項科技(ji)發(fa)(fa)(fa)展計(ji)劃對可再生能源技(ji)術研發(fa)(fa)(fa)給予了(le)(le)持續支持,國(guo)內(nei)相關企業也(ye)加大了(le)(le)對科技(ji)研發(fa)(fa)(fa)的(de)投(tou)入。這些投(tou)入在(zai)不(bu)斷提高我國(guo)太陽(yang)能發(fa)(fa)(fa)電相關技(ji)術能力、提升國(guo)內(nei)企業的(de)技(ji)術水平方面發(fa)(fa)(fa)揮了(le)(le)重要作用(yong),促進了(le)(le)我國(guo)太陽(yang)能發(fa)(fa)(fa)電、風力發(fa)(fa)(fa)電等(deng)行(xing)業的(de)發(fa)(fa)(fa)展。
太陽(yang)能(neng)光(guang)伏(fu)發電(dian)(dian)(dian)方面,我(wo)國已(yi)經形成(cheng)(cheng)了(le)硅(gui)材料、硅(gui)片、電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)、組(zu)件為核心的(de)晶體(ti)硅(gui)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)產業化(hua)(hua)(hua)技(ji)術(shu)體(ti)系(xi),掌握了(le)效(xiao)(xiao)率(lv)20%以上的(de)背(bei)(bei)鈍化(hua)(hua)(hua)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(PERC)、選擇性(xing)發射極電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(SE)、全背(bei)(bei)結電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)、金屬穿孔卷(juan)繞(rao)(MWT)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)等高(gao)效(xiao)(xiao)晶體(ti)硅(gui)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)制備及工藝技(ji)術(shu),規模化(hua)(hua)(hua)生產的(de)p型單晶PERC電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)平(ping)(ping)均轉換(huan)效(xiao)(xiao)率(lv)達到23.1%,實驗室(shi)(shi)最(zui)高(gao)效(xiao)(xiao)率(lv)超過(guo)了(le)24.1%。批量(liang)生產常規多晶硅(gui)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)效(xiao)(xiao)率(lv)19.5%,多晶硅(gui)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)實驗室(shi)(shi)最(zui)高(gao)效(xiao)(xiao)率(lv)超過(guo)23%,創造了(le)多晶硅(gui)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)效(xiao)(xiao)率(lv)的(de)世界紀錄(lu)。通過(guo)并購(gou)和(he)國際(ji)合作使得我(wo)國硅(gui)基、碲(di)化(hua)(hua)(hua)鎘(CdTe)、銅銦鎵硒(CIGS)等薄膜(mo)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)的(de)研究和(he)技(ji)術(shu)水(shui)(shui)(shui)平(ping)(ping)快速提升。逆變器等組(zu)部件技(ji)術(shu)水(shui)(shui)(shui)平(ping)(ping)逐漸與(yu)國際(ji)接(jie)軌(gui),但其系(xi)統集成(cheng)(cheng)智能(neng)化(hua)(hua)(hua)技(ji)術(shu)水(shui)(shui)(shui)平(ping)(ping)仍(reng)有待提升。面向光(guang)伏(fu)發電(dian)(dian)(dian)規模化(hua)(hua)(hua)利(li)用,光(guang)伏(fu)系(xi)統關鍵(jian)技(ji)術(shu)取得多項重大突破,掌握了(le)100兆(zhao)瓦(wa)級并網光(guang)伏(fu)電(dian)(dian)(dian)站(zhan)設計集成(cheng)(cheng)技(ji)術(shu)、兆(zhao)瓦(wa)級光(guang)伏(fu)與(yu)建筑結合系(xi)統設計集成(cheng)(cheng)技(ji)術(shu)、10~100兆(zhao)瓦(wa)級水(shui)(shui)(shui)/光(guang)/柴/儲多能(neng)互補微電(dian)(dian)(dian)網設計集成(cheng)(cheng)技(ji)術(shu)并開展了(le)示范(fan)。
光伏發電成本持續下降進入平價上網時代
近年來,在技術(shu)進步和市場規模(mo)化(hua)發(fa)展的(de)雙(shuang)重(zhong)推動下(xia),全球(qiu)太陽能光伏發(fa)電(dian)(dian)的(de)成(cheng)(cheng)本(ben)快速下(xia)降。過去10年,我國太陽能光伏電(dian)(dian)池組件和發(fa)電(dian)(dian)系統的(de)成(cheng)(cheng)本(ben)雙(shuang)雙(shuang)下(xia)降約90%,成(cheng)(cheng)本(ben)只有原(yuan)來的(de)十分之一(yi)。光伏發(fa)電(dian)(dian)的(de)電(dian)(dian)價在越來越多的(de)國家(jia)和地區(qu)已經(jing)低于火電(dian)(dian)電(dian)(dian)價,成(cheng)(cheng)為經(jing)濟(ji)上具有競(jing)爭力(li)的(de)電(dian)(dian)力(li)產品。
地面(mian)光(guang)伏系統(tong)的(de)初始全(quan)投資(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)主要由組(zu)件(jian)、逆(ni)變器、支(zhi)架、電(dian)(dian)纜、一(yi)次(ci)設備(bei)、二次(ci)設備(bei)等關鍵設備(bei)成(cheng)(cheng)本(ben),以(yi)及土地費用(yong)、電(dian)(dian)網(wang)接入(ru)、建(jian)安、管(guan)理費用(yong)等部(bu)分構成(cheng)(cheng)。光(guang)伏發(fa)電(dian)(dian)的(de)電(dian)(dian)價(jia)(jia)成(cheng)(cheng)本(ben)除了設備(bei)投資(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)以(yi)外(wai),項目所在地的(de)局部(bu)資(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)源條(tiao)件(jian)和(he)運行(xing)環(huan)境(jing)都是(shi)影響最(zui)終(zhong)電(dian)(dian)價(jia)(jia)的(de)重要因素。目前,從世界范圍來看,一(yi)些資(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)源條(tiao)件(jian)和(he)運行(xing)環(huan)境(jing)好的(de)項目,其單位電(dian)(dian)價(jia)(jia)成(cheng)(cheng)本(ben)已經達到(dao)或(huo)低于常(chang)規能源電(dian)(dian)價(jia)(jia)水(shui)平(ping),可以(yi)實(shi)現(xian)平(ping)價(jia)(jia)上網(wang)。國內在資(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)源條(tiao)件(jian)比較好的(de)地區建(jian)設的(de)集中式地面(mian)光(guang)伏電(dian)(dian)站,通過提高(gao)運行(xing)效(xiao)率,也可以(yi)做到(dao)電(dian)(dian)網(wang)側平(ping)價(jia)(jia)上網(wang)。
綜合考慮(lv)光伏電(dian)(dian)(dian)站的(de)設備、運維成本(ben)(ben)(ben)以(yi)及資(zi)源條件以(yi)后,通常可(ke)以(yi)用(yong)平(ping)(ping)(ping)準發(fa)電(dian)(dian)(dian)成本(ben)(ben)(ben)來衡(heng)量光伏電(dian)(dian)(dian)站整個生命周期的(de)單(dan)位發(fa)電(dian)(dian)(dian)成本(ben)(ben)(ben),并可(ke)用(yong)來與其他電(dian)(dian)(dian)源發(fa)電(dian)(dian)(dian)成本(ben)(ben)(ben)對比。2021年,全投(tou)資(zi)模(mo)型下(xia)地面(mian)光伏電(dian)(dian)(dian)站在1800小(xiao)時(shi)(shi)(shi)、1500小(xiao)時(shi)(shi)(shi)、1200小(xiao)時(shi)(shi)(shi)、1000小(xiao)時(shi)(shi)(shi)等效利用(yong)小(xiao)時(shi)(shi)(shi)數(shu)的(de)平(ping)(ping)(ping)準發(fa)電(dian)(dian)(dian)成本(ben)(ben)(ben)分別為(wei)(wei)0.21、0.25、0.31、0.37元(yuan)/千(qian)瓦(wa)時(shi)(shi)(shi),而全投(tou)資(zi)模(mo)型下(xia)分布(bu)式光伏發(fa)電(dian)(dian)(dian)系統相(xiang)應的(de)平(ping)(ping)(ping)準發(fa)電(dian)(dian)(dian)成本(ben)(ben)(ben)分別為(wei)(wei)0.19、0.22、0.28、0.33元(yuan)/千(qian)瓦(wa)時(shi)(shi)(shi)。
加強科技創新促進太陽能發電技術成為主力能源
太陽能(neng)除了具(ju)有(you)資(zi)源(yuan)(yuan)豐富、清(qing)潔(jie)、環境友好等(deng)優(you)點外,也具(ju)有(you)能(neng)量密度較(jiao)低、具(ju)有(you)一(yi)定的間歇(xie)(xie)性(xing)和波動性(xing)等(deng)不(bu)足(zu),不(bu)管從科技(ji)(ji)創新(xin)和技(ji)(ji)術(shu)(shu)發展,還是能(neng)源(yuan)(yuan)政策(ce)環境等(deng)方面都面臨許多艱巨(ju)的任務。除光伏發電(dian)(dian)技(ji)(ji)術(shu)(shu)本身以外,多能(neng)互補技(ji)(ji)術(shu)(shu)、儲(chu)能(neng)技(ji)(ji)術(shu)(shu)、智(zhi)能(neng)電(dian)(dian)網(wang)技(ji)(ji)術(shu)(shu)的發展均有(you)助于克服其間歇(xie)(xie)性(xing)和波動性(xing)的不(bu)足(zu),促(cu)進太陽能(neng)發電(dian)(dian)技(ji)(ji)術(shu)(shu)的發展和大規(gui)模(mo)應用。
太(tai)陽(yang)(yang)(yang)能發電(dian)(dian)(dian)(dian)技(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)(shu)方面(mian),光(guang)(guang)伏(fu)電(dian)(dian)(dian)(dian)池技(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)(shu)及(ji)(ji)系統(tong)設(she)備(bei)將沿(yan)著高能效(xiao)(xiao)、低成本、長壽命、智能化(hua)(hua)(hua)的技(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)(shu)方向發展(zhan)。著力(li)(li)支(zhi)(zhi)持光(guang)(guang)伏(fu)系統(tong)及(ji)(ji)平(ping)(ping)衡(heng)部件(jian)技(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)(shu)創新和(he)水平(ping)(ping)提升;著力(li)(li)支(zhi)(zhi)持高效(xiao)(xiao)率(lv)鈣(gai)(gai)鈦(tai)礦(kuang)電(dian)(dian)(dian)(dian)池制(zhi)備(bei)與(yu)產(chan)業化(hua)(hua)(hua)生(sheng)產(chan)技(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)(shu),研(yan)發大面(mian)積、高效(xiao)(xiao)率(lv)、高穩定性、環境友好的鈣(gai)(gai)鈦(tai)礦(kuang)電(dian)(dian)(dian)(dian)池,開(kai)(kai)展(zhan)晶體(ti)硅(gui)/鈣(gai)(gai)鈦(tai)礦(kuang)、鈣(gai)(gai)鈦(tai)礦(kuang)/鈣(gai)(gai)鈦(tai)礦(kuang)等(deng)高效(xiao)(xiao)疊(die)層(ceng)電(dian)(dian)(dian)(dian)池制(zhi)備(bei)及(ji)(ji)產(chan)業化(hua)(hua)(hua)技(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)(shu)研(yan)究;著力(li)(li)支(zhi)(zhi)持高效(xiao)(xiao)低成本太(tai)陽(yang)(yang)(yang)能光(guang)(guang)伏(fu)電(dian)(dian)(dian)(dian)池技(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)(shu)研(yan)究,開(kai)(kai)展(zhan)隧穿氧(yang)化(hua)(hua)(hua)層(ceng)鈍化(hua)(hua)(hua)接(jie)觸(TOPCon)、異質結(HJT)、背電(dian)(dian)(dian)(dian)極接(jie)觸(IBC)等(deng)新型晶硅(gui)電(dian)(dian)(dian)(dian)池低成本、高質量、產(chan)業化(hua)(hua)(hua)制(zhi)造技(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)(shu)研(yan)究,開(kai)(kai)展(zhan)高效(xiao)(xiao)光(guang)(guang)伏(fu)電(dian)(dian)(dian)(dian)池與(yu)建筑材料結合研(yan)究;著力(li)(li)支(zhi)(zhi)持光(guang)(guang)伏(fu)組件(jian)回(hui)收處理與(yu)再(zai)利(li)用技(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)(shu)研(yan)究;著力(li)(li)支(zhi)(zhi)持太(tai)陽(yang)(yang)(yang)能熱(re)發電(dian)(dian)(dian)(dian)與(yu)綜合利(li)用技(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)(shu)研(yan)究,探索太(tai)陽(yang)(yang)(yang)能熱(re)化(hua)(hua)(hua)學轉(zhuan)化(hua)(hua)(hua)與(yu)其他(ta)可再(zai)生(sheng)能源互補技(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)(shu),研(yan)發中(zhong)溫太(tai)陽(yang)(yang)(yang)能驅動熱(re)化(hua)(hua)(hua)學燃料轉(zhuan)化(hua)(hua)(hua)反(fan)應技(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)(shu),開(kai)(kai)發光(guang)(guang)熱(re)發電(dian)(dian)(dian)(dian)與(yu)其他(ta)新能源多能互補集成系統(tong)。
儲能(neng)技(ji)術方面(mian),著力(li)研究大(da)容量和大(da)功(gong)率儲能(neng)技(ji)術,提高效(xiao)(xiao)率,實現儲能(neng)技(ji)術在規(gui)模、壽(shou)命和成本上的跨越,在可再生能(neng)源大(da)規(gui)模接入、傳統電力(li)系(xi)統調(diao)峰提效(xiao)(xiao)和區域(yu)供(gong)能(neng)方面(mian),完成具有完全自主知(zhi)識產權(quan)、對(dui)國際儲能(neng)技(ji)術與產業發展具有指導意(yi)義的系(xi)統解決方案和示(shi)范(fan)工(gong)程,形成一套完整的技(ji)術攻關、試驗示(shi)范(fan),以(yi)及工(gong)程應(ying)用的儲能(neng)技(ji)術研發體系(xi)。
多(duo)能(neng)(neng)(neng)互補(bu)(bu)及(ji)(ji)分布(bu)式能(neng)(neng)(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)技術方面,探索(suo)多(duo)種可(ke)再生能(neng)(neng)(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)的(de)(de)(de)(de)互補(bu)(bu)利用(yong)及(ji)(ji)其(qi)與常規能(neng)(neng)(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)形式的(de)(de)(de)(de)綜合高(gao)效利用(yong);開(kai)展可(ke)再生能(neng)(neng)(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)高(gao)比例消(xiao)納和外送(song)的(de)(de)(de)(de)系列關鍵(jian)技術研(yan)究(jiu),建立不同氣候(hou)、用(yong)能(neng)(neng)(neng)需求的(de)(de)(de)(de)可(ke)再生能(neng)(neng)(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)供能(neng)(neng)(neng)系統示范。以可(ke)再生能(neng)(neng)(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)為主的(de)(de)(de)(de)能(neng)(neng)(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)系統的(de)(de)(de)(de)省區(qu)級/地市級研(yan)究(jiu)和示范將是未來(lai)的(de)(de)(de)(de)發展方向。
智能(neng)電(dian)網(wang)技(ji)術(shu)方面,大(da)(da)力發展(zhan)大(da)(da)容量(liang)遠距離(li)輸電(dian)和(he)(he)智能(neng)微網(wang)技(ji)術(shu),助(zhu)力我國(guo)大(da)(da)規(gui)模集(ji)中式(shi)可再生能(neng)源(yuan)(yuan)發電(dian)和(he)(he)分布式(shi)能(neng)源(yuan)(yuan)開發利用,開發多種(zhong)電(dian)壓(ya)等(deng)級、交直流多種(zhong)形(xing)式(shi)的接(jie)入(ru)技(ji)術(shu)和(he)(he)設備(bei),促(cu)進可再生能(neng)源(yuan)(yuan)的友好接(jie)入(ru),提(ti)高可再生能(neng)源(yuan)(yuan)的消納能(neng)力,全(quan)面保障電(dian)網(wang)在大(da)(da)量(liang)接(jie)入(ru)可再生能(neng)源(yuan)(yuan)后的安全(quan)穩定運行;大(da)(da)力發展(zhan)智能(neng)配用電(dian)技(ji)術(shu),提(ti)高智能(neng)化(hua)水平,包括電(dian)動汽(qi)車充換電(dian)技(ji)術(shu)、智能(neng)用電(dian)技(ji)術(shu)等(deng),打造清潔(jie)、高效(xiao)、智能(neng)化(hua)能(neng)源(yuan)(yuan)電(dian)力系統。
注:作者系中國科學院電工研究所研究員。