中国光伏产业发展展望及政策建议马胜红要点.docx
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中国光伏产业发展展望及政策建议马胜红要点
■ 文/ 中国科学院电工所 马胜红 研究员
太阳是地球生命之源。
人类赖以生存的能源无论是煤炭、石油、天然气,还是生物质能、风能、水力、潮汐能无不直接或间接来自太阳。
太阳发射出的总辐射能到达陆地表面的大约为1.7×1010 MW。
光伏发电是利用光生伏打效应,通过硅太阳能电池将太阳光能直接转换为电能的高新技术。
光伏发电的生命周期排放为55g/kWh,是煤发电的20%。
它具有结构简单、体积小且轻、运行维护简单、清洁安全、无噪声、可靠性高、寿命长、应用范围广等突出优点。
◆ 随着化石能源耗尽,太阳能将成为未来世界的主要能源
从十七世纪至今,全球人口从5亿增长到60亿,翻了12番;伴随着历史进步和发展,人类的能源消耗也从每年1亿吨标煤当量增长到150亿吨标煤当量,翻了150番。
目前全球能耗的75% 来自于化石能源(煤炭、石油和天然气,其它来自水力、核能和可再生能源,其中可再生能源大约占5%左右。
到2020年全球能耗将增长到大约195亿吨标煤当量。
世界能源委员会(WEC预测,按照资源探明储量
和这样的发展速度,石油将在43年枯竭,天然气将在66
中国光伏产业发展展望及政策建议
图1. 能源构成发展趋势
RKET/市场分析与预测
年用尽,资源量最大的煤炭也只够169年开采。
如何保证人类的能源供应可持续发展已经提到了议事日程。
事实上,在人类发展的历史长河中,化石能源时代仅仅延续400—500年,是短暂的一个时期。
随着全球人口的增长、能耗的增加、环境问题的严峻和化石能源步入枯竭的形势,可再生能源的开发利用正在加速发展,太阳能由于其突出的优势而被定位为最具前景的未来能源,到本世纪后期,全球能耗的70%将来自太阳能。
地球表面所接受的太阳能约为1.074×1014 GWh/年,是全球能量需求的35,000倍,具有无尽的潜力。
本世纪人类能源结构将发生根本性变革。
化石燃料开采峰值位于本世纪20~30年代,距今只有十几到二十几年,对于能源结构变化来说是太逼近了。
因此开发可再生能源和新能源技术不但是非常必要的,而且是非常紧迫的。
现代人类的社会、政治、经济、文化是建立在化石能源的基础之上的,可再生能源的应用将改变目前的能源结构,也必然引发对目前人类社会、政治、经济、文化的变革,只有把握住未来能源的国家和民族,才能争得发展的主动权。
◆ 世界光电产业突飞猛进,成为新兴技术产业亮点
发达国家抢占未来能源供应的战略制高点面对生存环境不断恶化、全球能耗日益增长、化石能源步入枯竭的巨大挑战,人类的应对战略只能是:
将总排放控制在允许的范围之内;提高能效、降低能耗,尽量延长化石能源的利用年限;积极开发利用可再生能源
和新能源,保证人类的可持续发展。
开发利用可再生能源和新能源应该是根本性的和长远的战略措施。
许多发达国家已经认识到能源问题的严重性,利用其资金和科技优势,不惜斥巨资开发可再生能源和新能源技术,抢占未来能源供应的战略制高点。
从1980年至2002年,日、美、德三个主要开发光伏发电技术的发达国家总计投入研发资金约35亿欧元(折合约333亿元人民币,其中美国投入折合15.75亿
欧元,日本投入折合12.28亿欧元,德国投入7.01亿欧元。
其它如澳大利亚、荷兰、西班牙等国也有很大投入。
世界光伏发电的产业和市场发展
为了扶持光电的产业发展,日、欧、美等发达国家政府纷纷出台各种优惠政策,启动国家项目,营造光伏发电的规模市场,有力地拉动了光伏发电的产业发展,促进了技术的进步。
从1990年到2000年期间光伏组件的年销售以平均20%的速率增长,特别是从1997年以来,年增长速度上升到30%。
2002年世界光伏电池产量达到559.3MWp, 比2001年的401.4MWp增长39.34%,同时全球累计光伏安装容量达到1,000MWp。
越来越多的国家、组织、机构和企业加入到光伏技术的推进、研发和制造的行列,推广项目和示范项目的规模也越来越大。
日本、德国、美国等都实施了由政府资助的大规模“屋顶光伏”计划,有力地拉动光伏技术和产业的发展和实用化。
日本从1994年开始到2001年在建筑屋顶安装光伏系统累计333MWp,平均每年增长20MWp。
德国从1999年启动“屋顶光伏”计划,当年安装7MWp,2000年39MWp,2001年77MWp, 平均每年增加35MWp,特别值得一提的是德国通过直接电价补贴的政策大力推动
光伏发电的发展,2003年以来德国出现民众安装光伏系统的热潮,光伏安装容量达到2003年达到405MWp,德国光伏生产从2002年的95MWp跳升到2003年的193MWp 仍然供不应求,市场火爆,德国长期发展的目标是累计安装105GWp。
在市场的拉动下,全球光伏电池的生产持续高速增长。
发达国家实现了
靠市场拉动产业发展的战
略目标。
大规模的市场吸引了投资,有力地推动技术进步,从而使国际上光伏组件的生产成本从70年代的¥80/Wp, 80年代的¥13/Wp, 90年代的¥4/Wp,下降到2001年的¥2.1/Wp,发电成本达到¥ 0.245/kwh的水平。
光伏发电将以更快的速度发展
面对能源需求和环境的压力,世界各国正在发起新一轮推进光伏应用的浪潮,为适应环境保护和可持续发展的要求,世界各国相继为各自的光伏电池发展拟定了宏伟计划, 到2010年:
日本政府新能源计划:
5 GWp;欧盟可再生能源白皮书:
3 GWp;美国光伏计划:
4.7GWp;澳大利亚:
0.75 GWp;发展中国家:
1.5 GWp;世界光伏累计安装:
15 GWp;未来10年的年平均增长率约为:
28.5%。
权威机构预测到2010年全球的光伏市场和生产将继续保持20-30%的速率,甚至更高的速度增长。
随着技术进步和市场规模的增长,预测到2020年并网光伏发电系统的价格将从目前的¥ 7.0/kwh 下降到¥1.52/kwh,发电成本将从目前的¥ 0.245/kwh 下降到¥ 0.053/kwh。
事实证明,发达国家政府采用优惠政策和适当投入培育和扶持光伏发电市场,靠规模市场拉动产业发展、推动技术进步,依赖技术进步和规模生产降低生产成本,通过提高质量和降低价格赢得更大市场的方针和策略是正确的,并获得了成功,值得我国借鉴。
可以预见,已经进入良性循环的世界光伏市场和产业将在各国政府的推动下以更快的速度发展,迎接能耗增长和环境压力的挑战。
◆ 我国能源相对匮缺,各种一次能源资源量均低于世界平均值
无论从世界还是从中国来看,常规能源都是很有限的。
中国的一次能源储量远远低于世界的平均水平,大约只有世界总储量的10%。
从图2-1可以看出,除太阳能外,我国各种一次能源资源量均低于世界平均水平,能源形势更加严峻。
◆ 提高对我国能源潜在矛盾的认识,未雨绸缪,提升可再生能源比重
能源的结构不合理:
我国一次商品能源消耗结构中煤炭比例高达2/3以上,油气以及核能和水电比例都很低,反映我国能源的结构性矛盾特别突出。
这种不合理的能源结构不但造成煤的过分开采和资源浪费,而且煤的直接燃烧是造成我国大气污染的主要原因。
开发利用可再生能源和太阳能技术,改变能源结构是我国能源战线上十分艰巨而紧迫的任务。
环境与成本压力:
以煤炭和油气为主体的能源结构面临世界上呼声日高的减排压力,开采后期的开采难度不断增大,运力和运输成本也将成为制约因素,如果加上对人体健康的影响及环境成本,火电的成本将是相当高昂的。
能源安全形势严峻:
我国化石能源资源非常有限,而能源需求随着经济高速发展而攀升,国际能源日益紧张的形式使我国能源安全问题正面临着重大挑战。
◆ 中国电力现状和未来电力缺口分析
中国的电力供应在2001年以后,由于经济发展迅猛,电力需求以每年超过20%的速度增长,2003年全国出现电力供应严重不足的现象,电力供应的紧张情况在
今后2-3年内不会缓解。
电力供应缺口2010年约为37GW,2020年预计为102GW,这个缺口单靠传统的煤、水、核是不能解决的,需要由可再生能源发电来填补。
◆ 弥补能源缺口,大力开发和利用可再生能源已经迫在眉睫
我国缺电问题日益严重,能源短缺已经成为我国经济、社会发展的重要制约因素。
但是,我们必须清醒地认识到大上煤电不但会超过我国综合资源承受能力,而
图2-1 我国各种能源储采比与世界比较
RKET/市场分析与预测
且过度排放将使我国环境加速恶化,还将使我国成为全球批评的对象。
严峻的电力形势不仅仅是电力问题,它反映出我国包括能源在内的资源全面短缺。
我国能源短缺决非短期问题,它已经成为我国经济、社会发展的重要制约因素,成为2020年前全面实现小康社会宏伟目标的重要障碍之一。
克服能源短缺根本措施是,在科学发展观的指导下,立即行动起来,尽快制定强有力的政策法规,加大推进可再生能源发展的力度,从根本上解决我国能源问题,保障我国能源安全,使我国能源和环境可持续发展。
那种认为可再生能源无足轻重、“远水解不了近渴”、只是“未来的希望”、“将来再考虑”的思维缺乏科学的可持续发展的观念,是对国家有限资源“坐吃山空”的短见,将严重影响国家和民族的长远发展。
◆ 在建国六十周年前解决无电人口的用电问题是实现“小康”的政治要求
最新的统计数字表明,我国还有大约29000个村庄,7百万户,2300万人口无电。
这些无电人口大都分布在我国西部和一些海岛,相当多数位于边远和少数民族地区,无电限制了当地的经济发展,使他们享受不到现代文明的许多成果,也不能有效和及时地了解国内外大事。
解决这些地区的无电问题,有利于促进当地的经济发展,加强民族团结和社会稳定,具有重大的意义。
解决边远地区的无电问题具有重大的社会政治意义,在解决边远地区分散供电方面,光伏发电技术具有不可替代的作用。
◆ 中国的太阳能资源潜力和分布
我国太阳能资源比较丰富,理论上的储量达17000亿吨标准煤/年。
我国地处北半球,土地辽阔,幅员广大,国土总面积达960万km2。
在我国广阔富饶的土地上,有着丰富的太阳能资源。
全国各地的年太阳辐射总量为3340-8400 MJ/m2,中值为5852 MJ/m2。
从全国太阳年辐射总量的分布来看,青藏高原和西北地区、华北地区、东北大部以及云南、广东、海南等部分低纬度地带的年太阳辐射总量都在5000MJ/m2以上,是我国太阳能资源丰富或较丰富的地区。
尤其以青藏高原地区最高,达6000-8000 MJ/m2。
◆ 中国太阳电池的发展
我国于1958年开始研究太阳电池,于1971年成功地首次应用于我国发射的东方红二号卫星上。
于1973年开始将太阳电池用于地面。
在“六五”和“七五”期间,国家开始对光伏工业和光伏市场的发展给以支持,中央和地方政府在光伏领域投入了一定资金,使得我国十分弱小的太阳电池工业得到了巩固并在许多应用领域建立了示范,如微波中继站、部队通信系统、水闸和石油管道的阴极保护系统、农村载波电话系统、小型户用系统和村庄供电系统等。
同时,在“七五”期间,国内先后从国外引进了多条太阳电池生产线,除了一条1MW的非晶硅电池生产线外,其它全是单晶硅电池生产线,使得我国太阳电池的生产能力猛增到4.5MWp/年,售价也由“七五”初期的80元/Wp下降到40元/Wp左右,这对于光伏市场的开拓起到了积极的推动作用。
太阳电池已不再仅仅用于小功率电源系统,而开始广泛用于通信、交通、石油、农村电气化、民用产品等各个领域,同时也在一些重大工程项目中得到采用,如国家计委的“光明工程”、电力部的西藏无电县建设计划、西藏阿里光电计划、林业部的森林防火通信工程、邮电部的光缆工程、石油部的管道阴极保护工程、广电部的村村通工程等。
2001年,我国的太阳电池年产量已达4.5MWp,累计用量已超过20MWp。
2002年,国家计委启动了“西部省区无电乡通电计划”,通过光伏和小型风力发电解决西部七省区(西藏、新疆、青海、甘肃、内蒙、陕西和四川780个无电乡的用电问题,光伏用量达到16.5MWp。
这一项目的启动大大刺激了光伏工业,国内建起了几条太阳电池的封装线,使太阳电池的年生产量迅速达到100MWp(2002年当年产量20MWp。
截止到2003年底我国太阳电池的累计装机已经达到50MWp。
◆ 中国光伏发电的市场预测
我国目前尚有约30000个村庄,700万户, 3000万农村人口还没有用上电, 60%的有电县严重缺电, 光伏市埸潜力巨大;随着国际国内光伏市场的规模化发展,系统成本有每年下降3-5%的趋势, 我国的大规模荒漠光电应用和城市屋顶光伏系统也将随之步入实施。
与此同时传统的通讯及工业用光伏发电的市场也将继续平稳发展。
预测市场发展如下表示:
下面2个表给出了2004-2020年中国太阳电池分年度产量预测。
表3-2 光伏生产、安装、发电量发展预测
项 目
年份
2003 2005 2010 2015 2020太阳电池年产量 (MW 10 24 96 550 2740中国电力总装机 (GW 356 450 585 750 950中国年发电总量 (TWh 1670 2100 2750 3500 4500太阳电池累计装机 (GW 0.055 0.104 0.6 4.2 30光伏发电装机比例 (% -
0.02 0.1 0.6 2.1光伏年发电量 (TWh
0.082 0.156
0.9 6.3 30光伏发电量比例 (% -
0.007
0.03
0.18
1
表3-3 2004-2010年的光伏发电装机预测(MWp
年 份 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010
年产量
20
29 42 60 88 126 180累计装机 55 75
104
146 206
294
420 600
年增长率 45%
图 3-1 光伏发电应用领域的市场走势预测
表3-1 光伏发电应用领域的市场划分(%预测
RKET/市场分析与预测
在今后的十几年中,太阳电池的市场走向将发生很大的改变,过去,中国太阳电池多数是用于独立光伏发电系统,到2010年以前这种现象不会有很大的改变,仍然是独立发电系统为主;从2011年到2020年,中国光伏发电的市场将会由独立发电系统转向并网发电系统,包括沙漠电站和城市屋顶发电系统。
图3-2 2004-2010年的光伏发电装机预测(MWp
图 3-3 2010-2020年的光伏发电生产和装机走势预测
表3-5 2010年中国光伏发电的市场份额预测
市场分类
光伏累计安装量(MWP
市场份额(%
农村电气化 360 60 通信和工业应用 60 10 太阳能光伏产品 60 10 光伏并网发电 120 20 合 计
600 100
表3-4 2010-2020年的光伏发电生产和装机预测(GWp
年份 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 年产量 0.28 0.42 0.62 0.92 1.36 2.00 3.00 4.40 6.60 9.80累计装机 0.6 0.88
1.30 1.92
2.84 4.20 6.20 9.20
13.6 20.2 30
年增长率
48.5%
◆ 世界光伏产业现状
世界各国从能源供应安全和清洁利用的角度出发,把太阳能的商业化开发和利用作为重要的发展方向。
欧盟、日本和美国把2030年以后能源供应安全的重点放在可再生能源,特别是太阳能方面。
一般估计,到2030年太阳能发电将在世界电力的供应中达到10%以上,2050年达到20%以上。
大规模的开发和利用是太阳能在整个能源供应中占有一席之地的充分和必要条件,并网光伏发电是太阳能资源大规模和商业化利用的主要手段。
目前从技术上可以实现的光伏发电系统并网的方式有:
屋顶并网发电系统和沙漠电站系统。
近年来,世界太阳电池年产量迅速增加,连续8年增速在30%左右,2003年已达到741MW,未来10年的年平均增长率约为28.5%。
图4-1给出了世界历年太阳
电池产量:
◆ 太阳电池的技术开发与应用快速发展太阳电池技术发展很快,主要表现在(1商品化的太阳电池生产规模迅速扩大,单个工厂的年产量达到250MW;(2生产装备智能化自动化;(3多种新型电池高效化、实用化。
晶体硅太阳电池组件效率迅速提高(η=20%,薄膜太阳电池正在实用化(美国AP公司年产15MW的生产线正在投产;日本钟渊公司年产40MW的生产线已经投产;太阳电池成本急速下降(单体电池售价1.6美元/瓦,组件售价2.6美元/瓦;2010年太阳电池成本有望降至1.0美元/瓦,光伏发电系统的成本降至2美元以下,清洁的光伏发电成本可降到6-10美分/kWh。
随着太阳电池的降价,光伏发电市场将会有较大发展,表4-1列出世界太阳电池售价和发电成本的下降预测(也基本符合中国的情况:
图4-1世界太阳电池历年产量(发货量(PVNET 2003
表 4-1 太阳电池产量和价格走势
公历年 2000 2005 2010 2020太阳电池年产量(GWp 0.26 0.91 3.2 30太阳电池累计装机(GWp 1.26
4.19 15
150太阳电池价格(US¥/Wp 3.5 2.8
2.0
1.0光伏系统价格(US¥/Wp
7.0 4.68 3.12
1.52发电成本(US¥/KWh 0.246
0.164 0.11
0.053
RKET/市场分析与预测
◆ 世界太阳电池技术进步与降价趋势预测
太阳电池的成本是制约光伏发电大规模应用的主要因素,而太阳电池的效率又是影响太阳电池成本的主要因素。
随着太阳电池的技术进步,太阳电池的效率将会不断提高,成本将会逐年下降。
表4-2是EUREC(欧洲可再生能源中心1995年对太阳电池发展的预测,经过近十年的发展,证明这项预测是比较准确的。
从图中可以看出,如果目前光伏发电系统的价格为每瓦6欧元,在年产量增长率保持20%时,降价速率如果仅仅达到10%,预期的2020年系统价格降到1.52美
表4-2 世界太阳电池效率和价格走势 (EUREC
太阳电池和部件 1995 2000 2005预测 2010预测晶体硅太阳电池
试验室效率 23% 24.7% 25% 26%
批量生产效率 单晶硅 12-15% 15-17% 16-18% 大于20%
多晶硅 13-15% 14-16%
薄膜硅太阳电池
a-Si/ c-Si 试验室 10% 13.5% 15% 16%
批量生产 5% 8% 12% 大于13%
CIS 试验室 12% 18.8% 20% 20%
批量生产 8% 10% 12% 大于15%
CdTe 试验室 12% 16% 18% 20%
批量生产 9% 10% 大于12%
叠层和聚光电池
试验室 25-27% 33% 34% 35%
批量生产 18-19% 24% 25% 25%
太阳电池组件
效率 11-13% 13% 15% 18%
寿命 25年 30年 大于30年 寿命期衰降 小于5% 小于3% 小于10%
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