加強太陽能科技創(chuàng)新 促進實現(xiàn)“雙碳”目標

——“十四五”能源領域科技創(chuàng)新規(guī)劃解讀之十

孔力

國家能源局和科技部適時推出的《“十四五”能源領域科技創(chuàng)新規(guī)劃》，將對我國能源領域科技創(chuàng)新和能源產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)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(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)電已趨于成熟，成本快速下降，太陽能熱發(fā)電與熱利用技術(shù)與應用也發(fā)展迅猛。太陽能技術(shù)的發(fā)展將助力我國“雙碳”目標的實現(xiàn)。

太陽能發(fā)電已經(jīng)成為我國重要的清潔電力能源

我國在太陽能發(fā)電開發(fā)利用方面取得了長足進步，在產(chǎn)業(yè)發(fā)展、技術(shù)創(chuàng)新等方面取得了突出成果，光伏電池及相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展規(guī)模已經(jīng)躋身全球前列。截至2021年底，我國可再生能源發(fā)電裝機達到10.63億千瓦，占總發(fā)電裝機容量的44.8%，其中光伏發(fā)電裝機3.06億千瓦，占全國總發(fā)電裝機容量的12.9%。2021年全國可再生能源發(fā)電量達2.48萬億千瓦時，占全社會用電量的29.6%，其中光伏發(fā)電3259億千瓦時，同比增長25.1%，占全社會用電量的3.9%。

近年來，光伏制造業(yè)在海外“雙反”以及國內(nèi)支持政策不斷優(yōu)化調(diào)整的情況下取得了快速發(fā)展。2021年我國多晶硅產(chǎn)量達到50.5萬噸，同比增長27.5%；硅片產(chǎn)量達到227吉瓦，同比增長40.6%；晶硅電池片產(chǎn)量達到198吉瓦，同比增長46.9%；組件產(chǎn)量達到182吉瓦，同比增長46.1%。2021年全國新增光伏并網(wǎng)裝機容量54.88吉瓦，同比上升13.9%；累計光伏并網(wǎng)裝機容量達到306吉瓦，新增和累計裝機容量均為全球第一。2021年中國光伏組件出口量達到98.5吉瓦，同比增長23.1%，為全球應對氣候變化作出了重要貢獻，為20多個國家實現(xiàn)光伏平價上網(wǎng)提供了支撐。

技術(shù)進步是推動太陽能發(fā)電發(fā)展的根本動力

多年來，國家推出的各項科技發(fā)展計劃對可再生能源技術(shù)研發(fā)給予了持續(xù)支持，國內(nèi)相關(guān)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)電相關(guān)技術(shù)能力、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、風力發(fā)電等行業(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（PERC）、選擇性發(fā)射極電池（SE）、全背結(jié)電池、金屬穿孔卷繞（MWT）電池等高效晶體硅電池制備及工藝技術(shù)，規(guī)模化生產(chǎn)的p型單晶PERC電池平均轉(zhuǎn)換效率達到23.1%，實驗室最高效率超過了24.1%。批量生產(chǎn)常規(guī)多晶硅電池效率19.5%，多晶硅電池實驗室最高效率超過23%，創(chuàng)造了多晶硅電池效率的世界紀錄。通過并購和國際合作使得我國硅基、碲化鎘（CdTe）、銅銦鎵硒（CIGS）等薄膜電池的研究和技術(shù)水平快速提升。逆變器等組部件技術(shù)水平逐漸與國際接軌，但其系統(tǒng)集成智能化技術(shù)水平仍有待提升。面向光伏發(fā)電規(guī)模化利用，光伏系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)取得多項重大突破，掌握了100兆瓦級并網(wǎng)光伏電站設計集成技術(shù)、兆瓦級光伏與建筑結(jié)合系統(tǒng)設計集成技術(shù)、10~100兆瓦級水/光/柴/儲多能互補微電網(wǎng)設計集成技術(shù)并開展了示范。

光伏發(fā)電成本持續(xù)下降進入平價上網(wǎng)時代

近年來，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)電的成本快速下降。過去10年，我國太陽能光伏電池組件和發(fā)電系統(tǒng)的成本雙雙下降約90%，成本只有原來的十分之一。光伏發(fā)電的電價在越來越多的國家和地區(qū)已經(jīng)低于火電電價，成為經(jīng)濟上具有競爭力的電力產(chǎn)品。

地面光伏系統(tǒng)的初始全投資主要由組件、逆變器、支架、電纜、一次設備、二次設備等關(guān)鍵設備成本，以及土地費用、電網(wǎng)接入、建安、管理費用等部分構(gòu)成。光伏發(fā)電的電價成本除了設備投資以外，項目所在地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，從世界范圍來看，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)。國內(nèi)在資源條件比較好的地區(qū)建設的集中式地面光伏電站，通過提高運行效率，也可以做到電網(wǎng)側(cè)平價上網(wǎng)。

綜合考慮光伏電站的設備、運維成本以及資源條件以后，通常可以用平準發(fā)電成本來衡量光伏電站整個生命周期的單位發(fā)電成本，并可用來與其他電源發(fā)電成本對比。2021年，全投資模型下地面光伏電站在1800小時、1500小時、1200小時、1000小時等效利用小時數(shù)的平準發(fā)電成本分別為0.21、0.25、0.31、0.37元/千瓦時，而全投資模型下分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)相應的平準發(fā)電成本分別為0.19、0.22、0.28、0.33元/千瓦時。

加強科技創(chuàng)新促進太陽能發(fā)電技術(shù)成為主力能源

太陽能除了具有資源豐富、清潔、環(huán)境友好等優(yōu)點外，也具有能量密度較低、具有一定的間歇性和波動性等不足，不管從科技創(chuàng)新和技術(shù)發(fā)展，還是能源政策環(huán)境等方面都面臨許多艱巨的任務。除光伏發(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)展均有助于克服其間歇性和波動性的不足，促進太陽能發(fā)電技術(shù)的發(fā)展和大規(guī)模應用。

太陽能發(fā)電技術(shù)方面，光伏電池技術(shù)及系統(tǒng)設備將沿著高能效、低成本、長壽命、智能化的技術(shù)方向發(fā)展。著力支持光伏系統(tǒng)及平衡部件技術(shù)創(chuàng)新和水平提升；著力支持高效率鈣鈦礦電池制備與產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)，研發(fā)大面積、高效率、高穩(wěn)定性、環(huán)境友好的鈣鈦礦電池，開展晶體硅/鈣鈦礦、鈣鈦礦/鈣鈦礦等高效疊層電池制備及產(chǎn)業(yè)化技術(shù)研究；著力支持高效低成本太陽能光伏電池技術(shù)研究，開展隧穿氧化層鈍化接觸（TOPCon）、異質(zhì)結(jié)（HJT）、背電極接觸（IBC）等新型晶硅電池低成本、高質(zhì)量、產(chǎn)業(yè)化制造技術(shù)研究，開展高效光伏電池與建筑材料結(jié)合研究；著力支持光伏組件回收處理與再利用技術(shù)研究；著力支持太陽能熱發(fā)電與綜合利用技術(shù)研究，探索太陽能熱化學轉(zhuǎn)化與其他可再生能源互補技術(shù)，研發(fā)中溫太陽能驅(qū)動熱化學燃料轉(zhuǎn)化反應技術(shù)，開發(fā)光熱發(fā)電與其他新能源多能互補集成系統(tǒng)。

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)、試驗示范，以及工程應用的儲能技術(shù)研發(fā)體系。

多能互補及分布式能源技術(shù)方面，探索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；開展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、用能需求的可再生能源供能系統(tǒng)示范。以可再生能源為主的能源系統(tǒng)的省區(qū)級/地市級研究和示范將是未來的發(fā)展方向。

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)，助力我國大規(guī)模集中式可再生能源發(fā)電和分布式能源開發(fā)利用，開發(fā)多種電壓等級、交直流多種形式的接入技術(shù)和設備，促進可再生能源的友好接入，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，打造清潔、高效、智能化能源電力系統(tǒng)。（作者系中國科學院電工研究所研究員）

責任編輯：牛雅倩

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