十二五863计划战略研究－可再生能源专题研究报告.doc

1 “十二五十二五”863 计计划划战战略研究略研究 可再生能源可再生能源专题专题研究研究报报告告 （讨论稿）（讨论稿） 2010 年年 1 月月 15 日日 2 目 录 “十二五十二五”863 计划战计划战略略研究研究.1 可再生能源专题可再生能源专题1 研究方向现状及研究方向现状及“十一五十一五”总结总结3 （由（由总总体体专专家家组负责组负责） ） .3 2 战略需求现状及需求分析战略需求现状及需求分析3 2.1 发展可再生能源的重大意义发展可再生能源的重大意义.3 2.1.1 发展可再生能源有利于解决我国能源的供需矛盾发展可再生能源有利于解决我国能源的供需矛盾3 2.1.2 发展可再生能源是保护环境和应对气候变化的重大需求发展可再生能源是保护环境和应对气候变化的重大需求3 2.1.3 发展可再生能源是培育战略性新兴产业的需要发展可再生能源是培育战略性新兴产业的需要4 2.2 国内外发展现状与趋势国内外发展现状与趋势4 2.2.1 产业发展现状产业发展现状.4 2.2.2 技术发展现状技术发展现状10 2.2.3 存在的问题与差距存在的问题与差距18 2.2.3 发展趋势发展趋势.25 2.3 战略需求战略需求.32 3 发展思路和战略目标发展思路和战略目标37 3.1 发展思路发展思路.37 3.2 战略目标战略目标.40 4 发展重点发展重点41 4.1 风电风电.42 4.2 太阳能光伏太阳能光伏.45 4.3 太阳能热利用太阳能热利用.48 4.4 生物质能生物质能.49 4. 地热地热.52 4. 海洋能海洋能.54 5 保障措施保障措施56 5.1 加大科技投入力度，建立多元科技投入渠道加大科技投入力度，建立多元科技投入渠道.56 5.2 加快人才队伍建设加快人才队伍建设.56 5.3 注重基地建设注重基地建设.57 5.3.1 创新研究基地建设创新研究基地建设57 5.3.2 国家级可再生能源技术示范基地建设国家级可再生能源技术示范基地建设57 5.4 加强国际交流，重视企业参与加强国际交流，重视企业参与.57 5.5 完善激励政策，健全法律法规完善激励政策，健全法律法规.57 5.6 加强技术标准、检测和认证体系建设加强技术标准、检测和认证体系建设.58 3 研究方向现状及研究方向现状及“十一五十一五”总结总结 （由总体专家组负责） 2 战略需求现状及需求分析战略需求现状及需求分析 进入二十一世纪以来，能源和环境问题日益突出，成为当前国际政治经济领 域的热点问题。为保障能源的可持续供给，减少污染物排放，发展可再生能源得 到了世界各国的高度重视。 2.1 发展可再生能源的重大意义发展可再生能源的重大意义 2.1.1 发展可再生能源有利于解决我国能源的供需矛盾发展可再生能源有利于解决我国能源的供需矛盾 我国化石能源储量有限，人均能耗低于全球平均水平的一半，随着城市化进 程和人民生活水平的提高，人均能耗存在大幅增长趋势，导致能源需求缺口增大， 能源供应与经济发展的矛盾突出。充足、安全、清洁的能源供应是经济发展和社 会进步的基本保障。胡锦涛主席 2005 年在北京国际可再生能源大会上指出：加加 强强可再生能源开可再生能源开发发利用，是利用，是应对应对日益日益严严重的能源和重的能源和环环境境问题问题的必由之路，也是人的必由之路，也是人 类类社会社会实现实现可持可持续发续发展的必由之路。展的必由之路。为从根本上解决我国的能源供需矛盾，满足 经济和社会发展的需要，保护环境，实现可持续发展，除大力提高能源效率外， 加快开发和利用可再生能源是重要的战略选择。 2.1.2 发展可再生能源是保护环境和应对气候变化的重大需求发展可再生能源是保护环境和应对气候变化的重大需求 过去一百年中，中国的气候变化趋势与全球趋势基本一致，平均温度升高 1.1，略高于全球平均升温幅度。为保护环境，应对气候变化，2009 年 11 月 25 日，中国国务院常务会议决定，到 2020 年，中国单位国内生产总值二氧化碳排放 比 2005 年下降 40%-45%。为实现减排目标，保证能源的清洁可持续供给，必须 大力发展可再生能源。根据我国可再生能源中长期发展规划，预计到 2020 年， 可再生能源可节省标煤 6.399 亿吨，减排 co2：16.765 亿吨，so2：544 万吨， 4 nox：474 万吨，大规模发展可再生能源对节能减排具有重要的作用。 2.1.3 发展可再生能源是培育战略性新兴产业的需要发展可再生能源是培育战略性新兴产业的需要 由于金融危机的影响，世界各国均加大了对可再生能源技术开发的投入。美 国计划未来 10 年投入 1500 亿美元资助替代能源研究。欧洲计划自 2010 开始每 年投入 80 亿欧元，研发能效提高和可再生能源技术。从世界产业革命的历史看， 第一次产业革命是蒸汽机，第二次是电力，第三次是电脑，第四次产业革命将是 包括可再生能源在内的新兴产业革命。我国错过了前三次产业革命的先机，导致 科学经济落后于发达国家。温家宝总理 2009 年 11 月发表题为让科技引领中国 可持续发展的讲话，将新能源作为七大战略性新兴产业之首。面对第四次产业 革命，我国将通过加大对可再生能源的研究和投资力度等方式，培育战略性新兴 产业，通过自主创新，占领科技制高点。 2.2 国内外发展现状与趋势国内外发展现状与趋势 近年来，许多国家制定了明确的可再生能源发展目标、法规和政策，支持可 再生能源的发展，促使可再生能源产业规模逐步扩大，技术水平不断提高，成为 实现经济和社会可持续发展的重要能源。 2.2.1 产业发展现状产业发展现状 （）风电 全球风电产业持续快速发展。2008 年，全球风电装机容量新增 29%，北美 和亚洲的风电市场已超过欧洲，其中美 国的风电装机容量首度超过德国，居世 界第一位。 到 2008 年底，我国风电装机容量已 连续三年翻番，保持了全球最强劲的发展势头。到 2008 年底，陆上风电场总装机 容量超过 1200 万千瓦，海上风电场建设开始起步，在渤海湾进行了海上风电场 试验运行，东海海上风电场计划装机 10 万千瓦，已有 3.0mw 机组投入了试验运 行。2008 年全年全国风力发电达到 128 亿度，相当于节约 450 万吨优质煤炭，减 排 1280 万吨二氧化碳，表明风电开发已从过去的补充能源地位向替代化石能源 截至 2008 年底的风电装机容量 5 转变的巨大潜力，对节能减排、国民经济和社会发展的贡献十分显著。 目前全球风电机组整机制造实力较强的主要有十余家企业，市场占有率排 名前 12 的企业占有全球 95%的市场份额。由于风电市场增长迅速，主要风电机 组整机制造企业的产能扩张需要一定的时间，为中小企业的发展创造了条件。世 界上最大的风电机组整机制造企业是丹麦的 vestas、美国的 ge energy 和西班牙 的 gamesa，2008 年分别占有 19%、18%和 11%的全球市场份额。 到 2008 年，我国的风电机组整机制造企业超过 70 家，具备兆瓦级机组生产 能力的约 20 家，零部件生产企业几百家，市场占有率最大的企业是华锐和东汽， 全球市场份额分别仍然只有 5%和 4%的。整机制造企业的相对集中化仍是发展 趋势。 （2）太阳能光伏 太阳能光伏发电技术已经进入规模化应用时代，并且带动了世界光伏产业 的飞速发展。2008 年世界光伏累计装机容量达到 18.4gw，在 2007 年 12.65gw 的基础上增长 45%。从太阳电池产业来看，2008 年世界太阳电池总产量达到 6.9gw，比 2007 年产量 4.3gw 增长 60%，太阳电池产量从 1999 年起已经连续 9 年增长超过 30%。世界光伏产业已经形成规模，并且呈现逐年平稳快速增长态 势，世界光伏产业与应用呈现规模化、多元化发展趋势。 1）在光伏产业方面，晶体硅电池、硅基薄膜电池、碲化镉薄膜电池以及铜铟 镓硒薄膜电池均已进入规模化生产阶段。2008 年底晶体硅太阳电池仍是民用领 域的主要太阳电池类型，占世界太阳电池产量的 90%以上；硅基薄膜太阳电池单 条生产线规模达到 40mw/年；碲化镉薄膜电池单条生产线规模达到 50mw/年； 铜铟镓硒薄膜电池单条生产线规模为 40mw/年。离网型光伏控制/逆变器和 1mw 以下光伏并网逆变器已形成系列产品，光伏并网逆变器单机容量达到 1.25mw；水平单轴、倾斜轴、双轴等平板式非聚光自动跟踪系统已在大型光伏电 站批量使用，双轴跟踪系统单机最大承载面积 200m2，可安装约 20kw 多晶硅太 阳电池。 2）在光伏应用方面，由离网型为主转向并网型为主，2008 年底并网光伏发电 容量占到世界光伏总装机容量的 90%以上，200kw 以上的大型并网光伏电站总 6 计 3.6gw（1900 余座），单座光伏电站最大容量达到 60mw。公共电网侧集中并 网大型光伏电站和用户侧并网光伏发电系统成为并网光伏发电的两大主要发展 方向。发达国家正在积极发展光伏微网技术，以解决光伏容量水平较高条件下的 系统稳定性问题，日本、德国、希腊等国均已建成百千瓦级示范系统。 目前，世界光伏产业规模化发展的瓶颈问题仍然是光伏发电成本较高，降低 成本将是 2020 年以前的主要努力方向；随着光伏发电应用规模的扩大和在电网 中比例的增加， “不连续、不稳定和不可调度”特性将成为光伏发电进一步发展的 障碍，发达国家已经围绕光伏发电规模化应用问题展开重点攻关。 受世界光伏市场需求驱动，我国太阳电池产业与应用近年来发展非常迅速。 1）在光伏产业方面，2008 年我国太阳电池产量 2.5gw，占世界太阳电池市 场份额 37%，在 2007 年 1.2gw 的基础上增长 108%，我国连续两年成为世界最 大的太阳电池生产国，其中晶体硅太阳电池产量约占总产量 98.5%，非晶硅薄膜 太阳电池也逐步形成一定规模，已建和在建的非晶硅薄膜电池生产线约有 20 余 家。光伏逆变器和光伏自动跟踪装置已有自主研制的系列产品，目前已形成小批 量生产规模。国内基本形成涵盖多晶硅材料、铸锭、拉单晶、电池片、组件封装、 平衡部件、系统集成、光伏应用产品和专用设备制造的较完整产业链。 2）在光伏应用方面，我国太阳电池用量也出现逐年上升势头，2008 年新增光 伏装机容量 40mw，光伏总装机容量达到 140mw，比 2007 年 100mw 增长 40%。我国光伏应用仍以离网为主，2008 年底并网光伏系统容量仅占 19.3%，其 余部分为农村电气化占 34.3%，通信和工业领域占 25%，各类光伏产品占 21.4%。我国光伏应用规模仍然较低，90%以上太阳电池产品出口国外，中国光伏 企业受国际市场影响非常巨大。 我国光伏产业发展与世界光伏产业一样面临着光伏发电成本较高、电网接 纳能力和建筑接纳程度的问题。此外，我国国产化装备水平较低，对国外设备， 尤其是高端设备依存度高，整体技术水平与国外还有较大差距。由于我国太阳能 资源和负荷分布不对称，光伏发电发展存在大规模远距离电力输送问题。国内光 伏市场发展非常缓慢，连续多年我国光伏产业依赖国际市场， “市场在外”的问题 至今没有得到解决。 （3）太阳能光热 7 目前，国际上正在运行的太阳能热发电装机容量为 667.4mw。根据美国能 源咨询机构 eer 的研究报告20092020 年全球聚光型太阳能热发电市场和战 略，2009 年 4 月全球正在建设的太阳能热发电装机已达 1200mw。而 2009 年 11 月，西班牙发布政府公告，宣布 2012 年西班牙太阳能热发电的装机目标为 1850 mw。此外，美国加州能源局处于审批公示阶段中的太阳能热发电装机容量 则达 4802mw。2009 年 7 月 13 日德国数十家公司联合在北非投 4 千亿欧元的太 阳能热发电“沙漠行动技术”项目备忘录签署，包括 abengoa，solar millennium, schott，abb，西门子，德意志银行等。第一批项目已经在 2009 年 11 月份启动。 目前太阳能热发电站分布在美国，西班牙，德国，法国，阿联酋，印度，埃及， 中国，摩洛哥，阿尔及利亚，澳大利亚等地，全球太阳能热发电产业正在经历快 速发展的时期。 在全球遭受金融危机的 2009 年，我国的太阳能热发电逆市而上，跃上一个 台阶。我国目前已经发布的太阳能热发电项目已经超过 4001mw，其中 1950mw 是 2009 年一年中提出，另外 2000mw 是 2010 年提出的。涉及从投资银行，设备 制造商和大型电力公司等共 15 家企业。2010 年 1 月 9 日美国太阳能发电公司 esolar 与一家中国公司在北京签订协议，计划在几年内投资超过 50 亿美元，在中 国建立 2000mw 太阳能热发电电力。 （4）生物质能 到 2005 年底，全世界生物质发电总装机容量约为 5000 万千瓦，主要集中在 北欧和美国；生物燃料乙醇年产量约 3000 万吨，主要集中在巴西、美国；生物柴 油年产量约 200 万吨，主要集中在德国。沼气已是成熟的生物质能利用技术，在 欧洲、中国和印度等地已建设了大量沼气工程和分散的户用沼气池。 近年来，我国生物质发电产业发展迅速，国家电网公司、中国节能投资公司 等大型国有企业，民营以及外资企业纷纷投资参与建设运营。截至 2007 年底，国 家和各省发改委已核准项目 87 个，总装机规模 220 万千瓦。我国已建成投产的 生物质直燃发电项目超过 15 个，在建项目 30 多个。到 2008 年底，我国生物质能 发电总装机为 315 万千瓦。我国生物质发电产业的发展正在渐入佳境。我国生物 质直燃发电装备制造主要依托原有燃煤发电制造业，生物质直燃锅炉已成为锅 8 炉制造企业新的业务增长点。从总体上看，我国生物质发电产业化尚处于起步阶 段，产业化和商业化程度较低，市场竞争力较弱，影响我国生物质发电产业发展 的主要阻碍因素有：建设和运营成本相对较高，上网电价难以支撑生物质能发电 厂的正常运营；技术开发能力和产业体系薄弱。 生物质液体燃料产业主要以生物燃料乙醇为主，国内外正积极发展如生物 柴油、二甲醚等其他生物质液体燃料产业。目前发达国家已完成生物质热解制油 和生物质气化合成液体燃料工程示范并积极推广，我国此方面还主要处于研发 阶段。从生物柴油的产量来看，在国外生物柴油已在广泛应用，2008 年欧盟年总 产量约 800 万吨，美国年产量约 240 万吨，巴西年产量约 100 万吨。我国生物柴 油生产企业都是民营企业，规模较小，国有企业的介入是生物柴油发展的新趋势。 2007 年国家发改委批准中石油,中石化,中海油实施国家生物柴油示范工程项目。 至 2008 年，国内生物柴油实际生产不到 30 万吨，由于其没被允许进入燃油流通 系统，多作为有机溶剂或建筑机械用油出售。我国的生物柴油生产能力和产量还 远远落后于国外。 （5）地热 浅层地热能直接利用方面。据 2005 年世界地热大会统计，2004 年全世界直 接利用地热能达到 72622gwh，比 2000 年增加了 40%。其中中国地热直接利用 达到 12605gwh，居世界首位，其次是瑞典、美国、冰岛、土耳其等国家。我国是 一个以中低温地热资源为主的国家，华北、山东、东北、陕西及京津地区的地热 田多属于中低温地热田，总储存能量为 73.611020j。地热资源的直接利用方式 主要有供热、温室种植、医疗、洗浴等；其中供热占 40%，主要集中在我国的北方， 如京、津、陕西、东北、河北、山东、内蒙等地；生活热水供应占 22%；工业利用占 7%，养殖占 17%；温室种植和其他占 14%。 浅层地热能发电方面。据 2005 年世界地热大会统计，已有 24 个国家建设了 地热能电站，总装机容量 8900mw，比 2000 年增加了 12%。目前地热能发电只 占整个电力装机容量的 0.5%，地热能发电的潜力非常大。其中美国地热发电容 量达到 2800mw，居世界首位，菲律宾，墨西哥随其后，其次是意达利、日本、新 西兰。我国地热能发电总装机容量约为 32mw，居世界第 15 位。我国高温地热电 9 站有西藏羊八井 25.18mw，朗久 2mw，那曲 1mw，其中羊八井地热电站的装机 容量在全国最大，占全国地热装机容量的比例高达 75%；中低温地热发电站有广 东丰顺 0.3mw,湖南灰场 0.3mw，河北郝窑 0.2mw,辽宁熊岳 0.2mw,山东汤东 泉 0.3mw,广西热水村 0.2wm，江西温汤 0.1mw。我国高温可用于发电的地热资 源相对贫乏，在西南地区，地热能丰富，但其水资源也丰富，因此限制了地热能 发电的发展。对于中低温地热电站，由于经济性较差，发电机组效率低，在当时 的能源环境条件下，大部分中低温地热电站都先后关停，设备变卖。总体上来说， 我国地热能发电在近二十年发展缓慢，维持在 32mw 左右的装机容量。七八十 年代建成的地热电站大多是扩容闪蒸工作原理，由于水的物性参数不合适地热 能及其它低品位能源发电，使得地热发电效率太低，至使许多地热电站相继关闭。 因此，发展低沸点新工质循环的地热发电系统是大势所趋。 干热岩深层地热发电方面。美国、欧洲、日本、澳大利亚等国竞相开展干热 岩深层地热发电技术的研发工作，甚至纳入到国家开发研究计划之中，这些国家 在干热岩研究和开发方面已经花费 5 亿多美元，并且许多国家已经探索并建成 干热岩发电示范站。目前我国在干热岩深层地热发电研究和示范上仍属空白。 （6）海洋能 在海洋能利用技术中，潮汐能利用技术最为成熟，已走向商业化阶段，形成 了产业，波浪能利用装置除了小型 10w 航标灯用波浪能装置有小批量生产外， 其它大型装置都还处在示范阶段，潮流能和温差能利用装置处在示范阶段。 国外商业化运行的潮汐能电站如表 1 所示，我国商业化运行的潮汐能电站 如表 2 所示。 表 1 世界主要潮汐电站概况 国家站址 年平均 潮差(m) 装机容量 (104kw) 年发电量 (108kwh) 建成时间开发方式 法国朗斯8.51245.441966单库双向 前苏联基斯洛 2.30.040.0231968 单库双向 加拿大安纳波利斯6.41.980.51984单库单向 韩国始娃湖 5.625.45.5272009 单库单向 表 2 我国目前正在运行的潮汐电站 10 站名江厦海山白沙口 所在地浙江温岭浙江玉环山东乳山 现有 3900250640装机容量 （kw）设计3000150960 平均潮差（m）5.084.912.36 水库面积（亩） 20554800 投产年月 1980.51975.121978.8 由于一次性投资大和发电成本高、泥沙淤积问题以及对沿海各国鱼类和鸟 类栖息地等特殊生态环境的影响问题，20 世纪 80 年代以来国内外潮汐电站发展 缓慢。 2.2.2 技术发展现状技术发展现状 （1）风电 目前欧洲仍处于风电技术的领先地位。单机容量 5mw 陆上风电机组开始使 用，直驱式风电机组批量使用，半直驱式风电机组也开始投放市场，海上风电从 技术探索阶段逐步转入规模化发展阶段。欧洲陆上风电以分散布置为主，技术已 相对成熟，下一代更先进的风电技术研发已经开展，如高精度的风资源分析计算 模型、多维风况监测系统、1020mw 风电机组研制等，其中部分前期研究项目 如风况分析和 12mw 风电机组基础设计工具开发已经完成或接近完成。 欧洲在风电技术的基础研究和工程实践领域有长期积累和持续投入，知识 型产品如风况分析工具、机组设计工具和工程咨询服务具有明显竞争优势。 我国风电技术快速发展。在科技部“十一五”科技计划的引领下，国内企业通 过自主研发、技术引进消化吸收、与国外联合设计、委托设计等方式，在较短时 间内掌握了国际上主流风电机组的制造技术和一定的自主知识产权。有关科研 单位和企业结合我国国情，初步开发了抗台风、耐低温、抗风沙、抗盐雾等技术， 机组性能已达到和接近国际水平，风电机组成本大大降低，具有一定市场竞争优 11 势。由于技术研发的推动，国内科研条件和科研队伍建设取得进展，已经能够解 决风电技术中的一些关键问题，如风电机组的重要部件生产、整机设计、气动设 计优化、风资源分析的 cfd 计算模型研究、风电场出力的短期预测等，成为技术 进步和设备制造的坚强支撑。 风电科技的进步促进了风电设备制造业的快速发展，与进口品牌形成强有 力的竞争。国产 1.5mw 机组已逐步取代进口成为国内主流机型，并开始有少量 出口；采用先进技术的直驱型永磁风电机组已批量进入市场； 2.0mw、2.3mw、2.5mw、3.0mw 机组已有样机，或小批量生产；3.6mw、5.0mw 等更大容量机组的技术正在科技部的支持下进行研发；引人注目的半直驱永磁技 术、超集成化设计技术、液力变速技术也受到国内企业和研发机构的密切关注， 有些已经列入企业研发计划。2006 年我国大陆地区新增风电装机容量中，内资与 合资企业产品占 44.9%，外资企业产品占 55.1%，2008 年我国大陆地区新增风电 装机容量中，内资与合资企业产品占 75.6%，外资企业产品占 24.4%，国产设备 占压倒优势，风电产业成为我国制造工业中发展最快的领域之一。 （2）太阳能光伏 在太阳电池技术方向，现阶段研发活动仍以晶硅太阳电池为主，薄膜太阳电 池研究逐渐成为一个重要发展方向。 1）晶体硅太阳电池。晶体硅电池研究方向为提高效率和降低成本，通过将各 种实验室的高效电池技术移植到产业界，以提高产业化的晶体硅太阳电池效率。 国际工业界通过采用丝网印刷法制备选择性发射电极技术，商业化单晶硅太阳 电池平均转化效率已达到 18%；目前正在发展激光制备选择性发射电极技术、全 背结太阳电池、非晶硅/晶体硅异质结（hit）太阳电池和金属绝缘层半导体（mis） 电池，可将商业化晶体硅太阳电池平均转化效率提高到 20%以上。 2）薄膜太阳电池。国际上，已达到或接近实用的薄膜太阳电池有硅基薄膜太 阳电池、碲化镉（cdte）薄膜电池和铜铟镓硒（cigs）薄膜电池。商业化非晶硅薄 膜电池稳定效率，基本在 5-7%之间。非晶硅/微晶硅叠层太阳电池使硅薄膜电池 效率和稳定性均得到较大改善，被国际上公认为硅基薄膜电池的下一代技术。日 本三菱和夏普公司实现了非晶硅/微晶硅叠层太阳电池 30 兆瓦以上的规模化生 产，稳定效率 8-9%。cdte 电池组件国际领先水平为面积 120cm60cm，稳定效 12 率 10.9%，单条生产线规模达到 50mw/年。cigs 电池具有高转换效率、光谱响 应范围宽等特点，目前德国 wuerth solar 等公司实现了 cigs 产业化，效率 11-13%。 瑞士洛桑高等工业学院 grtzel 教授发明的染料敏化太阳电池，2009 年实验室光 电转换效率超过 12%。有机基太阳电池、第三代太阳电池、多阈值器件、热载流 子电池等均处于基础研发或理论研究阶段。 在光伏应用技术方向，现阶段主要围绕着光伏规模化应用，重点展开系统设 计与运行研究及核心设备研制，同时对大规模储能技术、光伏发电规模化直接利 用技术和光伏的环境影响等问题进行探索研究。 1）大型并网光伏电站。2008 年底 200kw 以上大型并网光伏电站已达到 1900 余座，其中 10mw 以上光伏电站有 44 座，容量最大的是西班牙 60mw 光伏电站， 绝大部分建成于 2007-2008 年，并且不久将建成百兆瓦级并网光伏电站。大功率 光伏并网逆变器容量最高达到 1.25mw，1mw 以下并网光伏逆变器已形成系列 化产品。平板式非聚光自动跟踪系统已在大型光伏电站中大量使用，双轴跟踪系 统单机最大承载面积 200m2，可承载约 20kw 的多晶硅太阳电池组件。低倍反射 聚光系统、高倍反射聚光系统和高倍透镜聚光系统均已有样机，高倍透镜聚光系 统的聚光比最高达到 1200 倍，目前在美国、西班牙、澳大利亚等国家已建成小规 模示范电站。随着光伏电站容量不断增大，核心设备能级提升和新型设备研发仍 是该方向研究重点，大型及超大型光伏电站的优化设计、功率预测、数据采集与 远程监控、输变电技术、电网储能和环境影响等研究也已经逐渐展开。 2）规模化建筑光伏发电系统。并网光伏发电与建筑结合的研究主要是美国、 日本和欧洲发达国家。上世纪 90 年代末德国、日本和美国相继推出光伏屋顶计 划，推动了光伏与建筑结合的研究。1998 年德国政府提出 10 万光伏屋顶计划， 同时研究开发与建筑现结合的专用光伏组件和控制逆变器。1997 年日本政府 出台“七万屋顶计划”，并研发了太阳电池组件制成的瓦和玻璃等建筑材料，使得 太阳电池很容易被安装在建筑物上。1997 年美国实施“百万太阳能屋顶计划”，推 动了新型光伏玻璃和墙体等建筑材料、光伏屋顶模块、以及光伏调峰电力模块等 研究进展。与建筑结合的光伏系统直接安装在负荷中心，发电高峰与用电高峰的 匹配特性好，电能利用效率高，而且不受电网送出能力的限制，是国际上优先发 展的光伏应用方向。 13 3）光伏微网系统。光伏规模化应用的关键问题是光伏功率占电网总装机容 量水平较高时的电网稳定性，光伏微网系统中光伏容量可占到电网总装机容量 30%以上，电网稳定性问题非常突出。上世纪90年代以来，美国、欧洲、日本等发 达国家开始光伏微网理论和技术研究，2006年iea部署了针对光伏微网的pvps task11研究任务，日本、意大利和希腊等国家已建成百千瓦级光伏微网实验系统。 双向变流器是实现储能装置能量双向流动的关键设备，德国sma公司和加拿大 xantrex公司均已推出几千瓦到几十个千瓦的系列产品。sma与iset正在联合研 究具有同步发电机输出特性的新型光伏逆变设备，这将是下一代光伏微网关键 设备。光伏微网能量管理还处于研究阶段，重点集中在微网组成结构、电压和频 率控制及优化管理、分布式电源效率优化、能量管理软件技术等。国际上光伏微 网技术尚处于起步阶段，相关研究不仅对光伏发电大规模接入电网运行具有指 导意义，并且为边远地区提供了一种利用太阳能发电解决可持续供电的新模式。 太阳能光伏方面，世界光伏技术难点主要有晶体硅太阳电池薄片化及效率 的持续提高、薄膜太阳电池效率与稳定性的提高、高效太阳电池规模化量产、高 效低成本新型太阳电池的产业化技术实现，光伏规模化应用技术尚未掌握。 在太阳电池技术方向，晶体硅太阳电池和薄膜太阳电池产业化将是我国太 阳电池的研究重点。 1）晶体硅太阳电池。我国晶体硅太阳电池产业化研究近年来取得较大进展。 国内企业已经将丝网印刷法制备选择性发射电极技术应用于大规模量产，单晶 硅电池平均转化效率达到 18%。国内自主研制了冥王星技术，利用激光掺杂技术 制备选择性掺杂电池，使单晶硅太阳电池的平均转化效率达到 18.5%-19%，多晶 硅太阳电池的转化效率超过 17.5%，大大降低了晶体硅太阳电池的成本。但在背 接触电池、基于 n 型基底的 hit 电池等高效电池（商业化效率超过 20%）方面还 属于空白。 2）薄膜太阳电池。我国主要实现了非晶硅薄膜太阳电池的产业化，非晶硅/微 晶硅叠层电池、cdte、cigs 和染料敏化太阳电池的产业化研究取得一定进展。 国内硅薄膜电池生产线总计 20 余家，国产化的非晶硅电池生产线均为单室沉积 技术，国外引进技术中除美国 epv 低档生产非晶硅电池技术实现国产化外，高 档的生产线及其工艺技术全部依靠进口。我国新型非晶硅/微晶硅叠层电池效率 14 达到 11.8%，并研发成功非晶硅/微晶硅叠层电池中试生产设备，0.79m2 电池组 件初始效率 8.12%。我国 cdte 电池组件水平为面积 30cm40cm，效率 8.25%， 单线生产规模 0.3mw/年，计划三年内建成 2-5mw cdte 电池生产线。我国已研 制出 2936cm2 面积的 cigs 电池组件，光电转换效率达到 7.0%，与国际同行研 究水平相当。我国染料敏化太阳电池研制取得一定进展，自主研发染料 c101 的 光电转换效率达到 11%，离子液态电解质电池效率达到 8.2%，并建成 500 瓦染 料敏化太阳电池示范系统。 在光伏应用技术方向，结合我国大型光伏发电工程需求，未来 3-5 年内将重 点展开百兆瓦大型并网光伏电站、十兆瓦级光伏微网系统和建筑景观结合光伏 发电系统的设计、运行、安全及其它相关问题研究。 1）大型并网光伏电站。2008 年底，国内建成的高压电网集中并网电站总容量 仅 0.6mw，但 2009 年开建的 10mw 大型光伏电站就有数座，我国大型并网光伏 电站设计与运行技术亟待研究。我国已研制出 500-1000kw 光伏并网逆变器， 150kw 以下光伏并网逆变器已有系列化产品。我国已研制出平板式非聚光自动 跟踪系统，双轴跟踪系统单机容量达到 10kw，水平单轴跟踪系统单机容量达到 50kw，接近国际同类设备先进水平。国内聚光式光伏系统研究才刚刚开始，国产 化高倍透镜聚光系统的聚光比达到 400 倍。为满足我国大型光伏电站工程需求， 当前迫切需要研制大功率光伏发电与并网设备，继续提升能级和改进质量，并开 展大型及超大型并网光伏电站优化设计、光伏电站综合自动化、与电网的联合调 度及保护技术等研究。 2）规模化建筑光伏发电系统。2008 年底，我国已建成浙江义乌商贸城 1.3mw 并网光伏系统、深圳园博园 1mw 并网光伏系统、上海崇明岛 1mw 并网 光伏系统等数座 mw 级与建筑景观结合的光伏系统，2009 年“光电建筑”和“金太 阳示范工程”相继启动，又有多座光伏建筑系统建成，江苏盐城 3mw 电站是目前 国内最大的光伏建筑系统。适用于建筑结合光伏系统的光伏并网逆变器已经比 较成熟，部分产品出口国外。根据国家发改委发布的可再生能源中长期发展规 划，2020 年与建筑结合的并网光伏系统将达到 1000mw。为满足光伏发电及建 筑特性要求，当前迫切需要研究光伏建筑一体化技术、多套光伏系统集中并入同 一配电网时的电能质量、安全性和控制方式，光伏建材与建筑构件、建筑光伏发 15 电方式、分布式光伏发电系统管理模式、建筑光伏电性能和安全性及其它相关技 术。 3）光伏微网系统。我国光伏微网技术研究尚处于起步阶段，2008 年日本 nedo 在杭州电子科技大学建成国内第一个光伏微网实验研究系统，光伏容量 占电网总装机容量比例达 50%，但我国并不掌握其核心技术。我国青海玉树、西 藏阿里将在 2-3 年内分别建设 2mw 光伏微网系统和 10mw 光伏微网系统，目 前已经完成光伏与水电互补的微网系统结构、电网稳定控制、自同步发电机特性 的光伏逆变技术、储能系统控制、以及能量管理与运行模式等基础理论研究，并 研制出 10kva 自同步电压源光伏逆变器样机和 5kw 蓄电池充电控制器样机，与 国际先进技术水平差距较小。当前迫切需要研制百千瓦级以上的自同步电压源 光伏逆变器和蓄电池充电控制器，研究光伏微网系统的优化设计、稳定机理与稳 控策略、能量管理系统及其它相关技术，自主建设光伏微网实验研究系统。 （3）太阳能光热 国外目前在塔式技术发展高温集热方向发展。如法国国家电力公司和法兰 西科学院 cnrs 的空气电站，德国宇航 dlr 的 jlich 的空气电站，美国的 solar reserve 公司的熔融盐电站，西班牙 solar tres 电站等。国外目前集成的电站中美 国 esolar 和 bright source 达到塔式电站容量 400-1000mw，蒸汽参数已经达到 超高压。这些大型电站均采用多塔模块式聚光和吸热技术。在槽式方面仍基本维 持目前的 350-400c 的参数和效率，一些新的高温技术如直接产生蒸汽技术 （dsg），熔融盐管内换热等仍处于试验阶段。 在储热方面向长时间，24 小时不间断发电方向发展。比较有代表性的西班 牙 2009 年建成的 100mw 的 andasol-1 和 andasol-2 电站储热已达到 7.5 小时。 美国 solar reserve 和西班牙 sener 电站设计的储热时间为 16 小时，日发电时数 可达 24 小时。 在我国，通过“十五”和“十一五” ，我国科研工作者和企业对高风载高精 度定日镜、高温塔式吸热器技术、高温储热技术、电站控制技术、塔式发电系统 设计和集成，槽式真空管制造工艺，槽式聚光器集成技术等一批太阳能热发电的 关键技术进行了研究。并形成了从基本材料、主机设备和系统设计集成的产业链。 目前“十一五”863 支持的 1mw 电站正在施工阶段。 16 槽式的核心技术方面，清华大学利用不匹配封接技术试制了 2m 长耐 450c 高温的直通式真空管。中国科学院电工研究所及皇明太阳能集团联合完成了 4m 长，耐 450c 高温的直通式真空管，并建立了生产线。 系统及其它相关技术，自主建设光伏微网实验研究系统。 （4）生物质能 目前生物质直燃技术从技术层面上可以分成两个层面：针对低碱的生物质燃 料的直燃技术和对于高碱生物质燃料的直燃技术。针对低碱的生物质燃料的直 燃技术只需要考虑生物质特殊的物理和燃烧特性，但不需考虑燃料中无机杂质 引发的燃烧侧问题，技术难度相对较低。我国生物质的主体是农作物秸秆，属于 高碱生物质燃料，从国情出发，我国更为关注针对高碱生物质燃烧利用的秸秆直 燃技术。但是秸秆燃烧技术具有相当的技术难度，从全球范围看，目前的技术代 表仅有丹麦的秸秆水冷振动炉排炉直接燃烧技术。我国现有生物质直燃技术主 要有引进技术、引进技术消化改进技术和国内自主开发技术三类。在引进技术方 面，引进的主要是丹麦 bwe 的水冷振动炉排秸秆直燃技术，以国能生物为代表 的国内企业在其下属的数十座生物质电厂引进了该技术。在秸秆直燃技术的引 进改进方面，主要指以丹麦技术为基础结合各锅炉生产厂家对秸秆燃烧过程的 理解开发的国产炉排秸秆锅炉技术，由于价格低廉目前在国内市场也有一定的 占有率。但是在性能和给料、炉排结构和排渣等方面不如国外的机组稳定，在一 定程度上影响机组的正常运行。除了上述基于炉排炉模式的生物质燃烧技术，国 内还有一类全新开发的秸秆燃烧技术，其主要的代表是基于循环流化床的秸秆 燃烧技术，国内浙江大学等相关研发单位在对秸秆燃烧特性和碱金属问题进行 了较深入研究的基础上，提出了创新的燃烧组织思路和特殊设计的秸秆流化床 直燃技术路线，有望在各方面赶超国外同类进口技术。 生物质热化学转化为液体燃料技术与生物技术比较，它有高效率、低成本和 易于大规模生产的优点，但还未实现产业化，快速热解液化和生物质气化合成液 体燃料已达到工业示范阶段。 生物柴油技术从原料供应来看，国外都是利用各国的特殊油脂资源如大豆、 菜籽、棕榈油脂等，并形成规模化标准化油脂种植和加工企业。目前，我国生物 柴油生产原料主要为餐饮废油或榨油脚，原料的品质和稳定供应存在不足。从生 17 物柴油生产技术来看，国内外基本上采用传统的化学液体酸/碱法，存在原料的损 失、转化率较低、能耗和成本高、环境污染等问题。原料问题和清洁技术生产问 题都制约着生物柴油产业的健康发展。无论从技术层面还是从资源、环境层面， 生物柴油的成本和清洁化生产是需要解决和突破的关键问题，突破原料瓶颈，实 现生物柴油产品的经济、高效、高值、清洁生产。 （5）地热能 地热能技术是发展地热能的关键，从国内外的技术现状来看，美国、日本、 欧盟等国家处于地热能技术的领先地位，这些国家已掌握了一些地热能利用的 关键技术。我国从 70 年代起，技术也有了很大的发展。 浅层地热能直接利用方面。地源热泵技术最早始于英、美两个国家。目前欧 洲、美国、丹麦、瑞典、瑞士等国已把地源热泵技术推广到了大量的实际工程项 目中，例如在瑞士新建住房中，每 4 幢就有 12 幢装有地源热泵系统。目前国内 对地源热泵技术进行了大量的研究并进行了实际工程推广，哈尔滨工业大学、天 津大学、华北电力大学、华中理工大学等高校和中国建筑科学研究院等科研机构 均对地热热泵系统进行了研究，近 10 年来我国已建成了两千多项地源热泵系统 工程，就北京市来说，利用地源热泵系统作为冷、热源的集中采暖、制冷系统，每 年以 15%20%的速度增长，目前采暖、制冷的建筑面积已超过 500 万 m2。太阳 能-地源热泵组合系统最早由 penrod 于 1956 年提出，并设计了太阳能-土壤复合 式地源热泵系统，提出了用于计算热泵组合系统各参数的复杂理论。近年来在欧 美等国家和地区，科研工作者已经开展了大量的实验研究和理论研究，并得到了 大量有价值的结论，使太阳能-地源热泵组合系统的研究不断深入。目前国内对 太阳能-地源热泵组合系统也进行了大量的研究并建成了多个示范系统。跨季蓄 热系统在欧洲、美国等国尚处科学研究和工程示范阶段，这一技术发展的瓶颈在 于初投资较大，现已建成的示范工程主要由政府投资建设，从技术角度来讲，需 要改进并提出新的跨季节蓄热装置以提高蓄热效率、降低建造成成本。目前国内 在太阳能跨季蓄热系统的研究仍处于初步阶段，许多相关还处于实验室研究阶 段。 浅层地热能发电方面。在地热能发电方面，美国、日本、欧盟等国家处于领 先地位。美国的 utc（号称发电效率已达到 12%），匈牙利的 omit 等公司的产 18 品，最小机组的装机容量达 280kw，并已占领国际市场。由于制约中低温地热发 电技术的因素较多，如：发电效率低、并网问题、经济效益等，造成了我国在该项 技术上发展速度较慢，已经开展了相关技术的研究，多数只限于试验阶段，距离 工程应用还有很大的差距。虽然我国早在上个世纪 70 年代就已经开始研究中低 温发电技术，如双循环发电技术，闪蒸法等，到“十一五”阶段，科技部大力支 持开发我国具有自主知识产权的地热发电的创新技术。但据了解，不同课题的研 究阶段基本上处于试验阶段，样机规模不超过 10kw。开发技术基本上有机 rankine 循环、螺杆机和卡林那循环模式。可喜的是我国于 2008 年 9 月在羊八井 地热电厂利用发电排放的 80废热水，新安装了 1mw 螺杆膨胀动力机组的发 电，并进行了动态调试，开始向中低温发电冲击。 干热岩深层地热发电方面。1972 年，美国在新墨西哥州北部打了两眼约 4000 米的深斜井，从一眼井中将冷水注入到干热岩体，从另一眼井取出自岩体加 热产生的蒸汽，功率达 2300 kw，标志着干热岩的开发利用进入试验阶段。此后， 这种技术引起了世界各国的关注，一些经济发达、能源消耗量大的国家，例如美 国、欧洲、日本、澳大利亚等国竞相开展干热岩发电技术的研发工作。自从 1970 年以来，日本也一直有计划、系统地研发干热岩发电技术，大大地推动了国际干 热岩发电技术的进程。目前，日本主要有四个项目，其中三个项目试验正在进行 之中，其他国家，特别是欧共体成员国，在干热岩地热能发电方面都有积极的行 动。日本、德国、法国、意大利、瑞士、瑞典等国已基本掌握增强型地热系统若干 关键技术。但我国目前还没有干热岩发电技术。 （6）海洋能 海洋能利用的主要障碍在于发电成本偏高和某些未能解决的环境问题。发 电成本偏高主要是由于造价高、运行成本高、发电量少造成，而进一步的分析表 明，造价高的主要原因是下列问题之一或全部，即： 未形成批量生产 存在着特殊的海洋工程问题：如特殊的、小范围施工；某些难以实施的投放、 安装、维护；未能解决的锈蚀、海生物附着等 性价比未达到最优 19 运行成本高的主要原因是可靠性差，导致故障频繁，而在海洋环境维修成本 巨大，导致运行成本高。目前在海洋能中，潮汐能技术成熟，具有较好的可靠性， 且位于岸边，维护相对容易，运行成本较低，而波浪能和海流能技术尚未成熟， 又位于海中，维护时需要动用工程船拖拽回维修厂，维修成本十分巨大。 发电量少的原因是可靠性差和效率低。由于故障频繁，导致运行时间减少； 又因为故障常常发生于能流较大的时刻，故可靠性差严重减少发电量。不言而喻， 效率低也会降低发电量。 而造成造价高的原因之一的未形成批量生产，除了存在着特殊海洋工程问 题外，在很大程度上还是因为技术还未成熟，存在着效率低和可靠性差等问题所 致。 2.2.3 存在的问题与差距存在的问题与差距 （1）风电 风电产业在快速发展的同时，也面临一系列亟待解决的技术问题。和国际先 进技术相比，国内的差距主要体现在： 风资源分析方面，风资源分析是全部风电技术的基础与核心，国内在某些基 础技术关键点上达到了国际先进水平，但在针对我国气候和地理特点的风况研 究、风资源数据库与全局性风况图谱建设、自主的风资源分析及风电场设计软件 系统开发方面差距明显，风电场设计技术严重依赖国外软件产品。 风电场电能质量管理、出力预测与并网方面，国内的研发正在开展，但尚未 形成先进的风电场测控系统和中短期出力预测系统，电网吸纳风电的技术水平 落后于国外。 风电机组整机制造方面，国内主流机型以引进国外技术为主，和国外技术水 平接近但仍有一定差距。根本的问题在于我国还没有开发风电机组设计工具软 件系统，特别是依据我国风况条件进行自主设计、研发新型风电机组的能力严重 不足。同时，从国外的经验来看，风电机组自主研发能力的形成，必须依靠国家 的先期科技投入。 风电机组关键部件方面，兆瓦级以上风电机组配套的轴承、变流器、变桨器、 控制器国内处于试制阶段，仍主要依赖进口国外产品。重要部件如齿轮箱、发电 20 机的可靠性指标落后，叶片设计依赖国外 。 海上风电方面，国内刚刚起步，国外处于初始经验积累阶段，国内外开发环 境差异较大。特别是在海上风资源以及水文、地质资源研究，海上风电机组技术 开发，潮间带（近海）风电场施工、运行维护技术，海上风电送出技术等方面，迫 切需要研发支持。 可见，我国的风电产品在技术含量和产品质量方面尚未形成良好的国际竞 争力。依靠低劳动力成本形成的产品竞争优势无法持续支撑产业健康发展，风电 技术创新能力的形成已成为产业发展的核心需求。 （2）太阳能光伏 太阳能光伏方面，我国各技术领域与国际先进水平的差距及问题主要有： 1）晶体硅太阳电池方面，国内商业化晶体硅太阳电池产品转换效率仍有较 大提升空间，仍需发展薄片化、丝网印刷等新技术来降低产品制备能耗和成本， 在多晶硅锭/硅棒、直拉单晶硅、硅片、太阳电池及光伏组件整个产业链条的高端 生产设备主要依赖进口，生产过程需要注重副产品回收利用技术研究。国内外晶 体硅太阳电池仍是太阳电池的主流类型，该方面研究将提高我国晶体硅太阳电 池产业核心竞争力，并且直接缓解或解决晶体硅太阳电池生产过程的节能降耗、 污染物排放问题。 2）薄膜太阳电池方面，国内薄膜太阳电池尚处于产业化初期，硅薄膜电池生 产线仅有 20 余家，cdte 电池、cigs 电池和染料敏化太阳电池尚未建立大型生 产线，产业化程度与技术水平落后于国际先进水平。将实验室先进技术转为规模 化生产力是我国发展薄膜太阳电池的首要任务，一方面尚需研究商业化薄膜太 阳电池核心技术，不断提高转换效率和稳定性，另一方面需要消化吸收国外引进 技术，实现高档生产线及工艺技术的国产化。国内薄膜太阳电池产业化技术与国 际先进水平尚有一定差距，该方面研究对推动我国薄膜太阳电池产业规模化发 展至