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风电开发利用的成本也在不断降低,发展风电对

2019-12-21 21:29

《规划》从风电发展的国内外基础和形势入手,明确风电发展的目标和建设布局。明确包括风电消纳、开发利用水平、管理体系建设等在内的七个重点任务。多角度全方位的助推我国风电产业发展。那么我国积极开发风电的原因和基础是什么?风电产业是否具有广阔的前景呢? “宝藏”:丰富的风能蕴藏量 随着社会科学的进步,人类活动对于地球的影响也越来越大。风电作为一种将风的动能转化为电能的清洁可再生能源,越来越被世界各国所重视。 中国地大物博幅员辽阔,风能资源更是蕴藏丰富。有数据显示,我国可开发利用的风能储量约10亿KW,这其中,海上风能资源占绝大多数。庞大的风能蕴藏量和辽阔的海域,给我国风电开发留下的极大的“发挥余地”。 “威胁”:解决尖锐的环境问题刻不容缓 日前,以京津冀为核心打响的“雾霾之战”,想必仍令大家心有余悸。除了季节气候等自然原因之外,燃煤和机动车排放是雾霾形成的罪魁祸首。在这种情况下,促进能源结构转型,加快推动风能等清洁可再生能源产业发展成为缓解雾霾等环境问题的“出口”。 与此同时,随着全球范围内风电开发利用技术的不断进步和应用规模的持续扩大,风电开发利用的成本也在不断降低。数据显示,风电的开发成本在过去五年下降了约30%,在巴西、南非等地,风电的招标电价已经低于当地传统化石能源上网电价。成本的降低,为全球风电开发提供极大的优势。 “武器”:我国风电产业技术水平显着提升 “十二五”期间,我国风电新增装机容量连续五年全球领先,在电源机构中的比重也在逐年提高。中东部和南方地区的风电开发建设也取得了积极成效。截止2015年底,全国风电并网装机达到1.29亿千瓦,占总发电量的3.3%。 与此同时,我国风电全产业链基本实现国产化,产业集中度不断提高,更有多家企业跻身全球前十名。风电设备的技术水平和可靠性不断提高,基本达到世界先进水平,为我国风电能源开发利用提供了可靠的技术支持。 “挑战”:制度完善不够,制约因素仍在 与传统化石能源电力想比,风电的发电成本仍旧较高,对于补贴需求和政策的依赖性较强,行业发展不够稳定,受政策影响变动较大。在化石能源占据我国能源市场主体的现在,风电等清洁能源的环境效益优势无法得到体现。 “重建设、轻利用”和对优先发展可再生能源的政策落实不到位等问题仍是我国多个地区存在主要问题。同时,风电产业设备质量管理体系不完善,产业优胜劣汰机智尚未建立等现状也制约着我国风电能源的发展。 小编总结: 综合我国国情,发展风电等清洁能源已经成为当下不可逆的历史趋势。作为目前应用规模最大的新能源发电方式,发展风电已成为许多国家推进能源转型的核心内容和应对气候变化的重要途径。我国作为世界上最大的发展中国家,能源需求和消耗量十分可观。发展风电对于我国转变能源结构,改善环境质量有着举足轻重的重要作用。可以预见,随着社会的发展,作为清洁能源的风电,市场前景必然十分广阔。

近日,为实现2020年和2030年非化石能源分别占一次能源消费比重15%和20%的目标,国家能源局正式印发《风电发展“十三五”规划》。该规划旨在促进我国风电产业健康发展,为我国建立清洁低碳、安全高效能源体系提速,是“十三五”时期我国风电发展的重要指南。 《规划》从风电发展的国内外基础和形势入手,明确风电发展的目标和建设布局。明确包括风电消纳、开发利用水平、管理体系建设等在内的七个重点任务。多角度全方位的助推我国风电产业发展。那么我国积极开发风电的原因和基础是什么?风电产业是否具有广阔的前景呢? “宝藏”:丰富的风能蕴藏量 随着社会科学的进步,人类活动对于地球的影响也越来越大。风电作为一种将风的动能转化为电能的清洁可再生能源,越来越被世界各国所重视。 中国地大物博幅员辽阔,风能资源更是蕴藏丰富。有数据显示,我国可开发利用的风能储量约10亿KW,这其中,海上风能资源占绝大多数。庞大的风能蕴藏量和辽阔的海域,给我国风电开发留下的极大的“发挥余地”。 “威胁”:解决尖锐的环境问题刻不容缓 日前,以京津冀为核心打响的“雾霾之战”,想必仍令大家心有余悸。除了季节气候等自然原因之外,燃煤和机动车排放是雾霾形成的罪魁祸首。在这种情况下,促进能源结构转型,加快推动风能等清洁可再生能源产业发展成为缓解雾霾等环境问题的“出口”。 与此同时,随着全球范围内风电开发利用技术的不断进步和应用规模的持续扩大,风电开发利用的成本也在不断降低。数据显示,风电的开发成本在过去五年下降了约30%,在巴西、南非等地,风电的招标电价已经低于当地传统化石能源上网电价。成本的降低,为全球风电开发提供极大的优势。 “武器”:我国风电产业技术水平显着提升 “十二五”期间,我国风电新增装机容量连续五年全球领先,在电源机构中的比重也在逐年提高。中东部和南方地区的风电开发建设也取得了积极成效。截止2015年底,全国风电并网装机达到1.29亿千瓦,占总发电量的3.3%。 与此同时,我国风电全产业链基本实现国产化,产业集中度不断提高,更有多家企业跻身全球前十名。风电设备的技术水平和可靠性不断提高,基本达到世界先进水平,为我国风电能源开发利用提供了可靠的技术支持。 “挑战”:制度完善不够,制约因素仍在 与传统化石能源电力想比,风电的发电成本仍旧较高,对于补贴需求和政策的依赖性较强,行业发展不够稳定,受政策影响变动较大。在化石能源占据我国能源市场主体的现在,风电等清洁能源的环境效益优势无法得到体现。 “重建设、轻利用”和对优先发展可再生能源的政策落实不到位等问题仍是我国多个地区存在主要问题。同时,风电产业设备质量管理体系不完善,产业优胜劣汰机智尚未建立等现状也制约着我国风电能源的发展。 小编总结: 综合我国国情,发展风电等清洁能源已经成为当下不可逆的历史趋势。作为目前应用规模最大的新能源发电方式,发展风电已成为许多国家推进能源转型的核心内容和应对气候变化的重要途径。我国作为世界上最大的发展中国家,能源需求和消耗量十分可观。发展风电对于我国转变能源结构,改善环境质量有着举足轻重的重要作用。可以预见,随着社会的发展,作为清洁能源的风电,市场前景必然十分广阔。

发展可再生能源是全球能源革命和绿色低碳发展的必然要求

中国网/中国发展门户网讯 进入 21 世纪以来,全球人口、经济持续增长,世界能源需求增长强劲,油气资源竞争激烈,生态环境压力增大,全球气候变化倍受关注;绿色低碳、可持续发展成为人类文明持续繁荣的科学理性选择。人类已经进入了知识网络时代,作为人类现代文明基石与动力的能源也正面临新的变革。能源领域具有投资大、周期长、关联多、惯性强的发展规律。能源既是经济资源,更是政治资源和战略资源,能源安全的问题受到国家高度重视。

能源革命的本质是主体能源的更替或其开发利用方式的根本性改变。当前,世界能源格局深刻变化,新一轮能源革命和转型发展正在蓬勃兴起,加快开发利用可再生能源已成为世界各国的普遍共识和一致行动。

未来二三十年,将是能源生产消费方式和能源结构调整变革的关键时期。人们将致力于构建绿色低碳、高效智能、多样共享的可持续能源体系。风力和太阳能等可再生能源将快速增长,从而形成天然气、石油、煤炭、核能、可再生能源为五大支柱的能源新格局。

发展可再生能源是全面落实《巴黎协定》的新要求。11月4日,备受国际社会关注的《巴黎协定》正式生效。《巴黎协定》的签署与实施对全球能源系统变革具有重大历史意义,各国同意快速减排,并使全球碳排放尽快达到峰值。《巴黎协定》代表了人类应对全球气候变化挑战和推动能源转型发展一个新的里程碑。发展可再生能源正是落实《巴黎协定》、实现能源绿色低碳转型的关键措施。在签署《巴黎协定》的国家中,90%以上都制定了可再生能源目标,国际社会前所未有的重视可再生能源,将推动可再生能源进入全面发展的新时代。近期,有国家新当选的领导人提出要退出《巴黎协定》,这改变不了全球应对气候变化挑战和推动能源革命的发展潮流和坚定决心,中国政府将会按照承诺坚定支持并积极落实《巴黎协定》各项要求。

我国地域广阔,太阳能和风能资源十分丰富且分布广泛,总量足以满足我国社会生产生活等需求。经过几十年的发展,目前太阳能光伏发电、风力发电技术已趋于成熟,成本快速下降。在可预见的将来,太阳能光伏发电和风力发电的技术和经济性都将达到与常规能源相当的水平,推动能源变革与转型的发展。

发展可再生能源已成为全球能源发展的重要方向。全球能源消费总量已从1965年的54亿吨标煤,增加到2015年的188亿吨标煤。如果人类继续敞开口子消耗化石能源,至少需要3个地球。过去50年,全球能源消费结构从黑色高碳向绿色低碳持续转变,清洁低碳能源占比持续上升。2015年,全球可再生能源消费占比已上升到10%,煤炭消费占比已降到30%以下。特别是2015年,全球可再生能源发电新增装机容量首次超过常规能源发电装机容量,表明了全球电力系统建设正在发生结构性的转变,可再生能源已成为能源生产和消费结构的重要组成部分。

太阳能和风能资源丰富,是未来可以信赖的能源

发展可再生能源是世界各国推动能源转型的战略选择。许多国家都将可再生能源作为新一代能源技术的战略制高点和经济发展的重要领域,先后投入大量资金支持可再生能源技术研发和产业发展,可再生能源已成为国际竞争的新领域,是许多国家新一代制造技术的代表性产业。特别是欧盟、美国、日本等发达国家均把发展可再生能源作为温室气体减排和推动能源转型的重要措施,提出了较为明确的战略目标。

我国太阳能资源概况

发展可再生能源是实现我国庄严承诺的必然要求。长期以来,化石能源大规模开采使用,造成了地面塌陷、地下水破坏等严重生态损害,导致了雾霾频发等环境问题。

我国太阳能资源丰富,达到我国陆地表面的太阳辐射的功率约为 1.68×103TW,水平面平均辐照度约为 175 W/m2,高于全球平均水平。而且,太阳辐射资源分布广泛,总体呈“西部高原大于中东部丘陵和平原、西部干燥区大于东部湿润区”的分布特点。根据年太阳总辐射量可划分为最丰富、很丰富、丰富和一般 4 个等级。

特别是全社会和广大人民群众都非常关注雾霾的治理,期盼有一个优良的生态环境。

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我国政府已经向国际社会承诺非化石能源消费占比在2020年达到15%、2030年达到20%的目标。“十三五”时期是我国建设生态文明、推动能源革命的重要攻坚期,也是完成非化石能源消费目标的重要转折期。发展可再生能源,正是中国落实《巴黎协定》、实现非化石能源消费目标的必然要求,也是我国作为一个负责任大国的主动作为。

2018 年,我国陆地表面平均年水平面总辐照量约为 1 486.5 kWh/m2,固定式光伏发电年最佳斜面总辐照量约为 1 726.9 kWh/m2。

我国已成为全球可再生能源发展的领跑者

我国风能资源概况

近年来,在《可再生能源法》和相关政策的推动下,我国可再生能源取得了显着成就,用十年的时间走完了发达国家几十年走过的道路,已全面进入规模化发展的新阶段。

风能是由空气流动所产生的动能。根据国际上对风能资源技术开发量的评价指标,考虑了自然因素和政策因素的限制后,我国陆地 70 m 高度层年平均风功率密度达到 300 W/m2以上的风能资源技术可开发量为 2.6 TW,70 m 高度层年平均风功率密度达到 200 W/m2以上的风能资源技术可开发量为 3.6 TW。广阔的海面也同样蕴藏着丰富的风能,在离岸距离不超过 50 km 的近海海域内,我国沿海水深不超过 50 m 的海上风力发电实际可装机容量约为 500 GW。

一是可再生能源替代作用日趋明显。到2016年10月底,全国水电、风电、光伏发电并网装机分别为3.28亿千瓦、1.4亿千瓦、7500万千瓦,装机规模均位居全球首位。“十二五”时期,建成了溪洛渡、向家坝等特大型水电项目和哈密千万千瓦级风电基地、龙羊峡水光互补基地等标志性新能源项目。2015年我国可再生能源消费占比已达10.8%,可再生能源发电量占比已达25%,五年分别提高了2.6和7个百分点,可再生能源已进入大范围增量替代和区域性存量替代的发展阶段。2015年,我国可再生能源增量占世界40%以上,继续领跑全球,“可再生能源第一大国”正在成为我国新的名片。

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二是可再生能源装备水平快速增强。“十二五”期间,我们坚持技术创新与工程建设相结合,攻克了世界领先的300米级特高拱坝,自主制造了单机80万千瓦的混流式水轮发电机,掌握了500米级水头、35万千瓦级抽水蓄能成套设备制造技术。风电关键零部件已实现国产化,5~6兆瓦大型风电设备已经投入运行,特别是低风速技术取得突破性进展,广泛应用于中东部和南方地区。光伏电池技术创新能力大幅提升,不断刷新电池技术转换效率的世界纪录,多晶硅产量已占全球总产量的40%,光伏组件产量达到全球总产量的70%。

总体看,我国绝大多数地区均属于适宜太阳能利用的地区,其中太阳能很丰富区(年辐射总量达到 1 400 kWh/m2以上)大约占国土面积的 2/3。我国各地区陆地风能资源分布虽然不均衡,但是每个省级行政区都有较为丰富的可开发利用的风能资源。

三是可再生能源经济性显着提升。近年来,中国已建立完整的风电和光伏发电产业体系,新能源发电成本进一步下降,市场竞争力显着提升。一类资源区风电价格已从每千瓦时0.51元下降到0.47元,在解决限电后局部地区已具备平价上网的条件。光伏技术进步使“十二五”时期组件价格下降了60%。今年开始,我们推动实施的光伏领跑者行动计划,探索用市场配置资源并发现价格,有效促进了光伏发电上网电价的显着下降,最低电价已下降到每千瓦时0.5元左右。

太阳能发电和风力发电已经成为全球重要的清洁电力来源

四是可再生能源社会效益凸显。“十二五”时期,各类可再生能源发电新增投资2万亿元,已超过火电的1.12万亿元投资,占全部发电投资的61%,成为带动地方经济增长的重要推动力。2015年可再生能源年利用量相当于减排二氧化碳12亿吨,减排二氧化硫等污染物1800万吨,环境效益十分显着。可再生能源发展还有力带动相关产业发展,创造了大量的就业岗位,是实现脱贫攻坚的重要措施,到2015年可再生能源行业从业人数超过350万人。我国可再生能源在展现出良好发展前景的同时,还面临着一些挑战,制约着可再生能源产业的健康发展:一是可再生能源消纳责任不明晰,省间壁垒严重。二是弃风弃光弃水问题突出。前十个月全国弃风弃光弃水电量980亿千瓦时,这严重影响了可再生能源企业的效益和积极性。三是可再生能源补贴资金缺口较大。到2016年6月底,缺口已达550亿元。解决上述问题,还需要各级政府、电网企业、发电企业乃至全社会的共同努力。

大力发展可再生能源已经成为世界各国应对全球气候变化的一项重要战略举措。我国近年来在风力发电和太阳能发电开发利用方面取得了显著成效,在产业发展、技术创新等方面取得了突出成果。风电已成为我国第三大电源,而光伏电池及相关产业的发展规模已经占据全球前列。可再生能源正在逐步从零散、小规模的能源发展成为可部分替代化石燃料、缓解生态环境承载压力、实现大规模利用的重要能源形式。

坚定发展方向,推动可再生能源替代发展

世界范围内可再生能源发电量持续增长

虽然我国能源转型的矛盾日益突出,但是我们推动能源革命和绿色低碳发展的方向是明确的、是坚定的。2014年6月13日,习近平总书记在中央财经领导小组第六次会议上提出了能源发展“四个革命和一个合作”的战略思想,并指出要顺应时代能源发展大势,着力发展风能、太阳能、核电、天然气,尽可能提高新能源、可再生能源比重。水电要解决好生态环境、稳妥安置移民。风能、太阳能要抓好应用,发挥规模效应。

图 1 显示了 2010—2017 年全球可再生能源发电量占总发电量的增长情况。可以看到,截至 2017 年底,全世界可再生能源发电量已经占到全部发电量的 26.5%,其中水力发电的占比基本保持不变,而非水可再生能源发电量(主要是风力发电和光伏发电)已经从 2010 年的 3.3% 增长到了 2017 年的 10.1%。

今年11月17日,李克强总理在国家能源委员会会议上明确指出,能源生产既要优存量,推动煤炭清洁高效利用,也要拓增量,加快提升可再生能源比重,大力发展分布式能源,集中力量在可再生能源开发利用上取得突破,提升电网系统调节能力,增加新能源消纳能力。

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习近平总书记和李克强总理的重要讲话精神为我们做好能源行业管理提供了基本遵循,是今后发展可再生能源产业的行动指南。“十三五”期间,我们将以习近平总书记和李克强总理重要讲话精神为指导,以能源供给侧结构性改革为主线,转变可再生能源发展理念,更加注重高效利用和结构优化,更加依靠科技进步和体制机制创新,努力推动建设清洁低碳、安全高效的现代能源体系。鉴于此,我们将致力于以下几个方面工作:

图 1 2010—2017 年全球可再生能源发电量占总发电量比情况

一是加快提高可再生能源消费比重。“十三五”时期,我们将建立以可再生能源开发利用比重目标为导向的管理体系,按照国家2020年非化石能源消费15%的目标要求,科学确定各地区可再生能源消费比重指标和考核体系,分年度分解落实,并强化对地方的监督考核。目前,可再生能源发展“十三五”规划正在履行报批手续,印发在即,规划提出到2020年,常规水电、风电和太阳能发电装机要分别达到3.4亿千瓦、2.1亿千瓦和1.1亿千瓦以上,风电和太阳能发电装机要分别力争达到2.5亿千瓦和1.5亿千瓦,可再生能源消费占比要达到12%以上,可再生能源发电量占比要达到30%以上。

我国太阳能光伏发电产业领跑世界

二是加快补齐可再生能源领域短板。补短板是能源供给侧结构性改革的重要内容,也是系统优化、提高运行效率的重要保障。一要加快建设抽水蓄能电站,我国灵活调峰电源比重不足7%,要抓紧在“三北”具备建设条件地区建设一批电站,进一步增强系统的适应性和灵活性,并鼓励多元化投资。“十三五”时期将累计投产4000万千瓦、新开工6000万千瓦的抽水蓄能项目。二要大力发展分布式能源,积极鼓励企业、社区和家庭根据自身条件建设各类分布式能源,支持采煤沉陷区以及农业、渔业综合利用等建设光伏发电,深化“光伏+”应用工程。到2020年,分布式光伏发电装机容量要达到6000万千瓦以上。

近 10 年来,全球太阳能光伏发电呈现出强劲的发展势头,太阳电池装机容量连续多年保持了 30% 以上的增长率。我国光伏发电相关产业的发展在世界上尤其突出,产业规模多年保持世界第一,2017 年我国光伏发电量大体占全球光伏发电量的 1/4。2018 年全年,中国新增太阳能光伏装机容量为 43 GW;截至 2018 年底,我国累计光伏装机量已超过 170 GW。即使在海外“双反”以及国内支持政策调整的不利情况下,2018 年我国光伏制造业仍取得较大发展:多晶硅产量达到 25 万吨,同比增长 3.3%;硅片产量达到 109.2 GW,同比增长 19.1%;电池片产量达到 87.2 GW,同比增长 21.1%;组件产量达到 85.7 GW,同比增长 14.3%。2018 年全年我国光伏电池组件出口 41 GW,同比增长 30%,光伏产品出口额达到 161.1 亿美元,为 20 多个国家实现光伏平价上网提供支撑,这为全球应对气候变化作出了重要贡献。

三是加快推进可再生能源技术进步。能源革命最终的目的是可再生能源完全替代化石能源,实现这一目的主要靠经济性和竞争力,而不能始终依靠政策的支持,成为温室的花朵。当前可再生能源发电成本下降的趋势非常明显,根据国际可再生能源署预测,太阳能光伏的全球平均度电成本2025年将比2015年下降接近60%,陆上风电供电成本将下降26%。目前,中国新能源装备技术水平已经为降低全球可再生能源开发利用成本作出了积极贡献。我相信,在各位科技工作者、企业家和政府部门的共同努力下,中国可再生能源发电成本降低速度肯定会大大加快,实现平价上网的进程会进一步缩短。

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四是加快创新可再生能源发展体制机制。新时代的到来对传统能源体系提出了新的变革要求,必须克服在能源转型关键期逐步暴露出来的矛盾和挑战。在分配资源方面,我们将继续推动用市场配置可再生能源资源,光伏领跑者基地已在能源领域率先破冰,做了很好的探索,下一步将继续完善相关政策并拓展到风电等其他领域。在运行方面,将建立可再生能源发电全额保障性收购制度,构建新型电力运行管理体系,并完善辅助服务补偿政策,实现可再生能源与常规能源的深度融合。在补贴方面,推动实施可再生能源绿色证书交易机制,有序实现“价补分离”,将固定电价转变为固定补贴和绿色证书相结合的管理体系,逐步推动新能源参与市场竞争,用市场机制促进可再生能源产业健康发展。

图 2 2006—2017 年全球光伏发电装机容量

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图 3 2012—2017 年中国及全球太阳能发电量

我国风力发电保持持续稳定发展

近 10 年全球风力发电装机容量增长情况如图 4 所示。风力发电增长势头虽然不如光伏发电,但每年仍然保持着 10%—16% 的增长率,而且总装机容量和发电量均大于光伏发电。从“十二五”到“十三五”的 10 年间,我国风力发电年增长规模持续保持在 20 GW 左右。据中国风能协会初步统计数据:截至 2018 年底,我国风力发电新增并网容量 21.14 GW,累计并网 210 GW。2018 年全年风力发电上网发电量达到 35.7 TWh,占全部发电量的 5.2%;全年风力发电机组利用小时数 2 103 h,同比增加 153 h;2018 年,我国海上风力发电新增装机容量 1.66 GW,累计装机容量达到 4.45 GW 。

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图 4 2006—2017 年全球风力发电装机容量

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图 5 2012—2017 年中国及全球风力发电量

技术进步是推动太阳能发电和风能发电发展的根本动力

多年来,国家科技计划对可再生能源科技研发持续给予支持,国内一些有实力的企业也加大了对科技研发的投入。这些投入在不断提高我国太阳能发电、风能发电相关技术能力,以及提升国内企业的技术水平方面发挥了重要作用,促进了我国太阳能发电和风能发电全行业的发展。

太阳能光伏发电方面。我国已经形成了硅材料、硅片、电池、组件为核心的晶体硅太阳能电池产业化技术体系,掌握了效率 20% 以上的背钝化电池、选择性发射极电池、全背结电池、金属穿孔卷绕电池等高效晶体硅太阳能电池制备及工艺技术。批量化单晶硅电池效率超过了 22%,实验室最高效率达到了 24.1%。批量生产多晶硅电池效率 18.5%,多晶硅电池实验室效率达到 21.25%,创造了多晶硅太阳能电池效率的世界纪录。通过并购和国际合作使得我国硅基、CdTe、CIGS 等薄膜电池的研究和技术水平快速提升。目前我国逆变器等平衡部件技术水平与国际接轨,系统集成智能化技术仍有待提升。面向光伏发电规模化利用,我国光伏系统关键技术取得多项重大突破:掌握了 100 MW 级并网光伏电站设计集成技术,掌握了 MW 级光伏与建筑结合系统设计集成技术,掌握了 10—100 MW 级水/光/柴/储多能互补微电网设计集成技术并开展了示范。

风力发电方面。我国打破国外垄断,实现了风电机组整机由 100 kW 级向 MW 级跨越式发展,已经成为世界风电设备制造大国;形成 3.6 MW 以下装备设计制造技术体系,初步掌握了 5 MW、6 MW 整机集成技术;风电机组整机及零部件国产化率达到 85%以上。我国突破了大规模风电发展并网接入的技术障碍,解决了大规模风电并网特性的仿真模拟难题,开发了具有完全自主知识产权的风电功率预测系统。基本解决了低/高电压穿越技术难题,建成了全球首个 100 MW 级国家风光储输示范工程和全球首个海岛风电多端柔性高压直流输电示范工程,实现了大规模风电高渗透率并网运行。

技术进步使得中国太阳能光伏发电和风能发电技术水平不断提高,产业规模迅速扩大,在国际市场上的竞争力也不断增强。目前在世界排名前 10 位的光伏电池生产企业中,中国企业占据 8 席,中国大陆企业光伏组件产量占全世界的 72% 以上。在世界排名前 10 位的风力发电设备制造商中,中国企业占据 3 席(产值第 3、6、8 名);中国风机制造商占全球份额的 21.2%。科技进步和良好的经营管理模式帮助中国太阳能和风能发电企业在国际竞争中建立了不可动摇的竞争优势。

光伏发电和风力发电成本持续下降,即将进入平价上网时代

在以往相当一段时间,可再生能源发电技术的电价成本远高于常规发电成本,使得可再生能源发电技术在经济性上完全无法同以燃煤发电为代表的常规能源竞争,而只能作为一种补充能源在偏远地区获得部分应用。

经过几十年的研究发展,这种状况正在发生着令人瞩目的变化。近 10 年来,在技术进步和市场规模化发展的双重推动下,全球太阳能光伏发电和风力发电的成本快速下降,导致全球光伏发电最低电价不断下降。过去 10 年,我国太阳能光伏电池组件和发电系统的成本均下降了 90%,即成本只有原来的 1/10。随着单机规模的增加,风力发电机组的单位成本也不断下降,陆上风电上网电价降至 0.49—0.61元/kWh。风电已成为我国第三大电源。

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图 6 部分国家光伏发电价格

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图 7 2007—2018 年中国光伏组件和系统价格下降情况

光伏发电和风力发电的电价成本除了设备投资以外,项目所处的局部资源条件和运行环境都是影响最终电价的重要因素。目前从全球范围来看,一些资源条件和运行环境好的项目,其单位电价成本已经达到或低于常规能源电价水平,可以实现平价上网。国内在表 1 所示资源条件很好的第一类和第二类地区建设的集中式地面光伏电站,如果能将弃光控制在比较低的水平,则可以做到电网侧平价上网。风力发电的情况也类似,即以目前的技术发展水平,可以在一些条件好的风电场实现电网侧平价上网。目前国家能源局已经在推动一些光伏发电和风力发电的平价上网示范项目。如果能在放开电力市场方面取得更多突破,今后可能会有更多光伏发电从用户侧接入电网,将会有更多地区的分布式电站可以实现用户侧平价上网。

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图 8 部分国家陆上风电最低上网电价

近年来,国际社会开始深入探讨可再生能源的长期未来发展情景和路径。欧盟《2050 年能源路线图》提出到 2050 年可再生能源将占到全部能源消费的 55%以上;德国《能源方案》提出到 2050 年可再生能源占能源消费总量的 60% 和电力消费的 80%;英国能源与气候变化部在《2050年能源气候发展路径分析》中探讨了远期可再生能源满足约 60% 能源需求的前景;美国能源部支持完成的《可再生能源电力未来研究》认为可再生能源可满足 2050 年 80% 的电力需求;日本在 2011 年福岛核电事故后确定 2020 年可再生能源将满足 20% 电力需求的目标,并深入探讨 2030 年提高可再生能源的能源转型方案;联合国政府间气候变化专门委员会的《可再生能源与减缓气候变化特别报告》的最高情景认为 2050 年可再生能源将可满足77%的能源需求。尽管世界各国根据本国的实际情况对未来能源发展的前景做出的判断和规划不完全相同,但总的趋势是一致的。当太阳能和风能发电的技术和可靠性得到充分验证,当其发电的成本不断下降最终能够达到甚至低于常规能源发电成本时,可再生能源将在未来能源发展中占据重要的地位,成为未来的主力能源。

加强科技创新,促进太阳能和风能发电技术真正成为未来主力能源

近10年来,不管是国际还是国内,太阳能光伏发电和风力发电技术都取得了飞跃发展,但太阳能和风能要真正成为全社会可以依赖的重要能源还有相当长的路程。太阳能和风能除了具有资源丰富、清洁、环境友好等优点外,也都具有能量密度较低以及具有一定的间歇性和波动性等缺点。因而不管从科技创新和技术发展,还是能源政策环境等方面而言,发展太阳能和风能发电都还面临许多艰巨的任务。除光伏发电技术和风力发电技术本身以外,多能互补技术、储能技术、智能电网技术的发展也有助于克服太阳能和风能间歇性和波动性的缺点,促进太阳能和风能发电技术的发展与大规模应用。

太阳能光伏发电技术方面。太阳能电池技术及系统设备将沿着高能效、低成本、长寿命、智能化的技术方向发展。国家研发重点计划应持续支持高效率晶体硅太阳能电池、薄膜电池产业化技术研发,新型太阳能电池关键技术攻关和产业化研发;支持光伏系统及平衡部件技术创新和水平提升;大力推动面向全行业的公共研究测试平台建设。

风力发电技术方面。未来,风电机组单机容量将持续增大,大型风机柔性叶片技术及机组的核心控制技术亟待发展;双馈异步发电技术仍将占主流地位,直驱式、全功率变流技术在更大规模风电机组上应用的比例越来越大,有望成为未来主流技术;各种增速型全功率变流风电机组将得到应用;低风速地区风电设备研发将取得进展;风电场建设和运营的技术水平将日益提高;海上风电技术将成为重要发展方向。

储能技术方面。着力研究大容量和大功率储能技术,提高效率,实现储能技术在规模、寿命和成本上的跨越。在可再生能源大规模接入、传统电力系统调峰提效和区域供能方面,完成具有完全自主知识产权、对国际储能技术与产业发展具有指导意义的系统解决方案和示范工程,形成一套完整的技术攻关、技术示范以及工程应用的储能技术研发体系。

多能互补及分布式能源技术方面。未来发展方向为:多种可再生能源的互补利用及其与常规能源形式的综合高效利用;可再生能源高比例消纳和外送的系列关键技术研究,建立不同气候、不同用能需求的可再生能源供能系统示范,以及以可再生能源为主的能源系统的省区级/市级研究和示范。

智能电网技术方面。大力发展大容量远距离输电和智能微网技术,满足我国大规模集中式可再生能源发电和分布式利用两种需要;开发多种电压等级、交直流多种形式的接入技术和设备,方便可再生能源的接入。提高可再生能源的消纳能力,全面保障电网在大量接入可再生能源后的安全稳定运行。大力发展智能配用电技术,提高智能化水平,包括电动汽车充换电技术、智能用电技术等,打造未来我国清洁、高效、智能化能源电力系统。(作者:李耀华 孔力,中国科学院电工研究所。《中国科学院院刊》供稿)

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