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普及太阳能将引发划时代工业革命

信息来源: 暂无 发布日期: 2015-09-25 浏览次数:

普及太阳能将引发划时代工业革命

2014年,我国风电和太阳能并网装机已超1.2亿千瓦,预计发电量达1750亿千瓦时。其中,太阳能发电并网装机达3000万千瓦,预计年发电量250亿千瓦时。图为冀北张家口坝上地区一处风电场与一处光伏电场。(新华社发)

  作为取之不尽、用之不竭的清洁能源,太阳能在不远的将来会代替污染严重且储量有限的化石能源。但目前由于太阳能发电成本高,大面积推广尚不具备条件。出路在于通过技术创新降低太阳能光伏成本。
  目前,煤的发电成本每千瓦时为0.03美元至0.05美元,核能发电成本每千瓦时为0.08美元左右,风能发电成本每千瓦时为0.10美元左右,而太阳能发电成本每千瓦时高达0.32美元以上。成本是太阳能发电的短板,要使太阳能具有竞争优势,关键是将光伏电价降低至现行石化能源(煤、油、天然气)发电的价格水平。
  降低成本要依靠技术创新来实现。太阳能光伏发电,从材料、设备、电池(包括晶体硅电池、薄膜电池等)、电池组件(包括常规组件、光伏建筑一体化组件等)、兆瓦级光伏电站等,其技术还远没有成熟。从组件设备到电池效率及电池安装,贯穿光伏发电全过程,每一步都有技术改进的空间,也都有成本下降的余地。除了在电池生产技术方面需要进行技术创新外,材料和设备企业需要技术改进的地方也很多。为了让人们普遍用得起太阳能,全世界科学家一直致力于开发高效率、低成本、易于制造的太阳能电池。
  亟待降低晶硅成本。常用的多晶硅原材料生产成本的控制是降低太阳能电池成本的关键,因为多晶硅的成本约占整个太阳能发电系统成本的70%。如果多晶硅的成本下降到太阳能电池总成本的20%,那么光伏发电的成本则降低到每千瓦时0.16美元。一旦光伏发电的成本可以与石化能源竞争,那么太阳能市场就会大规模启动。与降低成本息息相关的是技术创新,只有不断加大研发力度,不断提高太阳能电池光电转化率、硅材料的利用率和优质品率,才能有效地降低太阳能发电成本。
  着力提高电池效率。目前,单晶硅太阳能电池转换效率为20%,多晶硅为18%,硅太阳能电池的理论效率为31%。由于太阳能撞击电池的能量只是小部分转化为电能,大部分以“热电子”形式作为热能散失。研究发现,用半导体纳米晶可以捕获那些热电子,这样可以将太阳能光伏的转化效率增至66%,甚至更高。如果能大幅度提高太阳能转化为电能的效率,那么太阳能发电成本将比人们想象的要低得多。同时,为避免光照受云雾和黑夜的影响,可以采用空间太阳能发电,即在太空利用光伏获得电能,通过微波或激光等多种方式传到地面。这样的技术成熟之后,太阳能取代化石能源就顺理成章了。
  被誉为“后起之秀”的薄膜太阳能电池,以其价格优势不断挑战晶硅电池的地位。瑞士材料科技联邦实验室开发出一种新的薄膜太阳能电池,以CIGS(铜铟镓硒)为光电转换材料,用柔软灵活的高分子聚合物作衬底,其光电转化率达到20.4%,已经相当于多晶硅太阳能电池的效率,CIGS太阳能电池可以实现每千瓦时0.05美元,意味着太阳能发电成本与化石燃料发电成本不相上下,明显低于海上风能发电成本,CIGS在太阳能电池中极具成本效益优势。
  太阳能发电前景广阔。国际能源署(IEA)最近在报告中表示,由于光伏模块和系统的成本快速下降,开启了太阳能作为电力主要来源的新前景。太阳能光伏的扩张将由中国引领,位居其后的是美国。太阳能光电系统是最为人知的方式,许多人在自家屋顶就安装了这种装置;而另外一种形式是利用太阳光的热力将水加热以产生蒸汽去推动涡轮机来发电,太阳能热力发电可能将在美国、非洲、印度和中东得到发展。到2030年太阳能的成本将为每兆瓦时100美元以下,并将与燃料一较高下,届时化石燃料的碳价格每吨50美元左右,在2050年前碳价格可增至每吨150美元。届时太阳能发电会超越石油、风力、水力与核能等而成为主要的电力来源。全球每年将可减少排放二氧化碳达60亿吨以上,人类将可扭转片面依赖化石能源所造成的环境污染。
  在化石能源日趋耗尽和环境恶化的双重压力下,太阳能等可再生能源受到空前重视。太阳能光伏产业作为可再生能源领域的生力军,已成为世界上增长最快的高新技术产业之一。为适应太阳能逐步强化的地位,要建立多元化新能源利用体系,合理均衡地发展新能源,相应地要优化电网配套运行。目前电力系统以石化能源的火电系统为主,用其他辅助能源进行调峰;今后将以太阳能等可再生能源作为主力,原有的火电机组作为调峰,相应的电力系统必须进行改造,电价也必须进行改革。
  我国太阳能开发势头强劲。太阳能产业是我国在全球领先的高科技产业。目前,我国已经成为太阳能电池生产第一大国,光伏产品的份额有望占到全球份额的50%以上。从顶层设计来讲,到2050年我国整个能源需求将达到52亿吨标准煤,可再生能源在整个能源需求里占到40%,在电力需求里火力发电要从现在的72.5%下降到30%左右,绿色清洁能源达到70%的比例,而这其中光伏发电将会起到决定性的作用。

(来源:中国经济网—《经济日报》)