近年来，对于我国应大力发展非水可再生能源、积极构建能源可持续发展体系已取得一定共识，各方面积极性均在增强，但对在本世纪上半叶能否达到上亿吨标煤的年供应量及上亿千瓦的装机容量的大规模发展，尚有不少疑虑。

 

 

21世纪上半叶，我国能源发展已进入减小化石能源份额、增大可再生能源份额、逐步建立可持续发展的新时期。最近的可能较接近实际的估计是：

 

1.2050年全国能源总耗量约70亿吨标煤、人均约4.5吨标煤/人·年，与2007年能源总耗量27亿吨标煤、人均2吨标煤/人·年相比，分别增长2.6倍及2.3倍。

 

2.与此相应，能源结构将发生明显变化：煤的比重将由约70%降至约40%，石油保持约20%，天然气将由约3%增至约10%，水电、核电将由7%增至约15%，从而非水可再生商品能源最少将达15%以上，达到年提供10亿吨标煤以上的一次能源。

 

3.大规模发展非水可再生能源已提上日程，成为国家能源发展的一个重大战略。

 

可以看出，即使已有发电方式大力发展，也仅能满足2050年总装机的66%，气电发展估计不会超过5%，则尚有近30%、约7亿千瓦的装机容量要依靠非水可再生能源发电。

 

2050年，我国将有约15%(10亿吨标煤/年)的一次能源缺口，约30%(7亿千瓦)的发电能力缺口依靠发展非水可再生能源填补。虽然风能、生物质能与太阳能近年来得到了可喜的进展和日益增强的关注，但离2050年的大规模发展需求相距甚远，其增长速率对能源结构调整的影响最大。

 

这里，我们着重对上半世纪中可能成为亿千瓦装机、提供亿吨标煤能源的风力发电、光伏发电与太阳热发电的美好前景及存在的困难进行介绍，并提出一些建议。

 

风能利用以发电为主，风力发电是当今新能源发电中技术最成熟、经济性较好、最具有大规模开发条件和商业化前景的发电方式，应是近期发展的重点。我国陆地10米高度的经济可开发量为2.53亿千瓦，离地面50米高的经济可开发量估计可能增大一倍；近海资源估计比陆地上大3倍，10米高经济可开发量约7.5亿千瓦，50米高经济可开发量约15亿千瓦，其资源量与水力资源相当，完全可期望在2050年达到数亿千瓦装机容量，成为水力发电后第二个大规模可再生能源发电方式。

 

自上世纪80年代起，风力发电作为边远地区农牧渔民的家用电源，在我国已形成世界最大的小风电机的产业与市场，至2007年已推广使用了100瓦～10千瓦的风电机35万台，共约7万千瓦，估计仍有30万台在运行；2007年共生产5.4万台、出口1.9万台，有生产企业25家，有着良好的经济与社会效益。

 

自1986年我国第一个并网风电场(山东荣成)建成发电以来，2000年全国风电场装机已达34.4万千瓦，成为风电发展的主力。2007年累计装机达590万千瓦，当年新增330万千瓦，其中，国内内资厂家产品份额累计达44.8%，当年达55.9%。

 

近年来，各方面对发展风电有很高的积极性，一批新建风电项目正在实施。若按当前年增容量约500万千瓦计，2010年可望达2000万千瓦，若2010～2020年年增容量上升至600万～800万千瓦，则2020年将达总装机8000万至l亿千瓦，2050年达数亿千瓦是具有现实可能的。

 

我国风力发电发展的主要特点与问题是：

 

1.已迅速成长起相关产业，有整机制造企业40多家，能提供一半以上的新增装机容量，单机最大容量达1.5兆瓦，为规模化发展奠定了良好基础。但整个产业建立在引进消化技术基础上，还比较年轻，必须在提高质量、保证运行可靠性、加强关键零部件配套方面狠下功夫，积极开展5兆瓦、10兆瓦大型机组的研制。

 

2.我国当前的风电场投资约为8000元/千瓦，电能成本约为0.5～0.7元/度，达到了国际同等水平，相对煤电4000元/千瓦与0.2～0.3元/度的经济性能仍有差距。近期规模化发展尚有赖于实施可再生能源法的优惠条件。千方百计降低造价与电能成本，逐步达到经济上也优越，是大规模发展的重要条件。

 

3.风电由于其不连续性与不稳定性，进入电网将给电力系统运行带来一些麻烦。我国风电场已开始进入大型化阶段，筹划建立百万千瓦、千万千瓦级风电场已提上日程，风电必须和其他发电方式合理协调，加强系统调控能力，才能确保供电安全可靠。

 

4.风电场选址对于大规模风电发展至关重要。我国已有风电场的平均年等效负荷小时数最高3552小时，最低978小时，平均小于2000小时。全国风能资源详查、长期实地测风，才能为选址提供科学可靠的基础，有关工作必须尽早进行。

 

5.我国近海风能资源为陆地上的3倍，其利用遇到了台风多发、需抗台风的问题，有关前期工作也应认真开始进行。

 

我国风力发电已有良好基础，只要认真解决上述问题，2050年它将发展成为装机上亿千瓦、提供亿吨标煤一次能源的我国能源可持续发展的重要组成部分是比较有把握的。

 

太阳能是最主要的能源资源，太阳能发电应是未来提供大规模电力的主力。利用光伏电池将光能直接转化为电能的光伏发电，具有不需燃料、环境友好、无转动部件、维护简单、由模块组成、功率可大可小等突出优点，获得了广泛应用，形成了相应产业。自20世纪90年代后期以来，光伏发电进入了快速发展时期。2007年全球光伏电源累计装机总容量达1264万千瓦，年产量400万千瓦，近年年增长率达约50%；我国近年来依赖于国际市场需求，产量连年翻番，2007年产量达108.8万千瓦，成为世界第三大光伏电池生产国，产品主要出口，累计装机仅10万千瓦。

 

我国光伏发电发展的主要特点与问题是：

 

1.光伏电池是光伏发电的基础。在本世纪国际光伏电源迅速发展的带动下，为满足国际市场需求，在引进与消化技术和自筹资金基础上，我国大陆新兴的光伏电池产业得到了惊人的发展，其总年产量由2004年的5万千瓦增至2007年的108万千瓦，占世界总产量的27%，光伏组件产量达172万千瓦，生产企业达到50多家，一些在建厂家投产后，2010年计划总生产能力可能达400万千瓦。产品质量与价格已达国际市场可以接受的水平。当产品更多用于国内电力发展时，2050年达到装机亿千瓦已有较可靠保证。

 

2.我国光伏产业发展有着原料与市场两头在外的特点。为解决硅原材料依赖进口的发展瓶颈，2005年以来多晶硅产业发展迅速：2005年全国产能400吨、产量80吨，已增长至2007年产能4310吨、产量1130吨，近50家公司正在建设、扩建和筹建生产线，2010年产能可能达44700吨，按光电池每瓦用7克硅计算，可供生产640万千瓦，完全解决原料在外的问题，使产业发展有了可靠基础。

 

3.市场在外仍是我国光伏发展的主要瓶颈，主要原因在于其经济性能尚难于形成规模应用的国内市场。虽然光伏电池价格已有明显下降，但当今每千瓦光伏电源总投资仍需约5万元，每度电能成本达5元，较煤电仍高一个多量级，使得我国光电应用的总装机容量仅为10万千瓦，主要为农村与边远地区、通信与照明的小型电源，仅有几座1000千瓦的联网电站在示范运行。

 

4.千方百计降低光伏电源的投资与电能成本，努力开拓可能的规模化应用是光伏发展的核心。光伏应用包括边远无电地区的小型离网电源、与分布式电网及城市建筑结合的中小型并网电源及大型集中式荒漠电站3个方面，都有着规模化发展的广阔空间，均应积极推进。超大规模光伏电站的研发与示范更需要国家尽早进行分阶段部署。

 

5.当前已形成规模化产业的主要是硅光伏电池，其光电转换效率达到16%，大幅度降低成本的空间有限。一些新型光伏电池有着更高的转化效率及可能更低的成本，对于它们的研发与应用也应给予充分关注，对于一些重大成果要不失时机地向产业化努力推进。

 

由于对光伏电源经济性能改善速率估计不同，对其可能的近期发展有不同的方案估计，如至2020年全国总装机容量在200万～1000万千瓦之间，但到2050年达到亿千瓦规模是完全可能的。

 

 

太阳能热发电是将太阳幅射能聚集起来加热工质，再由工质经锅炉、汽机与发电机发电，其原理与已有热发电相同。作为太阳能大规模发电的重要方式，它具有一系列明显优点：1.化石能源热发电是当前主要的发电方式，其主要装备锅炉、汽机、发电机、输变电设备等已形成了成熟产业，使太阳能热发电易于迅速实现大规模产业化；2.中间被加热工质同时起到一定储能作用，可以缓解太阳幅射强度变化带来的不利因素，加之锅炉还可用其他能源(煤、油、气)燃烧供热，使能持续发电克服太阳能不连续的缺点；3.其发展方向也是要努力提高工质温度以提高热电转换效率，增大单机容量以改善经济性能，热电站多年的发展经验可以借鉴。

 

国际上已进行了认真的研发工作，美国在上世纪八九十年代，建成了槽式、塔式与盘式等3种系统的示范电站，槽式达35.4万千瓦，单机最大达8万千瓦，总发电效率为l3%～16%；塔式单机达1万千瓦，产生了520℃/100大气压的过热蒸汽；盘式实现了多台几十千瓦的示范项目。美国、西班牙、澳大利亚、韩国仍在积极进行着有关研发与示范工作。由于太阳能热发电原则上需要比较大的规模，当今燃煤发电已达到600℃的高温、60万～100万千瓦的单机容量，而太阳热发电单机容量的增大和参数的提高进展不显著，加上煤与天然气耗竭不如原先预期那么快，至今尚未形成产业。

 

我国在太阳能热发电领域做过一些基础工作，建成过小型盘式发电机与70千瓦塔式发电系统，但直到对太阳能发电在我国能源发展的重要性有较明确认识后，才作为重点项目列入了国家“863”计划，有效地组织了队伍、开展了工作，计划在2010年建成1000千瓦实验电站及研究基地、证实技术可行性，2015年建1万～10万千瓦示范电站，然后在2020年建成荒漠地区10万～100万千瓦的商业实用电站。如整个计划得以顺利实现，则2020年后，可开始规模化建设，2050年达到亿千瓦的总容量规模也是可能的。

 

我国已经有风电产业和光电产业，太阳能热发电还刚刚起步，还存在一些特殊困难，需要国家给予特别的扶持。目前阶段完全靠市场来推动，还不到时候。具体选择塔式还是槽式，还应该再作多方面的探索。国家需要部署一些太阳能热发电的示范项目，以取得技术上的重大突破。

 

 

大规模可再生能源发电的发展，包括大量与用户结合的小中型离网与并网电源及集中的大型电站两方面。作为电力系统的重要组成部分，大型电站的份额及重要性正在日益增强，风电场已较普遍达到了几十万、百万千瓦规模，光伏电站当前全世界已有540座大于1000千瓦、30座大于1万千瓦、最大6万千瓦、总容量近170万千瓦、正在筹划建设百万千瓦级的电站，太阳热发电也在筹划建设几十万千瓦级的电站，单个电站的装机容量正在迅速提高。

 

从大型集中电站的发展看，风电与太阳能发电有着特殊困难。首先，风能与太阳能的能量与功率密度低，使得电站占地面积大。当前，每平方公里风电场装机约2万千瓦，太阳能发电约10万千瓦，使得大型电站只能建在资源丰富、土地没有利用的荒漠地区。第二，风能与太阳能有着明显的间断性与不稳定性，它们的发电容量首先决定于资源状态，而不是用户需求，从而难于单独给用户供电，必须和其他发电方式良好地协调完成供电任务，成为综合能源基地的重要组成部分。

 

为充分合理开发利用资源和保证满足全国的需求，上世纪50年代，我国决定建立山西煤炭基地，60年代决定建立大庆石油基地，90年代决定建立三峡水电基地，对我国能源发展发挥了重大作用。当前，面临建立我国能源可持续发展体系的重大任务，建设以可再生能源为主体的综合能源基地已提上日程，应该积极进行规划与部署。

 

我国宽广的荒漠地区集中在西部与北部，那里有大片未利用的土地、丰富的太阳能与风能资源，还有着丰富的待开发化石能源资源，是未来综合能源基地的首选对象。新疆、内蒙古、甘肃、青海等4省区面积占全国40%、人口占全国6%，经济欠发达，它们发展起来的能源及电力必须为全国服务，要能有效地输送给东部、南部等发达地区，为此要解决大规模、长距离的输电与运输通道问题。新疆的石油与天然气已成为国家重要基地，还要大力加强煤和煤层气的开发利用，并与之相应协调发展风力与太阳能发电，最终成为全国最重要的综合能源基地。青海应利用已有水力发电的优势，积极建设大型光伏发电基地，两者协调配合，为全国服务。电站、电网与运输通道建设要由全国统一进行规划与部署。

 

由前述可以看到，我国风力与太阳能发电已有良好基础，有可能在本世纪上半叶发展成装机容量上亿千瓦的大规模电源系统，满足我国能源可持续发展体系的构建需求。当然，前进中还有很多困难，要发展技术、提高经济性能、壮大产业、开拓市场，需要大家看准方向、坚定信心来大力促进，希望方方面面均能为此作出应有的努力。

（作者系中国科学院院士）

 

《科学时报》 (2009-2-9 A1 要闻)

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