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光伏革命：新能源革命的“主打歌” 　　為什么法國的農(nóng)場主愿意投資2 000萬歐元建造太陽能發(fā)電大棚？為什么“滬上太陽能屋頂發(fā)電第一人”趙春江愿意等待7年，最終將自己發(fā)的剩余電力并入國家電網(wǎng)？ 　　“太陽能，量無限，面無邊，照無時，蓋無偏，取無價，用無染。”在第三次工業(yè)革命中，光伏將是可再生能源的最佳選擇。光伏技術(shù)經(jīng)過三代的發(fā)展之后，目前大規(guī)模發(fā)展的三大條件已經(jīng)具備。 　　好戲正在上演 　　2008年，在法國東部的孚日山脈，一家原本以種植、養(yǎng)殖為主的農(nóng)場吸引了其他農(nóng)民和不少投資者的目光—這家農(nóng)場的主人韋斯特法爾在自家的5座大棚屋頂上建造起了面積達(dá)3.6萬平方米、裝機(jī)容量達(dá)4.5MW的巨型太陽能發(fā)電裝置。 　　韋斯特法爾的工程預(yù)算為2 000萬歐元，完工后可為4 000戶家庭供電，有望實(shí)現(xiàn)年創(chuàng)收200萬歐元。由于獲得了法國人民銀行集團(tuán)和農(nóng)業(yè)信貸銀行的貸款，他又與政府簽訂了20年的供電合同。韋斯特法爾的創(chuàng)收新途徑讓其他農(nóng)場主羨慕不已。據(jù)臺灣《聯(lián)合報》2009年2月25日報道，由于農(nóng)作物價格下跌、農(nóng)業(yè)成本上漲，2008年法國農(nóng)場的平均收入下跌了15%。 　　在中國，這樣的故事也時有發(fā)生。2012年12月26日，青島市的徐鵬飛實(shí)現(xiàn)了自建家用分布式光伏系統(tǒng)的想法，裝機(jī)總?cè)萘繛?KW，并網(wǎng)電壓為380/220V，采用電量自發(fā)自用、余量上網(wǎng)方式并入電網(wǎng)。這套2KW的光伏系統(tǒng)總投資僅2萬多元，在并網(wǎng)的當(dāng)天就發(fā)電8.5度，一年發(fā)電量預(yù)計超過3 000度。 　　對比徐鵬飛，上海電力學(xué)院太陽能研究所所長、“滬上太陽能屋頂發(fā)電第一人”趙春江的勝利顯得來之不易。從2006年年底開始，趙春江自掏腰包建起了家庭式太陽能屋頂電站，連續(xù)運(yùn)行近7年，日均發(fā)電近9度，除供家庭用電外，剩余的1/3電量一直無法并入國家電網(wǎng)。2013年7月的最后一天，趙春江終于迎來了上海市南電力公司的工作人員，并與之簽訂了購電協(xié)議：自給自足后的余電上傳至電網(wǎng)，電力部門暫時按照0.477元/度的電價進(jìn)行收購。 　　泰興市農(nóng)民張長旗花2萬元在自家屋頂建成了一個小型光伏發(fā)電站，可滿足2~4戶的家庭用電，并向泰州供電公司提交了并入國家電網(wǎng)的申請。 　　武漢市居民高松自建由18塊太陽能電池板組成的小型電站，目前已正式并網(wǎng)發(fā)電，預(yù)計一年能節(jié)約電費(fèi)近2 000元。 　　這樣的例子會越來越多，家庭電站在國內(nèi)不再是能源孤島。 　　這種故事也許會進(jìn)一步驗證可再生能源的未來商業(yè)模式。正如杰里米·里夫金所說，“第三次工業(yè)革命”的第二個經(jīng)濟(jì)支柱就是，將世界上每個大洲的建筑都轉(zhuǎn)化為微型發(fā)電廠，以便就地收集可再生能源。 　　“發(fā)跡”于石油危機(jī) 　　繼第一次工業(yè)革命用煤炭替代木柴、第二次工業(yè)革命用石油替代煤炭之后，在已經(jīng)降臨的第三次工業(yè)革命中，必然會有一種新能源來替代石油。 　　所謂“新能源革命”，不能理解為“新”的“能源革命”，更確切的理解應(yīng)該是“新能源”的“革命”。必須引入“新能源”的概念，這樣才不會出現(xiàn)偏差。抓住這個實(shí)質(zhì)，我們對第三次工業(yè)革命的認(rèn)識和理解才算到位，否則，說得再多也還是不得要領(lǐng)。 　　那么，替代石油的主角會是誰呢？ 　　太陽能是可再生能源中最具優(yōu)勢的選擇。為了說明太陽能的好處，我編了幾句順口溜：“太陽能，量無限，面無邊，照無時，蓋無偏，取無價，用無染。” 　　首先，從能量的角度看，太陽普照大地，不同種族、不同國籍、不同宗教的人都能夠沐浴在太陽光之中。每秒鐘到達(dá)地面的太陽能相當(dāng)于燃燒500萬噸煤釋放的熱量。這意味著只需一個小時，到達(dá)地球的太陽能就能為地球提供一年所需的能量。其次，從“無污染”的角度看，在各種新能源中，太陽能的優(yōu)勢非常明顯。更重要的是，太陽能沒有安全隱患，不存在分布不均衡的問題，而且不受其他資源的制約。所以，無論是從自然稟賦來看，還是從實(shí)際利用來看，新能源的代表者和主體、替代化石能源的主力軍只能是太陽能。 　　和任何一種新能源一樣，太陽能的利用也經(jīng)歷了一個頗為漫長的過程。這個過程也是受石油興衰刺激的過程，其發(fā)展因石油價格下跌而停滯，因石油價格上漲而加速。 　　人類利用太陽能的歷史已經(jīng)有3 000多年，而人類將太陽能視為一種能源和動力的歷史只有300多年。1615年，法國工程師所羅門·德·考克斯發(fā)明了世界上第一臺由太陽能驅(qū)動的發(fā)動機(jī)。其工作原理是，采用聚光方式采集陽光，利用太陽能加熱空氣使其膨脹做功來抽水。 　　太陽能利用取得突破性進(jìn)展則集中在20世紀(jì)以后。1900~1945年，太陽能的研究進(jìn)展緩慢，主要是因為化石燃料大量開發(fā)，石油廉價且豐富；在“二戰(zhàn)”結(jié)束后的20年里，有識之士覺察到石油與天然氣的消耗量劇增，存量有枯竭之勢，于是呼吁推動太陽能研究。而此時，光伏發(fā)電大規(guī)模應(yīng)用的基礎(chǔ)—實(shí)用型硅太陽能電池于1945年由美國貝爾實(shí)驗室研制成功；10年后，伊斯雷爾·塔爾沃特等人在第一次國際太陽熱科學(xué)會議上提出選擇性涂層的基礎(chǔ)理論，并研制出實(shí)用的黑鎳等選擇性涂層，為高效集熱器的發(fā)展創(chuàng)造了條件。 　　太陽能利用在1973年的石油危機(jī)之后才真正得到重視。石油輸出國組織采取減產(chǎn)、提價等辦法支持中東人民以斗爭維護(hù)本國利益，這使得依靠從中東地區(qū)大量進(jìn)口廉價石油的國家的經(jīng)濟(jì)遭到重創(chuàng)。這使各國意識到，石油已成為左右經(jīng)濟(jì)發(fā)展甚至決定一個國家生死存亡的關(guān)鍵因素，而且是一個極其不穩(wěn)定的因素，現(xiàn)有的能源結(jié)構(gòu)必須改變。 　　從那時起，人們才真正將太陽能視為“近期急需的補(bǔ)充能源”、“未來能源結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)”，太陽能研究與發(fā)展由此進(jìn)入快車道。 　　1973 年，美國制訂了聯(lián)邦級的陽光發(fā)電計劃，大幅提高太陽能研究經(jīng)費(fèi)，并且成立太陽能開發(fā)銀行，促進(jìn)太陽能產(chǎn)品的商業(yè)化。1974年，日本公布了政府制訂的“陽光計劃”，其中，太陽能的研究開發(fā)項目包括太陽房、工業(yè)太陽能系統(tǒng)、太陽熱發(fā)電、太陽電池生產(chǎn)系統(tǒng)、分散型和大型光伏發(fā)電系統(tǒng)等。在我國，“全國第一次太陽能利用工作經(jīng)驗交流大會” 于1975年在河南安陽召開，推動了太陽能事業(yè)的發(fā)展。這段時間，CPC（復(fù)合拋物面聚光器）、真空集熱管、非晶硅太陽能電池、光解水制氫技術(shù)、太陽能熱發(fā)電等紛紛研制成功。 　　不過，在1980~1992年，太陽能熱潮再度遇冷，原因是石油價格大幅回落，而太陽能產(chǎn)品的價格居高不下，技術(shù)上也沒有重大突破。直到1992年聯(lián)合國在巴西召開“世界環(huán)境與發(fā)展大會”，并通過了《里約熱內(nèi)盧環(huán)境與發(fā)展宣言》、《21世紀(jì)議程》和《聯(lián)合國氣候變化框架公約》等一系列重要文件，確立了可持續(xù)發(fā)展的模式，并將環(huán)境與發(fā)展納入統(tǒng)一的框架，太陽能才再度受到高度重視。 　　1996年，聯(lián)合國在津巴布韋召開“世界太陽能高峰會議”，會上討論了《世界太陽能10年行動計劃》（1996~2005年）、《國際太陽能公約》、《世界太陽能戰(zhàn)略規(guī)劃》等重要文件，會后發(fā)表了《哈拉雷太陽能與持續(xù)發(fā)展宣言》。這次會議進(jìn)一步表明了聯(lián)合國和世界各國開發(fā)太陽能的堅定決心，要求全球共同行動，廣泛利用太陽能。 　　三大條件已具備 　　進(jìn)入21世紀(jì)，太陽能時代終于到來。雖然太陽不會一直照耀，我們現(xiàn)在也無法完全收集并充分利用太陽光，但人類已經(jīng)掌握的技術(shù)完全可以實(shí)現(xiàn)合理成本下的太陽能應(yīng)用。 　　現(xiàn)階段，太陽能的利用方式主要有兩種。一種是利用太陽能輻射所產(chǎn)生的熱能發(fā)電，即“光熱模式”，簡稱“光熱”。光熱發(fā)電的基本原理是，使用匯聚的太陽光將集熱器中的介質(zhì)（液體或氣體）加熱，然后將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，再將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的一種發(fā)電方式。 　　另外一種形式是“光電模式”，全稱是太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，簡稱“光伏”（PV）。這是一種利用太陽能電池半導(dǎo)體材料的光伏效應(yīng)，將太陽光輻射能直接轉(zhuǎn)換為電能的一種新型發(fā)電系統(tǒng)。其中，單塊太陽能光伏電池的發(fā)電量較少，但將很多電池串聯(lián)或并聯(lián)起來就可以組成能夠輸出較大功率的太陽能電池方陣。 　　光熱發(fā)電與光伏發(fā)電各有優(yōu)劣。光熱發(fā)電目前面臨的主要問題是，其成本必須借助于規(guī)模效應(yīng)才能迅速下降。這種規(guī)模效應(yīng)決定了光熱發(fā)電將主要應(yīng)用于大規(guī)模的發(fā)電站建設(shè)，其能量可儲存的優(yōu)勢和類似火電的發(fā)電原理使得電網(wǎng)更能接受其電量。但是光熱發(fā)電還存在因遠(yuǎn)距離傳輸而引起能源損耗的缺點(diǎn)，這使得光熱發(fā)電與傳統(tǒng)能源相比，競爭力不強(qiáng)。 　　光伏發(fā)電的規(guī)模限制相對較小，更適用于小型發(fā)電站和分布式電站，例如在沒有大量空地可建設(shè)大規(guī)模太陽能發(fā)電站的地方，就可以依附于建筑建設(shè)離網(wǎng)或并網(wǎng)的光伏發(fā)電系統(tǒng)。 　　在中國乃至全球太陽能發(fā)電市場越來越大的背景下，這兩種技術(shù)路線都有其市場。但從里夫金對第三次工業(yè)革命的描述來看，光伏發(fā)電無疑更適合未來的能源獨(dú)立式、分散式生產(chǎn)。 　　光伏發(fā)電的全部光電轉(zhuǎn)化都已經(jīng)被完整地包含在一個模塊當(dāng)中，功能獨(dú)立，因此非常適合分散式發(fā)電。光伏發(fā)電的集中式發(fā)電也是基于對數(shù)目眾多的太陽能電池模塊的疊加效應(yīng)，是對單塊電池的拼裝和連接。 　　當(dāng)然，光伏若要實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用，需要三個基本因素：轉(zhuǎn)化效率，平價上網(wǎng)和儲存。目前這些因素都已具備。 　　轉(zhuǎn)化效率的核心技術(shù)指標(biāo)是“光電轉(zhuǎn)化率”，即單位光能通過光伏電池轉(zhuǎn)化為電能的比率。光電轉(zhuǎn)化率不僅是技術(shù)指標(biāo)，而且在很大程度上決定著光伏利用的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。轉(zhuǎn)化率越高，單位電能的生產(chǎn)成本就越低，光伏發(fā)電的利用也就越廣泛。 　　自1969年法國第一個太陽能電站建成以來，光伏發(fā)電的推進(jìn)并沒有像人們理想中的那樣迅速，原因就是在相當(dāng)長時間內(nèi)都受到轉(zhuǎn)化率低、成本高的制約。一提及光伏，有些人立刻就會產(chǎn)生“成本高”的反應(yīng)。 　　但是，事物是不斷變化的。人們往往高估了1~2年的變化，而低估5~10年的變化，這樣根本沒法看清事物發(fā)展的趨勢。一兩年的變化還處在量變狀態(tài)，5~10年量變的累積則可能發(fā)生質(zhì)變，摩爾定律正在光伏產(chǎn)業(yè)上演。 　　10年前，光電轉(zhuǎn)化率大約在10%以下。那時，人們認(rèn)為超過10%、達(dá)到11%~12%就相當(dāng)了不起了，這個跨越需要很長時間。但實(shí)際情況很快就超出了這個預(yù)期，目前薄膜光電轉(zhuǎn)化率已經(jīng)達(dá)到17%以上，而且提升的速度還在加快。過去，轉(zhuǎn)化率每提升1%至少需要兩年時間，但現(xiàn)在情況完全不同了。MiaSole公司在2012年5月到2012年9月不足5個月的時間里，就把轉(zhuǎn)化率從13.4%提升到了15.5%。目前，研發(fā)轉(zhuǎn)化率最高已達(dá)17.6%。 　　光伏大規(guī)模應(yīng)用的上網(wǎng)條件也成熟了很多。逆變器生產(chǎn)已經(jīng)成為光伏產(chǎn)業(yè)的重要組成部分。逆變器可以把光伏發(fā)出的直流電轉(zhuǎn)換為交流電，技術(shù)難關(guān)已經(jīng)突破。把現(xiàn)在的“統(tǒng)一發(fā)電，統(tǒng)一供電”的電網(wǎng)改造成“自發(fā)自用，多余上網(wǎng)”的分布式電站，從技術(shù)上講早已不是問題，而光伏從業(yè)者思考的更多的是商業(yè)模式和政策問題。 　　與此同時，智能電網(wǎng)時代可能即將來臨。所謂的智能電網(wǎng)就是電網(wǎng)的智能化，也被稱為“電網(wǎng)2.0”，它是建立在集成的、高速雙向通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)之上，通過先進(jìn)的傳感和測量技術(shù)、設(shè)備技術(shù)、控制方法以及決策支持系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)可靠、安全、經(jīng)濟(jì)、高效、環(huán)境友好和使用安全的目標(biāo)。 　　歐洲在2005年建立了“未來電網(wǎng)歐洲技術(shù)聯(lián)盟”，其目的就是研究如何把電網(wǎng)轉(zhuǎn)換成一個用戶和運(yùn)營者互動的服務(wù)網(wǎng)，以提高歐洲輸配電系統(tǒng)的效率、安全性和可靠性，并為分布式和可再生能源大規(guī)模整合掃除障礙。2009年，智能電表首先在德、法、意、西等國得到應(yīng)用。歐盟還有一個超級智能電網(wǎng)計劃，其目標(biāo)是把高壓輸電和智能電網(wǎng)結(jié)合起來。 　　就儲存條件而言，目前也已經(jīng)不是什么難題。由于太陽能發(fā)電具有波動性（白天陽光充足，發(fā)電量大；夜間沒有陽光，不能發(fā)電），這就需要使用儲電電池把電能儲存起來，調(diào)節(jié)波動。現(xiàn)在，小容量的儲電電池已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，而且還在不斷改進(jìn)。太陽能城市照明、電動汽車使用的電池都已經(jīng)投入實(shí)際應(yīng)用。家庭小型太陽能電站所需的儲電設(shè)備也不存在什么障礙。雖然眼下可重復(fù)使用的大容量儲能技術(shù)還沒有突破性進(jìn)展，但這并不會從根本上影響光電上網(wǎng)。 　　目前，電網(wǎng)最大的調(diào)峰是白天用電量大和夜間用電量小之間的調(diào)峰。工業(yè)企業(yè)大多是白天用電，其太陽能電站的發(fā)電高峰正好與用電高峰重合，這就自然地減輕了儲能壓力，同時降低了使用外電的比重，實(shí)際上也有助于電網(wǎng)緩解調(diào)峰壓力。 　　從長遠(yuǎn)看，電力儲存不僅能夠更好地解決電力系統(tǒng)的“調(diào)峰”問題，還可以更好地解決電能移動利用的問題。這不僅是光伏產(chǎn)業(yè)的課題，也是整個電力產(chǎn)業(yè)和科學(xué)技術(shù)界的課題，需要全社會一起努力攻關(guān)。 　　杰里米·里夫金指出的第三次工業(yè)革命五大經(jīng)濟(jì)支柱的第三點(diǎn)，即在每一棟建筑物以及基礎(chǔ)設(shè)施中使用氫和其他存儲技術(shù)，以存儲間歇式能源，在未來是完全可以實(shí)現(xiàn)的。 　　三代技術(shù)已來臨 　　如果說新能源革命的核心是光伏革命，那么光伏革命的核心就是太陽能光伏發(fā)電技術(shù)的廣泛應(yīng)用。 　　除上述優(yōu)勢外，太陽能還有一個技術(shù)優(yōu)勢，即太陽能發(fā)電技術(shù)已趨于成熟，太陽能的發(fā)電成本已迅速逼近傳統(tǒng)電能的發(fā)電成本。 　　太陽能光伏產(chǎn)業(yè)是最具發(fā)展前景的清潔能源產(chǎn)業(yè)， 薄膜化、柔性化是全球太陽能發(fā)展的總趨勢和方向。我認(rèn)為，0.5元/度的光伏發(fā)電成本可謂是新能源發(fā)展的里程碑。因為火電發(fā)電成本（包括環(huán)境成本）已超過0.5元/度，而且還在不斷上升，所以，新能源，特別是以太陽能為代表的新能源大規(guī)模替代傳統(tǒng)能源的時代已經(jīng)來臨。 　　太陽能光伏發(fā)電技術(shù)主要體現(xiàn)在太陽能電池方面。這種電池又叫作“太陽能芯片”或“光伏電池”，是一種利用太陽光直接發(fā)電的光電半導(dǎo)體薄片。它只要被太陽光照射到，瞬間就可輸出電流。 　　1883年，光伏電池被美國發(fā)明家查爾斯·弗里茨首次制備成功。他的方法是在硒表面鍍上薄薄的一層金，這種電池的最高光電效率還不到1%。然而，在短短幾十年時間里，太陽能電池技術(shù)已歷經(jīng)三代：從第一代硅基板、第二代薄膜到第三代復(fù)合薄膜材料，技術(shù)早已不可同日而語。 　　值得一提的是薄膜電池。它最大的優(yōu)勢在于成本，在面積相同的情況下，晶體硅太陽能電池的厚度是0.2毫米左右，而薄膜電池的厚度只有它的1%，材料用量節(jié)約至極，在硅原料的使用上，薄膜電池的單位成本要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于晶硅電池的單位成本。 　　如今，太陽能電池的切片已經(jīng)達(dá)到0.1毫米量級，而薄膜電池的研發(fā)轉(zhuǎn)化率最高已經(jīng)達(dá)到18.7%，單晶硅市場上已有轉(zhuǎn)化率為19%~20%的電池片，多晶硅市場也有轉(zhuǎn)化率達(dá)到18%左右的電池片。 　　如今，由于新技術(shù)以及規(guī)模經(jīng)濟(jì)等因素的影響，光伏發(fā)電成本以每年8%左右的速度下降，越發(fā)受到各國重視。這也與世界各國都在實(shí)施“上網(wǎng)電價補(bǔ)貼”政策有關(guān)。 　　隨著光伏發(fā)電技術(shù)的廣泛應(yīng)用、國家政策的支持，當(dāng)數(shù)以萬計的小型光伏能源生產(chǎn)者被納入智能電網(wǎng)，這就意味著里夫金所說的新能源與新技術(shù)的融合已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，全新的社會變革也會由此開始。 第 1 2 3 4 5 6 7 8 9 頁