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太陽能的發展預測(圖)

2006/6/27 17:49:12  電源在線網
一、全球能源消耗形勢及太陽能未來的戰略地位

  一百年來,全球能源消耗基本趨于穩定態勢,平均每年呈3%指數增加。盡管許多工業化國家能源消耗基本趨于穩定,但大多數發展中國家工業化進程加快(如中國),能耗不斷增加,因此預計全球未來能源消耗態勢仍將以3%的速度增長。

  能耗平均呈指數增長趨勢所帶來的后果是十分嚴重:一方面伴隨著化石燃料消耗的增加,大氣中CO2的含量相應增加,地球不斷變暖,生態環境惡化,自然災害及其造成的損失逐年增加,另一方面將愈來愈快地消耗掉常規化石能源儲量。有數據表明,世界化石燃料耗盡時間從現在開始只有幾十年的時間。能源的潛在危機和生態環境的惡化迫使世界各國積極開發可再生能源。在今后的20-30年里,全球的能源結構必然發生根本性的變化。專家預測,在下世紀50年代,新能源與可再生能源在整個能源構成中會占到50%。

  我國是世界上最大的煤炭生產和消費國,煤炭占商品能源消費的75%,已成為我國大氣污染的主要來源。已經探明的常規能源剩余儲量(煤炭、石油、天然氣等)及可開采年限十分有限(表3-6),潛在危機比世界總的形勢更加嚴峻,能源工業面臨的經濟增長、環境保護和社會發展的壓力更大,因此開發利用包括太陽能在內的可再生能源、實現能源工業的可持續發展具有應該說更加迫切、更具重大戰略意義。


表3-6 我國能源剩余資源探明儲量和可開發年限

二、太陽能光伏技術

  1.光伏產業將繼續以高增長速率發展

  光伏產業過去十年平均呈15%的年增長率發展,97、98兩年增長率達到30~40%。多年來光伏產業一直是世界增長速度最高和最穩定的領域之一。預測今后10年光伏組件的生產將以20-30%甚至更高的遞增速度發展。 快速發展的屋頂計劃、各種減免稅政策、補貼政策以及逐漸成熟的綠色電力價格為光伏市場的發展提供了堅實的基礎。市場將逐步由邊遠地區和農村的補充能源向全社會的替代能源過渡。預測下世紀中葉,光伏發電成為人類的基礎能源之一。

  光伏發電的未來前景已經被愈來愈多的國家政府和金融界(如世界銀行)所認識。特別是97年以來許多發達國家和地區紛紛制定光伏發展規劃,如到2010年,美國計劃累計安裝4.6GW(含百萬屋頂計劃);歐盟計劃累計安裝6.7GW(可再生能源白皮書),其中3.7GW安裝在歐洲內部,3GW出口;日本計劃累計安裝5GW(NEDO日本新陽光計劃),預計其他發展中國家1.8GW(估計約10%),預計世界總累計安裝18GW。

  2. 太陽電池組件成本將大幅度降低

  光伏發電成本有數量級降低的潛力。根據美國能源部1996年關于光伏發電并網系統市場價格降低的發展和趨勢。光伏發電系統安裝成本每年以9%速率降低。1996年平均安裝成本約7美元/Wp, 預計2005年可降到3美元/Wp, 相當于光伏發電成本0.11美元/kWh,2010年系統安裝成本降到1.7美元/Wp,相當于發電成本6美分/kWh。

  降低成本可通過擴大規模、提高自動化程度和技術水平、提高電池效率等技術途徑實現。歐洲就擴大規模對降低成本的影響進行了可行性研究,結果表明,年產500MW的規模,采用現有幾種晶硅電池生產技術,可使光伏組件成本降低到0.71~1.78歐元/Wp,其中1#和2#為常規多晶硅和單晶硅技術,成本分別為0.91和1.25歐元/Wp, 如表3-7所示。如果加上技術改進和提高電池效率等措施,組件平均成本可降低到1美元/Wp以下,安裝成本1.7美元/Wp的目標是合理和可行的?紤]到下世紀薄膜電池技術會有重大突破,其降低成本的潛力更大。因此下世紀太陽電池組件成本大幅度降低是必然的趨勢。


表3-7 500MW/年生產規模,晶硅電池組件成本降低的可行性分析


  3.光伏產業向百兆瓦級規模和更高技術水平發展

  目前光伏組件的生產規模在5-20MW/年,下世紀將向百兆瓦級甚至更大規模發展。同時自動化程度、技術水平也將大大提高,電池效率將由現在的水平(單晶硅13%-15%,多晶硅11%-13%)向更高水平(單晶硅18%-20%,多晶硅16%-18%)發展;

  4.薄膜電池技術將獲得突破

  在降低成本上薄膜電池具有更大的潛力。薄膜電池與常規電池相比具有以下優點和特點:

  1)電池活性材料厚度從微米到幾十個微米,是常規電池的1/10~1/100,可節約大量材料;

  2)可直接沉積出薄膜,沒有切片損失;

  3)可采用集成技術在電池形成過程中同時集成為組件,省去組件制作過程;

  4)可采用多層技術,降低對材料品質要求等。因此,薄膜電池具有大幅度降低成本的潛力。世界許多國家都在大力研究開發薄膜電池。下世紀薄膜電池技術將獲得重大突破,規模會向百兆瓦級以上發展,成本會大幅度降低,實現光伏發電與常規發電相競爭的目標,從而成為可替代能源。

  5.太陽能光伏建筑集成及并網發電的快速發展

  建筑光伏集成具有高技術、無污染和自供電的特點,能夠強化建筑物的美感和建筑質量,具有多功能和可持續發展的特征;建筑物的外殼能為光伏系統提供足夠的面積,不需要占用昂貴的土地, 省去光伏系統的支撐結構, 省去輸電費用,光伏陣列可以代替常規建筑材料,從而節省安裝和材料費用,例如常規外墻包覆裝修成本與光伏組件成本相當;光伏系統的安裝可集成到建筑施工過程,成本又可大大降低;在用電地點發電,避免傳輸和分電損失(5-10%),降低了電力傳輸和電力分配的投資和維修成本;集成設計使建筑更加潔凈、完美,更使人賞心悅目,更容易被專業建筑師、用戶和公眾接受。

  太陽能光伏系統和建筑的完美結合體現了可持續發展的理想范例,國際社會十分重視。國際能源組織(IEA)于1991年和1997年相繼兩次年起動建筑光伏集成計劃,計劃的實施對建筑光伏集成起了重要開拓和推動作用,許多國家相繼制定了本國的屋頂計劃,使得建筑光伏集成技術如旭日東升,蓬勃發展。

  例如,1997年6月美國宣布了“克林頓總統百萬屋頂光伏計劃”,2010年完成。該計劃旨在加速和促進美國光伏產業的快速發展,把發電成本降到6美分/kWh以下,起到減排CO2、增加社會就業、保持和加強美國光伏產業在世界的領先地位和支配地位的作用。歐洲于大致相同的時間宣布了“百萬屋頂計劃”,于2010年完成。 日本政府在1997財政年度計劃安裝9400套4kW的屋頂光伏系統,總計37MW,是上一個財政年度的6倍,是日本1996年生產太陽電池組件的2倍,是全世界1996年光伏組件生產總量的41%。日本政府的計劃目標是,到2010年安裝5000MW屋頂光伏發電系統。

  德國聯合政府在歐洲百萬屋頂的框架下于98年10月份提出了一個光伏工業20年來最龐大的計劃-在6年內安裝10萬套光伏屋頂系統,總容量在300-500MW,總費用約9.18億馬克。該計劃提供10年無息信貸,政府提供37.5%的補貼,該計劃于1999年1月實施。該計劃在德國引起了很大反響,對德國的PV工業將產生不可估量的影響。

  建筑物自身能耗占世界總能耗的1/3,是未來太陽能光伏發電的最大市場。光伏系統和建筑結合將根本改變太陽能光伏發電在世界能源中的結構中的從屬地位,前景光明。

  6.下世紀前半期的光伏發電將達到世界總發電的10-20%

  專家分析預測,未來光伏產業發展的年增長率在20-30%之間,光伏發電將很快發展成巨大的市場。

  1997年世界發電總裝機容量約2000GW,其中核能約370GW,占17%。世界核電發展是呈收縮或維持趨勢,我國和許多發展中國家由于工業化速度加快,能源短缺,還會適當地發展核能。到下世紀30-50年代,估計世界核電將發展到500-600GW。1998年世界光伏發電總裝機容量0.8GW,以2040年計算,這要求從現在開始,光伏發電每年增長速度為16.5%。專家預計下世紀前半期的30-50年代光伏發電將與核電相當。

  石油對能源的貢獻整整花了100年, 年青的光伏工業從今天到未來的重大貢獻所需時間比石油要短得多。

三、太陽能熱利用技術

  1.熱水器仍然是熱利用的最大市場

  目前太陽能熱水器商業化程度最高,許多國家都得到了較普遍的應用,但世界太陽能熱水器的平均戶用比例還非常低。1998年世界熱水器的保有量約為5400萬m2,戶用比例約1~2%。同日本的20%和以色列的80%相比,相差很遠;除此之外,服務業、旅游業、公共福利事業等的中低溫熱水的應用市場也非常大。在下世紀的前半期,熱水器仍然是太陽能熱利用的最大市場。1997年世界太陽能熱水器的市場約7億美元。2015年世界人口約70億,屆時熱水器戶用比例達到20%(日本今天的水平), 太陽能熱水器的市場將超過500億美元。

  1998年, 我國有500多個熱水器生產廠家, 年銷售額400萬m2,總安裝量約1400萬 m2,占世界第一位。但戶用比例僅3%。到2015年,我國人口將近17億,如果戶用比例達到20%,戶用家庭人均0.5 m2,則要求總保有量1.7億m2,是目前的12倍,其市場十分可觀,也必然是太陽能熱利用的最大市場。

  2.太陽能空調降溫及太陽能建筑

  建筑能耗占世界總能耗的1/3,其中空調和供熱的能耗占有相當大的比例,是太陽能熱利用的重要市場。太陽能建筑的發展不僅要求建筑師和太陽能專家互相密切合作,而且要求在概念上、技術上相互融合、滲透、集成一體,形成新的建筑概念和設計。目前太陽能建筑集成已成為國際上新的技術領域,將有無限廣闊的前景。

  太陽能建筑不僅要求有高性能的太陽能部件,同時要求高效的功能材料和專用部件,如隔熱材料、透光材料、儲能材料、智能窗(變色玻璃)、透明隔熱材料等,這些都是未來技術開發的內容。

  3.太陽能熱發電

  太陽能熱發電技術同其他太陽能技術一樣,在不斷完善和發展,但其商業化程度還未達到熱水器和光伏發電的水平。1980-1985年LuZ公司在美國加州安裝了354兆瓦商業化槽式線聚焦發電系統。90年代以來美國能源部通過“熱發電計劃”對這種系統進行考查、分析,確定系統運行、維修優化方案,對分系統自動化、集熱器的對準和凈化、可靠性、分系統效率等進行分析。分析考查證明運行、維修成本可以降低30%。但十幾年來這種系統沒有擴大和推廣,可以認為只是一種大型的商業化示范系統。

  美國能源部正在通過“太陽能熱發電”計劃積極推動熱發電技術的商業化進程展。該計劃包括:

  1)太陽能熱發電系統和部件的研究開發;

  2)與太陽能電力工業合作,開發適用于現在和未來的熱發電技術;

  3)對未來的用戶開展教育,使之認識到該技術的意義。計劃重點是幫助太陽能工業界開發商業化產品,改進現有技術使之進入近期的市場。

  “熱發電計劃”的另一個內容是工業發展計劃,以推動近期熱發電成本的降低。如SolMaT(Solar Manufacturing Technology Initive)就是一個降低太陽能部件制造成本的計劃,部件的高制造成本是通向商業化的重要障礙。SolMaT正在對現行制造技術(如定日鏡制造技術)中的流水線工藝、廢物處理、技術障礙、樣機實驗等進行評價。對塔式和碟式/斯特林系統部件進行類似的研究。

  歐洲也制定了太陽能熱發電計劃,內容包括:

  1)開發100-200MW具有成本效率的拋物面槽式系統和塔式接收器系統;建立1-5MW太陽/燃油混合碟式系統;

  2)開展太陽熱發電廠系統優化設計;

  3)在歐洲南部、北非、建立示范裝置;

  4)制定系統和部件的研究開發計劃,包括部件和系統優化設計;

  5)新系統的試驗和改進;

  6)開發30MW級的工業系統;

  7)開發市場。

  從美國和歐洲的熱發電現狀和計劃看出,這些工業發達國家正處在太陽能熱發電商業化前夕,政府和工業界聯合積極推動商業化進程,預計2020年前,太陽能熱發電將在發達國家實現商業化,并逐步向發展中國家擴展。

  太陽能利用技術和產業已經由技術開拓期步入蓬勃發展時代。到下世紀的一、二十年代,太陽能發電成本有可能降低到與常規電價相競爭的水平,一個廣泛的大規模的利用太陽能和可再生能源的新時代-太陽能時代正在來臨。
聲明:本信息內容的真實性未經電源在線網證實,僅供參考。  來源:《中國新能源與可再生能源1999白皮書》
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