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一、引言
2015年12月13日,在法国巴黎召开的第21届联合国气候变化大会近200个缔约方一致同意通过《巴黎协定》,协定将为2020年后全球应对气候变化行动作出安排。作为具有里程碑式意义的第一份全球气候协定,不仅开创了人类的新时代,也进一步促进了各国开发环保清洁新能源的步伐。但由于当前应用广泛的核能发电存在巨大的潜在核辐射、核废料生态威胁等现实;水力发电受具体水资源地理环境限制,也对当地生态造成一定影响,所以备受争议。于是,各??纷纷将目光转向潜力近乎无限的光伏发电项目上来。相比于风力发电、火力发电、核能、水力发电等方式,光伏发电方式几乎不受具体地理环境(特殊地区除外)限制,且对自然环境造成的影响最低,所以我国对光伏发电相关扶持政策导向较多。由此可见,光伏发电项目投资潜力巨大,但同时也存在一定的风险。所以,如何规避光伏发电投资的风险是投资商所要考虑的主要问题。本文通过分析当前我国光伏发电产业的现状以及存在的问题,采用随机性理论和动态规划的方法,研究随机性动态规划条件下光伏发电最优投资时机的决策分析。
太阳能是地球天然的能量来源,是一种绿色环保的可再生能源。实现可持续的科学发展是我国未来的既定发展战略,近期我国北方地区严重的雾霾天气更为人们敲响了环境保护的警钟。因此发展新型清洁能源,改变我国目前严重依赖煤炭的能源结构的行动迫在眉睫。而太阳能是解决当前能源短缺问题,实现清洁环保型社会发展的有效途径之一。目前,人类对于太阳能利用主要有以下七大领域:光热利用、光热发电利用、热电直接利用、光电利用、光化利用、光生物利用和光热光电综合利用等。
我国历来关注太阳能应用产业的发展,并在2009年将太阳能开发利用纳入国家重大科技攻关项目。而当前我国太阳能利用主要包括太阳能热能和太阳能光伏发电两大方面。一方面,通过小规模的太阳能光伏发电产业化的示范工程,进行试点研究,取得了丰富的实践经验和数据。另一方面,太阳能热能的利用在普通家庭里面得到了极大的推广,代表产业便是我国庞大的太阳能热水器产业领域。
与太阳能热利用产业发展迅速的现状相比,我国光伏发电产业在国家能源发电应用领域与世界其他主要国家差距较为明显。如下表2006年统计数据显示:
本表根据中华人民共和国国家统计局《国际统计年鉴2010》部分数据整理。
目前,中国已形成了完整的太阳能光伏产业链。从产业布局上来看,国内的长三角、环渤海、珠三角及中西部地区业已形成各具特色的区域产业集群,并涌现出了无锡尚德、江西赛维、天威英利等一批知名企业。但仍在一些主要问题:
在光伏发电的应用技术上,我国的整体产业技术水平低于世界发达国家的技术水平。在整个太阳能光伏产业链技术壁垒最大的多晶硅的生产中,国外的主要厂商采用的是闭式改良西门子方法,而这在中国还是空白。中国的多晶硅生产企业使用的多为直接或者间接引进的俄罗斯的多晶硅的提纯技术,其成本高、耗能量,重复性建设严重,在整个国际竞争中处于劣势。在政策上国家政策导向效应明显,我国政府出台了一系列的光伏发电产业的补贴扶持政策,进一步刺激了民资企业和国企的投资热情。随着国家科技项目的成果普及,未来国家还将进一步推进光伏产业技术上的升级,有利于增强企业的竞争力。在产品出口上,由于受到全球经济不景气,欧盟债务危机等影响,中国光伏企业容易遭到出口国家地区的贸易壁垒、反倾销。在环境方面,自然灾害是投资项目运营以及建设过程中,无法避免的潜在威胁。如占地面积广大,沿海地区易受到台风、盐雾影响,高寒地区易受到极端天气损坏设备等等。
三、建立光伏发电项目投资时机决策的动态规划模型
(一)引进先进模型
针对于解决复杂、多阶段问题的决策方法称为动态规划法。动态规划算法通常用于求解具有某种最优性质的问题。其基本思想是:在这类问题中,可能会有许多可行解。每一个解都对应于一个值,我们希望找到具有最优值的解。将待求解问题分解成若干个子问题,先求解子问题,然后从这些子问题的解得到原问题的解。如果我们能够保存已解决的子问题的答案,而在需要时再找出已求得的答案,这样就可以避免大量的重复计算,节省时间。我们可以用一个表来记录所有已解的子问题的答案。不管该子问题以后是否被用到,只要它被计算过,就将其结果填入表中。简而言之,就是将一个复杂的问题,分解成几个相互联系的阶段性小问题,通过不断的推断递进,寻找解决整个问题的最优方法。
(二)针对性的建立模型
目前,8%的收益率是光伏行业的普遍标准。就一般情况下而言,投资太阳能光伏发电项目在短期内是亏损的,太阳能发电站一般在建成运营后第十五、六年才能实现自主净盈利。世界各国政府对于本国的光伏发电产业是进行高额的前期财政补贴扶持,各国光伏产业的发展大多依赖政府的补贴,我国政府的补贴规模比例在50%~70%之间。所以,在整体上而言,我们可以将政府补贴与企业前期的亏损进行抵消整合,抽象出一个基本的数学量化模型。
在这个模型里,假设光伏发电投资项目是按运营年为单位。在各个运营单位阶段内,投资者都有立即投资和等待投资两种策略。投资商可以自由地决定投资时间,投资后的实际收益要高于预期收益,那么理性投资者将会选择在收益期望最高的时候进行投资。假如当前投资项目实际收益低于预期收益,那么当前投资时期并不是最好的投资时机,投资商不会进行项目投资,会选择等待投资策略;假如现在投资实际收益高于预期投资收益,那么投资商会获利,所以会选择立即投资策略。“在投资决策中,虽然预期收益具有不稳定性,但是实际收益以某种概率分布出现,所以,投资收益有属于一种不确定性变量”。
四、依据实际案例进行分析计算
(一)??际案例分析
为了验证以上建立模型的有效性和一般性,现在假设年均光照资源丰富、气候适宜的我国某地计划投资建设一个光伏发电项目,规格为100MW,其中投资决策模型中的参数设置如下:
假设现在启动该项目,前期预计投入成本包括各种相关的土木工程建设、光伏发电设备、设备安装维护费用等等,总成本为W。第一年预期收益为1.1W或0.9W。由于气候变化、战争、突发事件等不可抗力因素存在,投资收益会出现波动。每年年运营期预期收益为10%,或者预期亏损为10%,即预期收益为1.1W或0.9W。在未来三年内,假设政府扶持政策、货币利率等外部环境保持不变,使用动态规划方法来确定最佳的投资时期,扣除成本之后的预期净投资收益情况决策树如下表所示。
由此可见,在选择投资时,预期净收益存在随机性,是一个随机变量,可能出现预期收益低于或者高于实际收益的情况,所以光伏发电项目投资需要谨慎对待。把未来3年投资项目与否的决策过程分为3个阶段,将各个阶段的预期净收益作为这个投资阶段的预期收益来考虑,明确投资风险和实际收益高于预期的分布概率,综合进行考虑。
(二)决策树的结果分析
1.当N=0时,代表的是此时正处于项目投资的初始阶段,对光伏发电项目持乐观态度的投资商会选择立即投资;相反,持悲观态度的投资商会选择等待的策略。
2.当N=1时,代表的是此时正处于项目投资的第一年,无论是出现盈利还是亏损,对光伏发电项目持乐观态度的投资商都会选择立即投资;相反,一旦出现亏损,持悲观态度的投资商会选择等待的策略。
3.当N=2时,代表的是此时正处于项目投资的第二年,除了持续两年都亏损的情况外,对光伏发电项目持乐观态度的投资商都会选择立即投资;相反,除了连续两年都增长的情况外,持悲观态度的投资商都会选择等待的策略。
4.当N=3时,代表的是此时正处于项目投资的第三年,除了连续三年都亏损的情况外,其余7种情况下对光伏发电项目持乐观态度的投资商都会选择立即投资;相反,除了连续三年的收益增长外,持悲观态度的投资商会选择等待的策略。
近年来,太阳能光伏发电在国内外的发展和应用比较迅速,尤其是在欧洲一些发达国家。据欧洲光伏产业协会(EPIA)的统计报告显示,2011年全球太阳能光伏发电设备的安装量同比2010年增加70%,其中意大利和德国的安装量占全球市场的60%。而欧洲的安装量占全球市场的75%,领跑全球光伏市场。意大利、德国、中国、美国、法国和日本在2011年安装量超过1GW。此外,南美洲、非洲、中东、东南亚等地区也在积极拓展光伏市场。
EPIA数据还显示出,2011年太阳能光伏发电量约等于80亿kWh,如此大的发电量足以满足20万家庭生活需求。在国家科学技术的强力推动和相关激励政策的促进下,我国的光伏发电产业发展势头良好,甚至在全球的光伏市场中占有一定份额。然而,与国外发达国家相比,我国光伏发电技术及产业还存在很多问题:
(1)居民太阳能光伏发电并网输出功率不稳定:系统输出功率不仅受到设备自身因素的影响,同时其输出功率随太阳辐射强度、天气、地域、季节、温度等自然因素而变化,所以系统输出功率极不稳定。太阳能光伏发电的输出功率不稳定不仅会对整个电网的电压稳定造成影响,而且由于输出功率的不可预测性难以提供稳定的电能输送保证。根据这一特性,系统必须在实际运行过程中做好电网发电波动记录,掌握系统输出功率的波动规律,并配备电网发电下降补偿装置,从而保证整个电网系统的稳定运行。
(2)孤岛效应:居民太阳能光伏发电并网以后会产生孤岛效应[4]。孤岛效应具有多方面的危害,当电力部门对有光伏发电设备的居民电力设施进行检修时,孤岛效应会使已经停电的电力设施可能仍然带电,给检修人员带来很大危险;另外,孤岛效应会造成用电设备的损坏,而且并网设备本身也会因负荷的急剧变化而出现损毁。因此,光伏发电并网系统必须具有检测孤岛效应的能力,当孤岛效应发生时可以快速准确地切断并网逆变器,这是居民太阳能光伏发电并网应用时必须要解决的问题。
(3)行业质量与标准修订问题:光伏行业标准的制修订工作进展缓慢,与其他相关行业标准协调不到位;居民太阳能光伏发电并网的技术难点在于逆变器性能,并网前必须对并网设备进行检测、验收和技术指导,使其相应指标满足要求后才可允许其并网。然而,目前国内还没有专门制定光伏发电并网设备的检测和验收的相关标准,这为居民太阳能光伏发电系统的大力推广带来一定困难。
(4)光伏发电设备质量和技术问题:高端技术研发能力不足,国际上一些先进的光伏企业的主要产品是高提纯硅料、电池片,而高纯度硅料的提纯技术主要掌握在美国、德国和日本等国家的手中,造成我国光伏产业严重依赖国外;光伏发电系统的大规模应用导致硅材料的紧缺是亟待解决的问题,居民光伏发电设备所用的材料质量参差不齐,甚至一些设备的质量不过关,整个发电设备的使用寿命下降,增加维修成本。
2.居民太阳能光伏发电发展展望及建议
现在我国居民太阳能光伏发电产业的发展主要还是在国家补贴推进的前提下,在太阳能丰富的地区大规模集中开发光伏发电站,集中发电,再升压并网,进入普通居民电网。其他的居民光伏发电发展模式有小型分布式并网光伏发电系统和居民光电建筑一体化小型光伏发电系统,这类发电系统一般就近并入电网。在下一发展阶段必然要进入大规模分布式并网发电应用阶段,在这一阶段,国家补贴力度较小,光伏发电度电成本已接近工业用电成本了,但仍然高于居民用电成本。当光伏发电度电成本低于普通居民用电成本时,就可以大规模发展分散式光伏发电并网就地供电了。预计到2017~2018年,光电度电成本低于一般居民用电成本,此时可以大力发展居民住宅小型分散式发电系统。随着电网公司对各地区配电网结构的不断优化和光伏发电接入技术的提高,就可以大规模接入小型分散式光伏发电系统了。我国全国范围分布着大大小小若干个城市,居民住宅面积广、耗能高,若能在我国的各大小城市实现小型光伏发电系统的接入,那么就能实现太阳能光伏发电与居民住宅供电一体化建设和全国能源消费结构的改变。为了更好地发展我国的太阳能光伏发电产业,可以把以下几个方向作为未来光伏发电产业的发展重点:
(1)加大国内太阳能光伏发电技术的研发力度。要提高纯度硅材料的研发和生产能力,注重光伏发电系统分散式接入用户端的技术研究,从而提高发电系统的运行可靠性。
(2)标准制定部门应尽快制定与光伏并网有关的实施标准和技术规范,将电气接口和通信接口更加规范和统一,这在很大程度上可以降低居民光伏发电系统的初始投资成本和运营成本,可以更快地实现光伏发电系统的资本盈利。
关键词:新能源;产业;技术瓶颈
随着核能、太阳能、风能等新能源技术的逐步成熟和应用成本逐步降低,新能源产业开始在世界范围内崛起。中国是世界上第二大能源生产国和消费国,但由于新能源产业的核心技术基本都在国外,而重大的制造设备和关键零部件基本靠进口,使得我国新能源产品的成本过高,不仅使得新能源产品在国际上缺乏竞争力,同时也造成国内风电、核电等的价格居高不下,从而在国内消费市场难以打开局面,在内需萎靡,国际市场利润空间受控的情况下,我国新能源产业要想壮大成国民支柱产业前景渺茫。而自金融危机以后,各国经济对新能源产业给予了重望,在国外市场需求的突然增加与国内环保压力的共同推进下中国新能源产业将迎来重大的发展机遇,因此当前如何克服发展的技术瓶颈对于新能源产业来说尤为重要。
1 当前我国新能源产业的发展现状
伴随着国际上低碳经济的呼声越来越高,我国新能源产业近两年获得了快速的膨胀,但由于扩张的速度太快,使得新能源产业的发展陷入无序的状态,特别是近两年快速扩张的风电、多晶硅等新兴产业出现明显的重复建设倾向,新能源产业这种“虚热”的状态,不得不引起我们高度的重视。
①风电产业——失衡的产业链。中国风电产业在2005年《可再生能源法》实施之后,连续4年实现新增装机容量翻番,2008年中国风电装机1221万kW,已占全球总装机的10%,已成为亚洲第一、世界第四的风电大国,仅排在美国、德国、西班牙之后。但是,在竞相上马的风电项目背后,却是微不足道的经济效益,风电产业陷入产能过剩的尴尬境遇。截至2008年底,风电装机容量只占到全国电力总装机容量的1.13%,而发电量更是只占区区0.37%。同时,内蒙古约有三分之一的风电并网项目处于闲置状态;甘肃酒泉已经投运的46万kW风电装机最大发电出力只能达到65%左右。国内风电产业面临的主要问题主要集中在产能过剩、成本过高、机组质量和电网模式制约等方面。
而从风电产业的产业链上来讲,严重失衡。今年上的风电项目都集中在风机制造一端,这是因为我国目前风电场建设的高歌猛进,催生了风电设备的巨大需求,使得风机制造项目一哄而上,造成了风电产业链的结构性失衡,所以我们说风电过热过剩其实指的是风电产业的这种结构性过剩。国内风电整机生产企业超70家,超过全球其他地区风电设备厂商总和。目前,不仅在整机市场上存在着过多企业涌入的状况,在叶片市场也出现了一哄而上的现象。尽管风电大小企业如雨后春笋般成立,在核心技术和关键零部件等方面,生产企业走的却是清一色的引进路线。
②光伏产业——国外环保事业的打工仔。国际上新技术的发展与应用,促使太阳能发电成本大大降低,美国工业体系大约在0.21美元左右,这一数值已经相当接近于火电价格的成本。而且成本还将进一步的下降,可以预期不远的将来光伏产业将会迎来一个爆发的增长期。我国光伏产的发展也是随着国外的需求而近年来得到了快速发展,最近5年的年平均增长率在40%以上,其扩展主要在海外市场。按照国家制定的发展计划,至2010年,中国光伏发电的累计安装量将不会超过300MW,因此目前光伏产业的主要市场仍将在海外。
目前国内光伏产业上游多晶硅产业扩张迅猛,价格回落预期强烈,多晶硅行业的暴利时代将逐渐走结束。而且由于金融危机影响了下游光伏需求,许多曾出台庞大扩产计划的多晶硅制造商必将推迟或取消其部分后期项目,近几年将发生无情的洗牌。下游太阳能电池制造业将摆脱多晶硅原料产能瓶颈,行业毛利率将会有所回升。
但是,中国的太阳能电池生产最主要的原料晶体硅,我国矿产储存很少,因此不得不从欧洲和日本高价进口。加工制成太阳能电池后,再返销回当地,这种发展模式无疑等同于担任着国外环保事业“打工仔”的角色。
③其他产业的发展。在新能产业领域,我国太阳能热水器产业近几年发展迅速,产品推广很快,目前国内太阳能热水器安装总量达到13284万m3,占全球安装总量的70%以上,产业形态也逐步走向成熟。在国际生物燃料产业化风潮的促进下,我国生物燃料产业近年发展很快,2008年中国燃料乙醇产量达到190万t,受粮食产量制约,我国近期不再扩大以粮食为原料的燃料乙醇生产。为了扩大生物燃料来源,我国已自主开发了以甜高粱茎秆为原料生产燃料乙醇的技术(称为甜高梁乙醇),并开展了甜高梁的种植及燃料乙醇生产试点。另外,我国也在开展纤维素制取燃料乙醇的技术研究开发,如果农林废弃物纤维素制取燃料乙醇或合成柴油的技术实现突破,生物燃料年产量可达到上亿吨,从理论上讲,我国生物燃料的发展潜力还是很大的,但目前还处于起步阶段,其产业化的进程还很缓慢。总体来讲部分新能源细分产业在国内市场仍未完全启动,虽然目前发展态势来看还不错,但是如果不加快新能源产业领域核心技术的研发与应用,以及加强行业的规范与引导,新能源产业泡沫无疑将会发展成为中国经济将来发展的又一隐患。
2 我国新能源产业发展的技术瓶颈
我国新能源企业的大多规模小,核心技术对外依存度高,关键设备和零部件主要靠引进,企业自主研发能力薄弱。有数据显示我国新能源技术的专利集中在高校和科研院所,这一方面说明我国对于新能源技术研发的投资重点在高校和科研院所,同时又从另一个方面说明我国新能源企业自主研发能力低下,从而制约了我国新能源技术产业化转化的效率和能力。当前我国新能源产业发展的技术瓶颈主要有以下几方面:
①战略产品缺乏核心技术大幅缩减了产业的利润空间。总体来说我国新能源产品的技术水平偏低,而且核心技术多依赖国外。比较有代表性的是光伏产业,目前太阳能的利用的效率主要依赖于电池的性能,而我国太阳能电池生产的上游产品最重要的专用原材料单晶硅基本都靠进口,由于前期生产过快的扩大,竞争变得异常激烈,因为缺乏核心技术,使得我国这些企业的利润大幅下降,后期的发展不容乐观。
②设备与制造技术落后使得新能源产业发展缺乏后劲。这个问题在风电、核电等产业都很突出。风电机组制造技术是风电发展的核心,而目前我国风电整机总体设计和关键零部件设计制造仍是制约我国风电产业发展的瓶颈。目前我国风电建设远远落后于世界发展,其主要原
因是,没有加大力度依靠国内雄厚的机电制造业基础,吸收引进国外先进技术对风电成套设备进行自主开发。随着世界风力发电设备制造水平提高,更大的单机容量已经是全球风能技术发展的趋势。据了解,国外风电机组目前已达到兆瓦级,如美国主流1.5MV,丹麦主流2.0~3.0MV,在2004年的汉诺威工业博会上4.5MV的风电机组也已面世。而迄今为止,我国在这一技术上处于落后位置,尚不具备自行开发制造大型风电机组的能力,且在机组总体设计技术,特别是桨叶和控制系统及总装等关键性技术上落后于欧美发达国家,且机组质量普遍不高,易出现故障,这就使国产设备的竞争力面临严峻的考验。
③新能源并网应用技术滞后形成了新能源的消费瓶颈。我国风电、光伏电站一般处于偏远地带后,电网负荷小,不能满足大规模风电接人的要求,特别是近几年随着新能源发电装机容量的大幅提升必然对电网提出更高的建设要求。典型的例子便是,西北、东北和华北本是我国风电资源相对丰富的地区,但这些地区大部分处于电网产业的末梢,电网基础设施建设较为薄弱,因而难以对当地的风电资源进行充分有效利用。就全国来看,如业内人士所言,我国风电装机容量虽然在2008年底已突破1200万kW,但其中仅有800万kW的装机容量入网发电。将来新能源的发展迫切需要在电网的系统接入、并网技术标准、并网管理等方面开展突破性工作。
3 对策思路
①做好新能源产业发展战略规划,进行超前布局。新能源是一个新兴的产业,我们应该做好超前布局和规划,为新能源产业的发展建立良好的政策环境。政府应该提前进行新能源产业发展的关键技术、共性技术进行攻关从战略上提前布局,只有这样我们的新能源产业才能克服当前发展的核心技术不足的软肋,迎头赶上甚至超越发达国家。
②建立起行业标准,引导规范新能源产业的发展。逐步建立和完善新能源产品的标准体系,以及质量控制体系,选择有特色的创新能力较强的地区,发展新能源产业基地,构建比较完善的产业链,促进新能源产业的积聚式发展。
③加强示范与应用,推进关键技术与产品产业化。氢能,以燃料电池为重点,燃料电池堆、燃料电池辅助装置、燃料电池发动机等技术,开展产业化示范,推动氢能燃料在交通运输方面的应用。重点包括太阳能系统集成和产业化应用,重点支持能够促进光伏发电并网发电,光伏发电的系统技术和关键技术的产业化;围绕成形燃料开展能源作物的育种、繁育等高科技产业化;实施新材料高技术产业化专项等。通过关键技术与产品的示范与应用,从而推动这些技术产品的规模化、商业化,带动新能源产业的发展。
近几年来,我国光伏产业经历了高速发展期。特别是在2007年,我国光伏产业呈现出爆发式增长,使得我国一跃成为全球第一大生产国;而且,高纯多晶硅技术以及其他许多关键生产技术装备的研发和国产化工作也取得令人鼓舞的进展。
但是,2007年以来,我国光伏产业也集中爆发了一系列相互关联、引起高度关注甚至激烈争议的问题,主要包括:不协调的产业链结构、绝大部分产品出口国外的市场格局、生产过程导致的国内高能耗和四氯化硅环境污染、全球技术和市场竞争加剧下的产业风险和可持续发展能力、光伏发电的商业化前景和时间表等。这些都是当前广受热议的焦点问题,也是推动我国光伏产业发展和太阳能利用的重大问题。
二、国内外光伏产业的最新进展和发展趋势
(一)我国光伏产业的最新进展
近几年来,我国光伏产业经历了爆发式增长,已基本形成了涵盖多晶硅材料、铸锭、拉单晶、电池片、封装、平衡部件、系统集成、光伏应用产品和专用设备制造的较完整产业链。产业链各个环节的专用设备和专用材料的国产化加快,许多设备完全实现了国产化并有部分出口。截止到2007年底,全国太阳能电池和组件的生产能力分别达到2.9GWp和3.8GWp,当年产量分别比2006年增长148%和138%,达到1.1GWp和1.7GWp,均占世界总产量的27%以上,使我国成为全球第一大太阳能电池和组件生产国。2007年我国光伏产业的销售收入也增加到1000亿元,从业人员达到8万人以上。
特别是多年持续严重制约我国光伏产业发展的高纯多晶硅制造技术,在这两年内实现了重大技术突破。在科技部和国家发展改革委等有关部门支持下,2007年新光硅业、洛阳中硅、江苏中能等3个企业分别建成了千吨级高纯硅生产线,使得全年高纯硅产量大幅增加到1130吨。2008年,随着江苏中能二期和重庆大全的各自1500吨多晶硅工程的建成投产,预计国内超纯多晶硅的全年产量将超过4000吨。而且,重庆大全和江苏中能公司实现了还原尾气回收利用技术和多晶硅还原炉制造技术的重大突破;据介绍,综合能耗已降到150-180kWh/kg(使得成本降低到约50美元/kg),显著低于其他国内同类企业的250-300kWh/kg,主要物料的综合回收率也超过98%。最近,江苏中能等一些国内企业还在积极准备开发引进流化床法、硅烷法等新型高纯硅生产技术,可望使高纯多晶硅生产的综合电耗降至2050kWh/kg,成本降至15-25美元/kg。据不完全统计,目前全国至少有33家高纯硅生产企业的一期工程产能总计约为4.4万吨(规划总产能高达8.8万吨),如果这些项目能顺利建成投产,预计我国2010年的多晶硅产量将超过3万吨,将从根本上缓解高纯硅材料的供需紧张的矛盾。
随着我国光伏产业的迅速发展壮大,不少地方和企业近年来积极建设MWp级并网光伏系统(主要是建筑屋顶光伏系统)。据不完全统计,截止到2008年5月,全国已建和在建11个MWp级并网光伏系统,大部分预计在2009年建成。一些光伏设备制造企业还积极探寻建设更大规模光伏发电站的机会;江苏等省份还提出制定“万个太阳能屋顶计划”。我国第十届中国太阳能光伏会议的《常州宣言》提出了非常积极的目标,力争在2015年前使光伏发电成本下降到1.5元/kWh,在10年内使光伏发电量占到全国总发电量的1%,这意味着大约500亿kWh的年发电量和超过4000万kW的装机量。
(二)国际光伏产业的进展和发展前景
在国际上,光伏发电产业得到了许多国家的持续政策扶持,光伏发电的成本也随着太阳能电池技术进步、硅原料和组件供需形势逐步缓解而快速下降,使光伏发电成为增长速度最快、初步实现规模化发展的可再生能源发电技术。
日本2008年恢复了中断两年的居民屋顶并网光伏发电系统的投资补贴政策。美国目前30多个州都实施屋顶并网光伏发电净电量计量法政策;美国联邦政府2008年又延长了光伏投资税减免政策。德国继续对光伏发电实行为期20年的固定电价,2008年平均上网电价为45.7欧分,kWh。
国内外光伏产业界已开始描绘以居民销售电价和峰谷电价为临界点的并网光伏发电商业化时间表。德意志银行预计多晶硅太阳能电池技术的发电成本最低可降到$0.1/kWh以下(约合0.7元人民币,kWh),乐观估计大约在2015-2016年左右可降到$0.15/kWh(约合1元人民币/kWh),使得光伏发电将于2010-2013年期间首先在日本、德国、西班牙等实行较高平均零售电价的国家开始商业化发展。
在扶持政策和发展前景激励下,2002年以来,全球光伏发电装机年均增长率超过40%。2007年全球新增装机量同比增长62%,当年统计安装量为2.83GWp,累计总装机容量大约为12GWp。据有关预测或展望,未来数年全球光伏市场将以大约60%的速度增长,2020年累计装机将达到200GWp,绝大部分为并网光伏发电。
值得注意的是,2007年以来愈演愈烈的金融危机乃至可能的经济危机,预计会减弱全球光伏发电市场增长速度,并影响光伏设备制造业的发展。主要原因包括:一是全球金融危机普遍增加融资难度,而资金密集型的光伏产业也不能独善其身;二是国际能源价格(以油价为代表)的大幅回落将扭转各国销售电价持续增长的趋势,从而延迟光伏发电实现电网平价(gridparity)的时间点;三是各国在金融危机和财政能力影响下,其今后的光伏产业补贴政策将存在一定的不确定性。
三、我国推动光伏产业发展和市场应用的障碍和挑战
虽然我国光伏产业近年来实现了长足进步,但也存在不容忽视的技术、环境和市场风险;近期推动国内光伏市场应用也面临成本高、上网难、缺乏经验等障碍。
(一)国内光伏技术仍存在总体水平不高、内在竞争力不强和短期环境风险
由于我国光伏产业发展历史短、基础研究工作薄弱,目前我国光伏技术总体水平仍然不高,太阳能电池及组件的效率和质量水平仍然普遍低于世界先进水平,在新型高效的太阳能电池和高纯硅生产技术的研究开发方面也落后于欧美日发达国家,许多装备主要依赖国外引进。因此,目前我国太阳能光伏产业仍主要依靠市场驱动而非技术驱动,缺乏强大的内在竞争力。特别是目前国内大多数高纯多晶硅企业仍面临物料闭路循环和废液废气污染物回收处理等方面的技术瓶颈,存在四氯化硅副产品的环境污染风险,成为我国高纯硅行业发展的重大制约因素。
(二)产业和市场发展不平衡,不利于产业持续稳定发展和节能减排
过去几年内,我国光伏产业界抓住欧美国家光伏市场的快速增长的机遇,利用国内人力和资源成本较低的比较优势,实现了迅速起步与发展壮大。但业界普遍预测,由于近年全球光伏产业的产能迅速扩张以及金融危机影响,未来两年内世界光伏组件和高纯硅材料市场将呈现供过于求的趋势,使光伏产业面临大规模洗牌。
最近我国光伏企业已普遍停止扩产、削减产量。在这个洗牌过程中,利润率最高的环节也将逐渐转向下游的光伏发电运营业,使得出售光伏电力比出售光伏组件和系统具有更长远稳定的回报,这也是传统光伏产业界(光伏设备制造业)日益重视、极力呼吁启动国内光伏市场的根本原因。但是,我国光伏市场的发展却滞后于国内光伏产业和国际光伏市场,2007年我国新增光伏发电装机量为20MWp,仅为当年国内太阳能电池产量的2%和全球总新增装机量的0.71%,其中并网光伏发电装机仅为2MWp。因此,目前这种产业和市场格局意味着我国光伏产业面临日益突出的市场风险。而广受争论的光伏产业的高能耗问题,其实质问题也在于产业和市场发展不平衡,即取决于国内光伏产业链建设和国内外市场的选择。相关研究已达成基本一致的结论,目前多晶硅太阳能光伏发电系统的生产过程所耗能量的回收期只有两到三年。但是,如果在国内生产高纯硅料及硅棒/锭和硅片(占光伏系统生产总能耗的70%-80%)、在国外应用光伏发电系统,则光伏产业对我国而言即是高能耗的出口加工业。
(三)光伏产业在近中期仍缺乏足够经济竞争力,有赖于政府政策扶持
并网光伏发电的初投资目前大约为5-6万元/kW,预期上网电价3-5元/kWh,离网光伏系统的投资和供电成本更高,需依赖优惠的价格和财税政策扶持。最近数十年全球光伏市场的重心随着各国光伏市场政策的变化而先后从美国(1996年以前)转移到日本(1996-2002年)和欧盟(2002年以来),即充分反映了全球光伏市场的需求主要是由扶持政策推动的。目前我国还未制定比较系统完善的光伏发电经济激励政策,全国已建成的100多个并网光伏发电项目中只有2个项目在2008年6月经国家发展改革委准予享受4元/kWh的优惠上网电价,有待于加快制定必要适度的财政补贴和优惠上网电价扶持政策。
(四)有待于制定落实光伏发电上网的具体政策措施
由于光伏发电系统增加了不可调度的电力装机,目前的技术标准也没有关于无功补偿以及电网调度等问题的相应标准和管理规程,使得电力部门不愿接受光伏发电上网。我国已建成的光伏并网发电示范项目都处于试验性并网状态,不允许光伏电力通过电力变压器向高压电网(10kV)反送电,只允许在低压侧(380V/220V)自发自用。因此,目前我国还缺乏真正的光伏发电上网项目和充分的经验。
四、关于我国光伏产业发展道路的探讨
为应对根据我国光伏产业面临的挑战,切实建立符合国情的产业发展道路和政策措施,我国需要正确处理产业、技术和市场的关系,解决以下三个主要问题。
(一)如何增强国内光伏产业的技术水平和持续发展能力
产业发展从根本上取决于技术驱动(竞争力增强)和市场拉动。虽然不少业内人士呼吁立即启动国内规模化并网光伏发电市场以支撑我国光伏产业,但目前的高成本使得大规模发展光伏发电目前仍难以承受。而且,如果我国在当前启动大规模光伏市场和补贴,必将立刻扭转光伏市场的回落趋势,推高光伏发电成本。另一方面,国际光伏市场仍保持增长态势,仍为国内光伏产业提供了必要的支撑。鉴于此,近期仍要努力通过技术进步、健全产业链、巩固开拓国际市场、建设国内示范项目来进一步降低成本、增强产业的持续发展能力。在产业链中,太阳能电池和组件制造业符合我国的人力资源优势和扩大就业政策导向,仍是应首要鼓励发展的环节。自主化生产高纯硅是中国光伏产业降低价格的必由条件,但必须重点支持清洁高效、低成本的高纯硅生产技术的研发和产业化。
(二)近中期国内光伏市场应确立的主要发展方向
由于欧、美、日等国家早已实现电力普遍化服务,其太阳能光伏的推广应用在上世纪90年代就瞄准了并网光伏系统(主要是屋顶并网光伏系统),并于近年来加快大规模应用,包括大规模地面并网光伏电站。而我国目前还有大约100万无电户需要在2020年以前采用光伏和风光互补发电系统解决用电问题,潜在市场容量为200-1000MWp(1GWp),应成为近中期首要考虑、予以扶持的光伏市场。虽然某些企业认为必须依靠并网光伏发电而非离网发电来支撑光伏产业发展,但其实质问题在于只有并网光伏发电才能使得光伏企业进入下游市场并实现稳定售电收入,故而光伏企业十分热衷于并网光伏发电。不过,从政府的公共服务责任和有限财政资源来看,我国近期光伏发电的首要方向仍然是面向无电区的电力建设,同时可根据相关科技攻关和前期产业化工作要求建设一批并网光伏系统/电站,为启动大规模并网光伏发电市场做好技术性准备。
(三)我国应制定光伏产业和国内市场应用扶持政策
按照前述的光伏产业政策目标和国内市场应用方向的相关思路,我国在当前和近期仍要坚持并加强相关科技、财税、外贸优惠扶持政策,以进一步提高核心技术能力、完善产业链条、扩大中游电池组件产业能力及国际市场份额。另外,根据国内无电区电力建设和并网光伏发电示范项目建设的需求,予以必要适度的财政补贴和优惠上网电价支持。鉴于我国还没有并网光伏发电的充分经验和可靠成本评估,也缺乏相近电价的支撑,而且地区差别较大,故而难以立即制定颁布统一的固定电价,而需要通过招标等途径探索相关经验,积累必要数据。
五、结论和建议
我国的光伏产业通过持续开展技术研发和市场化运作,迅速建立了基本完整的产业链,使我国一跃成为世界太阳能电池和组件生产大国,为我国加快开发利用太阳能资源初步奠定了坚实基础。但是,光伏发电价格仍然高昂,我国光伏产业仍未完全摆脱“低水平扩张的出口依赖型产业”特征。为此,我国在近期宜制定实施以“提高技术和产业持续发展能力、促进经济发展和增加就业、提供国内电力普遍服务”为中心目标的产业发展战略和政策,近期应抓紧开展如下工作。
(一)大力加强先进技术的研发和产业化,扶持“技术推动型”的光伏设备制造业
要重点研发清洁高效、低成本、新型的高纯硅和太阳能电池生产技术,近期重点支持企业逐步完善改良西门子法,开展流化床法、硅烷法、冶金法等新兴高纯硅生产技术研发和产业化工作。应支持技术领先的企业扩大产能,建立国家光伏技术研发和产品检测中心。要加强相关科技、财税、外贸优惠等扶持政策,鼓励支持发展符合我国的人力资源优势和扩大就业政策导向的太阳能电池和组件制造业,巩固和扩大国际市场份额。
(二)稳步开拓“离网和并网并行,不同阶段各有侧重”的国内光伏应用市场
在近期(估计2015年前),应在难以延伸电网或建设水电站的无电地区加快建设光伏电站和推广户用光伏系统,另外根据技术研发和项目示范工作需要建设一批集中并网的大型建筑屋顶光伏系统、分散并网的居民屋顶并网光伏系统及新型太阳能建筑一体化光伏系统。在中期(估计2015年左右),随着无电区电力建设接近尾声和光伏发电成本趋近销售电价,首先扩大建筑屋顶和建筑一体化并网光伏市场,并稳步建设地面并网光伏系统。在长期(预计2020年以后),随着光伏发电成本接近常规发电成本,全面扩大各类并网光伏市场。
为此,近期应研究制定用户侧低压端光伏系统的发电上网和电量监控技术规程,制定颁布针对工商业和居民的“净用电量计费”管理办法,制定实施投资补贴和税收优惠政策;制定大型地面并网光伏电站示范项目的实施投资经营主体和上网电价的招标办法等。在中期(2015年左右),随着经验和成本数据的积累再引入建立“控制总量规模的固定电价制度”,为在2020年后全面实施固定电价制度做准备。
[关键词]大规模 光伏发电 电力系统 影响
中图分类号:TM615;TM721.1 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2014)46-0135-01
随着人类的发展,自然资源的不断开发与利用,资源短缺的现象越来越严重。因此,如何合理利用可再生资源成为人类共同面临的主要问题。太阳能发电的使用为电力系统注入了新的活力。大规模光伏发电在电力系统中的地位越来越重要。
一、 大规模光伏发电的现状和发展前景
(一)大规模光伏发电的现状
光伏发电是一种将光能转化为电能的一种技术,它的产生原理是利用半导体界面的光生伏特效应原理。光伏发电由太阳能电池组件、控制器和逆变器组成。 太阳能是一种分布广泛的可再生资源。在我国太阳能资源的分布很广,尤其是我国的西北地区。伴随着光伏组件的成本越来越低和技术的不断创新,将太阳能转化为电能成为电力系统中越来越重要的一部分。大规模的光伏发电是今后不可限量的可再生资源。
当前我国太阳能光伏发电主要应用于独立光伏发电系统中,比如农村电气化和通信、工业供电、建筑集成系统和荒漠光伏电站中都有应用。独立光伏发电系统的供电电源是利用光伏组件方阵,成立小型电网为居住在一个区域的居民进行供电的系统。其供电半径不超过一千米,以确保处于最后位置的用户的供电电压正常运行。此系统通常应用在偏远山区和沿海的村落中,帮助他们解决供电困难。除了独立光伏发电系统还有并网光伏系统,它是将太阳能电池组合通过电力变换器与电网并联发电。
太阳能光伏发电不仅仅在独立光伏系统、并网光伏系统以及大规模光伏电站领域中有运用,太阳能光伏发电的应用还在不断地延伸和发展,比如石油、交通、野外监测、城市应用、军事领域、通讯事业等方面。
但是,在太阳能光伏发电的应用上,我国光伏发电还存在很多不足。首先,对于光伏发电的原材料需要国外进口,而制作太阳能电池却用于出口。因此,光伏发电的成本很高。其次,由于国外市场限制进口太阳能电池,影响到我国的伏电产业的经济利益,不利于伏电产业的发展,再加上国内光伏产业的不断增加更影响其产业的发展。第三,对偏远地区的独立光伏电站的维护没有得到及时地处理,成为光伏发电的效能得不到发挥。最后,虽然有《可再生能源法》的保障,但是其实施的效果却不明显,有待提高。
综上所述,太阳能光伏发电虽然存在一定的问题,但是,其发展前景确是光明的,大规模的光伏发电在许多领域都会得到有效的利用。同时,可以解决可再生资源的开发与运用。
二、 大规模光伏发电对电力系统的影响
(一)大规模光伏发电对有功频率特性的影响
光伏发电的特性决定了大规模光伏进入系统时,会使系统的状态发生改变,因而影响系统的正常运行。光伏波动对系统的有功频率具有很大的影响,进而使频率的质量超越限制的风险增大。光伏的进入也会影响系统备用优化策略,同时多种类型电源的有功频率和调频参数也要及时适应。而且,光伏电源是不旋转的静止元件,因为要替换常用的电源,系统相同效果旋转动惯量下降,使系统应对功率缺额和功率波动的能力降低了,特殊的功率状况功率会发生极大的变化,造成许多运行方面的问题。
(二)大规模光伏发电对无功电压的影响
大规模光伏发电主要在沙漠地区,这样的地区负荷水平偏低,电网的短路容量小,大规模光伏发电要通过高压输电网进行长距离送到,其波动的有功频率穿过附近区域电网和输电通道,对电网无功电压有影响,对途径的主线电压会产生影响。而且,光伏电源无功电压的控制能力不高,产生电压质量和稳定性的危险。大规模光伏进去既定的电网,改变了电网的原本构架,单一电源演变成两个甚至两个以上的电源模式,使整个电网的控制增加了难度。
(三)大规模光伏发电对功角稳定性的影响
光伏电源由于是静态元件,其自身不参加功角振荡,因此,它的稳定性不会有波动。但因为它拥有随机波动等特点,大规模光伏进入电网,影响了电网既定的传输速度和潮流的分布,缩减了系统的等效惯量。由于光伏具有动态的控制功能,大规模光伏进入,电网功角稳定性受到很大的影响,光伏进入对功角稳定性具有双面的影响,既能改进功角稳定性也能对功角稳定性造成危害。光伏并网还能造成脱网的风险,影响系统的稳定性。青海光伏基地是我国第一个大规模的光伏基地,它的大规模进入影响了整体布局,影响了功角的稳定性。因为光伏发电系统具有独立控制的特征,因此可以利用光伏发电系统来控制电网功角振荡的方法。
(四)大规模光伏发电对小扰动稳定性的影响
光伏电池虽然没有动力学稳定问题,却有电气运行不稳定问题,因此大规模光伏进入对电网的稳定性有影响。小扰动分析法可以分析出电网运行的不稳定性部分,其不稳定部分多出现在与最大功率接近的地方。不稳定功率的发生使直流侧电压升高,影响电源的稳定运行。
(五)大规模光伏发电对电能质量的影响
伴随着大规模光伏的进入,电子的应用系统加入了大量非线性负载,造成电力系统污染,使电能质量受到影响。在太阳光剧烈变化和输出功率低下的状况下,会产生很大的谐波,也会产生电流谐波叠加等问题。国内外许多大型光伏电站的运行经验说明了多台并网逆变器的电流谐波很有可能超出标准。面对这个问题,可以对多台逆变器电流谐波问题进行建模,分析出电网阻抗耦合效应在大型光伏电站逆变器并联系统中的存在,是影响并网电流谐波含量超标的关键,滤波电容是光伏电站长距离输入电网,造成谐波不稳的可能因素。光伏波动会影响电压变动的诸多问题。对光伏进入电网后的电能质量问题,提出了控制谐波的有效途径:比如增加谐波补偿器、无源固定频次滤波器、有源滤波器和混合滤波器等。
(六)大规模光伏发电对配电系统保护的影响
光伏电源接入配电网后会对配电网故障有影响,继电保护和自动装置会受到不同程度的影响。首先,多电源的复杂结构会影响故障的电流的各个方面。第二,以变压器连接方式为依据,逆变器形成接地回路影响着电流和电压,会对继电保护的动作特性产生影响。第三,对敏感的并网光伏变换器添加了一定的保护,低电压超越、输出直流分量超出标准和输出谐波超出标准等。第四,非同期合闸是 PV系统反孤岛保护功能时间无法配合自动重合闸等装置引起的。为预防非同期合闸的发生,对有逆变器接入的线路,逆变器反孤岛保护最大动作时间要大于三相一次重合闸起动时间。
高密度光伏发电系统是数条或者一条低压配电线路接入相同主线而发电。光照变化受到光伏发电功率的影响,导致配电网部分电压发生波动。当一些与高密度光伏发电系统相同主线的馈电线路发生短路时,可能会导致上下级熔断器无法配合,严重地会使流过某些负荷支路上的短路功率超过断路器的遮断容量。
结语
随着人类资源的不断开发,资源出现匮乏的状态,因此,可再生资源的开发成为全人类共同面临的难题。以太阳能为主要形式的大规模光伏发电的应用,对电力系统有许多方面的影响,大规模光伏发电的发展前景也是可观的。
参考文献
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关键词:战略性新兴产业;自主创新;科技成果转化;产学研平台
中图分类号:F271 文献标识码:A
文章编号:1007-7685(2013)01-0098-03
一、战略性新兴产业实现自主创新的必要性
战略性新兴产业是渗透力强的高新技术产业、科技含量及产品价值高的先导型产业、综合消耗少及环境污染小的友好型产业、促进产业结构优化与升级的导向型产业、吸纳新就业及社会效益好的依靠性产业、保障科技安全与政治经济稳定的战略性产业。从动态角度看,战略性新兴产业不仅是一个国家在转型时期的先导、主导产业,而且会引领产业的发展方向。战略性新兴产业的发展主要依托于关键核心技术,而关键核心技术的研发只能依赖于自主创新,而非技术引进和模仿。从发达国家的发展实践来看,战略性新兴产业都是依靠大量资金投入推动的自主创新发展起来的。如,美国在新能源、基础科学、生物科学和航天领域的研发投入约占国内生产总值的3%。韩国在绿色能源开发方面约投资6万亿韩元。日本投资上千亿日元进行能源和环境技术研发。英国不仅出台了“数字国家”战略,还斥巨资进行生物医学研究。德国为增强信息通信竞争力,提出了《信息与通信技术2020创新研究计划》。因此,为实现战略性新兴产业的可持续发展,必须提升战略性新兴产业的自主创新能力,推动经济增长方式由主要依靠物质资源消耗向主要依靠技术进步、改善管理和提高劳动者素质转变。
二、我国战略性新兴产业自主创新中存在的问题
(一)无序竞争抑制了战略性新兴产业自主创新的动力
为了更好地促进战略性新兴产业的发展,各地区纷纷出台了战略性新兴产业发展规划及相关激励政策。然而,由于各地战略性新兴产业的选择上缺乏统筹规划,导致很多地区出现了相同项目集中上马的现象,在带来某些领域快速发展的同时,也导致无序竞争问题,从而抑制了这些领域自主创新能力的进一步提升。如,在战略性新兴产业提出初期,我国的光伏产业就很快进入了爆炸式发展阶段。尽管作为重要的可再生能源产业,光伏产业在未来经济发展中将占据举足轻重的地位,但在我国目前的经济发展阶段下,尤其在资源、能源价格尚未完全市场化以及以煤电为主的电能格局并未有所改变的背景下,大规模推动光伏产业的发展很容易导致产能过剩,进而引发无序竞争。这会极大打击光伏产业刚刚兴起的研发热情,并使其未来发展中,在自主创新能力提升方面陷入困境。
(二)高科技人才不断流失削弱了战略性新兴产业自主创新的人才基础
高科技人才是战略性新兴产业实现自主创新和可持续发展的重要知识基础。然而,目前我国高科技人才流失问题严重,制约了战略性新兴产业自主创新的推进。一方面,由于国内欠发达和不发达省区人力资本吸引能力弱,导致其在发展符合自身区域优势的战略性新兴产业方面都缺乏必要的高科技人才,严重抑制了战略性新兴产业的自主创新发展。另一方面,由于生活成本高、晋升机制与激励机制不健全,导致发达省区留住高科技人才的能力不足,很多人才流往海外,使发达省区战略性新兴产业自主创新、可持续发展乏力。地方政府与企业财力不足和观念缺失,导致地方缺乏必要的人才激励政策,而且现有人才激励政策也普遍落实不到位,这是导致我国高科技人才大量流失的重要原因。目前,如何培育充足的人力资本尤其是高科技人才,已经成为战略性新兴产业自主创新面临的最重要问题。
(三)成果转化机制不完善,自主创新持续性能力不强
首先,一些战略性新兴产业的自主创新成果未能转变为现实生产力。目前,我国很多地区战略性新兴产业的科技研发主要依托于企业与高校、科研院所的科技合作。这种产学研结合机制虽然能够充分利用高校与科研院所的科技人才,但是由于企业与高校、科研院沟通机制不完善,导致实际缺乏有效的科研――产出转化机制,致使很多科研成果无法顺利转化为现实生产力,从而影响了产学研的继续深入合作与企业的自主创新动力。其次,部分战略性新兴产业的企业,在通过自主创新而获得技术领先优势后,便固守自身短暂的优势而不思进取。这些企业只是顾及短期的经济利益,不去考虑企业的长远发展,没有在技术研发上继续投入,导致其原有技术优势逐渐丧失,逐步失去了市场竞争优势。
(四)区域科研投入不均,激励政策落实不到位
战略性新兴产业要加强自主创新,需要来自企业内部资金投入与外部激励政策的支持。然而,目前我国战略性新兴产业科研投入存在区域不均问题,欠发达地区战略性新兴产业的企业科研投入力度明显不足。如,有研究表明,欠发达地区吉林省的战略性新兴产业多个科技投入指标低于全国平均水平,而且技术改造、技术引进等重要指标远远落后于全国平均水平,战略性新兴产业自主创新动力明显不足。而区域科研投入不均,不仅会进一步拉大区域间差距,而且不利于欠发达地区产业结构的升级,甚至会影响全国战略性新兴产业的布局。同时,战略性新兴产业的激励政策存在不同程度的落实不到位问题,外部促进自主创新的环境堪忧。大部分战略性新兴产业都属于高新技术产业,这导致其资本投入远远大于劳动力的投入。高新技术研发需要大量的人力、物力与财力,所以充足的资金供应是企业科研顺利完成的重要保障。这些研发所用资金不能仅靠企业自身来筹集。目前,研发经费短缺已成为制约战略性新兴产业自主创新的一个重要因素。而造成这一结果的一个重要原因在于,各地区战略性新兴产业的税收优惠政策、激励政策、融资政策被束之高阁,存在不同程度的落实不到位问题,从而使战略性新兴产业的发展在很多领域面临无米下炊的困境。
三、加强战略性新兴产业自主创新的对策
(一)树立自主创新的价值观,加强自主创新型人才的培养与引进
影响战略性新兴产业自主创新发展的因素有很多,如创新观念落后、体制不完善、资金不足、人才匮乏等。而创新观念落后是抑制企业自主创新的发展的首要因素。因此,要想真正实现可持续的企业自主创新,必须首先革新创新观念。应构建战略性新兴产业自主创新的文化环境,树立与自主创新相适应的价值观,弘扬自主创新文化。同时,加快科技创新的基础设施建设,建立一流的自主创新平台,加快重点实验室、企业技术研发中心等自主创新平台建设,充分利用现有的自主创新资源,提高科技资源自主创新支撑能力。加大资金投入,引进更多的创新型人才,并依托教育机构,培养高端人才,以弥补人力资源不足的缺陷。
(二)强化科技创新,注重科技成果转化
战略性新兴产业有着独特的产业特征。首先,战略性新兴产业一般在新能源、新材料、新技术以及电子信息等领域具有一定的优势,所以战略性新兴产业自主创新的发展主要依靠科学技术的创新。因此,在战略性新兴产业培育、转变发展方式、提升特色产业等的规划方面,在加强企业品牌和标准化建设的同时,应当围绕科学技术创新推进项目建设、产品创新和升级。其次,由于战略性新兴产业的发展严重依赖技术创新,所以对于战略性新兴产业来说,科技成果的有效转化是重中之重。因此,在战略性新兴产业发展过程中,应集中力量解决好科技成果转化问题,使之尽快成为现实生产力,从而带动企业自主创新的进一步发展。如果急于产业化而忽视技术转化,则很容易抑制企业自主创新的积极性。如,在新能源汽车领域,应当着力解决能源供应网络建设问题;在生物制药领域,应当着力解决药物的审批制度、医保目录等问题。
(三)加大财政资金的支持,拓宽战略性新兴产业的融资渠道
对于战略性新兴产业自主创新发展来说,我国在财政和投融资政策上的支持还比较欠缺。这就导致很多企业只能依靠自身投入,使其自主创新只能停留在较低的层次,无法进行深入的研究。要解决这个问题,首先,应当加大财政资金的支持力度。除了地方财政资金支持外,应当建立国家战略性新兴产业自主创新基金,以解决部分地区地方财政紧张的问题。其次,应当拓宽战略性新兴产业的融资渠道,实现投资主体多元化。支持风险投资机构的进入,从多方面培育各类投资主体,为战略性新兴产业的自主创新引进多方的社会资金。同时,应积极发挥战略性新兴产业的自主能动性,鼓励一些有实力的企业积极推进股份制改造、利用创业板上市,充分利用国内的资本市场。对于重大科研项目,积极利用网站与媒体平台扩大宣传,以争取更多的战略性新兴产业自主创新的研发资金来源,提高外部资金投资信心。
【关键词】绿色能源;光伏发电;晶硅电池;表面抛光;效率提升
本文研究的多晶硅表面处理技术,主要是针对多晶硅电池,进行背面的腐蚀与抛光。与传统的工艺相比,该项技术是将制绒过后粗糙的背面通过相关溶液做成抛光效果,更大程度的反射硅片内部不同波长的光波,使光波在电池内部能够被反射多次使用,增加电池对入射光线的利用率,提升电池转化效率。在现有的晶硅电池产线条件下,通过对湿刻工艺的技术改进,达到背面抛光和腐蚀的效果,并通过电流、电压的提高,使得最终多晶电池片的效率提高0.2%以上。实现多晶硅电池光电转换效率大于17.3%的产业化生产。
此种新型晶硅太阳电池表面处理技术的实现,将在现有设备与工艺基础上,进行一定范围的改动与提升,最终达到提高效率、降低成本、更加环保的进行产业化的目的。
具体研发内容如下:
A、现阶段晶硅电池生产流程:
全线流程:制绒--酸洗--扩散--湿刻--PECVD--印刷烧结。
具体的湿刻工艺为:硫酸+硝酸+氢氟酸(蚀刻作用)--水--氢氧化钾(碱洗过程)--水--氢氟酸(洗磷过程)--水。
B、采用表面处理后的工艺路线为:制绒--酸洗--扩散--湿刻--PECVD--印刷烧结,通过该技术的实施,只针对湿刻工序进行改进。
改进后湿刻流程为:氢氟酸(通过设备的改进,对背面进行PSG作用,并对四周进行蚀刻)--水--抛光液(抛光作用)--水--氢氟酸(洗磷过程)--水。
C、设备改进上,将在目前单台设备只满足“湿刻”这单一作用的基础上,通过相关设备的改进,最终将“背面抛光”和“湿刻”作用一体化。
该技术不仅会提高多晶电池片的转换效率,还在工艺制程上提供了更加优化的方案,该方案无需使用硝酸和硫酸,因此具有更加环保、更低的化学品耗用等特点。在废水及废气处理上,该项目具有节约废水处理成本,降低废水污染等优势。
该项技术理论基础:
A、光学增益:
通过表面处理后,因背面反射率提高,部分透射光返回硅片内被吸收,增加了输出电流。
B、增强背表面钝化效果:
晶硅表面经过抛光和腐蚀后,硅片背表面更加平坦,粗糙度显著降低,大大减小了背表面面积,限制了表面复合损失,少子寿命显著提升。
该技术通过背面抛光,经过化学腐蚀抛光工艺,硅片背面杂质和损伤层进一步去除,减少复合,提升钝化效果。
C、改善背表面接触:
背场烧结后,铝会产生团聚,由于团聚尺寸大于绒面尺寸,相当数量的团聚体被“架空”,导致浆料和硅接触面积减小;而抛光后的硅片背表面平坦,团聚更容易直接与硅接触,使得背场合金层有效面积增加。
技术创新点:
A、提升电池效率。对于不同的工艺基础,提升幅度在0.2%-0.3%。
B、节省化学原料。独创全新背面和侧面腐蚀方法,无需使用HNO3/HF腐蚀体系,只需使用很少量的HF ;使用专用的抛光液,背面抛光效果好,无需使用HNO3,H2SO4,更环保,成本更低 。
C、可控性好。独创全新背面和侧面腐蚀方法,正面刻蚀宽度更窄,防止过刻。
D、背面抛光效果更好,避免气泡、腐蚀不彻底带来的影响;破片率更低。
E、背抛光与传统在线式湿法刻蚀工艺完美融合,并且与将来的背面钝化有很强的匹配作用。
F、该技术最大的特点:简单易实施,且效果显著。不论是SE、二次印刷,亦或是HIT等技术均是对电池正面的改进与提高。而该技术是对电池背面的改造和优化,能够独立于其他技术提高电池效率,同时可与以上领先技术相叠加使用。
节能减排效益测算:
摘 要 湖南省长株潭地区承载着建设“两型社会”统筹城乡发展的重大任务。然而,面对如今日趋严峻的能源安全形势,通过对长株潭地区新能源产业的发展状况进行分析,提出了在长株潭地区进一步发展新能源产业的建议。
关键词 长株潭 新能源 产业发展
能源被誉为国家发展的生命线,能源安全自上世纪70年代提出以来,得到了学者、政府决策和社会大众的普遍关注。加快新能源产业发展,关系国家能源安全和经济社会稳定发展,是抢占未来发展制高点的战略举措。
一、保障能源安全的必要性
能源安全指的是为了保障对一国经济社会发展和国防至关重要的能源的可靠而合理的供应。自20世纪末以来,能源安全特别是石油短缺所造成的各种问题已经成为全人类共同面临的问题。
对于长株潭地区来说,新能源革命具有重要意义。目前,长株潭地区正处在工业化中期的初始阶段,正处于高速成长期,而且长株潭地区工业结构以重工业为主,并将长期依赖这种产业结构带动发展[1]。另一方面,长株潭地区属于能源较为匮乏的地区,区内90%以上的能源需从外地调入,全区天然气、石油资源匮乏,能源主要以煤炭为主。能源安全问题已经成为了影响长株潭地区下一步经济发展的制约因素之一。
二、长株潭地区新能源产业发展现状及问题
在以长株潭地区为主战场的新能源产业中,节能与新能源汽车电传动系统占领了全国70%以上的市场;太阳能电池设备占领了国内80%的市场;风电装备产能已过100亿元。从总体来看,长株潭地区将重点打造以长沙光伏产业园、湘潭风电产业园、株洲风电产业园为主的新能源示范基地,把长株潭地区建设成为国内规模最大的电动汽车研发与制造基地、全球产业化水平最高的电动汽车用动力电池研发与生产基地。尽管成绩喜人,与国内发达地区相比,长株潭地区新能源产业的发展仍存在着以下一些主要问题:
新能源产业种类过于单一。在长株潭地区的新能源产业中,只有新能源汽车产业初具规模,其他如太阳能、风能等产业还未发展成熟。由于长株潭地区的太阳能资源欠丰富,所以该区对太阳能资源的利用仅限于太阳能制热、太阳能与热泵综合制热等方面。
新能源产业创新能力弱,技术水平偏低。长株潭地区的新能源产业创新能力较弱,技术水平偏低,核心技术多依赖国外。以发展最快的新能源汽车产业来说,没有一家企业拥有储能锂电池的核心技术,在发展中还面临动力蓄电池、电机控制器等零部件上的技术挑战。
新能源产业的产业链发展不完整。作为新兴产业,长株潭地区新能源产业上下游产业链无法对接,部分细分产业的产业链发展不均衡,产业集群还远远没有形成。另一方面,长株潭地区的新能源产品大多销往其他地区,而本地区内没有形成产销两旺的良好局面,不利于持续发展。
三、长株潭地区新能源产业发展的政策建议
要解决长株潭地区经济社会快速发展中存在的能源问题,长株潭地区应制定完善以下一些政策措施,进一步支持新能源产业发展。
1.调整能源结构,多样化发展新能源产业
从长株潭地区的层面来看,要发展新能源产业,应正视长株潭当前以煤炭为主的能源供应模式,对煤炭资源的内部结构进行调整,加大用煤炭发电、制气比例,对煤炭做转化、净化处理,对煤炭进行深加工,改变直接燃烧等粗放式应用模式。
2.提高新能源产业的技术创新能力,重点突破技术和市场瓶颈问题
面对长株潭地区能源结构单一且严重依赖外地的形势,提高新能源企业的自主创新能力,完善科研院所研发体系,深入推进产学研结合[2]。一方面,要进一步加强新能源技术发展和产业示范,提高自主创新能力;另一方面,要加强新能源体系化建设,加速科技要素向企业集中,解决关键领域核心技术和关键设备的研发问题。
3.引进一流人才,培养工程专业技术人才,解决高级人才缺乏难题
要解决新能源产业的发展问题,必须在专业技术人才方面有重大突破:一方面,重点引进急需的新能源高级技术人才,另一方面,在相关高等院校建立基础技术研究实验室,在企业建立应用技术研究实验室,鼓励高等院校新开设风电工程、光伏工程等专业,培养工程技术类人才,以满足新能源产业发展的需要[3]。
4.加快完善新能源储备、输送设备等基础配套设施,形成完备的产业链
从能源安全的角度来看,要发展新能源项目,完备、安全的基础设施建设是先决条件,生产调配设施、输送设施、储备站点及其它配套设施的建设是基础[4]。在考察能源输送设施的完备性时,还要考虑到设施的新旧程度、输送能耗、抗灾能力等技术指标,要及时进行管网升级换代。
5.用政策优势,加大财税投入,重点扶植高效低成本新能源相关产业发展
长株潭地区应充分利用好 “两型社会”试验区先行先试的政策优势,发展新能源产业,培育新的经济增长点,重点扶植与新能源相关的产业项目发展。对于高效低成本的新能源相关产业可以提供财政补贴,加大财政投入比重,将长株潭地区打造成为中部地区新能源产业发展的核心极。
参考文献:
[1] 张萍.长株潭城市群发展报告(2008)区域经济一体化政策研究.长沙:社会科学文献出版社.2008.
[2] 黄玲,张映红.德国新能源发展对中国的战略启示.能源与产业.2010(1):48-53.
“环保产业”,即“环境保护产业”的简称,包括环境保护工业、环境工程、自然生态保护等三大门类。湘潭现有环保产业大体可分为传统环保产业、节能及新能源产业、资源再利用产业等三个方面。经过近十年的快速发展,湘潭的环保相关产业取得了长足的进展。
湘潭环保产业发展存在的主要问题是:1、产业结构不合理。湘潭市环保相关产业企业数量虽然多,但规模小,市场占有份额少、名牌产品少、支柱产品少,缺乏市场竞争力。2、产业布局分散,重点不突出。虽然湘潭目前有约100家清洁技术企业,但散布在各县市区,布局分散,产业缺乏集聚性,产业群、产业链尚未形成。3、企业融资难,资金匮乏,制约了企业的发展壮大。4、促进环保相关产业发展的环境不优,缺乏有力的政策引导和支持。
二、我市环保产业发展面临的机遇
1、以建设“两型社会”战略部署为平台,着力加快环保产业发展。
2、以环境保护的不断推进和绿色消费的蓬勃发展为契机,不断开发和拓展环保产业的广阔市场。
3、抓住机遇,在加快经济结构调整和增长方式转变的过程中求发展。
4、以高起点求生存,在科学发展观的指导下实现环保产业跨越式发展。
三、我市环保产业发展的对策建议
1、加强引导,建立健全我市环保产业政策体系建设。我市要尽快建立环保产业发展的宏观引导机制,把环保产业纳入“两型社会”建设和新型工业化发展的重要内容。按照“两型社会”建设和新型工业化的发展目标,完善区域经济发展中的产业结构优化导向机制,明确优先发展产业、重点发展产业、限制发展产业,为环保产业营造良好的外部环境。尽快建立促进环保产业的激励与约束机制。如建立资源有偿使用和污染者付费制度,形成资源环境的补偿机制、排污权交易等机制,提高污水垃圾处理费标准,促进企业达到环境标准;改革不合理的资源定价制度,使资源价格正确反映其市场供求关系、资源稀缺程度和环境损害成本;制定促进环保产业的财政扶持政策;进—步完善促进环保产业的土地政策等。
2、打造“一区三园”的湘潭环保产业布局。“一区”是指高新技术开发区。借力国家级开发区的优势,依托九华经济开发区作为“两型社会”建设示范区的战略契机,把环保相关产业园区纳入长株潭“两型”产业总体布局领域,力争申请国家级环保相关产业基地,争取享受国家促进环保相关产业发展的大力支持和优惠政策。“三园”,即环保相关产业技术创业园、清洁技术新能源产业园、清洁技术环保节能产业园。充分利用高新区环保产业技术创业孵化基地,建设专业化孵化器,扶持中小型科技企业孵化,重点培育一批风电技术、光伏技术、生物质能源、节能技术、环保技术等创业企业;清洁技术新能源产业园以高新区德国工业园为依托,重点发展风电设备制造、光伏产业、生物质能源等环保相关产业加工制造业;环保节能产业园利用九华经济开发区,重点发展高效节能技术与设备制造,水资源及水处理设备制造,除尘、烟气脱硫脱硝、有机废气净化、汽车排气控制及室内空气净化等领域设备制造,节能环保新材料研发与加工制造等环保节能产业。