作者:吴军杰 来源:太阳能发电杂志 发布时间:2016/6/1 13:26:31
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许洪华:现有光伏技术还有很大的进步空间

 

北极星太阳能光伏网讯:

许洪华简介:

北京科诺伟业科技股份有限公司董事长兼总经理,中国科学院电工研究所研究员、博士生导师,中国科学院太阳能发电研究示范中心主任,中国科学院风能利用重点实验室主任,国家“十五、十一五、十二五、十三五”863后续能源主题专家、可再生能源领域重点/重大项目专家组组长、可再生能源与氢能技术重点专项专家组召集人,国际能源署光伏系统项目(IEAPVPS)执委会中国专家,中国可再生能源学会副理事长,曾任中国科学院电工研究所副所长、第二届国家能源咨询委员会委员、第一届创业板专家咨询委员会委员、全国风力机械标准化技术委员会副主任等。

自1988年起,从事光伏电站设计集成及控制逆变技术,大型风电机组电气控制技术,可再生能源多能互补与微能源系统集成及关键设备,以及可再生能源技术经济评价和政策研究。

也就是说,从这些仍在快速发展的技术路线以及流派上来看,目前还不能轻易判断哪一种电池技术今后一定就是主流。包括现在已经商业化了的电池技术,也没有谁真正形成了垄断性的地位。我个人认为,背后的原因,就是因为各个技术流派的技术进步空间都还很大。

历史总是相似,但却各有结局不同。

光伏产业当下面对的发展环境,似乎有些类似于上世纪80年代初期。彼时,随着石油危机解除,全球第一波清洁能源发展浪潮也无疾而终。而此时,除了石油等大宗资源商品价格持续徘徊在历史低位,更加凸显光伏的成本劣势外,宏观经济环境则要比当年糟糕得多。

这不由得让人们担心,光伏的历史会不会再次重演。更甚者,一些人对光伏、风电乃至整个可再生能源的前景都产生了怀疑。

那么,经过2000年以后十多年的产业化发展,目前的光伏技术究竟在整个能源体系中处于怎样的一个位置?会不会因为经济衰退的原因再次破产?已经商业化的光伏主流技术路线,各自又面临着怎样的问题和机遇?谁更有发展前景?会不会有全新的、颠覆性的技术突然冒出来对现有产业造成致命冲击?“十三五”规划又将重点支持哪些技术?光伏究竟在未来的能源体系中将处于怎样的位置?

带着这些问题,《太阳能发电》杂志记者日前在北京专访了国家“十五、十一五、十二五、十三五”863后续能源主题专家、可再生能源与氢能技术重点专项专家组召集人、北京科诺伟业科技股份有限公司董事长许洪华先生。

作为科技部863太阳能光伏首席科学家及后“863时代”可再生能源领域重点专项专家组组长,许洪华在太阳能光伏及风能等可再生能源技术方面有着多年实践经验,并多次主导这两个行业的重大技术的研发和产业化推动,对这两个行业均有着突出的贡献。

记者:在您看来,目前的太阳能光伏技术在整个能源体系中是否已经占据了一个不可动摇的位置,还会不会因为传统化石能源大幅降价而再次破产?

许洪华:尽管目前可再生能源在整个能源体系中的占比并不高,但从能源转型的角度来看,无论是从环境友好性、成本优势以及技术发展空间,乃至从整个人类文明的发展趋势来看,可再生能源特别是太阳能和风能,都已经获得了不可替代的位置。

首先,煤炭、石油等资源是有限的,可再生能源的广泛利用已是大势所趋。以前,大家很难想象替代能源将在不久的未来起主要作用。但现在,煤炭、石油都能找到替代品,在可预期的未来,可再生能源从技术上、经济上已经完全能够替代传统能源。

其实,现实的例子很快就要出现了。比如,德国法兰克福大区就在做100%可再生能源规划。这说明,100%可再生能源已经是世界大势。

其次,这也是一种文明理念的大趋势。

以前,短缺经济时期,人们不关心能源对环境、对气候的影响,只要满足功能和要求就可以。现在,不只是物质上,也包括环境上,人们都想要追求更好的生活,能源的绿色、低碳发展已成为很多人追求的目标。

第三,环境和气候变化正在成为一个硬约束,可再生能源的广泛应用已不可逆转,这已经成为全球共识。

在去年年底的巴黎气候大会上,不但“本世纪地球上升温度控制到2℃以内”达成共识,并且提出了要争取控制到1.5℃以下。这将极大的促进能源体系的变革,化石能源为主导向可再生能源为主导的转型成为必然。

总之,整个可再生能源的发展前景越来越光明,实现路径也越来越清晰。但目前,竞争也非常的惨烈,不仅在可再生能源与传统能源之间,在各种可再生能源技术之间,也充满了许多未知和不确定性。

从发展阶段上来看,我个人认为,目前正是可再生能源和化石能源的相持阶段。

记者:可是,传统能源体系这个庞然大物看起来似乎无缝可钻,可再生能源应该如何融入到现有能源体系中去,或者说可以依托什么样的技术手段、商业模式?

许洪华:下一步到底有什么样的技术方案来解决可再生能源的融入问题,目前还没有定论。大家提得最多的,也是我个人比较认可的,是能源互联网。

我觉得,能源互联网的实现路径,应该是终端能源互联网+区域能源互联网+全域能源互联网。其发展逻辑,也应该是由终端而区域而全域。

首先是终端能源互联网,也就是分布式能源包括微电网,它适用于学校、工厂、建筑等几乎所有微观场所,能够因地制宜发展各种可再生能源,并满足就近应用。

其次,则是向区域能源的互联互通发展,在区域里进行以可再生能源为主的互联互通,并尽可能在本区域内平衡利用。

最后,是发展到全域的能源互联网。

由此,我们也可以对未来的商业模式进行一些思考。

比如,对于科诺伟业来说,我们的定位就是要成为可再生能源系统的完整解决方案供应商。我们认为,分布式能源及微电网将是未来能源互联网中最基础的也是最核心的单元,因此科诺伟业会将分布式可再生能源与微电网技术作为未来的一个核心技术来发展。

我个人认为,未来可再生能源领域的商业模式可能有两种发展趋势。

一是跨区域服务的大能源公司模式。现在可再生能源行业里的大能源公司,主要经营风电场或光伏电站,从政策及技术发展趋势来讲,他们可以做“区域电力供应商”,经营区域内的不同电源,甚至和常规能源结合并涉足电力系统。然后,再发展到以可再生能源为主,及至最终实现100%可再生能源。

再往后,他们将发展为“区域能源供应商”,就是在区域电力供应商的基础上,综合考虑电、气、热/电动汽车、物联网、节能等的应用。

二是服务于不同城镇区域、乡村等单元的中小型公司的发展模式,这也是国家非常鼓励的一种模式。对于一些分布式发展商来说,下一步就很有可能成为这样的“独立电力供应商”。然后,从技术趋势上来说,再向下发展就有可能成为所谓的“综合的能源供应商”。比如在一个小区里,包括多能源资源互补(包括垃圾、废水等)的系统,冷热电综合利用。

这种模式,发展到此,已经是一个很大的能源供应商平台。这个平台再向下延伸,我称其为“综合物业服务商”。现在能源互联网有一种技术,就是所谓的负荷响应技术,就是每个单位——比如“户”,每户的每个用电器具、每个插头,都可以控制起来。因此,有了这个平台以后,除了能源以外,还可以做很多其他方面的事。

我个人坚信,分布式会按照这个方向去发展。

记者:就具体的光伏技术而言,您曾在公开场合表示,我国光伏产业最大的风险,是现有技术路线远远还未到定型的时候,我们应该怎么理解这一观点?

许洪华:就光伏电池而言,无论是从技术路线还是到种类,这些年一直都存在着很多争议。从技术研究的角度,各种技术路线都在并行向前,而已经产业化、批量化生产的电池技术种类也不在少数。

从大的种类上来说,简单分类就有晶硅电池、薄膜电池、聚光电池、新型电池等。这种分类不一定科学,因为砷化镓也是一种薄膜,而且薄膜里还有好几种技术路线。

晶硅电池从技术路线上又分单晶、多晶,而单晶和多晶里又有一些细分,特别是高效电池领域,包括N型、P型以及HIT、IBC,等等。包括不同技术和工艺,也都还在进展。还包括技术跨界,比如现在有人提出晶硅和钙钛矿电池结合,据说效率已达到25%以上了。

也就是说,从这些仍在快速发展的技术路线以及流派上来看,目前还不能轻易判断哪一种电池技术今后一定就是主流。包括现在已经商业化了的电池技术,也没有谁真正形成了垄断性的地位。目前全世界最大的企业,也没有占据整个市场10%以上的份额。

我个人认为,背后的原因,就是因为各个技术流派的技术进步空间都还很大。

比如,你达到了一个效率或目标,我很快也达到了,但是达到的路径可能不是一样的,很可能你改进的是这个环节,而我改进的是那个环节。这就说明,即使这些已经产业化的电池技术路线,也都还有很大的进步潜力。

所以,包括现有的已经商业化的几种电池技术,包括薄膜中碲化镉、铜铟镓硒、晶体硅等主要的几种技术路线,在产业已发展到这种规模的时候,都还在持续进步,一是效率还在提高,二是成本还在持续下降。

对于新的技术来说,这是一个巨大的门槛。而对于整个产业来说,这也正是最大的风险。

记者:会不会有全新的、颠覆性的技术突然冒出来对现有产业造成致命冲击?

许洪华:产业已经发展到这个程度上了,那种革命性的技术的出现,恐怕并不容易。

既然是革命性的技术,首先就需要在基础理论上获得突破,要从理论上完全颠覆现有机理,才有可能实现。

这显然是难度很大的事。

能源,或者说电的基础理论,已经很成熟了,要在这之外去重新构筑一个新的理论体系,实在很难。

另一方面,即使有这种基础理论的突破,但要突破现有技术所构成的门槛,恐怕也要几十年的时间。何况,正如刚才所言,现有主流技术路线的进步空间也还很大,也一直在进步。

所以,一种全新的、具有颠覆性的技术,突然冒出来的可能性并不大。对于未来,我个人还是最看好晶体硅技术的前景。

记者:那么,在您看来,晶体硅技术的发展方向是什么?

许洪华:总体而言,一是性能提高的空间还不小,二是成本下降的空间还很大,晶体硅技术路线还处于可做的事情很多的阶段,还没到完全拼成本、拼规模的地步,可以说技术还是最主要的驱动力,或者说之一。

从具体的技术方向来看,我一直比较强调,要加强适用于不同环境、不同气候、不同应用方面的电池技术的系统研究。

我国有七个不同的典型气候区,在不同气候环境下,各种电池的长期特性表现怎样?影响电池寿命的环境因素有哪些?不同应用模式对电池寿命的影响又有多大?

同一种电池,在东西南北中不同环境和不同气候条件下的性能表现如何?是否需要采取一些特殊的技术手段来应对高温、潮湿等应用环境?等等,这些都是值得研究的方向。

掌握了这些问题的答案以后,就可以根据不同地区的气候特征及应用模式,对一些配套材料、技术、工艺进行适配性调整,以实现电池的最佳性能和寿命。

而现在,无论是应用在海边,还是在高海拔地区,或者风沙较大的地区,都是一样的产品,并没有考虑过是不是要对背板、玻璃或者其他材料做一些特别处理。

比如,大家都知道紫外线对光伏组件寿命的影响比较大,那么在紫外线强烈的地区,能不能针对紫外线采取一定的措施?

再比如,光伏组件对于温度的敏感性是比较大的,在类似吐鲁番这样的高温地区,是不是应该采取一些散热措施,让温度别升那么高?

还有,到底是哪些因素在影响组件的功率衰减,或者说衰减的机理到底是什么?

也就是说,不同环境、不同气候条件,对于光伏组件的性能要求肯定会有一些差异,这也正是技术研发可以进一步深入的区域。

而这些研究,还可以带来企业之间的差异化。未来的市场竞争,一定是细分化产品的竞争,这也正是现有技术需要完善的方向。

另外,国家还积极鼓励建立可持续发展的科研体系,比如搭建第三方的公共技术平台、可以对全社会开放的研究平台、终端产品测试平台、对不同环境和不同气候应用产品进行长期测试的能力,此外,还有产品寿命期后的回收再利用技术,大规模的电站建设对区域生态环境以及整个气候的影响研究,等等。

总之,这个行业的技术进步空间还很大,也包括一些不同技术之间的融合,比如钙钛矿和晶硅的结合,这需要更多的想象力,大家千万不要固步自封。

记者:您认为现阶段是可再生能源和化石能源的相持阶段,那么,在这个相持阶段,两者应该如何相处呢?

许洪华:在化石能源和可再生能源的并存期,或者说过渡期的能源架构选择,与每项技术的发展水平、经济性等因素密切相关,现在又增加了一个很强的约束因素,就是环境和气候的约束。

至少,现阶段来说,还不能没有煤电,这几乎是全世界的共识。而在现有的火电没有到其寿命期的时候,也很难弃之不用,也不应该弃之不用。

起码来说,现在还是化石能源时代,未来一定是可再生能源时代,这之间的共存期需要持续系统的研究和实践。对于相持期两者的关系,我最赞同德国人提的能源转型方案。

首先,在德国能源转型的十二个见解中,第一个就认定风能和太阳能决定一切。

另外则是对过渡期的理解和安排,一是确定会放弃核电和煤电,二是把煤电变成一个调节手段。也就是说,可再生能源是最大的和最主要的,其他能源都得适应我,都只能从怎么满足我可再生能源的最大规模接入、最低成本接入等角度来安排。

我觉得,我们也应该从这个角度来考虑问题,考虑怎么去对电力体系作出一些调整,来适应可再生能源的特点。

记者:光伏会成为未来的主要能源吗?

许洪华:完全有可能。我觉得,思考这个问题,需要以终为始的思维方式。中间这一段怎么发展,不去争论,我们来看一看最终未来的能源架构到底是什么样子?

现在有两种比较极端的思路,一个是全球能源互联网,另一个则认为不再需要电网。我个人更倾向于认为是分布式能源和大电网、大能源网的融合。

在目前的技术视野范围内,从资源量和彻底解决人类能源需求的角度来看,我个人认为最终的解决方案就两个,一个是太阳能,一个是核能。其他可再生能源,包括风能、生物质能、海洋能,也都很好,但从资源量来看,没有一个可以满足人类未来的需求。

而核能,则风险实在很大。

而在太阳光伏发电技术中,到底哪一种技术路线最可能成为主导,我们不妨从以下五个方面来考虑。

首先是成本,也就是技术经济性;其次是效率,第三是可靠性和稳定性;第四是材料、资源的可获得性;第五是对环境的友好性。

从目前已经商业化的电池技术来看,这五项条件都符合的,只有晶体硅光伏技术。按这条技术路线往下走,你会发现,无论是技术、经济、资源量,还是与环境、电网、用电户的关系,都看不到有任何风险,好像也没有什么难题是没有办法解决的。

而从人类大利益的角度来说,可再生能源的大规模利用,已是必然方向。但在这个过程中,不要违背常理和常识,也不要指望某种技术或方法一上来就能解决全世界的所有问题。遵循规律,按规矩来,踏踏实实的一个问题一个问题的解决,则前途必定光明。

 
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