科諾許洪華:現(xiàn)有光伏技術(shù)還有很大的進步空間
光伏產(chǎn)業(yè)當下面對的發(fā)展環(huán)境,似乎有些類似于上世紀80年代初期。彼時,隨著石油危機解除,全球第一波清潔能源發(fā)展浪潮也無疾而終。而此時,除了石油等大宗資源商品價格持續(xù)徘徊在歷史低位,更加凸顯光伏的成本劣勢外,宏觀經(jīng)濟環(huán)境則要比當年糟糕得多。
這不由得讓人們擔心,光伏的歷史會不會再次重演。更甚者,一些人對光伏、風電乃至整個可再生能源的前景都產(chǎn)生了懷疑。
那么,經(jīng)過2000年以后十多年的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展,目前的光伏技術(shù)究竟在整個能源體系中處于怎樣的一個位置?會不會因為經(jīng)濟衰退的原因再次破產(chǎn)?已經(jīng)商業(yè)化的光伏主流技術(shù)路線,各自又面臨著怎樣的問題和機遇?誰更有發(fā)展前景?會不會有全新的、顛覆性的技術(shù)突然冒出來對現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)造成致命沖擊?“十三五”規(guī)劃又將重點支持哪些技術(shù)?光伏究竟在未來的能源體系中將處于怎樣的位置?
帶著這些問題,《太陽能發(fā)電》雜志記者日前在北京專訪了國家“十五、十一五、十二五、十三五”863后續(xù)能源主題專家、可再生能源與氫能技術(shù)重點專項專家組召集人、北京科諾偉業(yè)科技股份有限公司董事長許洪華先生。
作為科技部863太陽能光伏首席科學家及后“863時代”可再生能源領(lǐng)域重點專項專家組組長,許洪華在太陽能光伏及風能等可再生能源技術(shù)方面有著多年實踐經(jīng)驗,并多次主導這兩個行業(yè)的重大技術(shù)的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化推動,對這兩個行業(yè)均有著突出的貢獻。
《太陽能發(fā)電》雜志:在您看來,目前的太陽能光伏技術(shù)在整個能源體系中是否已經(jīng)占據(jù)了一個不可動搖的位置,還會不會因為傳統(tǒng)化石能源大幅降價而再次破產(chǎn)?
許洪華:盡管目前可再生能源在整個能源體系中的占比并不高,但從能源轉(zhuǎn)型的角度來看,無論是從環(huán)境友好性、成本優(yōu)勢以及技術(shù)發(fā)展空間,乃至從整個人類文明的發(fā)展趨勢來看,可再生能源特別是太陽能和風能,都已經(jīng)獲得了不可替代的位置。
首先,煤炭、石油等資源是有限的,可再生能源的廣泛利用已是大勢所趨。以前,大家很難想象替代能源將在不久的未來起主要作用。但現(xiàn)在,煤炭、石油都能找到替代品,在可預(yù)期的未來,可再生能源從技術(shù)上、經(jīng)濟上已經(jīng)完全能夠替代傳統(tǒng)能源。
其實,現(xiàn)實的例子很快就要出現(xiàn)了。比如,德國法蘭克福大區(qū)就在做100%可再生能源規(guī)劃。這說明,100%可再生能源已經(jīng)是世界大勢。
其次,這也是一種文明理念的大趨勢。
以前,短缺經(jīng)濟時期,人們不關(guān)心能源對環(huán)境、對氣候的影響,只要滿足功能和要求就可以?,F(xiàn)在,不只是物質(zhì)上,也包括環(huán)境上,人們都想要追求更好的生活,能源的綠色、低碳發(fā)展已成為很多人追求的目標。
第三,環(huán)境和氣候變化正在成為一個硬約束,可再生能源的廣泛應(yīng)用已不可逆轉(zhuǎn),這已經(jīng)成為全球共識。
在去年年底的巴黎氣候大會上,不但“本世紀地球上升溫度控制到2℃以內(nèi)”達成共識,并且提出了要爭取控制到1.5℃以下。這將極大的促進能源體系的變革,化石能源為主導向可再生能源為主導的轉(zhuǎn)型成為必然。
總之,整個可再生能源的發(fā)展前景越來越光明,實現(xiàn)路徑也越來越清晰。但目前,競爭也非常的慘烈,不僅在可再生能源與傳統(tǒng)能源之間,在各種可再生能源技術(shù)之間,也充滿了許多未知和不確定性。
從發(fā)展階段上來看,我個人認為,目前正是可再生能源和化石能源的相持階段。
《太陽能發(fā)電》雜志:可是,傳統(tǒng)能源體系這個龐然大物看起來似乎無縫可鉆,可再生能源應(yīng)該如何融入到現(xiàn)有能源體系中去,或者說可以依托什么樣的技術(shù)手段、商業(yè)模式?
許洪華:下一步到底有什么樣的技術(shù)方案來解決可再生能源的融入問題,目前還沒有定論。大家提得最多的,也是我個人比較認可的,是能源互聯(lián)網(wǎng)。
我覺得,能源互聯(lián)網(wǎng)的實現(xiàn)路徑,應(yīng)該是終端能源互聯(lián)網(wǎng)+區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)+全域能源互聯(lián)網(wǎng)。其發(fā)展邏輯,也應(yīng)該是由終端而區(qū)域而全域。
首先是終端能源互聯(lián)網(wǎng),也就是分布式能源包括微電網(wǎng),它適用于學校、工廠、建筑等幾乎所有微觀場所,能夠因地制宜發(fā)展各種可再生能源,并滿足就近應(yīng)用。
其次,則是向區(qū)域能源的互聯(lián)互通發(fā)展,在區(qū)域里進行以可再生能源為主的互聯(lián)互通,并盡可能在本區(qū)域內(nèi)平衡利用。
最后,是發(fā)展到全域的能源互聯(lián)網(wǎng)。
由此,我們也可以對未來的商業(yè)模式進行一些思考。
比如,對于科諾偉業(yè)來說,我們的定位就是要成為可再生能源系統(tǒng)的完整解決方案供應(yīng)商。我們認為,分布式能源及微電網(wǎng)將是未來能源互聯(lián)網(wǎng)中最基礎(chǔ)的也是最核心的單元,因此科諾偉業(yè)會將分布式可再生能源與微電網(wǎng)技術(shù)作為未來的一個核心技術(shù)來發(fā)展。
我個人認為,未來可再生能源領(lǐng)域的商業(yè)模式可能有兩種發(fā)展趨勢。
一是跨區(qū)域服務(wù)的大能源公司模式。現(xiàn)在可再生能源行業(yè)里的大能源公司,主要經(jīng)營風電場或光伏電站,從政策及技術(shù)發(fā)展趨勢來講,他們可以做“區(qū)域電力供應(yīng)商”,經(jīng)營區(qū)域內(nèi)的不同電源,甚至和常規(guī)能源結(jié)合并涉足電力系統(tǒng)。然后,再發(fā)展到以可再生能源為主,及至最終實現(xiàn)100%可再生能源。
再往后,他們將發(fā)展為“區(qū)域能源供應(yīng)商”,就是在區(qū)域電力供應(yīng)商的基礎(chǔ)上,綜合考慮電、氣、熱/電動汽車、物聯(lián)網(wǎng)、節(jié)能等的應(yīng)用。
二是服務(wù)于不同城鎮(zhèn)區(qū)域、鄉(xiāng)村等單元的中小型公司的發(fā)展模式,這也是國家非常鼓勵的一種模式。對于一些分布式發(fā)展商來說,下一步就很有可能成為這樣的“獨立電力供應(yīng)商”。然后,從技術(shù)趨勢上來說,再向下發(fā)展就有可能成為所謂的“綜合的能源供應(yīng)商”。比如在一個小區(qū)里,包括多能源資源互補(包括垃圾、廢水等)的系統(tǒng),冷熱電綜合利用。
這種模式,發(fā)展到此,已經(jīng)是一個很大的能源供應(yīng)商平臺。這個平臺再向下延伸,我稱其為“綜合物業(yè)服務(wù)商”?,F(xiàn)在能源互聯(lián)網(wǎng)有一種技術(shù),就是所謂的負荷響應(yīng)技術(shù),就是每個單位——比如“戶”,每戶的每個用電器具、每個插頭,都可以控制起來。因此,有了這個平臺以后,除了能源以外,還可以做很多其他方面的事。
我個人堅信,分布式會按照這個方向去發(fā)展。
《太陽能發(fā)電》雜志:就具體的光伏技術(shù)而言,您曾在公開場合表示,我國光伏產(chǎn)業(yè)最大的風險,是現(xiàn)有技術(shù)路線遠遠還未到定型的時候,我們應(yīng)該怎么理解這一觀點?
許洪華:就光伏電池而言,無論是從技術(shù)路線還是到種類,這些年一直都存在著很多爭議。從技術(shù)研究的角度,各種技術(shù)路線都在并行向前,而已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化、批量化生產(chǎn)的電池技術(shù)種類也不在少數(shù)。
從大的種類上來說,簡單分類就有晶硅電池、薄膜電池、聚光電池、新型電池等。這種分類不一定科學,因為砷化鎵也是一種薄膜,而且薄膜里還有好幾種技術(shù)路 線。
晶硅電池從技術(shù)路線上又分單晶、多晶,而單晶和多晶里又有一些細分,特別是高效電池領(lǐng)域,包括N型、P型以及HIT、IBC,等等。包括不同技術(shù)和工藝,也都還在進展。還包括技術(shù)跨界,比如現(xiàn)在有人提出晶硅和鈣鈦礦電池結(jié)合,據(jù)說效率已達到25%以上了。
也就是說,從這些仍在快速發(fā)展的技術(shù)路線以及流派上來看,目前還不能輕易判斷哪一種電池技術(shù)今后一定就是主流。包括現(xiàn)在已經(jīng)商業(yè)化了的電池技術(shù),也沒有誰真正形成了壟斷性的地位。目前全世界最大的企業(yè),也沒有占據(jù)整個市場10%以上的份額。
我個人認為,背后的原因,就是因為各個技術(shù)流派的技術(shù)進步空間都還很大。
比如,你達到了一個效率或目標,我很快也達到了,但是達到的路徑可能不是一樣的,很可能你改進的是這個環(huán)節(jié),而我改進的是那個環(huán)節(jié)。這就說明,即使這些已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化的電池技術(shù)路線,也都還有很大的進步潛力。
所以,包括現(xiàn)有的已經(jīng)商業(yè)化的幾種電池技術(shù),包括薄膜中碲化鎘、銅銦鎵硒、晶體硅等主要的幾種技術(shù)路線,在產(chǎn)業(yè)已發(fā)展到這種規(guī)模的時候,都還在持續(xù)進步,一是效率還在提高,二是成本還在持續(xù)下降。
對于新的技術(shù)來說,這是一個巨大的門檻。而對于整個產(chǎn)業(yè)來說,這也正是最大的風險。
《太陽能發(fā)電》雜志:會不會有全新的、顛覆性的技術(shù)突然冒出來對現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)造成致命沖擊?
許洪華:產(chǎn)業(yè)已經(jīng)發(fā)展到這個程度上了,那種革命性的技術(shù)的出現(xiàn),恐怕并不容易。
既然是革命性的技術(shù),首先就需要在基礎(chǔ)理論上獲得突破,要從理論上完全顛覆現(xiàn)有機理,才有可能實現(xiàn)。
這顯然是難度很大的事。
能源,或者說電的基礎(chǔ)理論,已經(jīng)很成熟了,要在這之外去重新構(gòu)筑一個新的理論體系,實在很難。
另一方面,即使有這種基礎(chǔ)理論的突破,但要突破現(xiàn)有技術(shù)所構(gòu)成的門檻,恐怕也要幾十年的時間。何況,正如剛才所言,現(xiàn)有主流技術(shù)路線的進步空間也還很大,也一直在進步。
所以,一種全新的、具有顛覆性的技術(shù),突然冒出來的可能性并不大。對于未來,我個人還是最看好晶體硅技術(shù)的前景。
《太陽能發(fā)電》雜志:那么,在您看來,晶體硅技術(shù)的發(fā)展方向是什么?
許洪華:總體而言,一是性能提高的空間還不小,二是成本下降的空間還很大,晶體硅技術(shù)路線還處于可做的事情很多的階段,還沒到完全拼成本、拼規(guī)模的地步,可以說技術(shù)還是最主要的驅(qū)動力,或者說之一。
從具體的技術(shù)方向來看,我一直比較強調(diào),要加強適用于不同環(huán)境、不同氣候、不同應(yīng)用方面的電池技術(shù)的系統(tǒng)研究。
我國有七個不同的典型氣候區(qū),在不同氣候環(huán)境下,各種電池的長期特性表現(xiàn)怎樣?影響電池壽命的環(huán)境因素有哪些?不同應(yīng)用模式對電池壽命的影響又有多大?
同一種電池,在東西南北中不同環(huán)境和不同氣候條件下的性能表現(xiàn)如何?是否需要采取一些特殊的技術(shù)手段來應(yīng)對高溫、潮濕等應(yīng)用環(huán)境?等等,這些都是值得研究的方向。
掌握了這些問題的答案以后,就可以根據(jù)不同地區(qū)的氣候特征及應(yīng)用模式,對一些配套材料、技術(shù)、工藝進行適配性調(diào)整,以實現(xiàn)電池的最佳性能和壽命。
而現(xiàn)在,無論是應(yīng)用在海邊,還是在高海拔地區(qū),或者風沙較大的地區(qū),都是一樣的產(chǎn)品,并沒有考慮過是不是要對背板、玻璃或者其他材料做一些特別處理。
比如,大家都知道紫外線對光伏組件壽命的影響比較大,那么在紫外線強烈的地區(qū),能不能針對紫外線采取一定的措施?
再比如,光伏組件對于溫度的敏感性是比較大的,在類似吐魯番這樣的高溫地區(qū),是不是應(yīng)該采取一些散熱措施,讓溫度別升那么高?
還有,到底是哪些因素在影響組件的功率衰減,或者說衰減的機理到底是什么?
也就是說,不同環(huán)境、不同氣候條件,對于光伏組件的性能要求肯定會有一些差異,這也正是技術(shù)研發(fā)可以進一步深入的區(qū)域。
而這些研究,還可以帶來企業(yè)之間的差異化。未來的市場競爭,一定是細分化產(chǎn)品的競爭,這也正是現(xiàn)有技術(shù)需要完善的方向。
另外,國家還積極鼓勵建立可持續(xù)發(fā)展的科研體系,比如搭建第三方的公共技術(shù)平臺、可以對全社會開放的研究平臺、終端產(chǎn)品測試平臺、對不同環(huán)境和不同氣候應(yīng)用產(chǎn)品進行長期測試的能力,此外,還有產(chǎn)品壽命期后的回收再利用技術(shù),大規(guī)模的電站建設(shè)對區(qū)域生態(tài)環(huán)境以及整個氣候的影響研究,等等。
總之,這個行業(yè)的技術(shù)進步空間還很大,也包括一些不同技術(shù)之間的融合,比如鈣鈦礦和晶硅的結(jié)合,這需要更多的想象力,大家千萬不要固步自封。
《太陽能發(fā)電》雜志:您認為現(xiàn)階段是可再生能源和化石能源的相持階段,那么,在這個相持階段,兩者應(yīng)該如何相處呢?
許洪華:在化石能源和可再生能源的并存期,或者說過渡期的能源架構(gòu)選擇,與每項技術(shù)的發(fā)展水平、經(jīng)濟性等因素密切相關(guān),現(xiàn)在又增加了一個很強的約束因素,就是環(huán)境和氣候的約束。
至少,現(xiàn)階段來說,還不能沒有煤電,這幾乎是全世界的共識。而在現(xiàn)有的火電沒有到其壽命期的時候,也很難棄之不用,也不應(yīng)該棄之不用。
起碼來說,現(xiàn)在還是化石能源時代,未來一定是可再生能源時代,這之間的共存期需要持續(xù)系統(tǒng)的研究和實踐。對于相持期兩者的關(guān)系,我最贊同德國人提的能源轉(zhuǎn)型方案。
首先,在德國能源轉(zhuǎn)型的十二個見解中,第一個就認定風能和太陽能決定一切。
另外則是對過渡期的理解和安排,一是確定會放棄核電和煤電,二是把煤電變成一個調(diào)節(jié)手段。也就是說,可再生能源是最大的和最主要的,其他能源都得適應(yīng)我,都只能從怎么滿足我可再生能源的最大規(guī)模接入、最低成本接入等角度來安排。
我覺得,我們也應(yīng)該從這個角度來考慮問題,考慮怎么去對電力體系作出一些調(diào)整,來適應(yīng)可再生能源的特點。
《太陽能發(fā)電》雜志:光伏會成為未來的主要能源嗎?
許洪華:完全有可能。我覺得,思考這個問題,需要以終為始的思維方式。中間這一段怎么發(fā)展,不去爭論,我們來看一看最終未來的能源架構(gòu)到底是什么樣子?
現(xiàn)在有兩種比較極端的思路,一個是全球能源互聯(lián)網(wǎng),另一個則認為不再需要電網(wǎng)。我個人更傾向于認為是分布式能源和大電網(wǎng)、大能源網(wǎng)的融合。
在目前的技術(shù)視野范圍內(nèi),從資源量和徹底解決人類能源需求的角度來看,我個人認為最終的解決方案就兩個,一個是太陽能,一個是核能。其他可再生能源,包括風能、生物質(zhì)能、海洋能,也都很好,但從資源量來看,沒有一個可以滿足人類未來的需求。
而核能,則風險實在很大。
而在太陽光伏發(fā)電技術(shù)中,到底哪一種技術(shù)路線最可能成為主導,我們不妨從以下五個方面來考慮。
首先是成本,也就是技術(shù)經(jīng)濟性;其次是效率,第三是可靠性和穩(wěn)定性;第四是材料、資源的可獲得性;第五是對環(huán)境的友好性。
從目前已經(jīng)商業(yè)化的電池技術(shù)來看,這五項條件都符合的,只有晶體硅光伏技術(shù)。按這條技術(shù)路線往下走,你會發(fā)現(xiàn),無論是技術(shù)、經(jīng)濟、資源量,還是與環(huán)境、電網(wǎng)、用電戶的關(guān)系,都看不到有任何風險,好像也沒有什么難題是沒有辦法解決的。
而從人類大利益的角度來說,可再生能源的大規(guī)模利用,已是必然方向。但在這個過程中,不要違背常理和常識,也不要指望某種技術(shù)或方法一上來就能解決全世界的所有問題。遵循規(guī)律,按規(guī)矩來,踏踏實實的一個問題一個問題的解決,則前途必定光明。