太阳能光伏发电是太阳能利用的一种重要形式.docx

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太阳能光伏发电是太阳能利用的一种重要形式

RenewableEnergyandEnergyEfficiencyPartnership（REEEP）

RENEABLEENERGYROADMAPTOMEET30%ENERGYDEMANDSINCHINABY2030

RenewableEnergyTechnologyAnalysisinChina

EnergyResearchInstituteofNDRC

Beijing,China

2010/03/01

目录

FigureContents2

TableContents3

ExecutiveSummary4

1.可再生能源发电6

1.1风力发电6

1.1.1全球风力发电市场6

1.1.2风力发电的技术和经济性9

1.1.3风力发电的应用11

1.2太阳能发电12

1.2.1全球光伏发电市场12

1.2.2光伏发电的市场应用14

1.2.3光伏发电的成本和经济竞争力16

1.2.4光伏发电的能量平衡21

1.2.5太阳热发电22

1.3生物质能发电23

1.4水力发电25

1.5地热发电和海洋能发电26

1.5.1地热能发电26

1.5.2海洋能发电26

1.6各类可再生能源发电技术比较28

2.可再生能源热利用30

2.1太阳能中低温热利用30

2.1.1太阳能热水器的能量产出平衡分析30

2.1.2成本分析31

2.1.3适应条件31

2.2生物质能热利用31

2.3地热能32

3.生物质能源交通燃料和生物基工业制品33

3.1生物质能源交通燃料34

3.2燃料乙醇35

3.3生物柴油38

3.4沼气与车用甲烷39

3.5生物合成燃料39

3.6生物交通燃料的能量平衡与经济性40

3.7生物基工业制品42

参考文献43

FigureContents

图1.1截止2008年底的全球风电市场发展6

图1.2欧盟2007年部分国家风电在电力结构中的比例6

图1.32008年欧洲新增电源比例7

图1.4全球海上风电发展情况7

图1.5世界风电装备技术发展趋势8

图1.6世界各国风电上网电价比较（2006年）9

图1.7风电区域上网电价10

图1.82008年全球光伏发电累计装机容量12

图1.92008年主要国家光伏发电新增装机容量13

图1.10德国的光伏发电市场划分14

图1.11世界主要城市的屋顶光伏发电系统成本预测16

图1.12不同国家和国际机构对太阳能光伏发电价格的预测趋势图17

图1.13平均晶硅电池效率发展趋势18

图1.14硅用量与硅片厚度关系19

图1.15多晶硅和电池组件价格变化趋势20

图1.16我国水电历年装机容量变化图24

图1.17各种可再生能源发电技术的碳排放系数的比较28

图3.1利用生物质资源生产液体燃料的技术路线（IPCC,2007）34

图3.2全球生物液体燃料市场发展情况35

TableContents

表1.12009年中国的区域风电上网电价10

表1.2风力发电生产成本发展趋势11

表1.3不同国家和国际机构对太阳能光伏发电价格的预测17

表1.4当前国际太阳电池实验室效率18

表1.5生物质原料成本测算（以农作物秸秆为例）24

表1.6各种可再生能源发电技术的综合比较30

图框1：

巴西生物燃料乙醇介绍36

图框2：

美国生物燃料乙醇介绍36

表3.1各类燃料乙醇的生产成本比较37

表3.2各类生物柴油生产成本比较38

表3.3主要生物液体燃料的能量和环境效益40

ExecutiveSummary

EncouragedbyRenewableEnergyLawandtheMediumandLongTermDevelopmentPlanningforRenewableEnergy,REindustryinChinahasalreadyseenaboominggrowthinthepastfewyears.Also,itiswellrecognizedthatamuchmoreimportantrolewillbeplayedbyREsectorinChinafortheachievementof40-45%carbonintensityreductionand15%ofnon-fossilenergyconsumptiontargetsby2020.Moreimportantly,REisexpectedtobecomeoneofthemajorenergyresourcesforChinain2030.Inordertoachievethesetargetsandmaintainasustainabledevelopment,acomprehensivestudyfortheREroadmapfor2030issignificantlyvaluable.ThestudyisexpectedtomakeaclearpictureonhowmuchREcanandshouldbeby2030,takingintotheeconomicdevelopmenttarget,energyresourceavailability,environmentprotectiondrive,aswellasthetechnologyimprovementetcfactorsforChina,toprovideasoundreferenceforsupportinggovernment’sdecision-makingprocess,andtoguidethesustainabledevelopmentofREindustry.

Inthefirstphasereportofthisstudy,informationandcurrentREdevelopmentstatushavebeencollected;acomprehensiveanalysishasbeenmadewhichcoversissuesofresourceavailability,marketdevelopment,industrysituation,policiesandfinancialmechanisms.Inthesecondphasereport,aspecificefforthasbeenmadetoevaluateallavailableREtechnologiesandtheircharacteristics.ThestudyisputintothecontextoftheinternationallevelwiththecomparisonofthebestavailabletechnologyworldwideandisexpectedtogenerateaclearroadmapforREtechnologyinnovationandutilizationfor2030inChina.

REtechnologiesandutilizationaremuchdiversifiedinbigcountrieslikeChina.Currentlytherearedifferentrenewableenergyresources（wind,solar,biomass,geothermaloceanenergyetc）andvariabletechnologies,whichcouldgeneratediversifiedenergies,i.e.power,thermal,fuelsetc.Thecommercializationofdifferenttechnologiesisalsoquitedifferentduetovariousfactorsandbarriers（likecost,R&D,subsidies,policiesetc）.Forinstance,thesolarwaterheatersinChinacansurvivewithoutsubsidy.However,thewind,PVetcisstilldependantonthegovernmentsupport.Intermsofthecapacityofthemanufacturingindustry,thediversifiedREtechnologiesshowgreatdisparitiestoo,whichbringsquitedifferenteconomicfeaturestoREproducts.Furthermore,REresourcesshouldbewellplannedandexploredaccordingtothelocalsituation.Thepotentialofbiomassethanolandbio-dieselislimitedbytheavailablelandareaandtheavailabilityofthewatersupply.Ground-mountedsolarPVneedtobeplannedaccordingtothelocallandscapeetc.Inviewingallthesefactors,therefore,forthepurposeofscientific,effectiveandsustainabledevelopmentandutilizationofrenewableenergy,itisveryimportanttohaveanin-depthanalysisofdifferentREtechnology,relatedproductsandtechnicalcharacteristics.

Thestudyisdividedintothreepartsbasedondifferentutilizationpurposes.Thefirstpartisthetechnologyforpowergeneration,wind,solar（PVandthermalpower）,biomass,hydro,geothermalandoceanicpowersareanalyzedinthispart.REforthermalpurposeisdiscussedinthesecondpart,whichcoversthreeissueslikesolarenergythermalutilization,biomassthermalutilization,andgeothermalutilization.Biofuelsfortransportationandbio-basedproductsarediscussedinthethirdpart.Comparingtoconventionalenergy,negativeenvironmentalimpactsofrenewableenergyutilizationarerelativelysmallerduetothelessenergyconsumptionandsmalleramountofpollutantemissionsofthewholelifecycle.Itisdiscussedaswellforthepurposeofthelarge-scaleexpansionbyyear2030.AllthesewillserveasthebasistodeterminetheappropriateREquantitybythesuitableapproach.

Forpowergeneration,windpowerhasashortperiodofenergyrecoverywhilesolarPVandthermalpowerneedabout2-3yearstorecoveryenergy.Fromthegreenhousegasemissionperspective,renewableenergyingeneralhaveacompetitiveadvantage,theenvironmentalimpactsofbiomasspowergenerationishigherthansolarandwindpoweriftheresourceproductionprocessistakenintoconsideration.Landresourceisalsoconsideredasaveryimportantfactorforrenewableenergypowergeneration.Solarpowerandwindpoweraremuchbetterthanthebiomasspowergenerationfromthelanduseperspective.Forthermalutilization,solarwaterheaterisanaffordabletechnologyinChinaandwillstillplayaveryimportantroleinfuture.Theutilizationofbiomassandgeothermalenergycanreducetheuseofcoalandotherconventionalenergysourcesforheatingpurpose.Butthecontributionishighlyimpactedbynationalenergystrategy.Thecostcancompetewithcoal-firedheatingandcanbeusedintheareaswithhighpriceoncoal.Biofuelsisimportantforreducetheemissionfromtransportationandthesecondarygenerationbiofuelsshouldbeencouragedbygovernment.However,itwillstilltakesalongtimeforthelargescaleutilizationbiofuelinChina.MoreeffortsontechnologyinnovationanddemonstrationofbiofuelsshouldbepaidbyChinainthenearfuture.

可再生能源的资源种类很多，能够采取不同的技术方式和利用途径提供多样化的能源产品。

有的可以提供电力，有的可以满足供热需求，有的可以用于生产液体燃料；即使同一种资源，采取不同的技术，获得产品的经济性代价也差别较大，如水电、太阳热水器的应用已经不需要补贴，而风力发电、光伏发电仍旧需要政策的长期扶持；可再生能源资源的开发有赖于装备的生产，不同种类的可再生能源产业的商业化水平差异较大，直接导致了开发经济代价的差异；不同可再生能源的开发条件也会受到较大的限制，比如生物质能源液体燃料的生产，就必须面临的土地、水等的限制，光伏发电也需要有合适的安装条件等。

因而，未来可再生能源的发展需要综合比较各自的优缺点，合理确定开发方式、总量和对应的时间点。

本报告主要从长远利用的角度，分析了未来我国可再生能源可能的应用方式及优缺点，各自的技术特点，产品的市场经济性，并比较了国内外的差异。

报告提出，我国应重点发展技术，积极稳妥的发展液体燃料技术，因地制宜的发展可再生能源供热和供气技术。

按照科学、有效、可持续的开发利用的角度出发，本节将为确定2030年合理的可再生能源发展目标提供主要的参考依据。

1.可再生能源发电

1.1风力发电

1.1.1全球风力发电市场

2008年底全球风电装机已经达到1.2亿kW，我国也超过了1200万kW，风力发电成为继水电之后，第一个超过亿万千瓦的、成熟的可再生能源发电技术。

世界各国也都把发展风电作为重要的替代能源技术。

图1.1截止2008年底的全球风电市场发展

在北美、欧洲风电快速扩大的情况下，这些地区的风电在电力系统中的比例也不断提高（图1.2）。

图1.2欧盟2007年部分国家风电在电力结构中的比例

资料来源：

EWEA

值得注意的是2006年后，欧洲风电年新增装机已超过天然气发电成为第一大新增电源；在北美地区，风电也连续3年仅次于天然气发电，位居第二。

图1.32008年欧洲新增电源比例

数据来源：

欧洲风能协会，2008

另外，风电场开发开始从陆地走向海洋，海上风电由于风资源丰富、风速稳定、开发利益相关方较少、不会与其他发展项目争地、可以大规模开发等优势，一直备受土地受限的欧洲的关注。

截止2008年底，海上风电装机达到150万kW左右，约占全球风电装机的1.3%左右。

图1.4全球海上风电发展情况

数据来源：

英国GH公司，2009

1.1.2风力发电的技术和经济性

随着风能市场的扩大，风电技术也在不断进步，加速了风能成本的降低。

当前，风电机组正朝着大型化、规模化的方向发展。

1985年，世界上平均单机容量在50kW左右，上个世纪90年代中期兆瓦级风电机组开始进入市场，本世纪初兆瓦级的风电机组已成为市场主导产品。

目前2~3MW的风电机组已经是商业化运行的主力机型，风电机组制造商已经开发出5~6MW的风电机组，同时正在着手研发10MW及以上新型发电机组。

机组大型化虽然加大了技术难度，但有利于捕捉更多的风能，将更有利于降低风电成本。

图1.5世界风电装备技术发展趋势

来源：

德国风能研究所DEWI

风电不仅在生产环节具有清洁的特性，即使从能量平衡和资源消耗的角度分析，风电设备制造所消耗的能源也很少，在风电设备投产运行3~6个月后即可通过发电完全回收。

风电对土地、水资源等的要求小，对环境的影响有限。

风电场生产运行过程中基本不消耗水源，也不排放各种污染物。

风电场中风电机组布置面积较大，每万kW布机面积约2km2，但风电机组的基础占地面积每万kW约0.05km2，可以忽略不计。

与其它新能源相比，风电的成本发展趋势较为明朗。

图3.3是世界各国风电上网电价比较[]，可以看出，风电价格与常规发电已经较为接近。

图1.6世界各国风电上网电价比较（2006年）

2009年我国已经批复了区域风电上网电价，在0.51~0.61元/kWh之间。

表1.12009年中国的区域风电上网电价

图1.7风电区域上网电价

虽然我国当前的风电电价水平仍比火电高50%左右，但随着风电设备单位投资水平下降、风电场选址水平提高以及风电机组利用率及效率的提高，产业界预计，到2020年风电成本在目前的基础上还可以降低20-40%（表3.1），风电成本预计接近或低于0.4元/kWh，从而具有和清洁火电竞争的优势。

从当前风电的产业发展趋势来看，经济性应当不会是风电未来发展的主要瓶颈。

表1.2风力发电生产成本发展趋势

资源水平

当前

2020

2030

2050

米/秒

元/千瓦时

元/千瓦时

元/千瓦时

元/千瓦时

>5

0.4～0.5

0.3～0.38

0.29～0.36

0.28～0.35

3～5

0.6～0.8

0.4～0.6

0.41～0.58

0.42～0.55

资料来源：

风力发电的成本趋势预测，全球风能理事会（GWEC）

1.1.3风力发电的应用

风电的适用性较广。

我国陆上风能资源比较丰富，开发利用有成功经验，其制约因素主要是与电网协调问题。

海上风电技术刚起步，2020年以后，海上风电将会是一个重要发展方向。

从电网建设的角度出发，沿海地区的电网建设比较完善，海上风电场通常距离海岸一般不超过50km，离电力负荷中心距离较近，适宜发展。

为了改善风电对电网的影响和扩大风能的应用，将风能与其他能源组成互补系统是一种解决的技术途径。

目前，除在技术上已较成熟的风电/光伏发电互补系统、风电/柴油发电互补系统外，还有风电/水电互补系统、风电/燃气轮机发电互补系统以及与蓄能系统互补等。

互补系统不仅可以使不稳定的风电“变成”稳定电源并网应用，也可以组成分布式电源系统，独立运行，有较好的应用前景。

近年来，提出将间歇性风电直接应用于高能耗企业和海水淡化、制氢等，并与大规模蓄电（特别是液流蓄电）相结合，以提高供电质量和调峰能力（遇低风速时间较长时，可由电网补充少量电能维持运行）。

此外，分布式应用也是风电的发展方向之一。

总之，风电在政策、技术、产业、成本上有着明确的发展预期，对环境等不产生负面影响，我国的风能资源也能够保障大规模发展目标的实现。

因而，风电在我国应该是一种优先发展的能源。

1.2太阳能发电

太阳能发电的技术路线较多，主要包括光伏发电和太阳能热发电两类。

光伏发电是从太阳光到电的直接转换过程，太阳能资源丰富，从生产到使用的各个过程中对环境的影响都很小，特别是在运行中不消耗水，没有任何转动、高温部件，维护费用低，非常适合在沙漠、戈壁等无人值守的地区大规模应用。

根据其与电网的连接方式，可分为独立光伏系统和并网光伏系统两大类。

经过多年的发展，光伏发电目前是一种较为成熟、可靠的技术，并已经逐渐从过去用于独立的系统，朝大规模并网方向发展。

1.2.1全球光伏发电市场

光伏发电最早适从离网发电开始的，重点解决无电地区人民的生活用电问题和特殊工业用电问题，如微波通信，移动基站，石油管道阴极保护，卫星地面站，航标灯，高原气象站等。

但是离网独立光伏系统的市场容量有