中國(guó)光伏技術(shù)的崛起開始于20世紀(jì)90年代后期，當(dāng)時(shí)德國(guó)政府利用稅收優(yōu)惠大力推廣屋頂太陽(yáng)能電池板計(jì)劃，德國(guó)提供資金、技術(shù)和專家吸引中國(guó)制造太陽(yáng)能電池板以滿足德國(guó)國(guó)內(nèi)的強(qiáng)勁需求。中國(guó)政府因勢(shì)利導(dǎo)緊緊地抓住了這個(gè)難得的好機(jī)遇。
當(dāng)時(shí)中國(guó)的光伏產(chǎn)業(yè)還在萌芽狀態(tài)，主要為遠(yuǎn)離電網(wǎng)的貧困農(nóng)村地區(qū)提供生活用電。制造出口德國(guó)的太陽(yáng)能電池板賺取外匯啟動(dòng)了中國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)代化，當(dāng)西班牙和意大利等國(guó)也加入太陽(yáng)能激勵(lì)計(jì)劃后，中國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)開始策馬狂奔。中國(guó)在全球招兵買馬，引進(jìn)國(guó)外光伏技術(shù)專家，購(gòu)買大型生產(chǎn)設(shè)備和多晶硅材料，以滿足大量來自國(guó)外的太陽(yáng)能電池板訂單。
中國(guó)政府在這場(chǎng)產(chǎn)業(yè)革命中成為了主要推手。發(fā)展可再生能源列入中國(guó)五年計(jì)劃中特別關(guān)注的七大項(xiàng)目之一，享受貸款和稅收優(yōu)惠。中央政府籌集高達(dá)470億美元將光伏產(chǎn)業(yè)打造成所謂的“戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)”。
其結(jié)果是：中國(guó)建立起了世界上最大的光伏產(chǎn)業(yè);成為了世界光伏市場(chǎng)上的價(jià)格領(lǐng)導(dǎo)者;生產(chǎn)出最便宜的太陽(yáng)能電池板;并成為全世界太陽(yáng)能電池板的最大供應(yīng)商，中國(guó)每生產(chǎn)兩塊太陽(yáng)能電池板，其中必有一塊是為海外客戶提供的。
只用了十多年時(shí)間，中國(guó)強(qiáng)大的生產(chǎn)能力造成了全球光伏產(chǎn)品的過剩，這時(shí)歐美經(jīng)濟(jì)又正好進(jìn)入衰退期，中國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)迎來了寒冬。面對(duì)嚴(yán)峻的形勢(shì)，據(jù)喬治華盛頓大學(xué)的專家Ronen說，中國(guó)決定再次追隨德國(guó)模式，制定自己的“上網(wǎng)電價(jià)”，推動(dòng)國(guó)內(nèi)自己的屋頂太陽(yáng)能發(fā)電計(jì)劃。結(jié)果是國(guó)內(nèi)對(duì)太陽(yáng)能的需求激增，以至于不到兩年，2015年中國(guó)國(guó)內(nèi)光伏市場(chǎng)就超越德國(guó)成為世界第一。
2016年，中國(guó)試圖通過設(shè)定財(cái)政補(bǔ)貼的最后期限，為了趕上末班車，國(guó)內(nèi)光伏電站建設(shè)掀起了另一波高潮。2016的上半年中國(guó)新增光伏發(fā)電容量達(dá)20千兆瓦(三峽水電站總裝機(jī)容量為22.5千兆瓦)。整個(gè)美國(guó)的光伏容量?jī)H為31千兆瓦。中國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)的華麗的轉(zhuǎn)身使世人驚嘆。
美國(guó)可再生能源實(shí)驗(yàn)室的戰(zhàn)略能源分析中心主任David Mooney說：“人們傾向于認(rèn)為中國(guó)已經(jīng)奪走了光伏能源市場(chǎng)份額，如果這種能力留在美國(guó)本來會(huì)更好。”
“從我的角度來看，硬幣也有它的另一面，”他說，美國(guó)在太陽(yáng)能電池板集成、安裝和維護(hù)等領(lǐng)域產(chǎn)生了25萬個(gè)工作崗位。如果沒有中國(guó)的推動(dòng)大大降低了太陽(yáng)能電池組件價(jià)格，這其中許多工作機(jī)會(huì)是不會(huì)產(chǎn)生的�！岸@些工作是不能外包的”，他說。美國(guó)還是不缺明白人。
中國(guó)促進(jìn)太陽(yáng)能市場(chǎng)全球增長(zhǎng)的計(jì)劃仍在緊鑼密鼓地進(jìn)行中。2016年10月，中國(guó)國(guó)家電網(wǎng)的前董事長(zhǎng)劉振亞來到聯(lián)合國(guó)，向全世界展示了中國(guó)進(jìn)一步發(fā)展太陽(yáng)能事業(yè)的宏偉藍(lán)圖，這個(gè)計(jì)劃的主旨是建設(shè)全球性電網(wǎng)。
他在演講中呼吁聯(lián)合國(guó)支持新成立的全球能源互聯(lián)發(fā)展與合作組織(GEIDCO)，中國(guó)政府已經(jīng)任命劉振亞為其主席，這個(gè)組織的宗旨是促進(jìn)建立“全球能源互聯(lián)網(wǎng)”。他指出，這個(gè)全球性電網(wǎng)到2050年可以傳輸80%的可再生能源，將太陽(yáng)能，風(fēng)能和水力發(fā)電的電力從地球上充足的地方傳輸?shù)饺狈δ茉吹娜丝谥行牡貛А?
“全球能源互聯(lián)網(wǎng)”將分三個(gè)階段形成。劉振亞解釋說，首先，每個(gè)國(guó)家將重新設(shè)計(jì)和升級(jí)自己的電力網(wǎng)。他指出，中國(guó)的努力已經(jīng)開始，產(chǎn)生了140千兆瓦的風(fēng)力和70千兆瓦的太陽(yáng)能電力，它將超過世界任何國(guó)家。通過建設(shè)長(zhǎng)距離、高壓直流電源網(wǎng)絡(luò)，將可再生能源從北向南、從東向西傳送。據(jù)他預(yù)測(cè)，中國(guó)可以在2025年之前完成新電網(wǎng)。
他說，第二階段是建立區(qū)域電網(wǎng)。全球分為三塊區(qū)域：東北亞和東南亞、非洲和歐亞大陸以及北美和南美國(guó)家，在區(qū)域的內(nèi)部跨越國(guó)境傳輸更多的電力。第三階段將建造連接區(qū)域電網(wǎng)的主干電力線和海底電纜。這種結(jié)果將產(chǎn)生他所謂的“雙贏局面”。
當(dāng)全球能源互聯(lián)網(wǎng)完成后，“世界將變成一個(gè)和平與和諧的地球村，我們將有足夠的能源、綠色的土地和藍(lán)天，”他預(yù)言。中國(guó)GEIDCO提案可能的結(jié)果仍有待觀察，但聯(lián)合國(guó)新聞稿指出，70個(gè)組織的代表參加了會(huì)議，包括政府組織，企業(yè)和大學(xué)。美國(guó)代表團(tuán)包括來自美國(guó)能源部的阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和斯坦福大學(xué)的專家學(xué)者。
回答兩個(gè)有關(guān)光伏技術(shù)的問題
1)前幾年有中國(guó)工程院一位院士說，太陽(yáng)能電池在制造過程中所消耗的電能超過它life-cycle所產(chǎn)生的電能，所以它不是可持續(xù)發(fā)展的能源。對(duì)此怎么看?
這個(gè)問題可以用數(shù)據(jù)來回答的。太陽(yáng)能電池有一個(gè)重要的技術(shù)指標(biāo)，稱為光伏能量回收期EPT(Energy Payback Time)，EPT是光伏行業(yè)非常重要的一個(gè)能耗技術(shù)指標(biāo)。俗話說花錢才能賺錢，同樣節(jié)能也需先耗能。EPT這個(gè)數(shù)據(jù)定量地給出了光伏電池啟用后，究竟需要多少年才可以把它產(chǎn)生的干凈能量抵消制造過程中消耗的能量。把光伏電池平均使用壽命減去EPT，就是它可以有多長(zhǎng)時(shí)間產(chǎn)生清潔電能(即作出純貢獻(xiàn)的年份)，當(dāng)然EPT數(shù)值越小越好。
數(shù)據(jù)顯示，目前光伏發(fā)電能源回收期大概在2-5年�；仡櫳鲜兰o(jì)的數(shù)據(jù)，80年代光伏發(fā)電的EPT長(zhǎng)達(dá)5-10年之久，90年代光伏能量回收期縮短為3至8年左右了。隨著光伏產(chǎn)業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，光伏能量回收期還在進(jìn)一步縮短，未來光伏能源回收期可降至1-2年以內(nèi)。由此可知，光伏電池有25以上的時(shí)間“全芯全意”、“無怨無灰”地為人們貢獻(xiàn)清潔能源。
2)光伏產(chǎn)業(yè)是否為高污染產(chǎn)業(yè)?
在整個(gè)光伏產(chǎn)業(yè)鏈中，除了硅材料生產(chǎn)環(huán)節(jié)，其他的中下游環(huán)節(jié)基本不存在污染。目前，全球80%以上的多晶硅都是用“改良西門子法”生產(chǎn)的，中國(guó)的多晶硅產(chǎn)業(yè)基本也是如此。
改良西門子法的原理是：以氯化氫和冶金級(jí)工業(yè)硅為原料，制取三氯氫硅，再利用三氯氫硅進(jìn)行氫還原，生產(chǎn)出多晶硅。在多晶硅的生產(chǎn)過程中的前期反應(yīng)中，會(huì)產(chǎn)生大量四氯化硅(SiCl4)、二氯二氫硅等副產(chǎn)物，而第二階段合成工序也會(huì)再產(chǎn)生10%～15%的四氯化硅，有害副產(chǎn)物比例最大的就是四氯化硅。
現(xiàn)在國(guó)際上領(lǐng)先的硅料廠家對(duì)有害物質(zhì)的處理方式是：四氯化硅一部分加氫形成TCS繼續(xù)循環(huán)反應(yīng)，一部分被用作有機(jī)硅等其他產(chǎn)品的生產(chǎn)。不過從目前來看，通過氫化進(jìn)入循環(huán)反應(yīng)的副產(chǎn)物只有小部分，大部分還是要進(jìn)行再處理，處理方式要么進(jìn)行堿液中和，要么直接銷售或者自行生產(chǎn)其他產(chǎn)品，而最具可行性和經(jīng)濟(jì)性的方式就是利用四氯化硅生產(chǎn)其他產(chǎn)品。
縱觀世界科技發(fā)展史，工業(yè)革命的二重性從來就無法完全避開，光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展當(dāng)然也不例外。這既是一個(gè)環(huán)境問題，也是一個(gè)發(fā)展問題，但歸根到底是個(gè)發(fā)展的問題。技術(shù)是否領(lǐng)先，是控制副產(chǎn)品污染的一個(gè)關(guān)鍵因素，因噎廢食總不是一個(gè)好的解決方式。我常說：在人際交往中“朝后退一步海闊天空”，但在科技領(lǐng)域中只有向前進(jìn)一步方能絕處逢生。
光伏發(fā)電和儲(chǔ)能技術(shù)的一些新進(jìn)展
光伏技術(shù)的一個(gè)致命缺陷是受制于日夜交替和天氣變化，在看天吃飯這一點(diǎn)上，它甚至比農(nóng)業(yè)生產(chǎn)還不如。光伏電能的各項(xiàng)參數(shù)從電力網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)看很不理想，有時(shí)候也不能一味責(zé)怪電網(wǎng)拒收。目前來看，光伏電站和電網(wǎng)應(yīng)該互相理解通力合作。
首要的是加速發(fā)展儲(chǔ)能技術(shù)，抽水蓄能可能是最有效的方案，磁懸浮動(dòng)力輪和其它一些方法也應(yīng)加以重視。電網(wǎng)則應(yīng)加速電力產(chǎn)業(yè)全流程的智能化、信息化、分級(jí)化和互動(dòng)管理，提高和完善清潔能源的接納能力。同時(shí)加速建設(shè)東西走向的直流超高壓輸電線路，使西部的光伏電能可以大容量、低損耗地輸送到國(guó)家中部和東部的缺電地區(qū)。上述幾項(xiàng)工作實(shí)際上正是中國(guó)能源專家提出的“互動(dòng)電網(wǎng)”的重要組成部分，我對(duì)此是相當(dāng)樂觀的。
除了智能電網(wǎng)方案以外，另一項(xiàng)技術(shù)有可能對(duì)太陽(yáng)能利用產(chǎn)生革命性影響。美國(guó)人工光合作用聯(lián)合研究中心 JCAP(Joint Center for Artificial Photosynthesis)的化學(xué)家Nathan Lewis指出：可以利用太陽(yáng)光把二氧化碳和水直接變?yōu)樘細(xì)浠衔镆簯B(tài)燃料(如甲醇)，這將整個(gè)改變能源業(yè)界的游戲規(guī)則。
人工光合作用產(chǎn)油(又稱陽(yáng)光變油)的好處是多方面的，在能量的產(chǎn)生、運(yùn)輸和消費(fèi)過程中二氧化碳是循環(huán)使用的，不會(huì)增加大氣中的碳排放。目前使用的大量的交通工具和用油設(shè)備都不需改動(dòng)，可以直接使用來自太陽(yáng)能的人造燃油。事實(shí)上人類這幾百年用的油氣也都來自太陽(yáng)能，它們是上千萬年里通過植物的光合作用產(chǎn)生的。
把太陽(yáng)能變成碳?xì)淙剂现械幕瘜W(xué)能的最大好處是利于儲(chǔ)存運(yùn)輸。必須知道：最好的一公斤重的電池大約可以儲(chǔ)存200瓦時(shí)，而一立升燃油的能量是140,000瓦時(shí)。沒有任何東西的化學(xué)儲(chǔ)能密度可以與燃油相比，這也是為什么你看不到純電動(dòng)的長(zhǎng)途卡車和電動(dòng)長(zhǎng)途民航客機(jī)的原因。
如果真的可以高效便宜地用陽(yáng)光直接制成燃油，那么這星球上最豐富的能源與最佳的儲(chǔ)存方式就聯(lián)系在了一起，人類在可預(yù)見的將來就有了取之不盡、用之不竭的可再生能源。畢竟，太陽(yáng)投射到地球上一小時(shí)的能量可滿足目前人類文明一年的能量需求。人工光合作用產(chǎn)油技術(shù)目前還只停留在實(shí)驗(yàn)室里，樂觀的估計(jì)大約需要十年的努力才能進(jìn)入工程試驗(yàn)階段，但也許它只能終老在實(shí)驗(yàn)室里，目前下定論可能為時(shí)過早。
非常期待中國(guó)的科技人員能在光電轉(zhuǎn)換和儲(chǔ)能技術(shù)上有更大的技術(shù)突破。中國(guó)人在水稻種植技術(shù)上長(zhǎng)期領(lǐng)先世界，從物理學(xué)角度來看，水稻生產(chǎn)就是一種高效捕獲太陽(yáng)能的技術(shù)，而且曬干后儲(chǔ)藏的稻谷就是歷史上最好的一種儲(chǔ)能技術(shù)。輝煌的中華文明是建立在水稻種植技術(shù)上的，中國(guó)人利用植物光合作用捕獲太陽(yáng)能并妥善地儲(chǔ)存太陽(yáng)能的技術(shù)到達(dá)了這個(gè)星球上的頂峰。最近的幾十年里，中國(guó)的水稻專家袁隆平先生把水稻種植技術(shù)又推到了一個(gè)新的高度，世上無人能于之爭(zhēng)鋒。
光伏技術(shù)其實(shí)就是人工光合作用，但愿在這個(gè)領(lǐng)域也能出一個(gè)袁隆平式的英雄人物，在光伏發(fā)電和儲(chǔ)能技術(shù)作出突破性成果，讓中國(guó)人在轉(zhuǎn)換、儲(chǔ)存和應(yīng)用太陽(yáng)能方面再次取得世界領(lǐng)先地位。物理學(xué)告訴我們，能量決定一切，一個(gè)文明的高度很大程度上取決于它獲得和掌控能源的技術(shù)水平。中國(guó)已經(jīng)在光伏攻堅(jiān)戰(zhàn)的第一階段中取得了決定性勝利，衷心希望中國(guó)能在光伏的儲(chǔ)能和聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)上取得革命性的突破。
謹(jǐn)以此文作為我在2017年的新年許愿吧。
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