12月18日，在工業(yè)和信息化部電子第五研究所、深圳市科學技術協(xié)會的指導下，由前瞻產(chǎn)業(yè)研究院、前瞻碳中和戰(zhàn)略研究院、前瞻經(jīng)濟學人主辦，華聯(lián)城市中心承辦的“洞見趨勢「碳」望未來——2021前瞻碳中和低碳科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展峰會”盛大召開。
武漢大學物理科學與技術學院教授、國家重大科學研究計劃首席科學家、加州大學伯克利分校博士肖旭東發(fā)表了《光伏發(fā)電與雙碳目標》的主旨演講，在業(yè)內(nèi)引起廣泛關注。
（圖片來源：前瞻網(wǎng)，侵刪）
一、我國面臨能源供應挑戰(zhàn)和環(huán)境危機
我們國家本來是一個地大物博的國家，但是在能源方面，尤其化石能源方面，卻是個地大物“薄”的國家。
從能源儲備來看，我國的各類能源儲備幾乎都比不上美國，哪怕是煤炭儲量也僅僅是美國的一半多一點。《世界能源統(tǒng)計年鑒2021》以及美國能源情報署數(shù)據(jù)顯示：中國煤炭儲量為1350.69億噸，美國為2189.38億噸。
即使從世界占比來看，跟我們的人口相比，我們的能源儲備也是遠遠不足的。哪怕是煤炭儲量也僅占世界的12.6%（約1/8），而我們的人口卻占世界人口的1/5；更不用說石油、天然氣等原材料。
肖旭東教授在峰會上提到，我們國家一次能源消耗方面，煤炭是最主要的，此外水電、風電、太陽能發(fā)電等等也占一定的比重。在以前，我們國家的煤還有輸出，但是過去十幾年我們必須要進口。而像天然氣和石油則是一直依靠進口，其中2/3石油依賴進口。這說明在能源方面，整個國家面臨挑戰(zhàn)。
從全球電力結(jié)構來看，主要還是靠化石能源發(fā)電，占比達61.3%；然后是水電、核電、風電、太陽能電，占比為35.2%；其他能源占的比例相對比較少。
從裝機容量來講，中國煤電裝機容量大概54%，風電、光電裝機容量10%左右，水電有19%。但是這并不是最后的結(jié)構。像煤炭一天24小時可以發(fā)電，但是太陽能發(fā)電一天平均下來發(fā)3-4個小時。太陽能發(fā)電如果要解決電力問題，裝機容量要比煤電、火電大的多得多才行。
我們國家在前些年，火力發(fā)電占整個電力結(jié)構80%左右，這幾年稍微有所下降，降至70%，但太陽能占比依然非常低，去年只貢獻了3.4%的電力。
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除了資源方面面臨挑戰(zhàn)，使用化石能源對環(huán)境也造成了一些嚴峻問題，例如霧霾、冰川消融、氣候變暖等等。肖旭東教授表示，碳排放是此次前瞻碳中和低碳科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展峰會上討論的主題之一，實現(xiàn)雙碳目標需要減排。但目前我國碳排放占全世界的26-28%，比我們?nèi)丝谡急纫?，減排過程中我們有很多事情要做。
二、實現(xiàn)碳減排最主要的手段之一是靠太陽能光伏發(fā)電
肖旭東教授指出，2020年，國際上來講已經(jīng)是碳達峰。我們國家因為是發(fā)展中國家，經(jīng)濟還要繼續(xù)有增量，現(xiàn)在要控制碳排放不現(xiàn)實，所以我們國家提出的目標是比國際晚十年碳達峰。我們爭取在2030年的時候碳排放達到最高。從今天到2030年我們還有幾年時間可以有一點增量，但到2030年之后，我們就要開始減排放。
為了實現(xiàn)碳減排目標，在此次前瞻碳中和低碳科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展峰會上，劉科院士已經(jīng)提出了多種方式（詳見前瞻經(jīng)濟學人文章《2021前瞻碳中和峰會專家劉科院士：電動車的盲目擴張是在增加碳排放，而非減少碳排放》）。但肖旭東教授聚焦于光伏發(fā)電，他認為實現(xiàn)碳減排，其中一個最主要的手段是靠太陽能光伏發(fā)電。
2030年，整個世界要裝7-10TW的光伏發(fā)電裝置，如果我們用的電全部用光伏提供，要多少裝機容量？約等于30TW。而到了2050年，目標是全球70%發(fā)電量是光伏和風能提供的。我們國家是到2060年達到碳中和，國際目標是2050年達到碳中和，這要求以后30-40年內(nèi)我們要大力發(fā)展光伏發(fā)電。
為什么要大力發(fā)展光伏發(fā)電？這是因為每發(fā)一度電，如果用火電發(fā)的話，每生產(chǎn)一千瓦時電力(即一度電)，煤炭發(fā)電需要排放900g二氧化碳當量，但是如果用光伏發(fā)電的話約等于10-30g。所以用光伏發(fā)電的碳排放率是火力、煤的1/30-1/50，這還包括了生產(chǎn)光伏太陽能所有設備過程中造成的碳排放。
從這個結(jié)果可以看到，光伏發(fā)電確確實實應該能幫助我們實現(xiàn)減排，不管相對于煤發(fā)電或者石油發(fā)電或者氣發(fā)電，而且下降的倍數(shù)相當大。
太陽能發(fā)電的一個優(yōu)勢是它是取之不盡的，只要有太陽，我們就可以向太陽要能源。
在過去十幾年內(nèi)，我們國家一直是太陽能，尤其是光伏組件最大生產(chǎn)國，在國際上占比通常是60-80%。這些年光伏產(chǎn)業(yè)的科學家、技術員、企業(yè)家們竭盡全力把光伏組件做到世界前端水平，把光伏組件成本做到全世界最低水平，使得我們用光伏發(fā)電成為一件有經(jīng)濟價值的事情。
肖旭東教授在峰會上感慨道：若干年前我去歐洲講課的時候，我說‘我們自己是把污染留給了自己，把潔凈帶給了歐洲、美國’，原因是什么？那個時代我們自己制造光伏太陽能板。但是我們自己用不起，都賣到德國、意大利、西班牙，甚至賣給印度我們都自己不一定用得起。
但2013年開始，我們國家裝機容量開始顯著增加，到過去這兩年每年增加量已經(jīng)達到世界最高?，F(xiàn)在我們的裝機容量按國家來算的話，是全世界最多的，很快將接近全世界裝機容量的一半。數(shù)據(jù)顯示：全球累計光伏安裝量達700GW，而到今年年底，中國累計光伏安裝量將超過300GW。
那么，需要多少太陽能光伏板才夠發(fā)全球現(xiàn)在所需要的電？
肖旭東教授在峰會現(xiàn)場算了一下：大概30TW的光伏板，哪怕到本世紀中期都可以滿足全世界所需要的電量。全球每年的光伏裝機容量大約為100多個GW，中國今年可能增加50-60GW安裝量。30TW，平均一年裝一個TW（一個TW是一個GW的1000倍），哪怕現(xiàn)在一年裝300GW，也還要兩三年，因此有很大的發(fā)展空間。
另外，光伏電磁板通常壽命30年左右，等裝完這30個TW，就發(fā)現(xiàn)第一年裝的一個TW又要進行替換，因此這個行業(yè)里面的工作可以永遠做下去。
根據(jù)加州理工大學一個教授繪制的一張圖表，中國需要裝5個TW左右的光伏板。到今年年底，我國累計裝機量可達300個GW，就是0.3TW，0.3到5還有很長的路程要走。我們每年安裝速度也就50-60GW左右，所以如果不加快速度幾十年都裝不過來。
針對峰會現(xiàn)場觀眾提到的‘光伏行業(yè)會不會熱鬧兩三年就死掉了’，肖旭東教授斬釘截鐵地稱，“只要要解決電力問題、要解決世界碳排放問題，這是非常長遠的目標，30年干不完。”
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另外，肖旭東教授還計算了下‘如果中國電力都要光伏來解決的話，需要多少土地’？算下來大概要28000平方公里，約等于千分之三國土面積。28000平方公里相當于14個深圳大小面積，這些土地從哪來？
答案是，不同的地方貢獻不同的土地。光伏可以在沙漠上大規(guī)模鋪設、可以在山上安裝、也可以在屋頂上安裝，甚至可以在水面上安裝。所以有很多不同方式解決所需的土地問題。
三、光伏行業(yè)五大技術之“爭”
現(xiàn)在市場上主要有這幾種形式的商用太陽能電池：單晶硅、多晶硅、非晶硅，非晶硅過去幾年已經(jīng)被市場淘汰了；還有另外兩種薄膜肽。
但是近兩年，尤其今年主要被單晶硅占了主要市場，多晶硅都在逐漸萎縮。因為單晶硅成本優(yōu)勢更大。若干年前薄膜太陽能電池成本最低，但是現(xiàn)在已經(jīng)趕不上硅電池下降速度。
當我們考慮太陽能發(fā)電的時候，太陽能電池需要考慮三個因素，一個就是轉(zhuǎn)化效率。轉(zhuǎn)化效率低必然帶來成本上升。第二個因素是成本，如果成本高，無論如何也說動不了用戶明明5、6毛錢就能買一度電，硬要花3塊錢去買太陽能電，這不經(jīng)濟。三是壽命，如果裝了太陽能電磁板一年要換兩次，哪怕最便宜的初始投資也變得貴。
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光伏電磁板成本也是一個問題。同樣用一塊硅片，如果做成集成電路的話，每平方厘米可以賣100多美金，但是如果做成太陽能電磁板，每平方厘米只能賣1分5美金。同樣硅做出的東西，但是太陽能方面的器件就賣不起價錢，原因是它能做的事情就是電磁發(fā)電，但是集成電路可以做很多其他東西，不用擔心成本問題。
硅電池從1976年成本開始下降，到目前下降了99.6%。1976年，每瓦特太陽能光伏組件的價格是100美金，今天大概是2塊人民幣，幾十年降了上千倍，哪怕跟2008年相比也是大幅下降，2008年的價格是35元人民幣，去年最便宜降到1.5元。
除了硅電池，肖旭東教授還重點介紹了薄膜太陽能電池。
薄膜太陽能電池通常有一個優(yōu)勢，所需的材料比較少。硅片再怎么薄也在150微米厚度，但是薄膜太陽能電池2-3微米厚，可以省100倍左右的原材料。但是生產(chǎn)過程中以及技術成熟過程中，薄膜電池現(xiàn)在遇到了不少挑戰(zhàn)。原來薄膜電池其實更便宜，現(xiàn)在硅電池比薄膜便宜。
其中，CIGS是近年來發(fā)展起來的新型太陽電池，目前在技術成熟度上遭遇一點點困難，雖然能造，但是成本相對比較貴。CIGS薄膜電池可以做得柔性、超薄，這是它的另一個優(yōu)勢，這個優(yōu)勢是硅電池替代不了的。對于一些特殊用途，比如上天、個人需要的電源，需要輕便的解決方案，CIGS依然是一個很好的首選。
過去五年左右還有一種新型電池叫做PSC電池，從2009年左右使用，那個時候它的效率一直很低，但是過去5-6年期間，從低效率一下提升到25.2%實驗室轉(zhuǎn)化效率，非常接近單晶硅轉(zhuǎn)化效率，成為一項明星技術。
PSC電池的優(yōu)勢在于它的成本可以低于硅的1/2，效率跟硅不相上下。它最大劣勢是壽命，硅可以達到25年，它現(xiàn)在大概1年左右。因為PSC電池本身穩(wěn)定性沒有解決，所以它的經(jīng)濟價值暫時是不清楚的。換言之，沒有解決穩(wěn)定性之前，PSC電池應該沒有多少價值。
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總而言之，肖旭東教授在2021前瞻碳中和低碳科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展峰會上發(fā)表的《光伏發(fā)電與雙碳目標》主旨演講為我國實現(xiàn)“雙碳”目標提供了一定參考借鑒，引發(fā)了行業(yè)從業(yè)者的熱烈探討。碳中和是一場關乎中國的國運之戰(zhàn)，也是一場廣泛而深刻的經(jīng)濟社會變革。它埋藏著人類下一場技術革命，引領未來40年中國幾乎所有重點產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向。任何個人、企業(yè)、組織都無法逃避，惟有把握時代命脈，順勢而為。
2021前瞻碳中和低碳科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展峰會吸引了全國地方政 府及監(jiān)管部門領導、協(xié)會企業(yè)代表，國際低碳技術專家、綠色低碳機構高管等300多位嘉賓參加了本次活動，為雙碳愿景下低碳產(chǎn)業(yè)關鍵技術的成長模式與發(fā)展趨勢、新時代低碳產(chǎn)業(yè)相關發(fā)展新機遇提供了突破口，既為企業(yè)的綠色轉(zhuǎn)型提供了思路，也為地方政府進行生態(tài)文明建設和實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展提供了樣板。
