2021前瞻碳中和峰会专家肖旭东:只要碳排放问题不解决光伏行

发布时间: 2022-09-13 03:18:02 来源:火狐体育安装软件 作者:火狐体育登录最新网址

  12月18日,在工业和信息化部电子第五研究所、深圳市科学技术协会的指导下,由前瞻产业研究院、前瞻碳中和战略研究院、前瞻经济学人主办,华联城市中心承办的“

  武汉大学物理科学与技术学院教授、国家重大科学研究计划首席科学家、加州大学伯克利分校博士肖旭东发表了《光伏发电与双碳目标》的主旨演讲,在业内引起广泛关注。

  我们国家本来是一个地大物博的国家,但是在能源方面,尤其化石能源方面,却是个地大物“薄”的国家。

  从能源储备来看,我国的各类能源储备几乎都比不上美国,哪怕是煤炭储量也仅仅是美国的一半多一点。《世界能源统计年鉴2021》以及美国能源情报署数据显示:中国煤炭储量为1350.69亿吨,美国为2189.38亿吨。

  即使从世界占比来看,跟我们的人口相比,我们的能源储备也是远远不足的。哪怕是煤炭储量也仅占世界的12.6%(约1/8),而我们的人口却占世界人口的1/5;更不用说石油、天然气等原材料。

  肖旭东教授在峰会上提到,我们国家一次能源消耗方面,煤炭是最主要的,此外水电、风电、太阳能发电等等也占一定的比重。在以前,我们国家的煤还有输出,但是过去十几年我们必须要进口。而像天然气和石油则是一直依靠进口,其中2/3石油依赖进口。这说明在能源方面,整个国家面临挑战。

  从全球电力结构来看,主要还是靠化石能源发电,占比达61.3%;然后是水电、核电、风电、太阳能电,占比为35.2%;其他能源占的比例相对比较少。

  从装机容量来讲,中国煤电装机容量大概54%,风电、光电装机容量10%左右,水电有19%。但是这并不是最后的结构。像煤炭一天24小时可以发电,但是太阳能发电一天平均下来发3-4个小时。太阳能发电如果要解决电力问题,装机容量要比煤电、火电大的多得多才行。

  我们国家在前些年,火力发电占整个电力结构80%左右,这几年稍微有所下降,降至70%,但太阳能占比依然非常低,去年只贡献了3.4%的电力。

  除了资源方面面临挑战,使用化石能源对环境也造成了一些严峻问题,例如雾霾、冰川消融、气候变暖等等。肖旭东教授表示,碳排放是此次前瞻碳中和低碳科技产业发展峰会上讨论的主题之一,实现双碳目标需要减排。但目前我国碳排放占全世界的26-28%,比我们人口占比要多,减排过程中我们有很多事情要做。

  肖旭东教授指出,2020年,国际上来讲已经是碳达峰。我们国家因为是发展中国家,经济还要继续有增量,现在要控制碳排放不现实,所以我们国家提出的目标是比国际晚十年碳达峰。我们争取在2030年的时候碳排放达到最高。从今天到2030年我们还有几年时间可以有一点增量,但到2030年之后,我们就要开始减排放。

  为了实现碳减排目标,在此次前瞻碳中和低碳科技产业发展峰会上,刘科院士已经提出了多种方式(详见前瞻经济学人文章《2021前瞻碳中和峰会专家刘科院士:电动车的盲目扩张是在增加碳排放,而非减少碳排放》)。但肖旭东教授聚焦于光伏发电,他认为实现碳减排,其中一个最主要的手段是靠太阳能光伏发电。

  2030年,整个世界要装7-10TW的光伏发电装置,如果我们用的电全部用光伏提供,要多少装机容量?约等于30TW。而到了2050年,目标是全球70%发电量是光伏和风能提供的。我们国家是到2060年达到碳中和,国际目标是2050年达到碳中和,这要求以后30-40年内我们要大力发展光伏发电。

  为什么要大力发展光伏发电?这是因为每发一度电,如果用火电发的话,每生产一千瓦时电力(即一度电),煤炭发电需要排放900g二氧化碳当量,但是如果用光伏发电的线g。所以用光伏发电的碳排放率是火力、煤的1/30-1/50,这还包括了生产光伏太阳能所有设备过程中造成的碳排放。

  从这个结果可以看到,光伏发电确确实实应该能帮助我们实现减排,不管相对于煤发电或者石油发电或者气发电,而且下降的倍数相当大。

  太阳能发电的一个优势是它是取之不尽的,只要有太阳,我们就可以向太阳要能源。

  在过去十几年内,我们国家一直是太阳能,尤其是光伏组件最大生产国,在国际上占比通常是60-80%。这些年光伏产业的科学家、技术员、企业家们竭尽全力把光伏组件做到世界顶尖水平,把光伏组件成本做到全世界最低水平,使得我们用光伏发电成为一件有经济价值的事情。

  肖旭东教授在峰会上感慨道:若干年前我去欧洲讲课的时候,我说‘我们自己是把污染留给了自己,把洁净带给了欧洲、美国’,原因是什么?那个时代我们自己制造光伏太阳能板。但是我们自己用不起,都卖到德国、意大利、西班牙,甚至卖给印度我们都自己不一定用得起。

  但2013年开始,我们国家装机容量开始显著增加,到过去这两年每年增加量已经达到世界最高。现在我们的装机容量按国家来算的话,是全世界最多的,很快将接近全世界装机容量的一半。数据显示:全球累计光伏安装量达700GW,而到今年年底,中国累计光伏安装量将超过300GW。

  肖旭东教授在峰会现场算了一下:大概30TW的光伏板,哪怕到本世纪中期都可以满足全世界所需要的电量。全球每年的光伏装机容量大约为100多个GW,中国今年可能增加50-60GW安装量。30TW,平均一年装一个TW(一个TW是一个GW的1000倍),哪怕现在一年装300GW,也还要两三年,因此有很大的发展空间。

  另外,光伏电磁板通常寿命30年左右,等装完这30个TW,就发现第一年装的一个TW又要进行替换,因此这个行业里面的工作可以永远做下去。

  根据加州理工大学一个教授绘制的一张图表,中国需要装5个TW左右的光伏板。到今年年底,我国累计装机量可达300个GW,就是0.3TW,0.3到5还有很长的路程要走。我们每年安装速度也就50-60GW左右,所以如果不加快速度几十年都装不过来。

  针对峰会现场观众提到的‘光伏行业会不会热闹两三年就死掉了’,肖旭东教授斩钉截铁地称,“只要要解决电力问题、要解决世界碳排放问题,这是非常长远的目标,30年干不完。”

  另外,肖旭东教授还计算了下‘如果中国电力都要光伏来解决的话,需要多少土地’?算下来大概要28000平方公里,约等于千分之三国土面积。28000平方公里相当于14个深圳大小面积,这些土地从哪来?

  答案是,不同的地方贡献不同的土地。光伏可以在沙漠上大规模铺设、可以在山上安装、也可以在屋顶上安装,甚至可以在水面上安装。所以有很多不同方式解决所需的土地问题。

  现在市场上主要有这几种形式的商用太阳能电池:单晶硅、多晶硅、非晶硅,非晶硅过去几年已经被市场淘汰了;还有另外两种薄膜肽。

  但是近两年,尤其今年主要被单晶硅占了主要市场,多晶硅都在逐渐萎缩。因为单晶硅成本优势更大。若干年前薄膜太阳能电池成本最低,但是现在已经赶不上硅电池下降速度。

  当我们考虑太阳能发电的时候,太阳能电池需要考虑三个因素,一个就是转化效率。转化效率低必然带来成本上升。第二个因素是成本,如果成本高,无论如何也说动不了用户明明5、6毛钱就能买一度电,硬要花3块钱去买太阳能电,这不经济。三是寿命,如果装了太阳能电磁板一年要换两次,哪怕最便宜的初始投资也变得贵。

  光伏电磁板成本也是一个问题。同样用一块硅片,如果做成集成电路的线多美金,但是如果做成太阳能电磁板,每平方厘米只能卖1分5美金。同样硅做出的东西,但是太阳能方面的器件就卖不起价钱,原因是它能做的事情就是电磁发电,但是集成电路可以做很多其他东西,不用担心成本问题。

  硅电池从1976年成本开始下降,到目前下降了99.6%。1976年,每瓦特太阳能光伏组件的价格是100美金,今天大概是2块人民币,几十年降了上千倍,哪怕跟2008年相比也是大幅下降,2008年的价格是35元人民币,去年最便宜降到1.5元。

  薄膜太阳能电池通常有一个优势,所需的材料比较少。硅片再怎么薄也在150微米厚度,但是薄膜太阳能电池2-3微米厚,可以省100倍左右的原材料。但是生产过程中以及技术成熟过程中,薄膜电池现在遇到了不少挑战。原来薄膜电池其实更便宜,现在硅电池比薄膜便宜。

  其中,CIGS是近年来发展起来的新型太阳电池,目前在技术成熟度上遭遇一点点困难,虽然能造,但是成本相对比较贵。 CIGS薄膜电池可以做得柔性、超薄,这是它的另一个优势,这个优势是硅电池替代不了的。对于一些特殊用途,比如上天、个人需要的电源,需要轻便的解决方案,CIGS依然是一个很好的首选。

  过去五年左右还有一种新型电池叫做PSC电池,从2009年左右使用,那个时候它的效率一直很低,但是过去5-6年期间,从低效率一下提升到25.2%实验室转化效率,非常接近单晶硅转化效率,成为一项明星技术。

  PSC电池的优势在于它的成本可以低于硅的1/2,效率跟硅不相上下。它最大劣势是寿命,硅可以达到25年,它现在大概1年左右。因为PSC电池本身稳定性没有解决,所以它的经济价值暂时是不清楚的。换言之,没有解决稳定性之前,PSC电池应该没有多少价值。

  总而言之,肖旭东教授在2021前瞻碳中和低碳科技产业发展峰会上发表的《光伏发电与双碳目标》主旨演讲为我国实现“双碳”目标提供了一定参考借鉴,引发了行业从业者的热烈探讨。碳中和是一场关乎中国的国运之战,也是一场广泛而深刻的经济社会变革。它埋藏着人类下一场技术革命,引领未来40年中国几乎所有重点产业的发展方向。任何个人、企业、组织都无法逃避,惟有把握时代命脉,顺势而为。

  2021前瞻碳中和低碳科技产业发展峰会吸引了全国地方政府及监管部门领导、协会企业代表,国际低碳技术专家、绿色低碳机构高管等300多位嘉宾参加了本次活动,为双碳愿景下低碳产业关键技术的成长模式与发展趋势、新时代低碳产业相关发展新机遇提供了突破口,既为企业的绿色转型提供了思路,也为地方政府进行生态文明建设和实现高质量发展提供了样板。